分析题（本大题共9小题，每小题17分，共153分）
1.用40cr钢制造连杆螺栓，试分析：（共15分）
1）钢中碳和合金元素的含量及合金元素在钢中的作用（5分）
2）画出最终热处理（淬火回火）的工艺曲线，指出所获得的组织。（5分）。
3）根据工序正确安排生产过程的工艺路线。（5分）
精加工下料退火锻造粗加工调质
本题答案：1）40cr的平均含碳量为0.4%，℃铬的含量为0.8～1.1%。铬在钢中的主要作用是提高淬透性，其次溶入铁素体可使之强化，且保持较好的韧性。
2）最终热处理工艺曲线见图。调质处理后的组织是回火索氏体，硬度为（34～38）hrc。
3）下料→锻造→退火→粗加工→调质→精加工
2.下列零件应分别采用何种预先热处理和最终热处理？为什么？热处理后的组织分别是什么？
（1） 某机床变速箱齿轮（模数m=3）要求齿面耐磨 ，心部强度和韧性要求不高，材料选用 45钢。
（2） 机床主轴，要求有良好的综合力学性能，轴颈部分要求耐磨（50～55hrc）材料选用45钢。
本题答案：1）预先热处理：正火
因为心部强度和韧性要求不高，正火处理之后即可达到要求。且正火比调质处理的工艺简单，热处理的变形小，采用正火处理是合理的。正火后的组织是细珠光体+少量铁素体。
最终热处理：表面淬火+低温回火因为表面淬火+低温回火后使表面组织发生改变，成为回火马氏体，硬度高，耐磨性好，可达到齿面耐磨的目的。
2）预先热处理：正火通过正火可细化晶粒， 改善切削加工性。
最终热处理：调质处理+轴颈部表面淬火
因为机床主轴要求有良好的综合力学性能，而调质处理后的回火索氏体组织综合力学性能。轴颈部表面淬火并低温回火使获得回火马氏体组织，硬度高（可达50～55hrc），耐磨。
最终热处理后的组织：回火索氏体，轴颈表面是回火马氏体。
3.分析20crmnti钢得到下列组织的热处理工艺：
（1）板条马氏体；
（2）片状珠光体+铁素体；
（3）细片状珠光体+均匀分布的铁素体；
（4）表面的主要组织是片状回火马氏体，心部的主要组织是索氏体+低碳回火马氏体。
本题答案：1）热处理工艺：油冷淬火因为20crmnti属低碳合金钢，淬透性好，油冷淬火即可获得板条马氏体。
2）热处理工艺：完全退火因为20crmnti属亚共析钢，通过完全退火后可获得接近平衡的组织，即片状珠光体+铁素体。
3）热处理工艺：正火因为细片状珠光体+均匀分布的铁素体组织是在较快的冷速下获得的，因而采用正火。
4）热处理工艺：渗碳+淬火+低温回火
片状回火马氏体是高碳马氏体的组织形态，20crmnti属低碳钢，通过表面渗碳就可提高表面的含碳量，从而使表面在淬火后得到片状马氏体；片状回火马氏体和心部的低碳回火马氏体都是淬火后低温回火得到的。
4.某载重汽车发动机的汽缸盖螺栓，原选用40cr钢调质处理，硬度为33～35hrc，后改用15mnvb钢880℃油淬、200℃低温回火，硬度为38～41hrc，提高使用寿命1.5倍，试分析原因。
本题答案：载重汽车发动机的汽缸盖螺栓工作时承受冲击性的周期交变拉应力和装配预应力作用，而且应力较均匀地分布在整个截面上。因此，要求选用全截面能够淬透的，具有一定韧性和足够强度能承受一定能量的周期性的冲击作用的材料。
15mnvb钢淬透性好，可保证全截面淬透。在进行880℃油淬、200℃低温回火后的组织是低碳回火马氏体，有一定的韧性和较高强度，其强度、硬度（38～41处。
hrc）比40cr （33～35 hrc）高，因而15mnvb的小能量多冲抗力比40cr好，所以能够提高使用寿命1.5倍。
5.汽车齿轮通常用20crmnti钢制造，试问：（共17分）
1）钢中含碳量及合金元素的主要作用（4分）。
2）根据工序正确安排生产过程的工艺路线（3分）。
锻造、正火、渗碳、下料、车削加工、淬火加低温回火、齿形加工、精加工、
3）画出最终热处理（渗碳、淬火、回火）的工艺曲线（5分），指出最终热处理所获得的组织（5分）。
本题答案：1）平均含碳量为0.2%，cr、 mn 含量1%左右，t含量0.1%左右。
2）下料→锻造→正火→车削加工→齿形加工→渗碳→淬火加低温回火→精加工
3）热处理后表面组织主要是高碳回火马氏体。心部组织与钢的淬透性和零件尺寸有关，完全淬透时为低碳回火马氏体和少量铁素体，多数情况下为托氏体、少量回火马氏体及少量铁素体。
1.给下列齿轮零件编制工艺流程，指出热处理方法及其作用，最终热处理后各部位组织和性能。
1)45钢车床齿轮 ，速度较大，承受中等载荷，齿部硬度要求高。
2)38crmoal精密齿轮， 承受中等载荷，精度要求高。
本题答案：1）45钢车床齿轮，工作时运转速度较大，承受中等载荷，齿部硬度要求一般在52-58hrc。
机床齿轮的工作条件与动力机械中的齿轮相比较，机床齿轮还是属于运转平稳、负荷不大、条件较好的一类。生产实践证明，一般机床齿轮选用中碳钢制造，并经高频感应淬火，所得到的硬度、耐磨性、强度以及韧性均能满足要求，而且高频感应淬火变形小，生产率高。根据工作条件制定工艺流程如下：
锻造→正火→粗加工→调质→精加工→高频淬火及回火→精磨
正火改善切削加工性。调质可以使齿轮具有较高力学性能，提高齿轮心部的强度和韧性，使齿轮能承受较大的弯曲应力和冲击力。调质后的组织为回火索氏体，在表面淬火时变形更小。
高频淬火低温回火后，表面是回火马氏体，硬度高，耐磨。
2）38crmoal精密齿轮，承受中等载荷，精度要求高。工艺流程如下：
锻造→退火→粗车→调质→滚齿→去应力处理→精滚齿→剃齿→渗氮→珩齿
退火改善锻造组织，细化晶粒，调整硬度，提高切削加工性。调质可获较高的强度和韧性，调质后的组织为回火索氏体。去应力退火是为了消除切削加工中产生的应力，减小变形，退火温度应低于调质时的回火温度而高于渗氮温度20-30℃。
渗氮之后，表层有0.5mm左右的氮化层，硬度高（约950hv），耐磨性好，可保持齿轮在长期运转中的高精度。
2.给下列主轴零件编制工艺流程，指出热处理方法及其作用，最终热处理后各部位组织和性能。（轴颈要求耐磨）
1)20cr内圆磨床砂轮主轴（轴颈φ30mm，内锥孔φ25mm要求耐磨）
2)40cr车床主轴。
3)38crmoala主轴。
本题答案：1）20cr内圆磨床砂轮主轴（轴颈φ30mm，内锥孔φ25mm要求耐磨）工艺流程：
锻造→正火→切削加工→渗碳→车螺纹→淬火+低温回火→精磨。
正火是为了获得合适的硬度，便于切削加工，同时改善锻造组织，为渗碳处理作准备。渗碳之后使表面的含碳量提高到0.8%-1.
0%，淬火+低温回火后轴表面和内锥孔表面是高碳的回火马氏体组织，硬度高（58-60hrc），耐磨性好。心部由铁素体、珠光体和低碳回火马氏体组成，韧性好，耐冲击。适用于中等载荷，心部强度要求不高，但转速很高的场合。
2）40cr车床主轴工艺流程： 锻造→退火→粗加工→调质→轴颈部和内锥孔表面淬火+低温回火→精磨。
退火是为了改善锻造组织，细化晶粒，调整硬度，改善切削加工性。同时，为调质处理作组织上的准备。调质后主轴有较高的强度和韧性，组织是回火索氏体。
轴颈部和内锥孔表面淬火+低温回火后，表面是回火马氏体，硬度高（52-57hrc），耐磨性好。心部组织不变，为回火索氏体。
3)38crmoala坐标镗床主轴的工艺流程：
锻造→完全退火→粗加工→调质→半精加工→低温退火→粗磨→氮化→半精磨→油煮定性→精磨→油煮定性→研磨
退火是为了获得合适的硬度，便于切削加工，同时改善锻造组织，为调质处理作准备。调质是为了获得综合力学性能好的回火索氏体组织。低温退火（550—600℃，保温3-4h）是为了消除切削加工造成的内应力，减小最终热处理变形，退火温度要低于调质的回火温度20-30℃。
在精加工工序中安排的油煮定性（亦称人工时效，140-160℃，18-20h），其目的也是为了消除应力、稳定组织。氮化处理是为了获得高硬度，高耐磨性的表面氮化层，以保证机床在长期运转中的高精度。
3.镗床镗杆（φ60mm
），在重载荷下工作，精度要求极高，并在滑动轴承中运转，要求镗杆表面有极高的硬度，心部有较高的综合机械性能，材料选用38crmoala。该零件应采用何种预先热处理和最终热处理？为什么？
热处理后的组织分别是什么？零。
本题答案：预先热处理：1）锻坯退火，降低硬度，改善切削加工性。
2)粗加工后进行调质。由于氮化层很薄（约0.5mm），且较脆，因此要有较高强度的心部组织需通过调质处理。
38crmoala钢属高淬透性的调质钢，940±10℃加热保温后油冷，620-650℃回火空冷，可使心部获得综合力学性能好的回火索氏体组织。
最终热处理 ：磨削加工后进行渗氮处理，以使表面获得高硬度的渗氮层。
热处理后心部主要是回火索氏体，表面是高硬度的氮化层。
4.某汽车变速箱齿轮，要求齿面硬度高（耐磨），心部韧性好（耐冲击），同时具有高的抗弯强度（承受重载）,待选材料：h70 、 20crmnti 、 t10 、
gcr15 、 60si2mn 、q390 、 2cr13 、 lc4 、cr12mov
1）试为其选择正确的材料
2）钢中合金元素的主要作用
3）钢中含碳量为。
4）根据工序正确安排生产过程的工艺路线：
喷丸、锻造、正火、渗碳、下料、粗加工、淬火加低温回火、精磨
5）热处理目的
正火目的—
渗碳目的—
淬火加低温回火的目的—
本题答案：1）选择材料：汽车变速箱齿轮的工作条件比较繁重，因此在耐磨性、疲劳强度、心部强度和冲击韧性等方面要求较高，选用20crmnti钢制造并经渗碳淬火低温回火处理后使用是比较合理的。
另外，汽车齿轮的批量大，对材料的工艺性能要给以足够的重视。20crmnti正火后的切削加工性较好，也有较好的淬透性，可采用油冷淬火，过热倾向不大，渗碳后可预冷直接淬火。从工艺性方面考虑选用20crmnti钢也是合理的。
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