《工程材料及成形工藝基礎(chǔ)》課件項目4

項目4習題答案1．碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼各自有何性能特點？非合金鋼共同的性能不足是什么？答：碳素結(jié)構(gòu)鋼：有較高的塑性，又有適中的強度，可焊性好；優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：有害雜質(zhì)S、P含量低，常用來制造各種較重要的機械零件；碳素工具鋼：含碳量高，強度硬度高，制作各種工具。非合金鋼共同的性能不足：碳鋼的淬透性低、回火抗力差、碳鋼不能滿足一些特殊性能的要求。2．合金元素提高鋼的耐回火性，使鋼在使用性能方面有何益處？答：在回火溫度相同時，合金鋼的硬度及強度比相同含碳量的碳鋼高。而回火至相同硬度時，合金鋼的回火溫度高，內(nèi)應力的消除比較徹底，因此，其塑性和韌性比碳鋼好。這種性能對高速切削刀具及熱變形模具等非常重要，可以使它們在高溫工作時依然保持高硬度，滿足性能需求。3．為什么合金滲碳鋼一般采用低碳，合金調(diào)質(zhì)鋼采用中碳，而合金工具鋼采用高碳成分？答：滲碳鋼一般不直接使用，需要滲碳后淬火+低溫回火后使用。滲碳提高表層含碳量，再通過熱處理，表面強度硬度提高。而材料內(nèi)部還是原始的低碳成分，可以保證材料整體的韌性；

調(diào)質(zhì)鋼采用中碳，內(nèi)外強度、韌性相差無幾，直接調(diào)質(zhì)后使用；工具鋼采用合金工具鋼采用高碳成分，是為了確?；w高硬度，滿足工具高硬度、強度、耐磨性的性能需求。4．指出下列每個牌號鋼的類別、含碳量、熱處理工藝和主要用途：Q235，45，T8，Q345，20CrMnTi，40Cr，60Si2Mn，GCr15，9SiCr，CrWMn，W18Cr4V，Cr12MoV，5CrMnMo，12Cr18Ni9，42Cr9Si2，ZGMn13答：Q235碳素結(jié)構(gòu)鋼，<0.25%，正火，建筑構(gòu)件、橋梁45優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，0.45%，調(diào)質(zhì)處理，主軸、齒輪T8碳素工具鋼，0.8%，淬火+低回，木工鋸條、沖頭、銼刀Q345普低鋼，0.18-0.2%，正火，船舶、壓力容器、橋梁20CrMnTi合金滲碳鋼，0.2%，滲碳后淬火+低回，齒輪、軸40Cr調(diào)質(zhì)鋼，0.4%，調(diào)質(zhì)處理，汽車后半軸、機床齒輪60Si2Mn彈簧鋼，0.6%，淬火+中回，汽車板簧、螺旋彈簧GCr15滾動軸承鋼，0.95-1.05%，淬火+低回，軸承9SiCr合金刃具鋼，0.9%，淬火+低回，絲錐、板牙CrWMn量具鋼，0.90-1.05%，淬火+低回，游標卡尺、精密量具W18Cr4V高速工具鋼，0.7-0.8%，高溫淬火+三次低回，高速切削刀具Cr12MoV冷作模具鋼，1.45-1.7%，淬火+低回，冷沖模5CrMnMo熱作模具鋼，0.5-0.6%，淬火+中回，壓鑄模、鍛模12Cr18Ni9奧氏體不銹鋼，0.12%，固溶處理，醫(yī)療器械、管道42Cr9Si2耐熱鋼，0.42%，淬火+高回，汽輪機轉(zhuǎn)子、葉片ZGMn13耐磨鋼，0.9-1.3%，水韌處理，挖掘機、拖拉機、坦克的履帶板5．為什么汽車變速齒輪常采用20CrMnTi鋼制造，而機床上同樣是變速齒輪卻采用45鋼或40Cr鋼制造？答：汽車變速齒輪常采用20CrMnTi鋼制造，20CrMnTi屬于合金滲碳鋼，滲碳后淬火+低回，可以保證表層高硬度，心部高韌性；而機床上同樣是變速齒輪卻采用45鋼或40Cr鋼制造，45鋼或40Cr鋼屬于調(diào)質(zhì)鋼，經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理后綜合力學性能好。6．試為下列機械零件或用品選擇適用的鋼種及牌號：地腳螺栓，儀表箱殼，小柴油機曲軸，木工鋸條，油氣儲罐，汽車齒輪，機床主軸，汽車發(fā)動機連桿，汽車發(fā)動機螺栓，汽車板簧，拖拉機軸承，板牙，高精度塞規(guī)，大型冷沖模，胎模鍛模，硝酸槽，手術(shù)刀，內(nèi)燃機氣閥，大型粉碎機顎板答：地腳螺栓Q235（碳素結(jié)構(gòu)鋼），儀表箱殼ZG200-400（鑄造用鋼），小柴油機曲軸45（優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼），木工鋸條T10（碳素工具鋼），油氣儲罐Q345（普低鋼），汽車齒輪20CrMnTi（合金滲碳鋼），機床主軸40Cr（合金調(diào)質(zhì)鋼），汽車發(fā)動機連桿35CrMo（合金調(diào)質(zhì)鋼），汽車發(fā)動機螺栓40Cr（合金調(diào)質(zhì)鋼），汽車板簧60Si2Mn（合金彈簧鋼），拖拉機軸承GCr15（滾動軸承鋼），板牙9SiCr（合金刃具鋼），高精度塞規(guī)CrWMn（合金量具鋼），大型冷沖模Cr12MoV（冷作模具鋼），胎模鍛模5CrMnMo(熱作模具鋼)，硝酸槽10Cr17（不銹鋼），手術(shù)刀12Cr18Ni9（不銹鋼），內(nèi)燃機氣閥42Cr9Si2（耐熱鋼），大型粉碎機顎板ZGMn13（耐磨鋼）7．化學成分和冷卻速度對鑄鐵石墨化有何影響？阻礙石墨化的元素主要有哪些？答：碳與硅是強烈促進石墨化的元素。鑄鐵的碳、硅含量越高，石墨化進行得越充分。硫是強烈阻礙石墨化的元素，并降低鐵水的流動性，使鑄鐵的鑄造性能惡化，其含量應盡可能降低。錳也是阻礙石墨化的元素。但它和硫有很大的親和力，在鑄鐵中能與硫形成MnS，減弱硫?qū)κ挠泻ψ饔?。冷卻速度對鑄鐵石墨化的影響也很大。冷卻越慢，越有利于石墨化的進行。阻礙石墨化的元素：S、Mn。8．為什么一般機器的支架、機床床身常用灰鑄鐵制造？答：機器的支架、機床床身常用灰鑄鐵制造，灰鑄鐵鑄造性能好，可以成形內(nèi)外形狀復雜的鑄件。9．灰鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵、可鍛鑄鐵在組織上的根本區(qū)別是什么？試述石墨對鑄鐵性能特點的影響。答：灰鑄鐵組織-鋼基體（F、F+P、P）+片狀G球墨鑄鐵組織-鋼基體（F、F+P、P、回火S、下B)+球狀G蠕墨鑄鐵組織-鋼基體+蠕蟲狀G可鍛鑄鐵組織-鋼基體+團絮狀G鑄鐵的性能主要決定于基體的性能和石墨的數(shù)量、形狀、大小及分布狀況。基體組織主要影響灰鑄鐵的強度、硬度、耐磨性及塑性。由于石墨本身的強度、硬度和塑性都很低，因此灰鑄鐵中存在的石墨，就相當于在鋼的基體上布滿了大量的孔洞和裂縫，割裂了基體組織的連續(xù)性，減小了基體金屬的有效承載面積；而且在石墨的尖角處易產(chǎn)生應力集中，造成鑄件局部損壞，并迅速擴展形成脆性斷裂。這就是灰鑄鐵的抗拉強度和塑性比同樣基體的鋼低得多的原因。若片狀石墨愈多，愈粗大，分布愈不均勻，則強度和塑性就愈低。石墨存在的優(yōu)點：優(yōu)良的鑄造性能；良好的吸振性；較低的缺口敏感性；良好的切削加工性；良好的減摩性。10．鋁合金分為幾類？各類鋁合金各自有何強化方法？鋁合金淬火與鋼的淬火有何異同？答：鋁合金通常按成型工藝分為變形鋁合金和鑄造鋁合金。變形鋁合金按照性能特點和用途分為：防銹鋁、硬鋁、超硬鋁、鍛鋁四種。強化方法：防銹鋁-加工硬化，硬鋁-固溶處理+自然時效，超硬鋁、鍛鋁-固溶處理+人工時效；鑄造鋁合金-淬火+時效。鋁合金沒有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，所以為了提高鋁合金強度，只能夠采用固溶處理+時效的方式，也有稱為鋁合金固溶淬火的，其實與鋼的淬火不是同一含義。

11．指出下列代號、牌號合金的類別、主要合金元素及主要性能特征。3A21，7A04，ZL102，ZL203，H68，HPb59-1，ZCuZn16Si4，QSn4-3，QBe2，ZCuSn10Pbl，ZSnSb11Cu6答：3A21防銹鋁，Mn，塑性好、耐蝕性高7A04超硬鋁，Zn、Mg、Cu，強度高、塑性較差ZL102鑄造鋁合金，Si，鑄造性能好ZL203鑄造鋁合金，Cu，鑄造性能好H68黃銅，Zn，較高的強度、塑性好、可進行冷熱加工HPb59-1