機(jī)械工程材料習(xí)題答案王章忠主編第二版

1、例1：某工廠生產(chǎn)精密絲杠，尺寸為φ40800mm，要求熱處理后變形小，尺寸穩(wěn)定，表面硬度為60～64HRC，用CrWMn鋼制造其工序如下：熱軋鋼棒下料→球化退火→粗加工→淬火、低溫回火→精加工→時(shí)效→精磨。試分析：1.用CrWMn鋼的原因。2.分析工藝安排能否達(dá)到要求，如何改進(jìn)？絲杠是機(jī)床重要的零件之一，應(yīng)用于進(jìn)給機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)移動(dòng)機(jī)構(gòu)，它的精度高低直接影響機(jī)床的加工精度、定位精度和測(cè)量精度，因此要求它具有高精度和高的穩(wěn)定性、高的耐磨性。在

2、加工處理過(guò)程中，每一工序都不能產(chǎn)生大的應(yīng)力和大的應(yīng)變；為保證使用過(guò)程中的尺寸穩(wěn)定，需盡可能消除工件的應(yīng)力，盡可能減少殘余奧氏體量。絲杠受力不大，但轉(zhuǎn)速很高，表面要求有高的硬度和耐磨性，洛氏硬度為60～64HRC。根據(jù)精密絲杠的上述要求，選用CrWMn鋼較為合適。其原因如下：（1）CrWMn鋼是高碳合金工具鋼，淬火處理后能獲得高的硬度和耐磨性，可滿(mǎn)足硬度和耐磨性的要求。（2）CrWMn鋼由于加入合金元素的作用，具有良好的熱處理工藝性能，淬

3、透性好，熱處理變形小，有利于保證絲杠的精度。目前，9Mn2V和CrWMn用得較多，但前者淬透性差些，適用于直徑較小的精密絲杠。對(duì)原工藝安排分析：原工藝路線(xiàn)中，由于在球化退火前沒(méi)有安排正火；機(jī)加工后沒(méi)有安排去應(yīng)力退火；淬火、低溫回火后沒(méi)有安排冰冷處理等項(xiàng)原因，使得精密絲杠在加工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生很大的應(yīng)力和變形，很難滿(mǎn)足精密絲杠的技術(shù)要求。所以原工藝路線(xiàn)應(yīng)改為：下料→正火→球化退火→粗加工→去應(yīng)力退火→淬火、低溫回火→冷處理→低溫回火→精加工→

4、時(shí)效→半精磨→時(shí)效→精磨。例2：有一載重汽車(chē)的變速箱齒輪，使用中受到一定的沖擊，負(fù)載較重，齒表面要求耐磨，硬度為58～62HRC齒心部硬度為30～45HRC，其余力學(xué)性能要求為σb＞1000MPa，σOF≥600MPa，AK＞48J。試從所給材料中選擇制造該齒輪的合適鋼種。35、45、20CrMnTi、38CrMoAl、T12分析：從所列材料中可以看出35、45、T12鋼不能滿(mǎn)足要求。對(duì)剩余兩個(gè)鋼種的比較可見(jiàn)表1。材料熱處理σsMPaσ

5、bMPa%φ%AKJ接觸疲勞強(qiáng)度MPa彎曲疲勞強(qiáng)度MPa20CrMnTi滲碳淬火8531080104555138075038CrMoAl調(diào)質(zhì)83598014507110501020比較，20CrMnTi能全面滿(mǎn)足齒輪的性能要求。其工藝流程如下：下料→鍛造→正火→機(jī)加工→滲碳→淬火→低溫回火→噴丸→磨齒。例3：機(jī)械式計(jì)數(shù)器內(nèi)部有一組計(jì)數(shù)齒輪，最高轉(zhuǎn)速為350rmin，該齒輪用下列哪些材料制造合適，并簡(jiǎn)述理由。40Cr、20CrMnTi、尼

6、龍66。工作條件分析：計(jì)數(shù)器齒輪工作時(shí)，運(yùn)轉(zhuǎn)速度較低、承受的扭矩很小，齒輪間存在摩擦，因此要求摩擦系數(shù)小，耐磨性好。由于該結(jié)構(gòu)特點(diǎn)要求選材時(shí)重量要輕，工作噪音要小，在無(wú)潤(rùn)滑條件下長(zhǎng)時(shí)間工作，制造工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，很明顯，40Cr，20CrMnTi等合金鋼由于價(jià)格太貴、太重、加工復(fù)雜而不合適。而尼龍66工程塑料較為合適。其原因：（1）有足夠的抗彎強(qiáng)度（≥70～90MPa）和沖擊吸收功（10～45J）。（2）耐磨、減磨、消音、耐應(yīng)力開(kāi)裂。

7、（3）－40～100℃可長(zhǎng)期使用。晶胞原子數(shù)4晶胞原子數(shù)2轉(zhuǎn)變之后－Fe的體積為3.633(47.83)＜2個(gè)－Fe的體積22.893(48.27)。2－31gFe在室溫和1000℃時(shí)各含有多少個(gè)晶胞？答：Fe在室溫下為體心立方，晶胞原子數(shù)為2，這時(shí)1gFe的晶胞數(shù)＝(1566.021023)2=5.381021個(gè)在1000℃時(shí)為面心立方，晶胞原子數(shù)為4，這時(shí)1gFe的晶胞數(shù)＝(1566.021023)4＝2.691021個(gè)2－4已知銅

8、的原子直徑為2.56，求其晶格常數(shù)，并計(jì)算1mm3銅中的原子數(shù)。答：a=a===3.62原子數(shù)＝4晶胞數(shù)＝4＝8.41019個(gè)2－6總結(jié)說(shuō)明實(shí)際金屬晶體材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。答：實(shí)際金屬晶體材料內(nèi)部存在晶體缺陷：⑴點(diǎn)缺陷：空位、間隙原子、置換原子⑵線(xiàn)缺陷：位錯(cuò)⑶面缺陷：晶界、亞晶界第三章作業(yè)第三章作業(yè)3－2如果其它條件相同，試比較在下列鑄造條件下，所得鑄件晶粒的大??；⑴金屬模澆注與砂模澆注；⑵高溫澆注與低溫澆注；⑶鑄成薄壁件與鑄成厚壁件；

9、⑷澆注時(shí)采用振動(dòng)與不采用振動(dòng)；⑸厚大鑄件的表面部分與中心部分。答：晶粒大?。孩沤饘倌沧⒌木ЯＰ、频蜏貪沧⒌木ЯＰ、氰T成薄壁件的晶粒?、炔捎谜駝?dòng)的晶粒?、珊翊箬T件表面部分的晶粒小3－3Si、C、N、Cr、Mn、B等元素在－Fe中各形成哪些固溶體？答：Si、Cr、Mn形成置換固溶體，C、N、B形成間隙固溶體。3－4間隙固溶體與間隙化合物在晶體結(jié)構(gòu)與性能上有何區(qū)別？舉例說(shuō)明。間隙固溶體與間隙化合物在晶體結(jié)構(gòu)與性能上有何區(qū)別？舉例說(shuō)明。答：間

10、隙固溶體的晶體結(jié)構(gòu)與組成合金的一個(gè)金屬組元的結(jié)構(gòu)相同，它是溶質(zhì)原子進(jìn)入金屬溶劑晶答：間隙固溶體的晶體結(jié)構(gòu)與組成合金的一個(gè)金屬組元的結(jié)構(gòu)相同，它是溶質(zhì)原子進(jìn)入金屬溶劑晶格的間隙時(shí)形成的固溶體，如：格的間隙時(shí)形成的固溶體，如：F和A，形成間隙固溶體可以提高金屬的強(qiáng)度和硬度，起到固溶強(qiáng)，形成間隙固溶體可以提高金屬的強(qiáng)度和硬度，起到固溶強(qiáng)化的作用。間隙化合物的晶體結(jié)構(gòu)與組元的結(jié)構(gòu)不同，間隙化合物是由化的作用。間隙化合物的晶體結(jié)構(gòu)與組元的結(jié)構(gòu)不同

11、，間隙化合物是由H、B、C、N等原子半徑較等原子半徑較小的非金屬元素（以小的非金屬元素（以X表示）與過(guò)渡族金屬元素（以表示）與過(guò)渡族金屬元素（以M表示）結(jié)合，且半徑比表示）結(jié)合，且半徑比rXrM＞0.59時(shí)形時(shí)形成的晶體結(jié)構(gòu)很復(fù)雜的化合物，如成的晶體結(jié)構(gòu)很復(fù)雜的化合物，如Fe3C間隙化合物硬而脆，塑性差。間隙化合物硬而脆，塑性差。3－7為什么鑄造合金常選用接近共晶成分的合金？為什么要進(jìn)行壓力加工的合金常選用單相固溶體成分的合金？答：共晶

12、成分的合金熔點(diǎn)低，凝固溫度區(qū)間最小，流動(dòng)性好，適于鑄造。單相固溶體成分的合金強(qiáng)度均勻，塑性好，便于壓力加工。3－8為什么鋼錠希望減少柱狀晶區(qū)，而銅錠、鋁錠往往希望擴(kuò)大柱狀晶區(qū)？答：在柱狀晶區(qū)，柱狀晶粒彼此間的界面比較平直，氣泡縮孔很小，組織比較致密。但當(dāng)沿不同方向生長(zhǎng)的兩組柱狀晶相遇時(shí)，會(huì)形成柱晶間界。柱晶間界是雜質(zhì)、氣泡、縮孔較密集地區(qū)，是鑄錠的脆弱結(jié)合面，故鋼錠應(yīng)減少柱狀晶區(qū)，以避免在熱軋時(shí)開(kāi)裂。對(duì)塑性好的銅錠、鋁錠不會(huì)因熱軋而開(kāi)裂