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1、金属材料料学课堂讨论论题、综合作业业及其要求（一）课课题讨论论要求与与方法1、课题题讨论目目的课题讨论论是教学学中的一一个重要要环节。通通过对讲讲课中的的一些重重点、难难点的讨讨论，使使学生进进一步掌掌握课程程的重点点、基本本概念、基基本原理理。通过课堂堂讨论，消消化和巩巩固课程程的理论论知识，使使学生得得到进一一步的总总结和提提高；同同时对以以前学过过的专业业基本知知识也进进一步得得到复习习和巩固固，使学学生对专专业知识识建立一一个宏观观而系统统的概念念，为专专业课程程设计作作准备。通过课堂堂讨论过过程，培培养和锻锻炼学生生分析问问题和解解决问题题的能力力；训练练学生答答辩和陈陈述的能能力。
2、当然，选选材和制制定工艺艺是一项项比较复复杂的技技术工作作。在实实际工作作中要做做到合理理正确地地选材料料和制定定工艺，除除了应掌掌握必要要的专业业理论知知识外，还还需要具具有丰富富的实践践经验，并并且要善善于全面面综合地地考虑各各方面有有关的问问题作出出正确的的分析判判断。因因此，课课题讨论论中所涉涉及的选选材和制制定工艺艺的问题题只是使使学生进进行初步步的练习习，重要要的是培培养学生生掌握分分析问题题和解决决问题的的思路和和方法。2、课题题讨论要要求和方方法将学生分分成若干干个小组组，每个个小组负负责一题题；讨论前，学学生应根根据题意意，复习习有关课课程的内内容，查查阅有关关资料；小组的的
3、同学要要进行充充分的讨讨论，认认真进行行分析。每每个学生生各自全全面而详详细地以以小论文文的形式式写出题题解；课堂讨论论时，每每组选派派一名代代表作发发言，讲讲述后，由由其他学学生提出出问题，进进行答辩辩；最后，由由教师或或学生进进行总结结；课堂讨论论结束，每每个学生生对自己己原来所所写的内内容进行行修改和和补充，作作为一次次小论文文形式的的综合作业业交给教教师批阅阅评分。（二）课课题讨论论题1、对比比分析各各类机器器零件用用钢的成成分、工工艺特点点、组织织、性能能和用途途，试以以40CCr、20CCrMnnTi、60SSi2MMn、GCr115为典型型代表分分别阐述述。2、对比比分析工工具钢
4、的的成分、工工艺特点点、组织织、性能能和用途途，试以以T10、5CrrNiMMo、CrWWMn、Cr112MooV、W6MMo5CCr4VV2为典型型代表分分别阐述述。3、汽车车变速箱箱齿轮是是汽车中中的重要要零件。通通过它来来改变发发动机曲曲轴和传传动轴的的速度比比。它们们经常在在较高的的载荷下下（包括括冲击载载荷和交交变弯曲曲载荷）工工作，磨磨损比较较大；在在运动中中，由于于齿根受受到突然然变载的的冲击力力及周期期性的变变动弯曲曲载荷，会会造成轮轮齿的断断裂或疲疲劳破坏坏；由于于齿轮工工作面承承受比较较大的压压应力和和摩擦力力，会使使齿面产产生接触触疲劳破破坏及深深层剥落落。因此此，齿轮轮
5、在耐磨磨性、疲疲劳强度度、心部部强度和和冲击韧韧度等方方面要求求比较高高。现有有一汽车车变速箱箱齿轮，齿齿面硬度度要求为为58-63HHRC，齿心心部硬度度要求为为33-45HHRC，其余余力学性性能要求求为：S8500MPaa ,-14400MPaa ,AAKV65J。试试从下列列材料中中选择制制造该齿齿轮的钢钢号，写写出工艺艺流程，制制订有关关的热处处理工艺艺，并分分析各热热处理工工艺的目目的及相相应的金金相组织织。38CrrMoAAlA , 220CrrMnTTi , 200 , 40CCr。4、汽车车钢板弹弹簧（如如题4图）在汽汽车行驶驶过程中中承受各各种应力力的作用用，其中中以反复复
6、弯曲应应力为主主，绝大大多数是是疲劳破破坏。其其性能要要求为0.21160MMPa ,b1280MMPa ,105% ,25% 。同样材材料处理理是否正正确，其其寿命相相差也很很大。1）在下下列材料料中选择择合适的的钢号：20CCr、40CCrNiiMo、60SSi2MMn、65MMn；2）对所所选材料料进行成成分、组组织、性性能分析析；3）制定定合理的的热处理理工艺，并并作分析析；4）分析析影响板板弹簧寿寿命的主主要因素素。题4图一一般汽车车钢板弹弹簧形状状5、某型型号柴油油机凸轮轮轴，要要求凸轮轮硬度50 HRCC，心部部具有良良好的韧韧度，AKV40JJ。原采采用45钢调质质，再在在凸轮
7、表表面高频频淬火，最最后低温温回火。1）说明明45钢各热热处理工工艺及其其作用；2）能否否用20钢代替45钢? 若能能用20钢制造造，仍用原原工艺能能否满足足性能要要求?为什么?3）为满满足凸轮轮轴性能能要求，改改用20钢制造造后应采采用什么么工艺?并分析析。6、汽车车、拖拉拉机发动动机中的的连杆螺螺栓是发发动机中中承受载载荷较重重的零件件。装配配时，按按规定要要拧紧，因因而受到到均匀拉拉伸应力力；工作作时受到到反复的的交变应应力；在在活塞换换向时还还受冲击击力。如如选材和和处理不不当，连连杆螺栓栓易断裂裂，使汽汽缸破坏坏，或过过量变形形而失效效。对M12的技术术要求为为：最终终处理后后硬度2
8、8-33 HRCC，b9500MPaa ,S8000MPaa ,59% ,42%，AKV60JJ。1）查阅阅有关资资料，分分析连杆杆螺栓的的服役条条件及性性能要求求。选择择合适的的材料；2）确定定工艺流流程，制制定热处处理工艺艺，并分分析；3）能否否用15MMnVBB钢制造造，说明明理由。7、有一一直径为为25mmm的精密密机床主主轴。该该主轴是是在滑动动轴承中中工作，因因而轴颈颈表面应应有较高高的硬度度，50-55 HRCC，以使使其不易易磨损，保保证精度度；该主主轴在工工作时受受力较复复杂，所所以轴的的各部分分沿横断断面的性性能应均均匀一致致，以保保证有一一定的耐耐疲劳性性，硬度度为220
9、0-2555HBB。该主轴轴经最终终热处理理后的力力学性能能应为：b9000MPaa , AKVV40J。1）在445、40CCr、40CCrNiiMo、20CCr等钢中中选择何何种钢为为好?为什么?2）制定定热处理理工艺，并并分析讨讨论。8、汽车车半轴（如如题8图）是传传递扭矩矩驱动车车轮转动动的直接接驱动件件。汽车车在上坡坡或启动动时，扭扭矩比较较大，特特别是急急刹车或或行驰在在不平坦坦的道路路上，工工作条件件更为繁繁重。因因此，半半轴主要要承受冲冲击、弯弯曲疲劳劳和扭转转应力的的作用。跃跃进130型汽车车属中型载重重汽车，半半轴的技技术要求求为淬火火后离表表面0.33R（半径径）处保保证
10、能获获得90%的马氏氏体组织织。杆部部硬度为为3744HHRC，盘部部外圆硬硬度为224334HRRC。（1）根根据服役役条件分分析性要要求；（2）选选择合适适的材料料，并分分析；（3）制制订热处处理工艺艺。题8图各各类汽车车半轴a)一端端法兰式式 b)二端花花键式 c)比截面面台阶式式9、有一一中型热热锤锻模模，形状状比较复复杂，锻锻坯生产产批量大大；在工工作时承承受强大大的冲击击力；工工作时由由于金属属的流动动，有很很大的摩摩擦；整整个工作作过程是是在较高高温度下下进行，整整个模具具温度一一般能达达到3500-4000；为使使模具温温度不至至太高，要要经常用用介质冷冷却。常常见的失失效形式
11、式有型腔腔磨损、模模腔塌陷陷、表面面龟裂，严严重时，整整个模具具开裂。该该模面硬硬度要求求38-41 HRCC，模尾尾硬度要要求34-39 HRCC。1）选择择合适的的材料，并并分析说说明理由由；2）制订订热处理理工艺，并并讨论；3）对常常见的失失效形式式进行分分析讨论论。10、在在45、5CrrMnMMo、W188Cr44V、T12等材料料中选择择制造手手工丝锥锥（M12）的钢钢种；分分析手工工丝锥的的服役条条件及性性能要求求；写出出其工艺艺流程；制订热热处理工工艺并分分析说明明。11、归归纳总结结高速钢钢的成分分、工艺艺、组织织和性能能特点，着着重分析析讨论以以下几个个问题：1）分析析高速
12、钢钢中常用用合金元元素Cr、W、Mo、V的作用用及含量量；2）对高高速钢进进行锻造造的目的的与要求求，如锻锻造不当当，会带带来什么么后果；3）热处处理工艺艺特点（包包括预热热、淬火火加热温温度、淬淬火保温温时间、分分级淬火火、回火火工艺等等），并并说明其其理由；4）分析析热处理理后的最最终组织织，说明明合金元元素的分分布状况况；5）分析析比较W188Cr44V、W6MMo5CCr4VV2钢的优优缺点。12、冷冷冲压模模具是目目前冷作作模具中中使用最最广泛的的一种。冷冷冲压模模在工作作时要承承受强大大的剪切切力、压压力、冲冲击力和和摩擦力力。因此此，模具具表面应应有很高高的强度度、耐磨磨性、疲疲
13、劳强度度及足够够的韧度度。另外外，为使使产品形形状尺寸寸准确、质质量稳定定，又要要求整个个工作表表面性能能均匀。一一般是因因磨损而而使产品品形状尺尺寸不合合格，也也可能因因热处理理不当而而失效：如模具具强度不不足而被被镫粗，模模具脆性性大导致致刃口剥剥落，甚甚至开裂裂而过早早失效。现有硅钢钢片凹模模，其尺尺寸为16001110660mmm。是用用来冲制制0.33mm厚的硅硅钢片。其其技术要要求：硬硬度58-62HHRC，高耐耐磨性，热热处理变变形要特特别小。在在生产上上一般选选用Cr112MooV钢制造造。1）对CCr122MoVV钢进行行材料分分析，以以此说明明选用该该钢的理理由；2）确定定
14、合适的的工艺流流程，并并对其中中的热处处理工艺艺进行分分析说明明；3）如以以Cr112、Cr66WV钢制造造，试分分别与Cr112MooV钢比较较各自的的优缺点点。13、某某工厂生产产精密丝丝杠（6级），尺尺寸为458000 mmm。要求求热处理理后变形形小，尺尺寸稳定定，表面面硬度54-58 HRCC。用CrWWMn钢制造造，其工工序为：热轧钢钢下料球化退退火粗加工淬火低温回回火精加工时效精磨。1）试分分析用CrWWMn钢制造造的原因因；2）从服服役条件件、性能能要求、显显微组织织要求等等方面来来分析上上述工艺艺安排能能否达到到要求。如如有问题题，应该该如何改改进。3）能否否用9Mnn2V钢
15、制造造，说明明理由。14、有有一标准准块规，尺尺寸为40108 mmm。块规规用来测测量和标标定线性性尺寸，精精度要求求较高。硬硬度要求求：62 HHRC。某厂厂选用GCrr15钢制造。1）试写写出块规规的加工工工艺路路线；2）根据据服役条条件、性性能要求求分析选选材的理理由；3）制订订热处理理工艺，并并分析说说明。15、搓搓丝板是是滚压外外螺纹的的工具。工工作时，齿齿部受较较强的冲冲击力和和挤压力力，通常常因磨损损或崩齿齿而失效效。以前前，工厂厂常用Cr112或Cr112MooV钢制造造，成本本高，并并且工艺艺复杂。后后来成功功地改用用9SiiCr钢制造造，寿命命大为提提高，成成本也下下降了
16、。1）综合合分析说说明改用用9SiiCr钢制造造的原因因；2）现用用9SiiCr钢制造M 6的搓丝丝板。请请制订工工艺路线线和热处处理工艺艺。16、试试总结合合金钢中中常用元元素Si、Mn、Cr、Mo、Ni、V的各种种作用，对对每种作作用简要要阐明其其原理。17、查查阅有关关文献资资料，选选择某一一种新型型金属基基复合材材料或金金属功能能材料，就其成分、工艺、性能和应用或发展趋势进行交流讨论。（三）大大作业（小小论文）范范例题目：圆圆板牙是是用来加加工外螺螺纹的（图图略），其其特点是是刃部比比较薄且且在内部部，切削削工作温温度不高高，并不不要求高高的红硬硬性，但但是其螺螺距及内内孔要求求变形小
17、小，刃部部不得脱脱C。此外外，工作作时受扭扭矩较大大。某圆圆板牙的的技术要要求为60-63HHRC。螺孔孔中径尺尺寸要控控制在规规定的范范围内。1、根据据圆板牙牙服役条条件，分分析其性性能要求求；2、试在在下列材材料中选选用合适适的钢号号：T12、CrWWMn、W188Cr44V、9SiiCr、GCrr15；3、制订订热处理理工艺规规程，并并分析。圆板牙选选材及工工艺制订订（江苏大大学材料科科学与工工程学院院班级）1、圆板板牙的服服役条件件及技术术要求作为刃具具，硬度度要求60-63HHRC，则必必须具有有较高的的淬透性性，并保保证圆板板牙内部部刃口部部位淬硬硬；螺孔中径径、螺距距及内孔孔的精
18、度度涉及到到加工后后螺纹的的精度，因因此材料料在热处处理过程程中要保保证变形形很小；由于刃口口较薄且且在内部部，所以以要求该该材料组组织中碳碳化物细细小均匀匀，以保保证在工工作时刃刃口不崩崩刃、耐耐磨性好好，寿命命长；圆板牙在在工作时时受扭矩矩较大，则则须保证证材料有有良好的的强韧性性配合。2、圆板板牙选材材分析T12是是碳素工工具钢，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。根据圆板牙的性能要求知，T12钢不能满足热处理变形小（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钢不符合要求。W18CCr4VV是高速速钢。
19、最最主要的的特点是是红硬性性高，适适用于在在6000工作温温度下仍仍能保持持其切削削性能的的高速切切削场合合。该钢钢的碳化化物比较较多，并并且相对对来说比比较粗大大，均匀匀性也难难以达到到最佳状状态。对对圆板牙牙这样薄薄刃的工工具，刃刃口部位位容易崩崩刃，并并且该钢钢的加工工工艺性性比较复复杂，成成本高。所所以选用用该钢也也是不合合适的。余下的CCrWMMn、9SiiCr、GCrr15都可以以作为工工具钢使使用。但但对于制制造圆板板牙这样样的薄刃刃工具，还还需要进进行综合合全面的的分析。这这三种材材料由于于合金化化元素的的不同，各各有其特特点：CrWMMn：由由于Cr、W、Mn的复合合加入，使
20、使其有较较高的淬淬透性；Cr、W、Mn都是碳碳化物形形成元素素，使钢钢中有较较多的碳碳化物，淬淬火后硬硬度高，可可达到64-66HHRC，因此此有较高高的耐磨磨性；W能细化化碳化物物，改善善了韧度度；由于于Mn的存在在大为降降低了MS点，该该钢淬火火后的残残余奥氏氏体比较较多，淬淬火变形形也较小小；但该该钢的碳碳化物多多且易形形成网状状，如果果碳化物物粗大且且不均匀匀，则制制造薄刃刃后，刃刃部有崩崩刃的危危险。CCrWMMn钢主要要用于制制造断面面尺寸较较大、淬淬火变形形要求小小、耐磨磨性要求求较高的的工具。所所以，如如果采取取有效工工艺，使使碳化物物细小均均匀，该该钢是能能满足要要求的。9S
21、iCCr：Cr、Si的加入入，提高高了淬透透性；因因为Cr、Si的作用用，使钢钢中的碳碳化物细细小均匀匀。使用用时刃口口部位不不易崩刃刃；Si抑制低低温回火火时的组组织转变变非常有有效，所所以该钢钢的低温温回火稳稳定性较较好，热热处理时时的变形形也很小小。其缺缺点是脱C敏感性性比较大大。根据据该钢的的特点，如如采取合合适的工工艺措施施，控制制其脱C现象，99SiCCr钢是制制造薄刃刃圆板牙牙的理想想材料。GCr115：是是典型的的滚动轴轴承钢，也可以制造工具。Cr的加入增加了钢的淬透性，并能形成较稳定的细小均匀的碳化物，它的冶金质量比一般钢要高。在淬火低温回火后可获得高而均匀的硬度。热处理变形
22、比较小，尺寸很稳定。但是该钢和9SiCr相比，回火稳定性比较差。因此，对刃口要求高且在内部的圆板牙来说，GCr15不如9SiCr更适合。综合起来来，最后后选择9SiiCr是合适适的。3、9SSiCrr圆板牙牙的工艺艺规范工艺路线线：毛坯坯锻造球化退火机械加加工淬火检查回火清洗检查发黑处处理检查。9SiCCr圆板牙牙的热处处理工艺艺如图1。下面进进行工艺艺规范分分析。T 850870 3045/mm790810 炉冷 71010 600 2-4h 650 6-8h 500 空冷 160210 190200 30-45 60-90球化退火 等温淬火 回火 t图1 9SiCr圆板牙的热处理工艺1）球
23、化化退火锻造后球球化退火火的目的的主要是是降低硬硬度，改改善切削削性能，为为最终热热处理作作组织准准备。工工具钢原原始组织织为球状状珠光体体经淬-回火后后的力学学性能和和原始组组织为片片状珠光光体相比比，在强强度、硬硬度相同同情况下下，其塑塑韧性都都要高，且且对淬火火温度的的敏感性性也相对对较小。要要注意的的是球化化退火前前的组织织要求是是细片状状珠光体体，不允允许有严严重的网网状碳化化物，否否则应在在球化退退火前安安排正火火处理。球球化退火火组织按按照国家家有关标标准评级级，应在在2-5级范围围内合格格。2）淬火火工艺等温淬火火可使让让应力和和组织应应力减至至最小，并并大大减减少工具具的变形
24、形，所以以对圆板板牙这类类变形要要求较高高的工件件，宜采采用等温温淬火工工艺。首先在6600-6500预热，以以减少高高温停留留的时间间，从而而减轻圆圆板牙的的脱C现象。淬淬火加热热温度的的确定，除除了考虑虑控制未未溶碳化化物数量量外，还还应考虑虑原材料料的球化化级别、工工具尺寸寸等因素素。因为为尺寸较较大的工工件，容容易产生生球化不不良、碳碳化物不不均匀等等问题，所所以大尺尺寸的圆圆板牙宜宜采用较较低的淬淬火加热热温度，如： M10的圆板牙，采用850-860。在盐浴炉炉中加热热，要注注意盐浴浴炉的脱脱氧，也也能减轻轻圆板牙牙的脱C倾向。等温温度度一般为为1800左右。等等温时，部部分奥氏氏
25、体转变变为下贝贝氏体，从从而使钢钢的硬度度、强度度和韧度度得到良良好的配配合，并并能保证证工具具具有良好好的耐磨磨性。等等温温度度过高，硬硬度、强强度会急急剧下降降；等温温温度过过低，得得不到所所需的下下贝氏体体数量。等等温温度度也会影影响随后后空冷时时形成的的马氏体体数量，从从而对螺螺孔的胀胀缩有影影响。所所以控制制等温温温度高低低可以控控制圆板板牙螺孔孔的变形形量。同同样等温温停留时时间对力力学性能能也有影影响，适适当的时时间使钢钢具有最最佳的强强韧性。试试验表明明，超过过60分钟，性性能就大大为下降降。这是是因为下下贝氏体体和残余余奥氏体体量太多多的缘故故。一般般采用30-45分钟比比较合适适。等温淬火火后的金金相组织织为：马马氏体 +下贝贝氏体 +残余余奥氏体体 + 碳化物物。3）回火火工艺由于Sii、Cr元素的的作用，提提高了钢钢的回火火稳定性性，因此此可在1900-2000回火。在在这温度度下回火火，硬度度下降很很少，回回火后硬硬度仍然然有60-63HHRC。经过过回火后后的金相相组织为为：回火火马氏体体 +下贝贝氏体 +残余余奥氏体体 + 碳化物物。大部部分淬火火应力已已经消除除。参考文献献（应该该列出，但但这里省省略了）