第16练 钢铁材料 江苏省（职教高考）机械类《机械基础》（高教版·第3版）一课一练

编写说明：考虑到中职学生普遍基础知识相对薄弱的情况，我们依据支架式教学理念，精心编制了江苏省（职教高考）机械类《机械基础》（高教版·第3版）一课一练。专辑里的每一份练习，都与课堂所授知识点紧密相关，题目围绕课堂所学知识点呈现。目的在于激发学生的学习兴趣，培养他们的学习自觉性，帮助学生扎实掌握课程的基本概念与基本方法，为他们后续的逐步提升奠定坚实基础。 本卷是江苏省（职教高考）机械类《机械基础》（高教版·第3版）一课一练的第16练，内容涵盖3-2 钢铁材料。 江苏省（职教高考）机械类 一课一练 《机械基础》（高教版·第3版） 第16练 模块3 工程材料 第2节 钢铁材料 一、单项选择题 1．仓库管理员在整理钢材时，需要将不同含碳量的碳钢分类存放。按含碳量分类，45钢（含碳量约0.45%）属于（ ） A．中碳钢 B．低碳钢 C．高碳钢 D．工具钢 2．一种钢材在牌号中标注了合金元素符号和含量，例如某钢材牌号为40Cr。牌号中的Cr表示该钢为（ ） A．碳素工具钢 B．碳素结构钢 C．铸铁材料 D．合金结构钢 3．在机械制造中，机床床身、发动机缸体等形状复杂的大型零件通常不采用铸钢而采用铸铁制造，主要原因是铸铁具有（ ） A．更高的强度和硬度 B．优良的铸造性能和减振性 C．更好的塑性和韧性 D．更高的抗拉强度 4．维修人员更换一根已磨损的传动轴，原轴材料标注为45钢，更换时应选用（ ） A．Q235钢，含碳量更低价格更便宜 B．T10钢，含碳量更高耐磨性更好 C．HT200铸铁，减振性更好 D．45钢或力学性能相当的中碳钢 5．灰铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁是三种常用铸铁。三者石墨形态的不同决定了力学性能的差异，其中石墨呈球状使得力学性能最接近钢的是（ ） A．灰铸铁，石墨呈片状 B．可锻铸铁，石墨呈团絮状 C．球墨铸铁，石墨呈球状 D．白口铸铁，无游离石墨 二、填空题 6．碳素结构钢的牌号用屈服强度的汉语拼音首字母____加屈服强度数值表示，如____表示屈服强度为235MPa的碳素结构钢。优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示钢中平均含碳量的____分数，如45钢表示平均含碳量为____。 7．铸铁是含碳量大于____的铁碳合金，工业上常用的铸铁有：石墨呈片状的____铸铁、石墨呈团絮状的____铸铁、石墨呈球状的____铸铁。其中力学性能最高的是____铸铁。 三、问答题 8．碳素钢和合金钢是工程中最常用的两类钢材。请回答：（1）碳素钢按含碳量分为哪三类？分别说明三者的主要力学性能特点和一个典型用途。（2）在碳钢中加入合金元素的主要目的是什么？列举两种常用的合金元素并说明它们在钢中的主要作用。 9．灰铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁的石墨形态不同，导致三者力学性能差异显著。请分别说明三种铸铁的石墨形态特征，比较三者抗拉强度和塑性的高低顺序，并对各类铸铁给出一个典型的机械零件应用实例并说明选择理由。 四、综合应用题 10．某机械厂需生产以下三种零件，请分别为每种零件选择合适的钢铁材料并说明理由：（1）减速器输出轴——传递功率中等，承受弯曲和扭转组合作用，要求良好的综合力学性能；（2）冲裁模具的凸模——反复冲击剪切钢板，要求高硬度和一定的冲击韧性；（3）重型机床床身——形状复杂、尺寸大，承受压应力和切削振动，要求良好的铸造性、减振性和耐磨性。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 编写说明：考虑到中职学生普遍基础知识相对薄弱的情况，我们依据支架式教学理念，精心编制了江苏省（职教高考）机械类《机械基础》（高教版·第3版）一课一练。专辑里的每一份练习，都与课堂所授知识点紧密相关，题目围绕课堂所学知识点呈现。目的在于激发学生的学习兴趣，培养他们的学习自觉性，帮助学生扎实掌握课程的基本概念与基本方法，为他们后续的逐步提升奠定坚实基础。 本卷是江苏省（职教高考）机械类《机械基础》（高教版·第3版）一课一练的第16练，内容涵盖3-2 钢铁材料。 江苏省（职教高考）机械类 一课一练 《机械基础》（高教版·第3版） 第16练 模块3 工程材料 第2节 钢铁材料 一、单项选择题 1．仓库管理员在整理钢材时，需要将不同含碳量的碳钢分类存放。按含碳量分类，45钢（含碳量约0.45%）属于（ ） A．中碳钢 B．低碳钢 C．高碳钢 D．工具钢 【答案】A 【解析】碳钢按含碳量分类：低碳钢含碳量＜0.25%，中碳钢0.25%至0.60%，高碳钢＞0.60%。45钢含碳量约0.45%属中碳钢，综合力学性能好，常用作轴、齿轮等零件。Q235含碳约0.15%为低碳钢，T10含碳约1.0%为高碳工具钢。 2．一种钢材在牌号中标注了合金元素符号和含量，例如某钢材牌号为40Cr。牌号中的Cr表示该钢为（ ） A．碳素工具钢 B．碳素结构钢 C．铸铁材料 D．合金结构钢 【答案】D 【解析】40Cr中40表示平均含碳量为万分之四十（即0.40%），Cr表示含有合金元素铬。合金钢是为改善碳钢的某些性能而有意加入一种或多种合金元素的钢。40Cr是常用的合金调质钢，淬透性优于45钢。 3．在机械制造中，机床床身、发动机缸体等形状复杂的大型零件通常不采用铸钢而采用铸铁制造，主要原因是铸铁具有（ ） A．更高的强度和硬度 B．优良的铸造性能和减振性 C．更好的塑性和韧性 D．更高的抗拉强度 【答案】B 【解析】铸铁含碳量高（2.11%至4.0%），熔点低、流动性好，适合铸造形状复杂的零件。铸铁中的石墨能吸收振动能量，减振性好——机床床身用铸铁可减少切削加工时的振动。铸铁的抗拉强度和塑性远低于钢，不宜制造受拉的零件。 4．维修人员更换一根已磨损的传动轴，原轴材料标注为45钢，更换时应选用（ ） A．Q235钢，含碳量更低价格更便宜 B．T10钢，含碳量更高耐磨性更好 C．HT200铸铁，减振性更好 D．45钢或力学性能相当的中碳钢 【答案】D 【解析】零件更换应选用与原设计相同或力学性能相当的材料。45钢是中碳优质碳素结构钢，综合力学性能好，适用于轴类零件。Q235强度低（屈服约235MPa）不适合承载传动轴，T10是高碳工具钢韧性差不宜做轴，铸铁抗拉强度低不能做轴。 5．灰铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁是三种常用铸铁。三者石墨形态的不同决定了力学性能的差异，其中石墨呈球状使得力学性能最接近钢的是（ ） A．灰铸铁，石墨呈片状 B．可锻铸铁，石墨呈团絮状 C．球墨铸铁，石墨呈球状 D．白口铸铁，无游离石墨 【答案】C 【解析】球墨铸铁中石墨呈球状，对基体的割裂作用最小，强度和塑性在铸铁中最高，部分性能接近钢，可代替钢制造曲轴、连杆等重要零件。灰铸铁石墨呈片状割裂基体严重导致脆性大，可锻铸铁石墨呈团絮状介于两者之间。 二、填空题 6．碳素结构钢的牌号用屈服强度的汉语拼音首字母____加屈服强度数值表示，如____表示屈服强度为235MPa的碳素结构钢。优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示钢中平均含碳量的____分数，如45钢表示平均含碳量为____。 【答案】Q；Q235；万分；0.45% 【解析】碳钢牌号命名规则：Q235——Q为屈服强度首字母，235为屈服强度值（MPa）；45钢——45表示平均含碳量为万分之四十五（0.45%）。理解牌号规则有助于从钢材标识直接判断其大致成分和性能。 7．铸铁是含碳量大于____的铁碳合金，工业上常用的铸铁有：石墨呈片状的____铸铁、石墨呈团絮状的____铸铁、石墨呈球状的____铸铁。其中力学性能最高的是____铸铁。 【答案】2.11%；灰；可锻；球墨；球墨 【解析】铸铁含碳量2.11%至4.0%，高于钢（＜2.11%）。三种铸铁以石墨形态区分：片状→灰铸铁（脆性大，应用最广）、团絮状→可锻铸铁（韧性优于灰铸铁）、球状→球墨铸铁（力学性能最优，接近钢）。 三、问答题 8．碳素钢和合金钢是工程中最常用的两类钢材。请回答：（1）碳素钢按含碳量分为哪三类？分别说明三者的主要力学性能特点和一个典型用途。（2）在碳钢中加入合金元素的主要目的是什么？列举两种常用的合金元素并说明它们在钢中的主要作用。 【答案】（1）低碳钢（含碳量＜0.25%）：强度较低、塑性好、焊接性好。典型用途：汽车车身冲压件、桥梁结构、钢筋。中碳钢（0.25%至0.60%）：强度、塑性和韧性综合性能好。典型用途：轴、齿轮、连杆。高碳钢（＞0.60%）：强度高、硬度高、但塑性和韧性差。典型用途：刀具、量具、弹簧。（2）在碳钢中加入合金元素的主要目的：提高钢的淬透性（使大截面零件也能整体淬硬）、提高钢的回火稳定性、细化晶粒提高强度和韧性、提高钢的耐腐蚀性或耐热性等。两种常用合金元素：铬（Cr）——提高淬透性和耐腐蚀性，是不锈钢的主要合金元素；锰（Mn）——提高强度和淬透性，还能与硫生成MnS减轻硫的热脆性。 【解析】碳钢分类以含碳量为依据，含碳量决定性能走向——碳越多越硬越强但越脆。合金化是在碳的基础上通过添加合金元素定向改善特定性能，使钢材适应更苛刻的工况。 9．灰铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁的石墨形态不同，导致三者力学性能差异显著。请分别说明三种铸铁的石墨形态特征，比较三者抗拉强度和塑性的高低顺序，并对各类铸铁给出一个典型的机械零件应用实例并说明选择理由。 【答案】（1）灰铸铁：石墨呈片状，尖锐的片状石墨对基体产生严重的割裂和应力集中作用，导致抗拉强度低（100至350MPa）、塑性极差（δ≈0）、呈脆性断裂。应用：机床床身——利用其优良的铸造性、减振性和耐磨性，且主要承受压应力而非拉应力。可锻铸铁：石墨呈团絮状，对基体的割裂作用较片状石墨大为减轻，抗拉强度（300至700MPa）和塑性（δ可达2%至12%）均优于灰铸铁。应用：管接头——需一定的塑性和韧性承受安装应力，形状复杂适合铸造。球墨铸铁：石墨呈球状，对基体的割裂作用最小，抗拉强度（400至900MPa）和塑性（δ可达2%至18%）在铸铁中最高，接近钢材的性能水平。应用：发动机曲轴——承受交变弯曲和扭转应力，需足够强度和一定的韧性，用球墨铸铁代替锻钢可大幅降低成本。（2）抗拉强度和塑性排序：球墨铸铁＞可锻铸铁＞灰铸铁。 【解析】铸铁性能差异的核心在于石墨形态——片状割裂最严重（灰铸铁最脆）、团絮状割裂减轻（可锻铸铁）、球状割裂最小（球墨铸铁最优）。选材时应根据零件受力特点匹配铸铁类型：受压件选灰铸铁、需一定韧性选可锻铸铁、承受动载的重要件选球墨铸铁。 四、综合应用题 10．某机械厂需生产以下三种零件，请分别为每种零件选择合适的钢铁材料并说明理由：（1）减速器输出轴——传递功率中等，承受弯曲和扭转组合作用，要求良好的综合力学性能；（2）冲裁模具的凸模——反复冲击剪切钢板，要求高硬度和一定的冲击韧性；（3）重型机床床身——形状复杂、尺寸大，承受压应力和切削振动，要求良好的铸造性、减振性和耐磨性。 【答案】（1）减速器输出轴：选用45钢（或40Cr）。理由：45钢为中碳优质碳素结构钢（含碳0.45%），经调质处理后获得良好的综合力学性能——既有足够的强度和硬度承受弯曲和扭转，又有一定的塑性和韧性防止脆断。若传递功率大或轴径粗需更好淬透性，可选40Cr合金钢。最终热处理：调质，轴颈处表面淬火提高耐磨性。（2）冲裁模具凸模：选用Cr12MoV或T10A。Cr12MoV为高碳高铬冷作模具钢，含碳约1.5%、含铬约12%，淬火后硬度达HRC60以上，耐磨性极好，且含有钼钒等元素提高韧性和抗回火性，适合大批量冲裁模具。若冲裁量小可选用T10A碳素工具钢（含碳约1.0%），成本低但淬透性和韧性不如Cr12MoV。最终热处理：淬火+低温回火。（3）重型机床床身：选用HT250或HT300灰铸铁。理由：灰铸铁含碳量高（约3.0%至3.5%），熔点低流动性好适合铸造大而复杂的床身；片状石墨能吸收振动能量，减振性优异；石墨本身有润滑作用提高导轨耐磨性。床身主要承受压应力（灰铸铁抗压强度约为抗拉强度的3至4倍），适合其受力特点。 【解析】选材的核心原则：根据零件受力特征和工作条件匹配材料性能。轴类（弯扭组合+综合力学性能）→中碳钢调质；模具类（高硬度+一定韧性）→高碳钢或合金工具钢淬火+低温回火；床身壳体类（复杂形状+受压+减振）→灰铸铁。钢铁材料的选材是「性能需求→材料类型→热处理工艺」三位一体的决策过程。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $