金属材料学课题讨论.docx

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金属材料学课题讨论

金属材料学课题讨论

金属资料学

课堂讨论题、综协作业及其要求

〔一〕课题讨论要求与方法

1、课题讨论目的

课题讨论是教学中的一个重要环节。

经过对讲课中的一些重点、难点的讨论，使先生进一步掌握课程的重点、基本概念、基本原理。

经过课堂讨论，消化和稳固课程的实际知识，使先生失掉进一步的总结和提高；同时对以前学过的专业基本知识也进一步失掉温习和稳固，使先生对专业知识树立一个微观而系统的概念，为专业课程设计作预备。

经过课堂讨论进程，培育和锻炼先生剖析效果和处置效果的才干；训练先生争辩和陈说的才干。

当然，选材和制定工艺是一项比拟复杂的技术任务。

在实践任务中要做到合理正确地选资料和制定工艺，除了应掌握必要的专业实际知识外，还需求具有丰厚的实际阅历，并且要擅长片面综合地思索各方面有关的效果作出正确的剖析判别。

因此，课题讨论中所触及的选材和制定工艺的效果只是使先生停止初步的练习，重要的是培育先生掌握剖析效果和处置效果的思绪和方法。

2、课题讨论要求和方法

将先生分红假定干个小组，每个小组担任一题；

讨论前，先生应依据题意，温习有关课程的内容，查阅有关资料；小组的同窗要停止充沛的讨论，仔细停止剖析。

每个先生各自片面而详细地以小论文的方式写出题解；

课堂讨论时，每组选派一名代表作发言，讲述后，由其他先生提出效果，停止争辩；

最后，由教员或先生停止总结；

课堂讨论完毕，每个先生对自己原来所写的内容停止修正和补充，作为一次小论文方式的综协作业交给教员批阅评分。

〔二〕课题讨论题

1、对比剖析各类机器零件用钢的成分、工艺特点、组织、功用和用途，试以40Cr、20CrMnTi、60Si2Mn、GCr15为典型代表区分论述。

2、对比剖析工具钢的成分、工艺特点、组织、功用和用途，试以T10、5CrNiMo、CrWMn、Cr12MoV、W6Mo5Cr4V2为典型代表区分论述。

3、汽车变速箱齿轮是汽车中的重要零件。

经过它来改动发起机曲轴和传动轴的速度比。

它们经常在较高的载荷下〔包括冲击载荷和交变弯曲载荷〕任务，磨损比拟大；在运动中，由于齿根遭到突然变载的冲击力及周期性的变化弯曲载荷，会形成轮齿的断裂或疲劳破坏；由于齿轮任务面接受比拟大的压应力和摩擦力，会使齿面发生接触疲劳破坏及深层剥落。

因此，齿轮在耐磨性、疲劳强度、心部强度和冲击韧度等方面要求比拟高。

现有一汽车变速箱齿轮，齿面硬度要求为58-63HRC，齿心部硬度要求为33-45HRC，其他力学功用要求为：

σS≥850MPa,σ-1≥440MPa,AKV≥65J。

试从以下资料中选择制造该齿轮的钢号，写收工艺流程，制定有关的热处置工艺，并剖析各热处置工艺的目的及相应的金相组织。

38CrMoAlA,20CrMnTi,20,40Cr。

4、汽车钢板弹簧〔如题4图〕在汽车行驶进程中接受各种应力的作用，其中以重复弯曲应力为主，绝大少数是疲劳破坏。

其功用要求为σ0.2≥1160MPa,σb≥1280MPa,δ10≥5%,ψ≥25%。

异样资料处置能否正确，其寿命相差也很大。

1〕在以下资料中选择适宜的钢号：

20Cr、40CrNiMo、60Si2Mn、65Mn；

2〕对所选资料停止成分、组织、功用剖析；

3〕制定合理的热处置工艺，并作剖析；

4〕剖析影响板弹簧寿命的主要要素。

题4图普通汽车钢板弹簧外形

5、某型号柴油机凸轮轴，要求凸轮硬度≥50HRC，心部具有良好的韧度，AKV≥40J。

原采用45钢调质，再在凸轮外表高频淬火，最后高温回火。

1〕说明45钢各热处置工艺及其作用；

2〕能否用20钢替代45钢?

假定能用20钢制造，仍用原工艺能否满足功用要求?

为什么?

3〕为满足凸轮轴功用要求，改用20钢制造后应采用什么工艺?

并剖析。

6、汽车、拖延机发起机中的连杆螺栓是发起机中接受载荷较重的零件。

装配时，按规则要拧紧，因此遭到平均拉伸应力；任务时遭到重复的交变应力；在活塞换向时还受冲击力。

如选材和处置不当，连杆螺栓易断裂，使汽缸破坏，或过质变形而失效。

对M12的技术要求为：

最终处置后硬度28-33HRC，σb≥950MPa,σS≥800MPa,δ5≥9%,ψ≥42%，AKV≥60J。

1〕查阅有关资料，剖析连杆螺栓的退役条件及功用要求。

选择适宜的资料；

2〕确定工艺流程，制定热处置工艺，并剖析；

3〕能否用15MnVB钢制造，说明理由。

7、有不时径为Φ25mm的精细机床主轴。

该主轴是在滑动轴承中任务，因此轴颈外表应有较高的硬度，50-55HRC，以使其不易磨损，保证精度；该主轴在任务时受力较复杂，所以轴的各局部沿横断面的功用应平均分歧，以保证有一定的耐疲劳性，硬度为220-255HB。

该主轴经最终热处置后的力学功用应为：

σb≥900MPa,AKV≥40J。

1〕在45、40Cr、40CrNiMo、20Cr等钢中选择何种钢为好?

为什么?

2〕制定热处置工艺，并剖析讨论。

8、汽车半轴〔如题8图〕是传递扭矩驱动车轮转动的直接驱动件。

汽车在上坡或启动时，扭矩比拟大，特别是急刹车或行驰在不平整的路途上，任务条件更为繁重。

因此，半轴主要接受冲击、弯曲疲劳和改动应力的作用。

跃进—130型汽车属中型载重汽车，半轴的技术要求为淬火后离外表0.3R〔半径〕处保证能取得90%的马氏体组织。

杆部硬度为37~44HRC，盘部外圆硬度为24~34HRC。

〔1〕依据退役条件剖析性要求；

〔2〕选择适宜的资料，并剖析；

〔3〕制定热处置工艺。

题8图各类汽车半轴

a）一端法兰式b）二端花键式c）比截面台阶式

9、有一中型热锤锻模，外形比拟复杂，锻坯消费批量大；在任务时接受弱小的冲击力；任务时由于金属的活动，有很大的摩擦；整个任务进程是在较高温度下停止，整个模具温度普通能到达350-400℃；为使模具温度不至太高，要经常用介质冷却。

罕见的失效方式有型腔磨损、模腔塌陷、外表龟裂，严重时，整个模具开裂。

该模面硬度要求38-41HRC，模尾硬度要求34-39HRC。

1〕选择适宜的资料，并剖析说明理由；

2〕制定热处置工艺，并讨论；

3〕对罕见的失效方式停止剖析讨论。

10、在45、5CrMnMo、W18Cr4V、T12等资料中选择制造手工丝锥〔≤M12〕的钢种；剖析手工丝锥的退役条件及功用要求；写出其工艺流程；制定热处置工艺并剖析说明。

11、归结总结高速钢的成分、工艺、组织和功用特点，着重剖析讨论以下几个效果：

1〕剖析高速钢中常用合金元素Cr、W、Mo、V的作用及含量；

2〕对高速钢停止锻造的目的与要求，如锻造不当，会带来什么结果；

3〕热处置工艺特点〔包括预热、淬火加热温度、淬火保温时间、分级淬火、回火工艺等〕，并说明其理由；

4〕剖析热处置后的最终组织，说明合金元素的散布状况；

5〕剖析比拟W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2钢的优缺陷。

12、冷冲压模具是目前冷作模具中运用最普遍的一种。

冷冲压模在任务时要接受弱小的剪切力、压力、冲击力和摩擦力。

因此，模具外表应有很高的强度、耐磨性、疲劳强度及足够的韧度。

另外，为使产品外形尺寸准确、质量动摇，又要求整个任务外表功用平均。

普通是因磨损而使产品外形尺寸不合格，也能够因热处置不当而失效：

如模具强度缺乏而被镫粗，模具脆性大招致刃口剥落，甚至开裂而过早失效。

现有硅钢片凹模，其尺寸为160×110×60mm。

是用来冲制0.3mm厚的硅钢片。

其技术要求：

硬度58-62HRC，高耐磨性，热处置变形要特别小。

在消费上普通选用Cr12MoV钢制造。

1〕对Cr12MoV钢停止资料剖析，以此说明选用该钢的理由；

2〕确定适宜的工艺流程，并对其中的热处置工艺停止剖析说明；

3〕如以Cr12、Cr6WV钢制造，试区分与Cr12MoV钢比拟各自的优缺陷。

13、某工厂消费精细丝杠〔6级〕，尺寸为Φ45×800mm。

要求热处置后变形小，尺寸动摇，外表硬度54-58HRC。

用CrWMn钢制造，其工序为：

热轧钢下料→球化退火→粗加工→淬火→高温回火→精加工→时效→精磨。

1〕试剖析用CrWMn钢制造的缘由；

2〕从退役条件、功用要求、显微组织要求等方面来剖析上述工艺布置能否到达要求。

如有效果，应该如何改良。

3〕能否用9Mn2V钢制造，说明理由。

14、有一规范块规，尺寸为40×10×8mm。

块规用来测量和标定线性尺寸，精度要求较高。

硬度要求：

≥62HRC。

某厂选用GCr15钢制造。

1〕试写出块规的加工工艺路途；

2〕依据退役条件、功用要求剖析选材的理由；

3〕制定热处置工艺，并剖析说明。

15、搓丝板是滚压外螺纹的工具。

任务时，齿部受较强的冲击力和挤压力，通常因磨损或崩齿而失效。

以前，工厂常用Cr12或Cr12MoV钢制造，本钱高，并且工艺复杂。

后来成功地改用9SiCr钢制造，寿命大为提高，本钱也下降了。

1〕综合剖析说明改用9SiCr钢制造的缘由；

2〕现用9SiCr钢制造M>6的搓丝板。

请制定工艺路途和热处置工艺。

16、试总结合金钢中常用元素Si、Mn、Cr、Mo、Ni、V的各种作用，对每种作用简明说明其原理。

17、查阅有关文献资料，选择某一种新型金属基复合资料或金属功用资料，就其成分、工艺、功用和运用或开展趋向停止交流讨论。

〔三〕大作业〔小论文〕范例

标题：

圆板牙是用来加工外螺纹的〔图略〕，其特点是刃部比拟薄且在外部，切削任务温度不高，并不要求高的红硬性，但是其螺距及内孔要求变形小，刃部不得脱C。

此外，任务时受扭矩较大。

某圆板牙的技术要求为60-63HRC。

螺孔中径尺寸要控制在规则的范围内。

1、依据圆板牙退役条件，剖析其功用要求；

2、试在以下资料中选用适宜的钢号：

T12、CrWMn、W18Cr4V、9SiCr、GCr15；

3、制定热处置工艺规程，并剖析。

圆板牙选材及工艺制定

×××

〔江苏大学资料迷信与工程学院×××班级〕

1、圆板牙的退役条件及技术要求

作为刃具，硬度要求60-63HRC，那么必需具有较高的淬透性，并保证圆板牙外部刃口部位淬硬；

螺孔中径、螺距及内孔的精度触及到加工后螺纹的精度，因此资料在热处置进程中要保证变形很小；

由于刃口较薄且在外部，所以要求该资料组织中碳化物粗大平均，以保证在任务时刃口不崩刃、耐磨性好，寿命长；

圆板牙在任务时受扭矩较大，那么须保证资料有良好的强韧性配合。

2、圆板牙选材剖析

T12是碳素工具钢，含1.15-1.24%C。

这样的高C能保证淬火后有高的硬度和较多的碳化物，以满足耐磨性和淬硬性的要求。

依据圆板牙的功用要求知，T12钢不能满足热处置变形小〔由于其淬透性差，需急冷而变形大〕和韧度较好的要求。

因此，T12钢不契合要求。

W18Cr4V是高速钢。

最主要的特点是红硬性高，适用于在600℃任务温度下仍能坚持其切削功用的高速切削场所。

该钢的碳化物比拟多，并且相对来说比拟粗大，平均性也难以到达最正确形状。

对圆板牙这样薄刃的工具，刃口部位容易崩刃，并且该钢的加工工艺性比拟复杂，本钱高。

所以选用该钢也是不适宜的。

余下的CrWMn、9SiCr、GCr15都可以作为工具钢运用。

但关于制造圆板牙这样的薄刃工具，还需求停止综合片面的剖析。

这三种资料由于合金化元素的不同，各有其特点：

CrWMn：

由于Cr、W、Mn的复合参与，使其有较高的淬透性；Cr、W、Mn都是碳化物构成元素，使钢中有较多的碳化物，淬火后硬度高，可到达64-66HRC，因此有较高的耐磨性；W能细化碳化物，改善了韧度；由于Mn的存在大为降低了MS点，该钢淬火后的剩余奥氏体比拟多，淬火变形也较小；但该钢的碳化物多且易构成网状，假设碳化物粗大且不平均，那么制造薄刃后，刃部有崩刃的风险。

CrWMn钢主要用于制造断面尺寸较大、淬火变形要求小、耐磨性要求较高的工具。

所以，假设采取有效工艺，使碳化物粗大平均，该钢是能满足要求的。

9SiCr：

Cr、Si的参与，提高了淬透性；由于Cr、Si的作用，使钢中的碳化物粗大平均。

运用时刃口部位不易崩刃；Si抑制高温回火时的组织转变十分有效，所以该钢的高温回火动摇性较好，热处置时的变形也很小。

其缺陷是脱C敏理性比拟大。

依据该钢的特点，如采取适宜的工艺措施，控制其脱C现象，9SiCr钢是制造薄刃圆板牙的理想资料。

GCr15：

是典型的滚动轴承钢，也可以制造工具。

Cr的参与添加了钢的淬透性，并能构成较动摇的粗大平均的碳化物，它的冶金质量比普通钢要高。

在淬火高温回火后可取得高而平均的硬度。

热处置变形比拟小，尺寸很动摇。

但是该钢和9SiCr相比，回火动摇性比拟差。

因此，对刃口要求高且在外部的圆板牙来说，GCr15不如9SiCr更适宜。

综合起来，最后选择9SiCr是适宜的。

3、9SiCr圆板牙的工艺规范

工艺路途：

毛坯→锻造→球化退火→机械加工→淬火→反省→回火→清洗→反省→发黑处置→反省。

9SiCr圆板牙的热处置工艺如图1。

下面停止工艺规范剖析。

1〕球化退火

锻造后球化退火的目的主要是降低硬度，改善切削功用，为最终热处置作组织预备。

工具钢原始组织为球状珠光体经淬-回火后的力学功用和原始组织为片状珠光体相比，在强度、硬度相反状况下，其塑韧性都要高，且对淬火温度的敏理性也相对较小。

要留意的是球化退火前的组织要求是细片状珠光体，不允许有严重的网状碳化物，否那么应在球化退火前布置正火处置。

球化退火组织依照国度有关规范评级，应在2-5级范围内合格。

2〕淬火工艺

等温淬火可使让应力和组织应力减至最小，并大大增加工具的变形，所以对圆板牙这类变形要求较高的工件，宜采用等温淬火工艺。

首先在600-650℃预热，以增加高温停留的时间，从而减轻圆板牙的脱C现象。

淬火加热温度确实定，除了思索控制未溶碳化物数量外，还应思索原资料的球化级别、工具尺寸等要素。

由于尺寸较大的工件，容易发生球化不良、碳化物不平均等效果，所以大尺寸的圆板牙宜采用较低的淬火加热温度，如：

M10的圆板牙，采用850-860℃。

在盐浴炉中加热，要留意盐浴炉的脱氧，也能减轻圆板牙的脱C倾向。

等温温度普通为180℃左右。

等温时，局部奥氏体转变为下贝氏体，从而使钢的硬度、强度和韧度失掉良好的配合，并能保证工具具有良好的耐磨性。

等温温渡过高，硬度、强度会急剧下降；等温温渡过低，得不到所需的下贝氏体数量。

等温温度也会影响随后空冷时构成的马氏体数量，从而对螺孔的胀缩有影响。

所以控制等温温度上下可以控制圆板牙螺孔的变形量。

异样等温停留时间对力学功用也有影响，适当的时间使钢具有最正确的强韧性。

实验说明，超越60分钟，功用就大为下降。

这是由于下贝氏体和剩余奥氏体量太多的缘故。

普通采用30-45分钟比拟适宜。

等温淬火后的金相组织为：

马氏体+下贝氏体+剩余奥氏体+碳化物。

3〕回火工艺

由于Si、Cr元素的作用，提高了钢的回火动摇性，因此可在190-200℃回火。

在这温度下回火，硬度下降很少，回火后硬度依然有60-63HRC。

经过回火后的金相组织为：

回火马氏体+下贝氏体+剩余奥氏体+碳化物。

大局部淬火应力曾经消弭。

参考文献〔应该列出，但这里省略了〕