2023年新版課堂討論題大作業(yè)及其要求

《金屬材料學》課堂討論大作業(yè)及其規(guī)定(-)課題討論規(guī)定與方法1、課題討論目的課題討論是教學中的一個重要環(huán)節(jié)。通過對講課中的一些重點、難點的討論，使學生進一步掌握課程的重點、基本概念、基本原理。通過課堂討論，消化和鞏固課程的理論知識，使學生得到進一步的總結(jié)和提高；同時對以前學過的專業(yè)基本知識也進一步得到復(fù)習和鞏固，使學生對專業(yè)知識建立一個宏觀而系統(tǒng)的概念，為專業(yè)課程設(shè)計作準備。通過課堂討論過程，培養(yǎng)和鍛煉學生分析問題和解決問題的能力；訓練學生答辯和陳述的能力。當然，選材和制定工藝是一項比較復(fù)雜的技術(shù)工作。在實際工作中要做到合理對的地選材料和制定工藝，除了應(yīng)掌握必要的專業(yè)理論知識外，還需要具有豐富的實踐經(jīng)驗,并且要善于全面綜合地考慮各方面有關(guān)的問題作出對的的分析判斷。因此，課題討論中所涉及的選材和制定工藝的問題只是使學生進行初步的練習，重要的是培養(yǎng)學生掌握分析問題和解決問題的思緒和方法。2、課題討論規(guī)定和方法將學生提成若干個小組，每個小組負責一題：討論前，學生應(yīng)根據(jù)題意，復(fù)習有關(guān)課程的內(nèi)容，查閱有關(guān)資料;小組的同學要進行充足的討論，認真進行分析。每個學生各自全面而具體地以小論文的形式寫出題解；課堂討論時，每組選派一名代表作發(fā)言，講述后，由其他學生提出問題，進行答辯；最后，由教師或?qū)W生進行總結(jié)；課堂討論結(jié)束,每個學生對自己本來所寫的內(nèi)容進行修改和補充,作為一次小論文形式的大作業(yè)交給教師批閱評分。(二)課題討論題1、對比分析各類機器零件用鋼的成分、工藝特點、組織、性能和用途，試以40Cr、20CrMnTi、60Si2Mn.GCrl5為典型代表分別闡述。2、對比分析工具鋼的成分、工藝特點、組織、性能和用途，試以T10、5CrNiMo.CrWMn.Cr12.Mo\\W6Mo5Cr4V2為典型代表分別闡述。3、汽車變速箱齒輪是汽車中的重要零件。通過它來改變發(fā)動機曲軸和傳動軸的速度比。它們經(jīng)常在較高的載荷下（涉及沖擊載荷和交變彎曲載荷）工作,磨損比較大；在運動中，由于齒根受到忽然變載的沖擊力及周期性的變動曲曲載荷，會導(dǎo)致輪齒的斷裂或疲勞破壞；由于齒輪工作面承受比較大的壓應(yīng)力和摩擦力，會使齒面產(chǎn)生接觸疲勞破壞及深層剝落。因此，齒輪在耐磨性、疲勞強度、心部強度和沖擊韌度等方面規(guī)定比較高?，F(xiàn)有一汽車變速箱齒輪，齒面硬度規(guī)定為58—63HRC,齒心部硬度規(guī)定為33-45HRC,其余力學性能規(guī)定為:oQ850MPa,。7244OMPa,Aky265J0試從下列材料中選擇制造該齒輪的鋼號，寫出工藝流程,制訂有關(guān)的熱解決工藝，并分析各熱解決工藝的目的及相應(yīng)的金相組織。38CrMoA1A,20CrMnTi,20,40Cr。4、汽車鋼板彈簧（如題4圖）在汽車行駛過程中承受各種應(yīng)力的作用，其中以反復(fù)彎曲應(yīng)力為主，絕大多數(shù)是疲勞破壞。其性能規(guī)定為。0.22U6OMPa,ob>128OMPa,6|0>5%，力225%。并且，同樣材料解決是否對的，其壽命相差也很大。1）在下列材料中選擇合適的鋼號:2OCr、4OCrNiMo^60Si2Mn、65Mn;2）對所選材料進行成分、組織、性能分析；3）制定合理的熱解決工藝，并作分析；4）分析影響板彈簧壽命的重要因素。題4圖一般汽車鋼板彈簧形狀5、某型號柴油機凸輪軸，規(guī)定凸輪硬度250HRC,心部具有良好的韌度,Akv240J。原采用45鋼調(diào)質(zhì)，再在凸輪表面高頻淬火，最后低溫回火。1）說明45鋼各熱解決工藝及其作用;2）能否用20鋼代替45鋼？若能用20鋼制造，仍用原工藝能否滿足性能規(guī)定？為什么？3）為滿足凸輪軸性能規(guī)定，改用20鋼制造后應(yīng)采用什么工藝？并分析。6、有一直徑為中25mm的精密機床主軸。該主軸是在滑動軸承中工作，因而軸頸表面應(yīng)有較高的硬度,50-55HRC,以使其不易磨損，保證精度；該主軸在工作時受力較復(fù)雜，所以軸的各部分沿橫斷面的性能應(yīng)均勻一致，以保證有?定的耐疲勞性,硬度為220-255HB。該主軸經(jīng)最終熱解決后的力學性能應(yīng)為：ob^900MPa,Akv>40Jo1）在45、40Cr、40CrNiMo、20Cr等鋼中選擇何種鋼為好?為什么？2）制定熱解決工藝，并分析討論。7、有一中型熱錘鍛模,形狀比較復(fù)雜，鍛坯生產(chǎn)批量大；在工作時承受強大的沖擊力；工作時由于金屬的流動，有很大的摩擦；整個工作過程是在較高溫度下進行，整個模具溫度一般能達成350-400℃;為使模具溫度不至太高,要經(jīng)常用介質(zhì)冷卻。常見的失效形式有型腔磨損、模腔塌陷、表面龜裂，嚴重時,整個模具開裂。該模面硬度規(guī)定38-41HRC,模尾硬度規(guī)定34-39HRC。1）選擇合適的材料,并分析說明理由；2）制訂熱解決工藝，并討論；3）對常見的失效形式進行分析討論。8、歸納總結(jié)高速鋼的成分、工藝、組織和性能特點，著重分析討論以下幾個問題：1）分析高速鋼中常用合金元素Cr、MM。、V的作用及含量；2）對高速鋼進行鍛造的目的與規(guī)定，如鍛造不妥,會帶來什么后果；3）熱解決工藝特點（涉及預(yù)熱、淬火加熱溫度、淬火保溫時間、分級淬火、回火工藝等），并說明其理由；4）分析熱解決后的最終組織，說明合金元素的分布狀況；5）分析比較W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2鋼的優(yōu)缺陷。9、冷沖壓模具是目前冷作模具中使用最廣泛的一種。冷沖壓模在工作時要承受強大的剪切力、壓力、沖擊力和摩擦力。因此,模具表面應(yīng)有很高的強度、耐磨性、疲勞強度及足夠的韌度。此外，為使產(chǎn)品形狀尺寸準確、質(zhì)量穩(wěn)定，乂規(guī)定整個工作表面性能均勻。一股是因磨損而使產(chǎn)品形狀尺寸不合格,也也許因熱解決不妥而失效：如模具強度局限性而被鏡粗，模具脆性大導(dǎo)致刃口剝落，甚至開裂而過早失效?，F(xiàn)有硅鋼片凹模，其尺寸為160X110X60mmo是用來沖制0.3nlm厚的硅鋼片。其技術(shù)規(guī)定:硬度58-62HRC,高耐磨性，熱解決變形要特別小。在生產(chǎn)上一般選用Crl2MoV鋼制造。1）對Crl2MoV鋼進行材料分析，以此說明選用該鋼的理由；2）擬定合適的工藝流程,并對其中的熱解決工藝進行分析說明；3）如以Crl2、Cr6WV鋼制造，試分別與Cr12MoV鋼比較各自的優(yōu)缺陷。10、某工廠生產(chǎn)精密絲杠（6級），尺寸為中45X800nmu規(guī)定熱解決后變形小，尺寸穩(wěn)定，表面硬度54-58HRC。用CrWMn鋼制造，其工序為:熱軋鋼下料一球化退火一粗加工一淬火一低溫回火一精加工一時效一精磨。1）試分析用CrWMn鋼制造的因素;2）從服役條件、性能規(guī)定、顯微組織規(guī)定等方面來分析上述工藝安排能否達成規(guī)定。如有問題，應(yīng)當如何改善。3）能否用9Mn2v鋼制造，說明理由。（三）大作業(yè)（小論文）范例題目：圓板牙是用來加工外螺紋的（圖略），其特點是刃部比較薄且在內(nèi)部，切削工作溫度不高，并不規(guī)定高的紅硬性，但是其螺距及內(nèi)孔規(guī)定變形小，刃部不得脫C。此外，工作時受扭矩較大。某圓板牙的技術(shù)規(guī)定為60-63HRCo螺孔中徑尺寸要控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。1、根據(jù)圓板牙服役條件，分析其性能規(guī)定；2、試在下列材料中選用合適的鋼號：T12、CrWMn、W18Cr4V\9SiCr、GCr15；3、制訂熱解決工藝規(guī)程，并分析。圓板牙選材及工藝制訂（XXX班級XXX）1、圓板牙的服役條件及技術(shù)規(guī)定作為刃具,硬度規(guī)定60-63HRC,則必須具有較高的淬透性,并保證圓板牙內(nèi)部刃口部位淬硬;螺孔中徑、螺距及內(nèi)孔的精度涉及到加工后螺紋的精度，因此材料在熱解決過程中要保證變形很小;由于刃口較薄且在內(nèi)部,所以規(guī)定該材料組織中碳化物細小均勻，以保證在工作時刃口不崩刃、耐磨性好，壽命長；圓板牙在工作時受扭矩較大，則須保證材料有良好的強韌性配合。2、圓板牙選材分析T12是碳素工具鋼,含1.15—1.24%Co這樣的高C能保證淬火后有高的硬度和較多的碳化物，以滿足耐磨性和淬硬性的規(guī)定。根據(jù)圓板牙的性能規(guī)定知，T12鋼不能滿足熱解決變形?。ㄓ捎谄浯阃感圆?需急冷而變形大）和韌度較好的規(guī)定。因此，T12鋼不符合規(guī)定。W18Cr4V是高速鋼。最重要的特點是紅硬性高，合用于在600℃工作溫度卜仍能保持其切削性能的高速切削場合。該鋼的碳化物比較多，并且相對來說比較粗大，均勻性也難以達成最佳狀態(tài)。對圓板牙這樣薄刃的工具，刃口部位容易崩刃，并且該鋼的加工工藝性比較復(fù)雜，成本高。所以選用該鋼也是不合適的。余下的CrWMn.9SiCr、GCrl5都可以作為工具鋼使用。但對于制造圓板牙這樣的薄刃工具，還需要進行綜合全面的分析。這三種材料由于合金化元素?的不同，各有其特點：CrWMn:由于Cr、W、Mn的復(fù)合加入，使其有較高的淬透性；Cr、W、Mn都是碳化物形成元素，使鋼中有較多的碳化物，淬火后硬度高，可達成64-66HRC,因此有較高的耐磨性；W能細化碳化物,改善了韌度；由于Mn的存在大為減少了Ms點，該鋼淬火后的殘余奧氏體比較多，淬火變形也較小;但該鋼的碳化物多且易形成網(wǎng)狀，假如碳化物粗大且不均勻，則制造薄刃后，刃部有崩刃的危險。CrWMn鋼重要用于制造斷面尺寸較大、淬火變形規(guī)定小、耐磨性規(guī)定較高的工具。所以，假如采用有效工藝，使碳化物細小均勻，該鋼是能滿足規(guī)定的。9SiCr:Cr.Si的加入，提高了淬透性；由于Cr、Si的作用，使鋼中的碳化物細小均勻。使用時刃口部位不易崩刃;Si克制低溫回火時的組織轉(zhuǎn)變非常有效,所以該鋼的低溫回火穩(wěn)定性較好，熱解決時的變形也很小。其缺陷是脫C敏感性比較大。根據(jù)該鋼的特點，如采用合適的工藝措施,控制其脫C現(xiàn)象，9SiCr鋼是制造薄刃圓板牙的抱負材料。GCr15：是典型的滾動軸承鋼，也可以制造工具。Cr的加入增長了鋼的淬透性，并能形成較穩(wěn)定的細小均勻的碳化物，它的冶金質(zhì)量比一般鋼要高。在淬火低溫【口1火后可獲得高而均勻的硬度。熱解決變形比較小，尺寸很穩(wěn)定。但是該鋼和9SiCr相比，回火穩(wěn)定性比較差。因此，對刃口規(guī)定高且在內(nèi)部的圓板牙來說，GCr15不如9SiCr更適合。綜合起來，最后選擇9siCr是合適的。3、9SiCr圓板牙的工藝規(guī)范工藝路線：毛坯一鍛造一球化退火一機械加工一淬火一檢查一回火一清洗一檢查一發(fā)黑解決一檢查。9SiCr圓板牙的熱解決工藝如圖1。下面進行工藝規(guī)范分析。1）球化退火鍛造后球化退火的目的重要是減少硬度，改善切削性能，為最終熱解決作組織準備。工具鋼原始組織為球狀珠光體經(jīng)淬-回火后的力學性能和原始組織為片狀珠光體相比，在強度、硬度相同情況下，其塑韌性都要高,且對淬火溫度的敏感性也相對較小。要注意的是球化退火前的組織規(guī)定是細片狀珠光體,不允許有嚴重的網(wǎng)狀碳化物，否則應(yīng)在球化退火前安排正火解決。球化退火組織按照國家有關(guān)標準評級，應(yīng)在2-5級范圍內(nèi)合格。2）淬火工藝等溫淬火可使讓應(yīng)力和組織應(yīng)力減至最小，并大大減少工具的變形,所以對圓板牙這類變形規(guī)定較高的工件，宜采用等溫淬火工藝。一方面在600-650C預(yù)熱，以減少高溫停留的時間，從而減輕圓板牙的脫C現(xiàn)象。淬火加熱溫度的擬定，除了考慮控制未溶碳化物數(shù)量外，還應(yīng)考慮原材料的球化級別、工具尺寸等因素。由于尺寸較大的工件，容易產(chǎn)生球化不良、碳化物不均勻等問題，所以大尺寸的圓板牙宜采用較低的淬火加熱溫度,如：<Ml0的圓板牙，常采用860—87（）℃；>U10的圓板牙，采用850-860C。在鹽浴爐中加熱，要注意鹽浴爐的脫氧，也能減輕圓板牙的脫C傾向。等溫溫度一般為180C左右。等溫時，部分奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w，從而使鋼的硬度、強度和韌度得到良好的配合，并能保證工具具有良好的耐磨性。等溫溫度過高，硬度、強度會急劇下降；等溫溫度過低，得不到所需的下貝氏體數(shù)量。等溫溫度也會影響隨后空冷時形成的馬氏體數(shù)量，從而對螺孔的脹縮有影響。所以控制等溫溫度高低可以控制圓板牙螺孔的變形量。同樣等溫停留時間對力學性能也有影響，適當?shù)臅r間使鋼具有最佳的強韌性。實驗表白，超過60分鐘，性能就大為下降。這是由于下貝氏體和殘余奧氏體量太多的緣故。一般采用30-45分鐘比較合適。等溫淬火后的金相組織為:馬氏體+下貝氏體+殘余奧氏體+碳化物。3）回