山东省（春季高考）机电技术类 《金属加工基础》项目二任务一 45分钟专题训练卷

山东省（春季高考）机电技术类《金属加工基础》45分钟专题训练卷专辑，共208份试卷。试卷命题与高考紧密相关，精选具有代表性和典型性的高考常考题。旨在帮助学生系统地复习和巩固机电技术类理论知识，熟悉高考题型和命题规律，提高解题能力和应试技巧，为高考取得优异成绩打下坚实的基础，本训练卷适用于即将参加机电技术类高考的学生。 与本专辑配套的还有山东省春季高考考试《机械制图》《机械基础》《液压与气压传动》45分钟专题训练卷专辑，欢迎同学和老师们下载使用。 山东省（春季高考）机电技术类 《金属加工基础》 项目二：钢铸铁分类性能 任务一：常用金属材料 时间：45分钟 总分：100分 班级＿＿＿＿　姓名＿＿＿＿　学号＿＿＿＿　成绩＿＿＿＿ 一、单项选择题（本大题共20小题，每题2分，共40分） 1. 某零件图样标注材料为Q235钢，其中字母“Q”表示该钢材的（ ） A. 抗拉强度等级 B. 屈服强度等级 C. 冲击韧性等级 D. 硬度指标等级 【答案】B 【解析】Q235中的“Q”表示屈服强度，235表示其屈服强度等级约为235 MPa。 2. Q235钢牌号中的“235”表示其屈服强度约为（ ） A. 235 MPa B. 335 MPa C. 435 MPa D. 535 MPa 【答案】A 【解析】Q235为碳素结构钢，其牌号中的235表示屈服强度约为235 MPa。 3. 45钢牌号中的“45”表示钢中平均含碳量约为（ ） A. 0.045% B. 0.15% C. 0.45% D. 4.50% 【答案】C 【解析】优质碳素结构钢牌号中的数字表示平均含碳量的万分数，45钢含碳量约为0.45%。 4. 45钢中的平均含碳质量分数约为（ ） A. 0.25% B. 0.35% C. 0.45% D. 0.55% 【答案】C 【解析】优质碳素结构钢牌号中的数字表示平均含碳量的万分数，45钢含碳量约为0.45%。 5. T8钢按用途分类属于（ ） A. 普通碳素结构钢 B. 优质碳素结构钢 C. 碳素工具钢 D. 合金工具钢 【答案】C 【解析】T表示碳素工具钢，T8钢的平均含碳量约为0.8%，适用于制造一般工具。 6. T8钢较适宜用于制造（ ） A. 桥梁与厂房构件 B. 锉刀与手工锯条 C. 齿轮与传动轴 D. 轴承套与滑轨 【答案】B 【解析】T8为碳素工具钢，热处理后硬度和耐磨性较高，适宜制造锉刀、锯条等工具。 7. 铸件材料标注为HT200，其中“HT”表示该材料属于（ ） A. 可锻铸铁 B. 球墨铸铁 C. 蠕墨铸铁 D. 灰铸铁 【答案】D 【解析】HT是灰铸铁的代号，HT200表示其最低抗拉强度约为200 MPa。 8. 20Cr钢经适当热处理后，其典型的性能特点是（ ） A. 退火后便于进行切削加工 B. 调质后获得较高综合性能 C. 淬火后获得均匀高硬度 D. 渗碳淬火后形成硬表韧心 【答案】D 【解析】20Cr属于低碳合金结构钢，渗碳淬火后表面硬度高、耐磨性好，心部仍具有较好韧性。 9. QT400-15球墨铸铁的最低抗拉强度和最小伸长率分别为（ ） A. 400 MPa和5% B. 400 MPa和15% C. 450 MPa和15% D. 450 MPa和5% 【答案】B 【解析】QT400-15中400表示最低抗拉强度为400 MPa，15表示最小伸长率为15%。 10. 40Cr钢经调质处理后，适宜制造（ ） A. 承受交变载荷的传动轴 B. 承受静载荷的建筑型钢 C. 承受高温载荷的电阻丝 D. 承受强腐蚀的化工管道 【答案】A 【解析】40Cr调质后具有较高的强度、韧性和耐疲劳性能，常用于制造传动轴、连杆等零件。 11. 某精密丝杠要求经氮化处理后获得较高表面硬度，并尽量减小热处理变形，较合适的材料是（ ） A. 40Cr钢 B. GCr15钢 C. 20CrMnTi钢 D. 38CrMoAlA钢 【答案】D 【解析】38CrMoAlA钢是常用氮化钢，氮化后表面硬度高、耐磨性好且变形较小。 12. 制造滚动轴承内、外圈常选用的材料是（ ） A. 20Cr B. 45钢 C. GCr15 D. HT200 【答案】C 【解析】GCr15是常用高碳铬轴承钢，淬火回火后硬度高、耐磨性好、接触疲劳强度高。 13. 某传动轴承受较大的交变扭矩，要求调质后具有较高强度和良好韧性，较合适的材料是（ ） A. Q235钢 B. 40Cr钢 C. T8工具钢 D. HT200铸铁 【答案】B 【解析】40Cr钢经调质处理后具有较高的强度、韧性和疲劳强度，常用于制造传动轴。 14. HT200灰铸铁中的石墨主要呈（ ） A. 球状 B. 团絮状 C. 蠕虫状 D. 片状 【答案】D 【解析】灰铸铁中的石墨主要呈片状分布，断口通常呈灰暗色，因此称为灰铸铁。 15. 某减速器需要制造滚动轴承的套圈和滚动体，通常选用的材料是（ ） A. GCr15钢 B. 45号钢 C. 20号钢 D. HT200铸铁 【答案】A 【解析】GCr15钢属于高碳铬轴承钢，淬火回火后硬度高、耐磨性和接触疲劳强度好。 16. QT400-15中的“400”和“15”分别表示（ ） A. 屈服强度与断后收缩率 B. 抗拉强度与断后伸长率 C. 硬度等级与冲击吸收功 D. 弹性模量与疲劳极限 【答案】B 【解析】球墨铸铁牌号中，前一数字表示最低抗拉强度，后一数字表示最低断后伸长率。 17. 某机床床身要求具有良好的铸造性能、减振性能和切削加工性能，较适宜选用的毛坯是（ ） A. QT400-15球墨铸铁件 B. 45号钢锻造毛坯件 C. 40Cr钢调质处理件 D. HT200灰铸铁铸件 【答案】D 【解析】灰铸铁具有良好的铸造性、减振性和切削加工性，常用于制造机床床身和箱体。 18. 某设备传动轴要求调质后具有较高强度、韧性和抗疲劳性能，较合适的材料是（ ） A. Q235普通碳素结构钢 B. 20Cr低碳合金结构钢 C. HT200灰铸铁 D. 40Cr合金结构钢 【答案】D 【解析】40Cr经调质处理后综合力学性能较好，适合制造承受交变载荷的重要轴类零件。 19. 某重载齿轮要求齿面耐磨、抗点蚀，齿芯承受冲击时仍保持较好韧性，工艺安排为渗碳后淬火，宜选用（ ） A. 45号钢调质处理 B. 40Cr钢调质处理 C. 20CrMnTi钢渗碳淬火 D. T8钢淬火处理 【答案】C 【解析】20CrMnTi钢属于低碳合金渗碳钢，渗碳淬火后齿面硬而耐磨，齿芯仍具有较好韧性。 20. 某减速器小齿轮长期承受冲击载荷，原采用45钢高频淬火后出现齿根早期断裂。为获得较硬齿面和较韧的心部，较合适的改进方案是（ ） A. 选用45钢调质后进行高频淬火 B. 选用40Cr调质后进行整体淬火 C. 选用20CrMnTi渗碳、淬火并低温回火 D. 选用HT200铸造后进行去应力退火 【答案】C 【解析】20CrMnTi渗碳淬火后可获得高硬度耐磨齿面和韧性较好的心部，适于制造承受冲击载荷的齿轮。 二、计算题（本大题共5小题，每题4分，共20分） 21. 某设备支架采用 Q235 钢板制作拉板，拉板危险截面宽度为 40 mm，厚度为 8 mm。已知该厚度下 Q235 钢的屈服强度按 235 MPa 计算，设计安全系数为 1.6，实际承受拉力为 45 kN。（1）计算拉板危险截面的屈服载荷。（2）计算拉板的许用拉力，并判断该拉板能否满足使用要求。 【答案】（1）危险截面积为 。屈服载荷为 。（2）许用拉力为 。实际拉力为 45 kN，小于许用拉力 47.00 kN，拉板满足使用要求。 【解析】（1）危险截面面积为：。Q235钢的屈服强度为，因此屈服载荷为：。（2）设计安全系数为，许用拉力为：。实际拉力，因此拉板满足使用要求。 22. 某车间使用 45 钢加工传动轴，共需加工 50 件，每件成品轴的质量为 2.4 kg。加工过程的材料利用率为 78％，按 45 钢平均含碳量为 0.45％计算。（1）计算加工这批传动轴所需 45 钢毛坯的总质量。（2）计算所需毛坯中碳元素的理论质量。 【答案】（1）成品总质量为 。毛坯总质量为 。（2）碳元素理论质量为 。 【解析】（1）50件成品轴的总质量为：。材料利用率为，故所需毛坯总质量为：。（2）45钢牌号中的“45”表示平均含碳量约为，毛坯中碳元素的理论质量为：。 23. 某汽车变速器齿轮选用 20CrMnTi 钢制造。齿轮渗碳后，需提高表层碳含量。已知每个齿轮需渗碳的表层体积为 12 cm3，钢的密度为 7.85 g/cm3，渗碳前碳的质量分数为 0.20％，渗碳后表层碳的质量分数达到 0.85％。忽略渗碳过程中的质量损失。（1）计算每个齿轮渗碳层的质量。（2）计算每个齿轮渗碳层理论增加的碳质量。（3）若一次处理 80 个齿轮，计算理论需补充的碳质量。 【答案】（1）渗碳层质量为 。（2）渗碳前碳质量为 。渗碳后碳质量为 。增加的碳质量为 。（3）80 个齿轮理论需补充碳质量为 ，约为 49.0 g。 【解析】（1）每个齿轮需渗碳的表层体积为，钢的密度为，渗碳层质量为：。（2）按渗碳层质量近似不变计算，渗碳前碳质量为：；渗碳后碳质量为：。理论增加的碳质量为：。（3）一次处理80个齿轮时，理论需补充的碳质量为：。 24. 某机床床身上的连接凸缘采用 HT200 灰铸铁制造，其危险截面尺寸为 20 mm×25 mm。凸缘在工作中承受静态拉力 18 kN，HT200 的抗拉强度按 200 MPa 计算，设计安全系数取 2.5。（1）计算凸缘危险截面的实际拉应力。（2）计算该材料的许用拉应力，并判断该凸缘是否满足强度要求。 【答案】（1）危险截面积为 。实际拉应力为 。（2）许用拉应力为 。实际拉应力 36.00 MPa 小于许用拉应力 80.00 MPa，凸缘满足静态强度要求。 【解析】（1）危险截面面积为：。工作拉力，实际拉应力为：。（2）HT200的抗拉强度按计算，安全系数，许用拉应力为：。实际拉应力，因此凸缘满足静态强度要求。 25. 某工程机械的连接销采用 QT400-15 球墨铸铁制造，连接销直径为 18 mm，工作时承受最大拉力 28 kN。QT400-15 的抗拉强度按 400 MPa 计算，断后伸长率按 15％计算，标距长度为 80 mm。（1）计算连接销横截面积和理论最小断裂拉力。（2）计算连接销在最大工作拉力下的安全系数，并判断是否满足安全系数不小于 3 的要求。（3）计算该材料在标距长度内达到 15％伸长率时的伸长量和标距长度。 【答案】（1）连接销横截面积为 。理论最小断裂拉力为 。（2）安全系数为 。安全系数大于 3，连接销满足安全要求。（3）伸长量为 。伸长后的标距长度为 。 【解析】（1）连接销直径为，横截面积为：。QT400-15的抗拉强度按计算，理论最小断裂拉力为：。（2）最大工作拉力为，安全系数为：。，故连接销满足安全系数不小于3的要求。（3）原始标距，断后伸长率，伸长量为：。伸长后的标距长度为：。 三、综合应用题（本大题共6小题，共40分） 26.（5分）某农机企业生产单缸柴油机曲轴，拟采用球墨铸铁制造。抽取一根试样进行拉伸试验，试样直径为20 mm，原始标距为50 mm，断后标距为58.5 mm，最大拉伸力为130 kN。（1）计算该试样的抗拉强度和断后伸长率。（2）判断该试样是否满足QT400-15球墨铸铁的性能要求。（3）说明该曲轴选用QT400-15而不选用HT200灰铸铁的主要原因。 【答案】（1）试样原始横截面积为：抗拉强度为：断后伸长率为：（2）满足要求。该试样抗拉强度为414.0 MPa，不低于400 MPa；断后伸长率为17%，不低于15%。（3）曲轴承受交变弯曲和扭转载荷，需要较高强度、韧性和抗疲劳性能。QT400-15中的石墨呈球状，对基体割裂作用较小，强度和塑性优于HT200灰铸铁，更适合制造曲轴。 【解析】（1）试样直径为，原始横截面积为：。最大拉伸力为，抗拉强度为：。原始标距，断后标距，断后伸长率为：。（2）QT400-15要求抗拉强度不低于、断后伸长率不低于。试样的抗拉强度为、断后伸长率为，均满足要求。（3）曲轴承受交变弯曲和扭转载荷，需要较高的强度、韧性及抗疲劳性能。QT400-15中石墨呈球状，对基体的割裂作用较小，其强度和塑性优于HT200灰铸铁，因此更适合制造曲轴。 27.（5分）某设备制造企业加工一根传动轴，设计选用45钢。该轴危险截面直径为18 mm，45钢调质后的屈服强度取355 MPa，设计安全系数取2.5。设备运行时，该截面承受的最大轴向拉力为30 kN。（1）计算该传动轴危险截面的面积、许用应力和许用轴向拉力。（2）判断该传动轴在最大轴向拉力作用下是否满足强度要求。（3）说明该传动轴选用45钢并进行调质处理的主要原因。 【答案】（1）危险截面面积为：。许用应力为：。许用轴向拉力为：。（2）最大轴向拉力30 kN小于许用轴向拉力36.12 kN，该传动轴满足强度要求。（3）45钢属于优质碳素结构钢，强度和韧性较好，适合制造传动轴等受力零件。调质处理可使轴获得较好的综合力学性能，提高承载能力和抗冲击能力。 【解析】（1）危险截面直径为，截面面积为：。屈服强度，安全系数，许用应力为：。许用轴向拉力为：。（2）最大轴向拉力为，小于许用轴向拉力，故传动轴满足强度要求。（3）45钢属于优质碳素结构钢，调质后可获得较好的强度、韧性和抗冲击能力，适合制造传动轴等承受交变载荷的轴类零件。 28.（5分）某设备维修车间需更换一台皮带输送机减速器的高速轴。已知电动机传递功率为30 kW，轴转速为600 r/min，拟选用调质45钢或调质40Cr钢制造。经查，调质45钢的许用切应力为55 MPa，调质40Cr钢的许用切应力为75 MPa。高速轴直径设计为35 mm。（1）计算高速轴传递的转矩和轴上的最大切应力。（2）根据计算结果，判断45钢和40Cr钢中哪一种材料更适合制造该高速轴。（3）说明所选材料在加工后的热处理要求及其作用。 【答案】（1）高速轴传递的转矩为：将转矩换算为N·mm：轴上的最大切应力为： （2）应选用40Cr钢。45钢的许用切应力为55 MPa，小于实际切应力56.7 MPa；40Cr钢的许用切应力为75 MPa，能够满足强度要求。（3）40Cr钢加工后应进行淬火和高温回火调质处理。调质后可获得较高的强度、韧性和耐磨性，提高高速轴承受扭转载荷和冲击载荷的能力。 【解析】（1）轴传递功率为，转速为，传递转矩为：。换算为：。实心圆轴直径，最大切应力为： 。（2）调质45钢的许用切应力为，小于实际切应力，不能满足要求；调质40Cr钢的许用切应力为，大于实际切应力，故应选用调质40Cr钢。（3）40Cr钢通常经淬火和高温回火进行调质处理。调质后可获得较高的强度、较好的韧性和耐磨性，提高高速轴承受扭转载荷及冲击载荷的能力。 29.（5分）某机床床身原设计采用HT200灰铸铁铸造。床身一处支承筋板的受压截面宽度为80 mm、厚度为25 mm，工作时承受的最大压缩载荷为180 kN。现有方案提出改用QT500-7球墨铸铁制造该床身。已知HT200的抗拉强度最低值为200 MPa，QT500-7的抗拉强度最低值为500 MPa，设计时许用应力按抗拉强度的四分之一取值。（1）计算该筋板截面的压应力，并分别计算采用HT200和QT500-7时的许用应力。（2）根据计算结果，判断原设计采用HT200是否满足强度要求。（3）比较HT200与QT500-7的性能特点，说明床身通常优先选用HT200的原因。 【答案】（1）筋板截面面积为：。筋板压应力为：。HT200的许用应力为：。QT500-7的许用应力为：。（2）筋板实际压应力90 MPa大于HT200的许用应力50 MPa，原设计按该截面尺寸采用HT200不满足强度要求。（3）HT200的铸造性能、减振性和切削加工性能较好，且成本较低，适合制造床身、箱体等承受振动的铸件。QT500-7的强度、塑性和韧性较高，适用于受力较大或需承受冲击的机械零件。若仍采用HT200，应增大筋板截面或优化结构。 【解析】截面积A=80×25=2000 mm2，压应力σ=180000/2000=90 MPa。HT200许用应力为200/4=50 MPa，故原截面不满足强度要求；QT500-7许用应力为125 MPa，可满足。床身常选HT200，因其铸造、减振和切削性能好且成本低。 30.（10分）某机床厂铸造普通车床床身，设计选用HT250灰铸铁。为验收铸件材料性能，取直径为20 mm的铸铁试样进行拉伸试验，测得试样断裂时的拉伸力为82 kN。车床床身工作时要求具有良好的减振性能和铸造性能。（1）计算该试样的抗拉强度。（2）判断该试样是否符合HT250灰铸铁的牌号要求。（3）说明车床床身选用HT250灰铸铁的主要依据，并指出使用中应注意的问题。 【答案】（1）试样横截面积为：试样抗拉强度为：（2）符合HT250灰铸铁的牌号要求。HT250表示抗拉强度不低于250 MPa，该试样抗拉强度为261.1 MPa。（3）HT250灰铸铁具有较好的铸造性能、减振性能、耐磨性和切削加工性能，适合制造结构复杂且要求减小振动的机床床身。灰铸铁塑性和韧性较低，床身在搬运、安装和使用中应避免剧烈冲击及局部应力集中。 【解析】（1）试样直径为，横截面积为：。断裂拉伸力为，抗拉强度为：。（2）HT250表示灰铸铁的抗拉强度不低于。试样抗拉强度为，因此符合HT250灰铸铁的牌号要求。（3）HT250灰铸铁具有较好的铸造性能、减振性能、耐磨性和切削加工性能，适合制造结构复杂且要求减小振动的机床床身。灰铸铁的塑性和韧性较低，使用中应避免剧烈冲击和局部应力集中。 31.（10分）某减速器制造企业需要加工一套齿轮传动装置，主动齿轮采用20CrMnTi制造，从动轴采用40Cr制造。主动齿轮模数为4 mm、齿数为30，传递扭矩为960 N·m。已知齿轮分度圆直径公式为，圆周力公式为。（1）计算主动齿轮的分度圆直径和轮齿承受的圆周力。（2）说明主动齿轮选用20CrMnTi并进行渗碳淬火处理是否合理。（3）说明从动轴选用40Cr并进行调质处理的主要依据。 【答案】（1）主动齿轮分度圆直径为：。轮齿承受的圆周力为：。（2）合理。20CrMnTi属于低碳合金结构钢，渗碳淬火后齿面硬度高、耐磨性好，心部仍保持较好的韧性，能够承受较大的齿面接触应力和冲击载荷。（3）40Cr属于合金结构钢，调质后具有较高的强度、韧性和疲劳强度，适合制造承受扭转和交变载荷的轴类零件。 【解析】分度圆直径d=mz=4×30=120 mm=0.12 m，圆周力Ft=2T/d=2×960/0.12=16000 N。20CrMnTi渗碳淬火后齿面硬耐磨、心部韧性较好，适合齿轮；40Cr调质后强度、韧性和疲劳强度较高，适合承受扭转及交变载荷的轴。 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 $ 山东省（春季高考）机电技术类《金属加工基础》45分钟专题训练卷专辑，共208份试卷。试卷命题与高考紧密相关，精选具有代表性和典型性的高考常考题。旨在帮助学生系统地复习和巩固机电技术类理论知识，熟悉高考题型和命题规律，提高解题能力和应试技巧，为高考取得优异成绩打下坚实的基础，本训练卷适用于即将参加机电技术类高考的学生。 与本专辑配套的还有山东省春季高考考试《机械制图》《机械基础》《液压与气压传动》45分钟专题训练卷专辑，欢迎同学和老师们下载使用。 山东省（春季高考）机电技术类 《金属加工基础》 项目二：钢铸铁分类性能 任务一：常用金属材料 时间：45分钟 总分：100分 班级＿＿＿＿　姓名＿＿＿＿　学号＿＿＿＿　成绩＿＿＿＿ 一、单项选择题（本大题共20小题，每题2分，共40分） 1. 某零件图样标注材料为Q235钢，其中字母“Q”表示该钢材的（ ） A. 抗拉强度等级 B. 屈服强度等级 C. 冲击韧性等级 D. 硬度指标等级 2. Q235钢牌号中的“235”表示其屈服强度约为（ ） A. 235 MPa B. 335 MPa C. 435 MPa D. 535 MPa 3. 45钢牌号中的“45”表示钢中平均含碳量约为（ ） A. 0.045% B. 0.15% C. 0.45% D. 4.50% 4. 45钢中的平均含碳质量分数约为（ ） A. 0.25% B. 0.35% C. 0.45% D. 0.55% 5. T8钢按用途分类属于（ ） A. 普通碳素结构钢 B. 优质碳素结构钢 C. 碳素工具钢 D. 合金工具钢 6. T8钢较适宜用于制造（ ） A. 桥梁与厂房构件 B. 锉刀与手工锯条 C. 齿轮与传动轴 D. 轴承套与滑轨 7. 铸件材料标注为HT200，其中“HT”表示该材料属于（ ） A. 可锻铸铁 B. 球墨铸铁 C. 蠕墨铸铁 D. 灰铸铁 8. 20Cr钢经适当热处理后，其典型的性能特点是（ ） A. 退火后便于进行切削加工 B. 调质后获得较高综合性能 C. 淬火后获得均匀高硬度 D. 渗碳淬火后形成硬表韧心 9. QT400-15球墨铸铁的最低抗拉强度和最小伸长率分别为（ ） A. 400 MPa和5% B. 400 MPa和15% C. 450 MPa和15% D. 450 MPa和5% 10. 40Cr钢经调质处理后，适宜制造（ ） A. 承受交变载荷的传动轴 B. 承受静载荷的建筑型钢 C. 承受高温载荷的电阻丝 D. 承受强腐蚀的化工管道 11. 某精密丝杠要求经氮化处理后获得较高表面硬度，并尽量减小热处理变形，较合适的材料是（ ） A. 40Cr钢 B. GCr15钢 C. 20CrMnTi钢 D. 38CrMoAlA钢 12. 制造滚动轴承内、外圈常选用的材料是（ ） A. 20Cr B. 45钢 C. GCr15 D. HT200 13. 某传动轴承受较大的交变扭矩，要求调质后具有较高强度和良好韧性，较合适的材料是（ ） A. Q235钢 B. 40Cr钢 C. T8工具钢 D. HT200铸铁 14. HT200灰铸铁中的石墨主要呈（ ） A. 球状 B. 团絮状 C. 蠕虫状 D. 片状 15. 某减速器需要制造滚动轴承的套圈和滚动体，通常选用的材料是（ ） A. GCr15钢 B. 45号钢 C. 20号钢 D. HT200铸铁 16. QT400-15中的“400”和“15”分别表示（ ） A. 屈服强度与断后收缩率 B. 抗拉强度与断后伸长率 C. 硬度等级与冲击吸收功 D. 弹性模量与疲劳极限 17. 某机床床身要求具有良好的铸造性能、减振性能和切削加工性能，较适宜选用的毛坯是（ ） A. QT400-15球墨铸铁件 B. 45号钢锻造毛坯件 C. 40Cr钢调质处理件 D. HT200灰铸铁铸件 18. 某设备传动轴要求调质后具有较高强度、韧性和抗疲劳性能，较合适的材料是（ ） A. Q235普通碳素结构钢 B. 20Cr低碳合金结构钢 C. HT200灰铸铁 D. 40Cr合金结构钢 19. 某重载齿轮要求齿面耐磨、抗点蚀，齿芯承受冲击时仍保持较好韧性，工艺安排为渗碳后淬火，宜选用（ ） A. 45号钢调质处理 B. 40Cr钢调质处理 C. 20CrMnTi钢渗碳淬火 D. T8钢淬火处理 20. 某减速器小齿轮长期承受冲击载荷，原采用45钢高频淬火后出现齿根早期断裂。为获得较硬齿面和较韧的心部，较合适的改进方案是（ ） A. 选用45钢调质后进行高频淬火 B. 选用40Cr调质后进行整体淬火 C. 选用20CrMnTi渗碳、淬火并低温回火 D. 选用HT200铸造后进行去应力退火 二、计算题（本大题共5小题，每题4分，共20分） 21. 某设备支架采用 Q235 钢板制作拉板，拉板危险截面宽度为 40 mm，厚度为 8 mm。已知该厚度下 Q235 钢的屈服强度按 235 MPa 计算，设计安全系数为 1.6，实际承受拉力为 45 kN。（1）计算拉板危险截面的屈服载荷。（2）计算拉板的许用拉力，并判断该拉板能否满足使用要求。 22. 某车间使用 45 钢加工传动轴，共需加工 50 件，每件成品轴的质量为 2.4 kg。加工过程的材料利用率为 78％，按 45 钢平均含碳量为 0.45％计算。（1）计算加工这批传动轴所需 45 钢毛坯的总质量。（2）计算所需毛坯中碳元素的理论质量。 23. 某汽车变速器齿轮选用 20CrMnTi 钢制造。齿轮渗碳后，需提高表层碳含量。已知每个齿轮需渗碳的表层体积为 12 cm3，钢的密度为 7.85 g/cm3，渗碳前碳的质量分数为 0.20％，渗碳后表层碳的质量分数达到 0.85％。忽略渗碳过程中的质量损失。（1）计算每个齿轮渗碳层的质量。（2）计算每个齿轮渗碳层理论增加的碳质量。（3）若一次处理 80 个齿轮，计算理论需补充的碳质量。 24. 某机床床身上的连接凸缘采用 HT200 灰铸铁制造，其危险截面尺寸为 20 mm×25 mm。凸缘在工作中承受静态拉力 18 kN，HT200 的抗拉强度按 200 MPa 计算，设计安全系数取 2.5。（1）计算凸缘危险截面的实际拉应力。（2）计算该材料的许用拉应力，并判断该凸缘是否满足强度要求。 25. 某工程机械的连接销采用 QT400-15 球墨铸铁制造，连接销直径为 18 mm，工作时承受最大拉力 28 kN。QT400-15 的抗拉强度按 400 MPa 计算，断后伸长率按 15％计算，标距长度为 80 mm。（1）计算连接销横截面积和理论最小断裂拉力。（2）计算连接销在最大工作拉力下的安全系数，并判断是否满足安全系数不小于 3 的要求。（3）计算该材料在标距长度内达到 15％伸长率时的伸长量和标距长度。 三、综合应用题（本大题共6小题，共40分） 26.（5分）某农机企业生产单缸柴油机曲轴，拟采用球墨铸铁制造。抽取一根试样进行拉伸试验，试样直径为20 mm，原始标距为50 mm，断后标距为58.5 mm，最大拉伸力为130 kN。（1）计算该试样的抗拉强度和断后伸长率。（2）判断该试样是否满足QT400-15球墨铸铁的性能要求。（3）说明该曲轴选用QT400-15而不选用HT200灰铸铁的主要原因。 27.（5分）某设备制造企业加工一根传动轴，设计选用45钢。该轴危险截面直径为18 mm，45钢调质后的屈服强度取355 MPa，设计安全系数取2.5。设备运行时，该截面承受的最大轴向拉力为30 kN。（1）计算该传动轴危险截面的面积、许用应力和许用轴向拉力。（2）判断该传动轴在最大轴向拉力作用下是否满足强度要求。（3）说明该传动轴选用45钢并进行调质处理的主要原因。 28.（5分）某设备维修车间需更换一台皮带输送机减速器的高速轴。已知电动机传递功率为30 kW，轴转速为600 r/min，拟选用调质45钢或调质40Cr钢制造。经查，调质45钢的许用切应力为55 MPa，调质40Cr钢的许用切应力为75 MPa。高速轴直径设计为35 mm。（1）计算高速轴传递的转矩和轴上的最大切应力。（2）根据计算结果，判断45钢和40Cr钢中哪一种材料更适合制造该高速轴。（3）说明所选材料在加工后的热处理要求及其作用。 29.（5分）某机床床身原设计采用HT200灰铸铁铸造。床身一处支承筋板的受压截面宽度为80 mm、厚度为25 mm，工作时承受的最大压缩载荷为180 kN。现有方案提出改用QT500-7球墨铸铁制造该床身。已知HT200的抗拉强度最低值为200 MPa，QT500-7的抗拉强度最低值为500 MPa，设计时许用应力按抗拉强度的四分之一取值。（1）计算该筋板截面的压应力，并分别计算采用HT200和QT500-7时的许用应力。（2）根据计算结果，判断原设计采用HT200是否满足强度要求。（3）比较HT200与QT500-7的性能特点，说明床身通常优先选用HT200的原因。 30.（10分）某机床厂铸造普通车床床身，设计选用HT250灰铸铁。为验收铸件材料性能，取直径为20 mm的铸铁试样进行拉伸试验，测得试样断裂时的拉伸力为82 kN。车床床身工作时要求具有良好的减振性能和铸造性能。（1）计算该试样的抗拉强度。（2）判断该试样是否符合HT250灰铸铁的牌号要求。（3）说明车床床身选用HT250灰铸铁的主要依据，并指出使用中应注意的问题。 31.（10分）某减速器制造企业需要加工一套齿轮传动装置，主动齿轮采用20CrMnTi制造，从动轴采用40Cr制造。主动齿轮模数为4 mm、齿数为30，传递扭矩为960 N·m。已知齿轮分度圆直径公式为，圆周力公式为。（1）计算主动齿轮的分度圆直径和轮齿承受的圆周力。（2）说明主动齿轮选用20CrMnTi并进行渗碳淬火处理是否合理。（3）说明从动轴选用40Cr并进行调质处理的主要依据。 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 $