機(jī)械工程材料習(xí)題解答

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：原工藝路線中，由于在球化退火前沒有安排正火；機(jī)加工后沒有安排去應(yīng)力退火；淬火、低溫回火后沒有安排冰冷處理等項(xiàng)原因，使得精密絲杠在加工過程中會(huì)產(chǎn)生很大的應(yīng)力和變形，很難滿足精密絲杠的技術(shù)要求。所以原工藝路線應(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鋼不能滿足要求。對(duì)剩余兩個(gè)鋼種的比較可見表1。比較，20CrMnTi

5、能全面滿足齒輪的性能要求。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，在無潤(rùn)滑條件下長(zhǎng)時(shí)間工作，制造工藝簡(jiǎn)單

6、，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。而答：潮濕環(huán)境下鋁與銅的接觸面上會(huì)發(fā)生電化學(xué)腐蝕，因?yàn)檫@時(shí)鋁與銅的接觸面因電極電位不同存在著電極電位差而發(fā)生電化學(xué)腐蝕。第二章作業(yè)2－1常見的金屬晶體結(jié)構(gòu)有哪幾種？它們的原子排列和晶格常數(shù)有什么特點(diǎn)？－Fe、－Fe、Al、Cu、Ni、Cr、V、Mg、Zn各屬何種結(jié)構(gòu)？答：常見晶體結(jié)構(gòu)有3種：⑴體心立方：－Fe、Cr、V⑵面心立方：－Fe、Al、C

7、u、Ni⑶密排六方：Mg、Zn22已知－Fe的晶格常數(shù)（a=3.6）要大于－Fe的晶格常數(shù)（a=2.89）但為什么－Fe冷卻到912℃轉(zhuǎn)變?yōu)椋璅e時(shí)體積反而增大？答：－Fe冷卻到912℃轉(zhuǎn)變?yōu)椋璅e時(shí)體積增大，是因?yàn)檗D(zhuǎn)變之后面心立方的－Fe轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心立方的－Fe時(shí)致密度變小。－Fe－Fe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

8、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

9、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線缺陷：位錯(cuò)⑶面缺陷：晶界、亞晶界第三章作業(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；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：晶粒大小：⑴金屬模澆注的晶粒?、频蜏貪沧⒌木ЯＰ、氰T成薄壁件的晶粒?、炔捎谜駝?dòng)的晶粒小⑸厚大鑄件表面部分的晶粒小3－3Si、C、N