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第六章钢的热处理参考答案

第六章钢的热处理

习题参考答案

一、解释下列名词

答：

1、奥氏体：碳在γ-Fe中形成的间隙固溶体。

过冷奥氏体：处于临界点A1以下的不稳定的将要发生分解的奥氏体称为过冷奥氏体。

残余奥氏体：M转变结束后剩余的奥氏体。

2、珠光体：铁素体和渗碳体的机械混合物。

索氏体：在650～600℃温度范围内形成层片较细的珠光体。

屈氏体：在600～550℃温度范围内形成片层极细的珠光体。

贝氏体：过饱和的铁素体和渗碳体组成的混合物。

马氏体：碳在α-Fe中的过饱和固溶体。

3、临界冷却速度V K：淬火时获得全部马氏体组织的最小冷却速度。

4、退火：将工件加热到临界点以上或在临界点以下某一温度保温一定时间后，以十分缓慢的冷却速度（炉冷、坑冷、灰冷）进行冷却的一种操作。

正火：将工件加热到A c3或A ccm以上30～80℃，保温后从炉中取出在空气中冷却。

淬火：将钢件加热到Ac3或Ac1以上30～50℃，保温一定时间，然后快速冷却（一般为油冷或水冷），从而得马氏体的一种操作。

回火：将淬火钢重新加热到A1点以下的某一温度，保温一定时间后，冷却到室温的一种操作。

冷处理：把冷到室温的淬火钢继续放到深冷剂中冷却，以减少残余奥氏体的操作。

时效处理：为使二次淬火层的组织稳定，在110～150℃经过6～36小时的人工时效处理，以使组织稳定。

5、调质处理：淬火后再进行的高温回火或淬火加高温回火

6、淬透性：钢在淬火后获得淬硬层深度大小的能力。

淬硬性：钢在淬火后获得马氏体的最高硬度。

7、回火马氏体：过饱和的α固溶体（铁素体）和与其晶格相联系的ε碳化物组成的混合物。

回火索氏体：在F基体上有粒状均匀分布的渗碳体。

回火屈氏体：F和细小的碳化物所组成的混合物。

8、第一类回火脆性：淬火钢在250℃～400℃间回火时出现的回火脆性。

第二类回火脆性：淬火钢在450℃～650℃间回火时出现的回火脆性。

10、表面淬火：采用快速加热的方法，将工件表层A化后，淬硬到一定深度，而心部仍保持未淬火状态的一种局部淬火法。

化学热处理：将工件置于一定的介质中加热和保温，使介质中的活性原子渗入工件表层，改变表层的化学成分及显微组织，从而使工件表层获得所需特殊性能的热处理工艺。

二、填空题

1、钢的热处理是通过钢在固态下加热、保温和冷却的操作来改变其组织结构，从而获得所需性能的一种工艺。

2、钢在加热时P→A 的转变过程伴随着铁原子的扩散，因而是属于扩散型相变。

3、钢加热时的各临界温度分别用A C1、A C3和A ccm表示；冷却时的各临界温度分别用

、A r3和A rcm表示。、

4、加热时，奥氏体的形成速度主要受到温度T、加热速度、原始组织和化学成分的影响。

5、在钢的奥氏体化过程中，钢的含碳量越高，奥氏体化的速度越快，钢中含有合金元素时，奥氏体化的温度要高一些，时间要长一些。

6、一般结构钢的A晶粒度分为 8 级， 1 级最粗， 8 级最细。按 930℃加热保温 3～8h 后，晶粒度在 1～4级的钢称为本质粗晶粒钢，5～8级的钢称为本质细晶粒钢。

7、珠光体、索氏体、屈氏体均属层片状的 F和 Fe3C的机械混合物，其差别仅在于片层间距大小不同。

8、对于成分相同的钢，粒状珠光体的硬度、强度比片状珠光体硬度、强度高，但塑性、韧性较好。

9、影响C曲线的因素主要是化学成分和加热温度、保温时间。

10、根据共析钢相变过程中原子的扩散情况，珠光体转变属扩散型转变，贝氏体转变属半扩散型转变，马氏体转变属无扩散型转变。

11、马氏体的组织形态主要有两种基本类型，一种为板条状马氏体，是由含碳量小于0.2% 的母相奥氏体形成，其亚结构是位错缠结；另一种为片状(或针状) 马氏体，是由含碳量大于1%的母相奥氏体形成，其亚结构是孪晶。

12、上贝氏体的渗碳体分布在成排的铁素体片之间，而下贝氏体的渗碳体较细小，且分布在铁素体针内一定方向，所以就强韧性而言，B下比B上较好。

13、钢的 C 曲线图实际上是过冷奥氏体的等温转变图，也称 TTT图，而CCT曲线则为过冷奥氏体的连续冷却转变。

14、过冷奥氏体转变成马氏体，仅仅是晶格的改变，而碳含量没有改变，所以马氏体是碳在α-Fe 中的过饱和固溶体。

15、其他条件相同时，A中的C% 愈高，A→M的Ms温度愈低，A 量也愈多(或高)。

16、马氏体晶格的正方度( c/a )表示了，c/a的值随而增大。

17、目前生产上，在选择淬火冷却介质时，通常是碳素钢零件淬水，合金钢零件淬油。

18、淬火后获得全部M组织的最小冷却速度称为淬火临界冷却速度 Vk。Vk 愈小，钢的

淬透性愈好。

19、钢的淬硬性主要决定于过冷奥氏体中的含碳量，钢的淬透性主要决定于化学成分和奥氏体化温度。

20、淬火钢在 150～250℃回火称为低温回火；在 100～150℃进行长时间加热(10～50 小时 ), 称为时效处理，目的是消除内应力。

21、通常利用等温淬火获得以下贝氏体为主的组织。

22、所谓正火就是将钢件加热至Ac3或 Accm以上30～50℃，保温后在空气中冷却的一种操作。

23、J 是钢淬透性的符号，它表示末端淬透性。

24、淬火加高温回火称为调质，组织是回火索氏体。

25、感应加热淬火用钢的含碳量以0.25%～0.6%为宜。

26、化学热处理的基本过程是分解、表面吸收和原子扩散。

27、工件淬火时先在水中冷却一定时间后再放至油中冷却的方法叫做双液淬火。

28、低碳钢渗碳后缓冷到室温的渗层组织，最外层应是P+Fe3C层，中间是 P层，再往里是F+Fe3C层。

29、氮化层厚度一般不超过0.5mm，所以氮化零件留磨量在直径方向不应超过0.2mm。

30、习惯上中温碳氮共渗又称氰化，低温碳氮共渗又称软氮化。

三、简答题

1、钢的热处理操作有哪些基本类型？试说明热处理同其它工艺过程的关系及其在机械制造中的地位和作用。

答：⑴热处理包括普通热处理和表面热处理；普通热处理里面包括退火、正火、淬火和回火，表面热处理包括表面淬火和化学热处理，表面淬火包括火焰加热表面淬火和感应加热表面淬火，化学热处理包括渗碳、渗氮和碳氮共渗等。

⑵热处理是机器零件加工工艺过程中的重要工序。一个毛坯件经过预备热处理，然后进行切削加工，再经过最终热处理，经过精加工，最后装配成为零件。热处理在机械制造中具有重要的地位和作用，适当的热处理可以显著提高钢的机械性能，延长机器零件的使用寿命。热处理工艺不但可以强化金属材料、充分挖掘材料潜力、降低结构重量、节省材料和能源，而且能够提高机械产品质量、大幅度延长机器零件的使用寿命，做到一个顶几个、顶十几个。此外，通过热处理还可使工件表面具有抗磨损、耐腐蚀等特殊物理化学性能。

2、指出 A1、A

3、A cm； A C1、A C3、 A ccm； A r1、A r3、A rcm各临界点的意义。

答：A1：共析转变线，含碳量在0.02～6.69%的铁碳合金冷却到727℃时都有共析转变发生，形成P。

A3：奥氏体析出铁素体的开始线。

A cm：碳在奥氏体中的溶解度曲线。

A C1：实际加热时的共析转变线。

A C3：实际加热时奥氏体析出铁素体的开始线。

A cm：实际加热时碳在奥氏体中的溶解度曲线。

A r1：实际冷却时的共析转变线。

A r3：实际冷却时奥氏体析出铁素体的开始线。

A rcm：实际冷却时碳在奥氏体中的溶解度曲线。

3、珠光体类型组织有哪几种？它们在形成条件、组织形态和性能方面有何特点？

答：⑴三种。分别是珠光体、索氏体和屈氏体。

⑵珠光体是过冷奥氏体在550℃以上等温停留时发生转变，它是由铁素体和渗碳体组成的片层相间的组织。索氏体是在650～600℃温度范围内形成层片较细的珠光体。屈氏体是在600～550℃温度范围内形成片层极细的珠光体。珠光体片间距愈小，相界面积愈大，强化作用愈大，因而强度和硬度升高，同时，由于此时渗碳体片较薄，易随铁素体一起变形而不脆断，因此细片珠光体又具有较好的韧性和塑性。

4、贝氏体类型组织有哪几种？它们在形成条件、组织形态和性能方面有何特点？

答：⑴两种。上贝氏体和下贝氏体。

⑵上贝氏体的形成温度在600～350℃。在显微镜下呈羽毛状，它是由许多互相平行的过饱和铁素体片和分布在片间的断续细小的渗碳体组成的混合物。其硬度较高，可达HRC40～45，但由于其铁素体片较粗，因此塑性和韧性较差。下贝氏体的形成温度在350℃～Ms，下贝氏体在光学显微镜下呈黑色针叶状，在电镜下观察是由针叶状的铁素体和分布在其上的极为细小的渗碳体粒子组成的。下贝氏体具有高强度、高硬度、高塑性、高韧性，即具有良好的综合机械性能。

5、何谓等温冷却及连续冷却？试绘出奥氏体这两种冷却方式的示意图。

答：等温冷却：把奥氏体迅速冷却到Ar1以下某一温度保温，待其分解转变完成后，再冷至室温的一种冷却转变方式。

连续冷却：在一定冷却速度下，过冷奥氏体在一个温度范围内所发生的转变。

6、为什么要对钢件进行热处理？

答：通过热处理可以改变钢的组织结构，从而改善钢的性能。热处理可以显著提高钢的机械性能，延长机器零件的使用寿命。恰当的热处理工艺可以消除铸、锻、焊等热加工工艺造成的各种缺陷，细化晶粒、消除偏析、降低内应力，使钢的组织和性能更加均匀。

7、试比较共析碳钢过冷奥氏体等温转变曲线与连续转变曲线的异同点。

答：首先连续冷却转变曲线与等温转变曲线临界冷却速度不同。其次连续冷却转变曲线位于等温转变曲线的右下侧，且没有C曲线的下部分，即共析钢在连续冷却转变时，得不到贝氏体组织。这是因为共析钢贝氏体转变的孕育期很长，当过冷奥氏体连续冷却通过贝氏体转变区内尚未发生转变时就已过冷到M s点而发生马氏体转变，所以不出现贝氏体转变。

8、淬火临界冷却速度 V k的大小受哪些因素影响？它与钢的淬透性有何关系？

答：（1）化学成分的影响：亚共析钢中随着含碳量的增加，C曲线右移，过冷奥氏体稳定性增加，则V k减小，过共析钢中随着含碳量的增加，C曲线左移，过冷奥氏体稳定性减小，则V k增大；合金元素中，除Co和Al(>2.5%)以外的所有合金元素，都增大过冷奥氏体稳定性，使C曲线右移，则V k减小。

(2)一定尺寸的工件在某介质中淬火，其淬透层的深度与工件截面各点的冷却速度有关。如果工件截面中心的冷速高于V k，工件就会淬透。然而工件淬火时表面冷速最大，心部冷速最小，由表面至心部冷速逐渐降低。只有冷速大于V k的工件外层部分才能得到马氏体。因此，V k越小，钢的淬透层越深，淬透性越好。

10、退火的主要目的是什么？生产上常用的退火操作有哪几种？指出退火操作的应用范围。

答：⑴均匀钢的化学成分及组织，细化晶粒，调整硬度，并消除内应力和加工硬化，改善钢的切削加工性能并为随后的淬火作好组织准备。

⑵生产上常用的退火操作有完全退火、等温退火、球化退火、去应力退火等。

⑶完全退火和等温退火用于亚共析钢成分的碳钢和合金钢的铸件、锻件及热轧型材。有时也用于焊接结构。球化退火主要用于共析或过共析成分的碳钢及合金钢。去应力退火主要用于消除铸件、锻件、焊接件、冷冲压件（或冷拔件）及机加工的残余内应力。

11、何谓球化退火？为什么过共析钢必须采用球化退火而不采用完全退火？

答：⑴将钢件加热到Ac1以上30～50℃，保温一定时间后随炉缓慢冷却至600℃后出炉空冷。

⑵过共析钢组织若为层状渗碳体和网状二次渗碳体时，不仅硬度高，难以切削加工，而且增大钢的脆性，容易产生淬火变形及开裂。通过球化退火，使层状渗碳体和网状渗碳体变为球状渗碳体，以降低硬度，均匀组织、改善切削加工性。

12、正火与退火的主要区别是什么？生产中应如何选择正火及退火？

答：与退火的区别是①加热温度不同，对于过共析钢退火加热温度在Ac1以上30～50℃而正火加热温度在A ccm以上30～50℃。②冷速快，组织细，强度和硬度有所提高。当钢件尺寸较小时，正火后组织：S，而退火后组织：P。

选择：⑴从切削加工性上考虑

切削加工性又包括硬度，切削脆性，表面粗糙度及对刀具的磨损等。

一般金属的硬度在HB170～230范围内，切削性能较好。高于它过硬，难以加工，且刀具磨损快；过低则切屑不易断，造成刀具发热和磨损，加工后的零件表面粗糙度很大。对于低、中碳结构钢以正火作为预先热处理比较合适，高碳结构钢和工具钢则以退火为宜。至于合金钢，由于合金元素的加入，使钢的硬度有所提高，故中碳以上的合金钢一般都采用退火以改善切削性。

⑵从使用性能上考虑

如工件性能要求不太高，随后不再进行淬火和回火，那么往往用正火来提高其机械性能，但若零件的形状比较复杂，正火的冷却速度有形成裂纹的危险，应采用退火。

⑶从经济上考虑

正火比退火的生产周期短，耗能少，且操作简便，故在可能的条件下，应优先考虑以正火代替退火。

13、淬火的目的是什么？亚共析碳钢及过共析碳钢淬火加热温度应如何选择？试从获得的组织及性能等方面加以说明。

答：淬火的目的是使奥氏体化后的工件获得尽量多的马氏体并配以不同温度回火获得各种需要的性能。

亚共析碳钢淬火加热温度Ac3+（30～50℃），淬火后的组织为均匀而细小的马氏体。因为如果亚共析碳钢加热温度在Ac1～Ac3之间，淬火组织中除马氏体外，还保留一部分铁素体，使钢的强度、硬度降低。但温度不能超过Ac3点过高，以防奥氏体晶粒粗化，淬火后获得粗大马氏体。

过共析碳钢淬火加热温度Ac1+（30～50℃），淬火后的组织为均匀而细小的马氏体和颗粒状渗碳体及残余奥氏体的混合组织。如果加热温度超过A ccm，渗碳体溶解过多，奥氏体晶粒粗大，会使淬火组织中马氏体针变粗，渗碳体量减少，残余奥氏体量增多，从而降低钢的硬度和耐磨性。淬火温度过高，淬火后易得到含有显微裂纹的粗片状马氏体，使钢的脆性增加。

14、常用的淬火方法有哪几种？说明它们的主要特点及其应用范围。

答：常用的淬火方法有单液淬火法、双液淬火法、等温淬火法和分级淬火法。

单液淬火法：这种方法操作简单，容易实现机械化，自动化，如碳钢在水中淬火，合金钢在油中淬火。但其缺点是不符合理想淬火冷却速度的要求，水淬容易产生变形和裂纹，油淬容易产生硬度不足或硬度不均匀等现象。适合于小尺寸且形状简单的工件。

双液淬火法：采用先水冷再油冷的操作。充分利用了水在高温区冷速快和油在低温区冷速慢的优点，既可以保证工件得到马氏体组织，又可以降低工件在马氏体区的冷速，减少组织应力，从而防止工件变形或开裂。适合于尺寸较大、形状复杂的工件。

等温淬火法：它是将加热的工件放入温度稍高于M s的硝盐浴或碱浴中，保温足够长的时间使其完成B转变。等温淬火后获得B下组织。下贝氏体与回火马氏体相比，在碳量相近，硬度相当的情况下，前者比后者具有较高的塑性与韧性，适用于尺寸较小，形状复杂，要求变形小，具有高硬度和强韧性的工具，模具等。

分级淬火法：它是将加热的工件先放入温度稍高于M s的硝盐浴或碱浴中，保温2～5min，使零件内外的温度均匀后，立即取出在空气中冷却。这种方法可以减少工件内外的温差和减慢马氏体转变时的冷却速度，从而有效地减少内应力，防止产生变形和开裂。但由于硝盐浴或碱浴的冷却能力低，只能适用于零件尺寸较小，要求变形小，尺寸精度高的工件，如模具、刀具等。

15、为什么工件经淬火后往往会产生变形，有的甚至开裂？减小变形及防止开裂有哪些途径？

答：淬火中变形与开裂的主要原因是由于淬火时形成内应力。淬火内应力形成的原因不同可分热应力与组织应力两种。

工件在加热和(或)冷却时由于不同部位存在着温度差别而导致热胀和(或)冷缩不一致所引起的应力称为热应力。热应力引起工件变形特点时：使平面边为凸面，直角边钝角，长的方向变短，短的方向增长，一句话，使工件趋于球形。

钢中奥氏体比体积最小，奥氏体转变为其它各种组织时比体积都会增大，使钢的体积膨胀；工件淬火时各部位马氏体转变先后不一致，因而体积膨胀不均匀。这种由于热处理过程中各部位冷速的差异使工件各部位相转变的不同时性所引起的应力，称为相变应力(组织应力)。组织应力引起工件变形的特点却与此相反：使平面变为凹面，直角变为钝角，长的方向变长；短的方向缩短，一句话，使尖角趋向于突出。

工件的变形与开裂是热应力与组织应力综合的结果，但热应力与组织应力方向恰好相反，如果热处理适当，它们可部分相互抵消，可使残余应力减小，但是当残余应力超过钢的屈服强度时，工件就发生变形，残余应力超过钢的抗拉强度时，工件就产生开裂。为减小变形或开裂，出了正确选择钢材和合理设计工件的结构外，在工艺上可采取下列措施：

⑴采用合理的锻造与预先热处理

锻造可使网状、带状及不均匀的碳化物呈弥散均匀分布。淬火前应进行预备热处理(如球化退火与正火)，不但可为淬火作好组织准备，而且还可消除工件在前面加工过程中产生的内应力。

⑵采用合理的淬火工艺；

正确确定加热温度与加热时间，可避免奥氏体晶粒粗化。对形状复杂或导热性差的高合

金钢，应缓慢加热或多次预热，以减少加热中产生的热应力。工件在加热炉中安放时,要尽量保证受热均匀，防止加热时变形；选择合适的淬火冷却介质和洋火方法(如马氏体分级淬火、贝氏体等温淬火),以减少冷却中热应力和相变应力等。

⑶淬火后及时回火

淬火内应力如不及时通过回火来消除，对某些形状复杂的或碳的质量分数较高的工件，在等待回火期间就会发生变形与开裂。

⑷对于淬火易开裂的部分，如键槽，孔眼等用石棉堵塞。

16、淬透性与淬硬层深度两者有何联系和区别？影响钢淬透性的因素有哪些？影响钢制零件淬硬层深度的因素有哪些？

答：淬透性是指钢在淬火时获得淬硬层的能力。不同的钢在同样的条件下淬硬层深不同，说明不同的钢淬透性不同，淬硬层较深的钢淬透性较好。淬硬性：是指钢以大于临界冷却速度冷却时，获得的马氏体组织所能达到的最高硬度。钢的淬硬性主要决定于马氏体的含碳量，即取决于淬火前奥氏体的含碳量。

影响淬透性的因素：

⑴化学成分

C曲线距纵坐标愈远，淬火的临界冷却速度愈小，则钢的淬透性愈好。对于碳钢，钢中含碳量愈接近共析成分，其C曲线愈靠右，临界冷却速度愈小，则淬透性愈好，即亚共析钢的淬透性随含碳量增加而增大，过共析钢的淬透性随含碳量增加而减小。除Co和Al（＞2.5%）以外的大多数合金元素都使C曲线右移，使钢的淬透性增加，因此合金钢的淬透性比碳钢好。

⑵奥氏体化温度

温度愈高，晶粒愈粗，未溶第二相愈少，淬透性愈好。

17、钢的淬硬层深度通常是怎规定的？用什么方法测定结构钢的淬透性？怎样表示钢的淬透性值。

答：为了便于比较各种钢的淬透性，常利用临界直径D c来表示钢获得淬硬层深度的能力。所谓临界直径就是指圆柱形钢棒加热后在一定的淬火介质中能全部淬透的最大直径。

对同一种钢D c油＜D c水，因为油的冷却能力比水低。目前国内外都普遍采用“末端淬火法”测定钢的淬透性曲线，比较不同钢的淬透性。

“末端淬火法”——国家规定试样尺寸为φ25×100mm；水柱自由高度65mm；此外应注意加热过程中防止氧化，脱碳。将钢加热奥氏体化后，迅速喷水冷却。显然，在喷水端冷却速度最大，沿试样轴向的冷却速度逐渐减小。据此，末端组织应为马氏体，硬度最高，随距水冷端距离的加大，组织和硬度也相应变化，将硬度随水冷端距离的变化绘成曲线称为淬透性曲线。

不同钢种有不同的淬透性曲线，工业上用钢的淬透性曲线几乎都已测定，并已汇集成册可查阅参考。由淬透性曲线就可比较出不同钢的淬透性大小。

此外对于同一种钢，因冶炼炉冷不同，其化学成分会在一个限定的范围内波动，对淬透性有一定的影响，因此钢的淬透性曲线并不是一条线，而是一条带，即表现出“淬透性带”。钢的成分波动愈小，淬透性带愈窄，其性能愈稳定，因此淬透性带愈窄愈好。

18、回火的目的是什么？常用的回火操作有哪几种？指出各种回火操作得到的组织、性能及其应用范围。

答：回火的目的是降低淬火钢的脆性，减少或消除内应力，使组织趋于稳定并获得所需要的性能。

常用的回火操作有低温回火、中温回火、高温回火。

低温回火得到的组织是回火马氏体。内应力和脆性降低，保持了高硬度和高耐磨性。这种回火主要应用于高碳钢或高碳合金钢制造的工、模具、滚动轴承及渗碳和表面淬火的零件，回火后的硬度一般为HRC 58-64。

中温回火后的组织为回火屈氏体，硬度HRC35-45，具有一定的韧性和高的弹性极限及屈服极限。这种回火主要应用于含碳0.5-0.7%的碳钢和合金钢制造的各类弹簧。

高温回火后的组织为回火索氏体，其硬度HRC 25-35，具有适当的强度和足够的塑性和韧性。这种回火主要应用于含碳0.3-0.5% 的碳钢和合金钢制造的各类连接和传动的结构零件，如轴、连杆、螺栓等。

19、指出下列组织的主要区别：

⑴索氏体与回火索氏体；

⑵屈氏体与回火屈氏体；

⑶马氏体与回火马氏体。

答：由奥氏体冷却转变而成的屈氏体(淬火屈氏体)和索氏体(淬火索氏体)组织,与由马氏体分解所得到的回火屈氏体和回火索氏体组织有很大的区别,主要是碳化物的形态不同。由奥氏体直接分解的屈氏体及索氏体中的碳化物是片状的,而由马氏体分解的回火屈氏体与回火索氏体中碳化物是颗粒状的。回火索氏体和回火屈氏体相对于索氏体与屈氏体其塑性和韧性较好。马氏体（M）是由A 直接转变成碳在α—Fe中过饱和固溶体。回火马氏体是过饱和的α固溶体（铁素体）和与其晶格相联系的ε碳化物所组成，其淬火内应力和脆性得到降低。

20、表面淬火的目的是什么？常用的表面淬火方法有哪几种？比较它们的优缺点及应用范围。并说明表面淬火前应采用何种预先热处理。

答：表面淬火的目的是使工件表层得到强化，使它具有较高的强度，硬度，耐磨性及疲劳极限，而心部为了能承受冲击载荷的作用，仍应保持足够的塑性与韧性。

常用的表面淬火方法有：感应加热表面淬火和火焰加热表面淬火。

感应加热表面淬火是把工件放入有空心铜管绕成的感应器（线圈）内，当线圈通入交变电流后，立即产生交变磁场，在工件内形成“涡流”，表层迅速被加热到淬火温度时而心

部仍接近室温，在立即喷水冷却后，就达到表面淬火的目的。

火焰加热表面淬火是以高温火焰为热源的一种表面淬火法。将工件快速加热到淬火温度，在随后喷水冷却后，获得所需的表层硬度和淬硬层硬度。

感应加热表面淬火与火焰加热淬火相比较有如下特点:

⑴感应加热速度极快,只要几秒到几十秒的时间就可以把工件加热至淬火温度,:而且淬火加热温度高(AC3以上80~150℃)。

⑵因加热时间短,奥氏体晶粒细小而均匀,淬火后可在表面层获得极细马氏体,使工件表面层较一般淬火硬度高2~3HRC,且脆性较低。

⑶感应加热表面淬火后,淬硬层中存在很大残余压应力,有效地提高了工件的疲劳强,且变形小,不易氧化与脱碳。

⑷生产率高,便于机械化、自动化,适宜于大批量生产。

但感应加热设备比火焰加热淬火费用较贵,维修调整比较困难,形状复杂的线圈不易制造表面淬火前应采用退火或正火预先热处理。

21、化学热处理包括哪几个基本过程？常用的化学热处理方法有哪几种？

答：化学热处理是把钢制工件放置于某种介质中，通过加热和保温，使化学介质中某些元素渗入到工件表层，从而改变表层的化学成分，使心部与表层具有不同的组织与机械性能。

化学热处理的过程：

⑴分解：化学介质要首先分解出具有活性的原子；

⑵吸收：工件表面吸收活性原子而形成固溶体或化合物；

⑶扩散：被工件吸收的活性原子，从表面想内扩散形成一定厚度的扩散层。

常用的化学热处理方法有：渗碳、氮化、碳氮共渗、氮碳共渗。

22、试述一般渗碳件的工艺路线，并说明其技术条件的标注方法。

答：一般渗碳件的工艺路线为：

下料→锻造→正火→切削加工→渡铜（不渗碳部位）→渗碳→淬火→低温回火→喷丸→精磨→成品

23、氮化的主要目的是什么？说明氮化的主要特点及应用范围。

答：在一定温度(一般在A C1以下)使活性氮原子渗入工件表面的化学热处理工艺称为渗氮。其目的是提高工件表面硬度、耐磨性、耐蚀性及疲劳强度。氮化的主要特点为：

⑴工件经渗氮后表面形成一层极硬的合金氮化物(如CrN、MoN、AIN等)，渗氮层的硬度一般可达950～1200HV(相当于68-72HRC)，且渗氮层具有高的红硬性(即在600～650℃仍有较高硬度)。

⑵工件经渗氮后渗氮层体积增大，造成表面压应力，使疲劳强度显著提高。

⑶渗氮层的致密性和化学稳定性均很高，因此渗氮工件具有高的耐蚀性。

⑷渗温度低,渗氮后又不再进行热处理，所以工件变形小,一般只需精磨或研磨、抛光即可。

渗氮主要用于要求耐磨性和精密度很高的各种高速传动的精密齿轮、高精度机床主轴(如锺轴、磨床主轴)、分配式液压泵转子，交变载荷作用下要求疲劳强度高的零件(高速柴油机曲轴)，以及要求变形小和具有一定耐热、抗蚀能力的耐磨零件(阀门)等。

24、试说明表面淬火、渗碳、氮化热处理工艺在用钢、性能、应用范围等方面的差别。

答：表面淬火一般适用于中碳钢（0.4～0.5%C）和中碳低合金钢（40Cr、40MnB等），也可用于高碳工具钢，低合金工具钢以及球墨铸铁等。它是利用快速加热使钢件表面奥氏体化，而中心尚处于较低温度即迅速予以冷却，表层被淬硬为马氏体，而中心仍保持原来的退火、正火或调质状态的组织。应用范围：

⑴高频感应加热表面淬火应用于中小模数齿轮、小型轴的表面淬火。

⑵中频感应加热表面淬火主要用于承受较大载荷和磨损的零件，例如大模数齿轮、尺寸较大的曲轴和凸轮轴等。

⑶工频感应加热表面淬火工频感应加热主要用于大直径钢材穿透加热和要求淬硬深度深的大直径零件，例如火车车轮、轧辘等的表面淬火。

渗碳钢都是含0.15～0.25%的低碳钢和低碳合金钢，如20、20Cr、20CrMnTi、20SiMnVB 等。渗碳层深度一般都在0.5～2.5mm。

钢渗碳后表面层的碳量可达到0.8～1.1%C范围。渗碳件渗碳后缓冷到室温的组织接近于铁碳相图所反映的平衡组织，从表层到心部依次是过共析组织，共析组织，亚共析过渡层，心部原始组织。

渗碳主要用于表面受严重磨损，并在较大的冲载荷下工作的零件（受较大接触应力）如齿轮、轴类、套角等。

氮化用钢通常是含Al、Cr、Mo等合金元素的钢，如38CrMoAlA是一种比较典型的氮化钢，此外还有35CrMo、18CrNiW等也经常作为氮化钢。与渗碳相比、氮化工件具有以下特点：

⑴氮化前需经调质处理，以便使心部组织具有较高的强度和韧性。

⑵表面硬度可达HRC65～72，具有较高的耐磨性。

⑶氮化表面形成致密氮化物组成的连续薄膜，具有一定的耐腐蚀性。

⑷氮化处理温度低，渗氮后不需再进行其它热处理。

氮化处理适用于耐磨性和精度都要求较高的零件或要求抗热、抗蚀的耐磨件。如：发动机的汽缸、排气阀、高精度传动齿轮等。

25、钢获得马氏体组织的条件是什么？与钢的珠光体相变及贝氏体相变比较，马氏体相变有何特点？

答：钢获得马氏体组织的条件是：钢从奥氏体状态快速冷却，来不及发生扩散分解而发生无扩散型的相变。

马氏体相变的特点为：

(1)无扩散性。钢在马氏体转变前后，组织中固溶的碳浓度没有变化，马氏体和奥氏体中固溶的碳量一致,仅发生晶格改变，因而马氏体的转变速度极快。

(2)有共格位向关系。马氏体形成时，马氏体和奥氏体相界面上的原子是共有的，既属于马氏体，又属于奥氏体，称这种关系为共格关系。

(3)在通常情况下，过冷奥氏体向马氏体转变开始后，必须在不断降温条件下转变才能继续进行，冷却过程中断，转变立即停止。

26、说明共析钢 C 曲线各个区，各条线的物理意义，并指出影响 C 曲线形状和位置的主要因素。

答：过冷奥氏体等温转变曲线说明：

⑴由过冷奥氏体开始转变点连接起来的曲线称为转变开始线；由转变终了点连接起来的曲线称为转变终了线。A1线以右转变开始线以左的区域是过冷奥氏体区；A1线以下，转变终了线以右和Ms点以上的区域为转变产物区；在转变开始线与转变终了线之间的区域为过冷奥氏体和转变产物共存区。

⑵过冷奥氏体在各个温度等温转变时，都要经过一段孕育期（它以转变开始线与纵坐标之间的水平距离来表示）。对共析碳钢来说，转变开始线在550℃出现拐弯，该处被称为C 曲线的鼻尖，它所对应的温度称为鼻温。

⑶共析碳钢的过冷奥氏体在三个不同温度区间，可发生三种不同的转变：在C曲线鼻尖以上部分,即A1～550℃之间过冷奥氏体发生珠光体转变，转变产物是珠光体，故又称珠光体转变；在C曲线鼻尖以下部分，即550℃～Ms之间，过冷奥氏体发生贝氏体转变，转变产物是贝氏体，故又称贝氏体转变；在Ms点以下，过冷奥氏体发生马氏体转变，转变产物是马氏体，故又称马氏体转变。

亚共析和过共析钢的等温转变C曲线，与共析钢的不同是，亚共析钢的C曲线上多一条代表析出铁素体的线。过共析钢的C曲线上多一条代表二次渗碳体的析出线。

影响 C 曲线形状和位置的主要因素有：

凡是提高奥氏体稳定性的因素，都使孕育期延长，转变减慢，因而使C曲线右移。反之，使C曲线左移。碳钢c曲线的位置与钢的含碳量有关，在亚共析钢中，随着含碳量的增加，钢的C曲线位置右移。在过共析钢中，随着含碳量的增加，C曲线又向左移。除此之外，钢的奥氏体化温度愈高，保温时间愈长，奥氏体晶粒愈粗大，则C曲线的位置愈右移。

四、选择题

1、共析钢加热到Ac1以上时, 将发生( C )的转变。

A、F→A；

B、Fe3C→A；

C、P→A；

2、钢的过冷A向B转变时( B )。

A、Fe、C原子都不扩散；

B、Fe原子不扩散, C原子扩散；

C、Fe、C原子都扩散。

3、钢的( A )直接影响钢的性能。

A、实际晶粒度；

B、起始晶粒度；

C、本质晶粒度

4、确定碳钢淬火加热温度的基本依据是( A )。

A、Fe-Fe3C相图；

B、“C”曲线图；

C、淬透性曲线图

5、A3、Ac3、Ar3三者之间的关系是( B )。

A、A3 = Ac3 = Ar3；

B、Ac3 > A3 > Ar3 ；

C、Ac3 < A3

6、原始组织分别为粗片状、细片状、球状珠光体在加热时奥氏体的形成速度大小依次为( C )。

A、V粗片P > V细片P > V球状P；

B、V粗片P < V细片P < V球状P；

C、V细片P > V粗片P > V球状P

7、过共析钢加热到A1～Acm之间时，( A )。

A、奥氏体的含碳量小于钢的含碳量；

B、奥氏体的含碳量大于钢的含碳量；

C、奥氏体的含碳量等于钢的含碳量

8、亚共析钢加热到A1～A3之间时，奥氏体的含碳量( C )钢的含碳量。

A、小于；

B、大于；

C、等于

9、在过冷奥氏体等温转变图的“鼻子”处孕育期最短，故( C )。

A、过冷奥氏体稳定性最好，转变速度最快；

B、过冷奥氏体稳定性最好，转变速度最慢；

C、过冷奥氏体稳定性最差，转变速度最快；

D、过冷奥氏体稳定性最差，转变速度最慢。

10、钢进行奥氏体化的温度愈高，保温时间愈长，则( B )。

A、过冷奥氏体愈稳定，C曲线愈靠左；

B、过冷奥氏体愈稳定，C曲线愈靠右；

C、过冷奥氏体愈不稳定，C曲线愈靠左；

11、马氏体的硬度主要取决于( A )。

A、马氏体的含碳量；

B、马氏体含合金元素量；

C、冷却速度；

D、奥氏体的晶粒度

12、回火索氏体比索氏体具有较好的δ、ψ、aK，是由于( C )所致。

A、F的过饱和程度不同；

B、碳化物片层间距不同；

C、碳化物形态不同

13、上贝氏体和下贝氏体的力学性能相比，( B )。

A、上贝氏体具有较高强度和韧性；

B、下贝氏体具有较高强度和韧性；

C、两者均具有较高强度和韧性

14、最常用的淬火冷却介质是清水、盐水和油，其冷却能力大小依次为：( B )。

A、V清水 > V盐水 > V油；

B、V盐水 > V清水 > V油；

C、 V油 > V清水 > V盐水；

D、V油 > V盐水 > V清水

15、为了消除残余奥氏体，保证精密工件尺寸长期稳定性，应采用( A )。

A、冷处理；

B、调质处理；

C、时效处理

16、原始组织为片层状珠光体加二次渗碳体的过共析钢在球化退火时，使( C )发生了球化而获得球状珠光体。

A、二次渗碳体；

B、二次渗碳体及铁素体；

C、二次渗碳体及片层状渗碳体。

17、淬火钢回火时，力学性能变化的总趋势是随着回火温度升高，( B )。

A、强度硬度升高，塑性和韧性降低；

B、强度硬度降低，塑性和韧性升高；

C、强度硬度升高，塑性和韧性升高。

18、关于CCT曲线，错误的说法是( D )。

A、从CCT曲线可以获得钢的临界淬火速度；

B、CCT曲线是制定钢的冷却规范的依据；

C、根据CCT曲线可以估计淬火后钢件的组织和性能；

D、CCT曲线是制订热处理加热规范的依据。

19、若回火产物是在α相 ( 铁素体 ) 基体中分布着微小的粒状碳化物，α相已经回复，但尚未再结晶，故仍具有马氏体的针状特征，这种组织称( A )。

A、回火马氏体；

B、回火屈氏体；

C、回火索氏体

20、感应加热表面淬火的硬化层深度主要取决于( D )。

A、钢的含碳量；

B、钢的淬透性；

C、淬火介质的冷却能力；

D、感应电流的频率。

21、一模数4的齿轮，为获得1.5mm深并沿齿廓分布的硬化层，应采用( B )热处理方法。

A、感应加热表面淬火；

B、渗碳淬火；

C、氮化

22、若渗碳件渗层出现网状碳化物，则渗碳后的热处理宜采用( C )十淬火十低温回火。

A、完全退火；

B、球化退火；

C、正火

23、在常用的表面热处理方式中，( C )处理变形最小。

A、感应加热表面淬火；

B、渗碳；

C、氮化

24、钢的晶粒大小，主要取决于( A )。

A、奥氏体化的温度；

B、奥氏体化后的冷却速度；

C、奥氏体成分的均匀程度

25、质量一定的奥氏体转变为马氏体，其体积( A )。

A、胀大；

B、缩小；

C、不变

26、某零件调质处理后硬度偏低，补救的方法是( A )。

A、重新淬火后，选用低一点温度回火；

B、再一次回火，回火温度降低一点；

C、再一次回火，回火温度提高一点

27、淬火钢回火后的硬度主要取决于( A )。

A、回火加热温度；

B、回火时间；

C、回火后的冷却

28、实际工件的( C )与工件的尺寸及淬火介质的冷却能力等因素有关。

A、淬透性；

B、淬硬性；

C、淬透层深度

五、判断题

( ×) 1、奥氏体的形成速度随其含碳量增加而降低。

( ×) 2、奥氏体化温度越高，奥氏体越稳定。

( √ ) 3、与亚共析钢、共析钢比较，过共析钢C曲线鼻子最靠右，其过冷奥氏体最稳定。

( ×) 4、钢的实际晶粒度主要取决于钢在加热后的冷却速度。

( × ) 5、过冷奥氏体转变时，珠光体、贝氏体、马氏体的形成都是形核和长大的过程。

( × ) 6、冷却时，过冷奥氏体的转变速度随过冷度的增大而不断加快。

( × ) 7、马氏体相变时，其母相奥氏体含碳量愈高，Ms和Mf 点愈高。

( √ ) 8、高碳马氏体的晶体结构属体心正方。

( × ) 9、在Ms下某温度充分保温，可使A 最大限度地转变成M。

( × ) 10、过冷奥氏体连续冷却转变的孕育期比等温转变时长，转变温度也低。

( × ) 11、去应力退火是通过组织变化达到细化晶粒而消除残余内应力的一种热处理方法。

( × ) 12、在实际淬火操作，凡用淬透性较高的钢制造的零件，无论尺寸大小，其淬硬层深度都一定是较大的。

( ×) 13、为了获得良好的焊接性，焊接构件用钢应选用含碳量较低并同时含有尽可能多的提高淬透性的合金元素的钢。

( √ ) 14、钢的淬透性主要取决于钢的化学成分和奥氏体化条件，而不考虑工件尺寸和冷却介质的影响。

( × ) 15、过共析钢淬火温度愈高，奥氏体含碳量越高，则淬火后硬度越高。

( × ) 16、加热温度不超过Ac1的热处理操作统称回火。

( × ) 17、同一钢种水淬时比油淬时的淬透性好，小件淬火时比大件淬火时淬透性好。

( √ ) 18、零件淬火后必定要回火。

( √ ) 19、对于大尺寸的中碳钢工件，可用正火代替调质。

( × ) 20、在淬火马氏体的回火过程中，硬度随回火温度的升高而不断降低；冲击韧性随回火温度的升高而不断提高。

( √ ) 21、感应加热表面淬火时，由于加热速度很快，致使珠光体转变为奥氏体的转变温度升高, 转变所需时间缩短，因此可获细小的奥氏体晶粒，淬火后的马氏体也是极细的隐晶马氏体。

( × ) 22、渗碳是通过活性碳原子溶入高温铁素体中，而后向钢的内部扩散来实现的。

( √ ) 23、齿轮渗碳时，模数大的齿轮，其渗碳层厚度应小一些，以提高抗冲击能力。

( √ ) 24、钢在氮化后，无需淬火便具有很高的表面硬度及耐磨性。

( × ) 25、感应加热通常采用淬透性高的合金钢。

( √ ) 26、中温碳氮共渗热处理又称氰化。

( × ) 27、过共析钢组织中的网状二次渗碳体可用完全退火方法消除。

几种常见热处理缺陷介绍

几种常见热处理缺陷介绍一、过热现象热处理过程中加热过热最易导致奥氏体晶粒的粗大，使零件的机械性能下降。 1.一般过热：加热温度过高或在高温下保温时间过长，引起奥氏体晶粒粗化称为过热。粗大的奥氏体晶粒会导致钢的强韧性降低，脆性转变温度升高，增加淬火时的变形开裂倾向。而导致过热的原因是炉温仪表失控或混料（常为不懂工艺发生的）。过热组织可经退火、正火或多次高温回火后，在正常情况下重新奥氏化使晶粒细化。 2.断口遗传：有过热组织的钢材，重新加热淬火后，虽能使奥氏体晶粒细化，但有时仍出现粗大颗粒状断口。产生断口遗传的理论争议较多，一般认为曾因加热温度过高而使MnS之类的杂物溶入奥氏体并富集于晶接口，而冷却时这些夹杂物又会沿晶接口析出，受冲击时易沿粗大奥氏体晶界断裂。 3.粗大组织的遗传：有粗大马氏体、贝氏体、魏氏体组织的钢件重新奥氏化时，以慢速加热到常规的淬火温度，甚至再低一些，其奥氏体晶粒仍然是粗大的，这种现象称为组织遗传性。要消除粗大组织的遗传性，可采用中间退火或多次高温回火处理。二、过烧现象加热温度过高，不仅引起奥氏体晶粒粗大，而且晶界局部出现氧化或熔化，导致晶界弱化，称为过烧。钢过烧后性能严重恶化，淬火时形成龟裂。过烧组织无法恢复，只能报废。因此在工作中要避免过烧的发生。三、脱碳和氧化钢在加热时，表层的碳与介质（或气氛）中的氧、氢、二氧化碳及水蒸气等发生反应，降低了表层碳浓度称为脱碳，脱碳钢淬火后表面硬度、疲劳强度及耐磨性降低，而且表面形成残余拉应力易形成表面网状裂纹。加热时，钢表层的铁及合金与元素与介质（或气氛）中的氧、二氧化碳、水蒸气等发生反应生成氧化物膜的现象称为氧化。高温（一般570度以上）工件氧化后尺寸精度和表面光亮度恶化，具有氧化膜的淬透性差的钢件易出现淬火软点。为了防止氧化和减少脱碳的措施有：工件表面涂料，用不锈钢箔包装密封加热、采用盐浴炉加热、采用保护气氛加热（如净化后的惰性气体、控制炉内碳势）、火焰燃烧炉（使炉气呈还原性）四、氢脆现象高强度钢在富氢气氛中加热时出现塑性和韧性降低的现象称为氢脆。出现氢脆的工件通过除氢处理（如回火、时效等）也能消除氢脆，采用真空、低氢气氛或惰性气氛加热可避免氢脆。

工程材料与热处理作业题参考答案

1.置换固溶体中，被置换的溶剂原子哪里去了？答：溶质把溶剂原子置换后，溶剂原子重新加入晶体排列中，处于晶格的格点位置。 2.间隙固溶体和间隙化合物在晶体结构与性能上的区别何在？举例说明之。答：间隙固溶体是溶质原子进入溶剂晶格的间隙中而形成的固溶体，间隙固溶体的晶体结构与溶剂组元的结构相同，形成间隙固溶体可以提高金属的强度和硬度，起到固溶强化的作用。如：铁素体F是碳在α-Fe中的间隙固溶体，晶体结构与α-Fe相同，为体心立方，碳的溶入使铁素体F强度高于纯铁。间隙化合物的晶体结构与组元的结构不同，间隙化合物是由H、B、C、N等原子半径较小的非金属元素（以X表示）与过渡族金属元素（以M表示）结合，且半径比r X /r M ＞0.59时形成的晶体结构很复杂的化合物，如Fe3C间隙化合物硬而脆，塑性差。 3.现有A、B两元素组成如图所示的二元匀晶相图，试分析以下几种说法是否正确？为什么？（1）形成二元匀晶相图的A与B两个相元的晶格类型可以不同，但是原子大小一定相等。（2）K合金结晶过程中，由于固相成分随固相线变化，故已结晶出来的固溶体中含B量总是高于原液相中含B量. （3）固溶体合金按匀晶相图进行结晶时，由于不同温度下结晶出来的固溶体成分和剩余液相成分不相同，故在平衡态下固溶体的成分是不均匀的。答：（1）错：Cu-Ni合金形成匀晶相图，但两者的原子大小相差不大。（2）对：在同一温度下做温度线，分别与固相和液相线相交，过交点，做垂直线与成分线AB相交，可以看出与固相线交点处B含量高于另一点。

(3)错：虽然结晶出来成分不同，由于原子的扩散，平衡状态下固溶体的成分是均匀的。 4.共析部分的Mg-Cu相图如图所示： (1)填入各区域的组织组成物和相组成物。在各区域中是否会有纯Mg相存在？为什么？答: Mg-Mg2Cu系的相组成物如下图：（α为Cu在Mg中的固溶体） Mg-Mg2Cu系的组织组成物如下图：（α为Cu在Mg中的固溶体，）在各区域中不会有纯Mg相存在，此时Mg以固溶体形式存在。 (2)求出20%Cu合金冷却到500℃、400℃时各相的成分和重量百分比。答: 20%Cu合金冷却到500℃时,如右图所示: α相的成分为a wt%, 液相里含Cu 为b wt%,根据杠杆原理可知: Wα=O 1b/ab*100%, W L = O 1 a/ab*100% 同理: 冷却到400℃时，α相的成分为m wt%, Mg2Cu相里含Cu 为n wt%, Wα=O 2n/mn*100%, W mg2Cu = O 2 m/mn*100% (3)画出20%Cu合金自液相冷却到室温的曲线，并注明各阶段的相与相变过程。答:各相变过程如下(如右图所示): xp: 液相冷却,至p点开始析出Mg的固熔体α相 py: Mg的固熔体α相从p点开始到y点结束 yy,: 剩余的液相y开始发生共晶反应,L?α+Mg 2 Cu y,q:随着T的降低, Cu在Mg的固熔体α相的固溶度降低. 5.试分析比较纯金属、固溶体、共晶体三者在结晶过程和显微组织上的异同之处。答：相同的是,三者都是由原子无序的液态转变成原子有序排列的固态晶体。不同的是，纯金属和共晶体是恒温结晶，固溶体是变温结晶，纯金属和固溶体的结晶是由

第五章钢热处理

第五章钢的热处理本章重点：热处理工艺主要介绍钢的普通常见的热处理方法， 1．退火 2．正火 3．淬火 4．回火。难点：各种热处理方法的区别和应用 §5.3 钢的退火和正火退火和正火是应用最为广泛的热处理工艺。在机械零件和工、模具的制造加工过程中，退火和正火往往是不可缺少的先行工序，具有承前启后的作用。机械零件及工、模具的毛坯退火或正火后，可以消除或减轻铸件、锻件及焊接件的内应力与成分、组织的不均匀性，从而改善钢件的机械性能和工艺性能，为切削加工及最终热处理（淬火）作好组织、性能准备。一些对性能要求不高的机械零件或工程构件，退火和正火亦可作为最终热处理。一. 退火目的及工艺退火是钢加热到适当的温度，经过一定时间保温后缓慢冷却，以达到改善组织、提高加工性能的一种热处理工艺。其主要目的是减轻钢的化学成分及组织的不均匀性，细化晶粒，降低硬度，消除内应力，以及为淬火作好组织准备。退火工艺种类很多，常用的有完全退火、等温退火、球化退火、扩散退火、去应力退火及再结晶退火等。不同退火工艺的加热温度范围如图5.25所示，它们有的加热到临界点以上，有的加热到临界点以下。对于加热温度在临界点以上的退火工艺，其质量主要取决于加热温度、保温时间、冷却速度及等温温度等。对于加热温度在临界点以下的退火工艺，其质量主要取决于加热温度的均匀性。 1. 完全退火完全退火是将亚共析钢加热到A C3以上20～30℃，保温一定时间后随炉缓慢冷却至500℃左右出炉空冷，以获得接近平衡组织的一种热处理工艺。它主要用于亚共析钢，其主要目的是细化晶粒、均匀组织、消除内应力、降低硬度和改善钢的切削加工性能。低碳钢和过共析钢不宜采用完全退火。低碳钢完全退火后硬度偏低，不利于切削加工。过共析钢完全退火，加热温度在A cm以上，会有网状二次渗碳体沿奥氏体晶界析出，造成钢的脆化。

第六章钢的热处理参考答案

第六章钢的热处理习题参考答案一、解释下列名词答： 1、奥氏体：碳在γ-Fe中形成的间隙固溶体。过冷奥氏体：处于临界点A1以下的不稳定的将要发生分解的奥氏体称为过冷奥氏体。残余奥氏体：M转变结束后剩余的奥氏体。 2、珠光体：铁素体和渗碳体的机械混合物。索氏体：在650～600℃温度范围内形成层片较细的珠光体。屈氏体：在600～550℃温度范围内形成片层极细的珠光体。贝氏体：过饱和的铁素体和渗碳体组成的混合物。马氏体：碳在α-Fe中的过饱和固溶体。 3、临界冷却速度V K：淬火时获得全部马氏体组织的最小冷却速度。 4、退火：将工件加热到临界点以上或在临界点以下某一温度保温一定时间后，以十分缓慢的冷却速度（炉冷、坑冷、灰冷）进行冷却的一种操作。正火：将工件加热到A c3或A ccm以上30～80℃，保温后从炉中取出在空气中冷却。淬火：将钢件加热到Ac3或Ac1以上30～50℃，保温一定时间，然后快速冷却（一般为油冷或水冷），从而得马氏体的一种操作。回火：将淬火钢重新加热到A1点以下的某一温度，保温一定时间后，冷却到室温的一种操作。冷处理：把冷到室温的淬火钢继续放到深冷剂中冷却，以减少残余奥氏体的操作。时效处理：为使二次淬火层的组织稳定，在110～150℃经过6～36小时的人工时效处理，以使组织稳定。 5、调质处理：淬火后再进行的高温回火或淬火加高温回火 6、淬透性：钢在淬火后获得淬硬层深度大小的能力。淬硬性：钢在淬火后获得马氏体的最高硬度。 7、回火马氏体：过饱和的α固溶体（铁素体）和与其晶格相联系的ε碳化物组成的混合物。回火索氏体：在F基体上有粒状均匀分布的渗碳体。回火屈氏体：F和细小的碳化物所组成的混合物。 8、第一类回火脆性：淬火钢在250℃～400℃间回火时出现的回火脆性。第二类回火脆性：淬火钢在450℃～650℃间回火时出现的回火脆性。 10、表面淬火：采用快速加热的方法，将工件表层A化后，淬硬到一定深度，而心部仍保持未淬火状态的一种局部淬火法。

钢的热处理复习与思考及答案

第四章钢的热处理
复习与思考
一、名词解释 1.热处理热处理是采用适当的方式对金属材料或工件进行加热、保温和冷却以获得预期的组织结构与性能的工艺。 2.等温转变等温转变是指工件奥氏体化后，冷却到临界点以下的某一温度区间内等温保持时，过冷奥氏体发生的相变。 3.连续冷却转变连续冷却转变是指工件奥氏体化后以不同冷速连续冷却时过冷奥氏体发生的相变。 4.马氏体马氏体是碳或合金元素在α-Fe 中的过饱和固溶体。 5.退火钢的退火是将工件加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。 6.正火正火是指工件加热奥氏体化后在空气中冷却的热处理工艺。 7.淬火钢的淬火是指工件加热奥氏体化后以适当方式冷却获得马氏体或(和)贝氏体组织的热处理工艺。 8.回火回火是指工件淬硬后，加热到 Ac1 以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。 9.表面热处理表面热处理是为改变工件表面的组织和性能，仅对其表面进行热处理的工艺。 10.渗碳为提高工件表层碳的质量分数并在其中形成一定的碳含量梯度，将工件在渗碳介质中加热、保温，使碳原子渗入的化学热处理工艺称为渗碳。 11.渗氮

在一定温度下于一定介质中，使氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺称为渗氮，又称氮化。
二、填空题 1.整体热处理分为退火、正火、淬火和回火等。 2.根据加热方法的不同，表面淬火方法主要有：感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、电接触加热表面淬火、电解液加热表面淬火等。 3.化学热处理方法很多，通常以渗入元素命名，如渗碳、渗氮、碳氮共渗和渗硼等。 4.热处理工艺过程由加热、保温和冷却三个阶段组成。 5.共析钢在等温转变过程中，其高温转变产物有： P 、 S 和 T。 6.贝氏体分上贝氏体和下贝氏体两种。 7.淬火方法有：单介质淬火、双介质淬火、马氏体分级淬火和贝氏体等温淬火等。 8.常用的退火方法有：完全退火、球化退火和去应力退火等。
9.常用的冷却介质有水、油、空气等。 10.常见的淬火缺陷有过热与过烧、氧化与脱碳、硬度不足与软点、变形与开裂等。 11.感应加热表面淬火法，按电流频率的不同，可分为高频感应加热表面淬火、中频感应加热表面淬火和工频感应加热表面淬火三种。而且感应加热电流频率越高，淬硬层越浅。 12．按回火温度范围可将回火分为低温回火、中温回火和高温回火三种。 13．化学热处理是由分解、吸附和扩散三个基本过程所组成。
14．根据渗碳时介质的物理状态不同，渗碳方法可分为气体渗碳、液体渗
碳和固体渗碳三种。
三、选择题
1．过冷奥氏体是 C 温度下存在，尚未转变的奥氏体。
A．Ms； B. Mf； C. A1。 2.过共析钢的淬火加热温度应选择在 A
，亚共析钢则应选择在
C
。

第五章钢铁热处理

第五章钢铁热处理将钢在固态下，加热到一定温度，经过保温，适当的冷却速度冷却，以改变其内部组织，从而获得所需性能的工艺方法。调整钢的化学成分或对其实施改性处理是改善钢的使用性能和工艺性能的主要途径。利用加热、保温、冷却的方法，改变材料的组织与结构，达到改变材料性能的工艺过程称为热处理。意义：合适的热处理是让材料达到希望的性能，有时是为了便于进行加工，有时让材料满足工作条件的要求。它是合理使用材料、充分发挥材料潜力必不可少方法。热处理过程中材料处于固态下，但内部都有不同程度的固态转变发生。根据加热和冷却及应用特点的不同，常用的热处理方法的大致分类有：第一节钢在加热时的组织转变一、转变温度相变点

二、奥氏体的形成过程及影响因素１、奥氏体形成的基本过程（1）奥氏体晶核的形成（2）奥氏体晶核的长大（3）剩余渗碳体的溶解（4）奥氏体晶核的均匀化 1.奥氏体是同时消耗两相来长大； 2.实际上总是铁素体先消失，随后残余渗碳体的溶解； 3.奥氏体的均匀化，各处的碳浓度都达到平均成分，随后所含其它合金元素经扩散达到成分均匀； 4.在铁素体和渗碳体的交界处形成奥氏体的核心； 5.亚(过)共析钢中过剩相的溶解(温度达到AC3或Accm以上)。２、影响奥氏体转变的因素

（1）加热温度；（2）加热速度；（3）化学成分；（4）原始组织。（二）影响奥氏体晶粒长大的因素 1、加热温度 2、化学成分 1)保温温度愈高，保温时间长，奥氏体长大速度快，长大的时间多，晶粒变粗； 2)原始组织，固相转变组织的遗传性，珠光体细小，奥氏体的晶粒也细小；片状比球状细小，非平衡组织往往也可得到细小的奥氏体晶粒。 3)合金元素(成分)①含碳量增加，奥氏体转变加快，生长时间多，奥氏体晶粒的长大倾向增加； ②碳化物形成元素(Ti、V、Ta、Nb、Zr、W、Mo、Cr)和碳结合力强，阻碍碳的扩散可阻碍奥氏体晶粒生长；③不和碳作用而溶入基体元素(Si、Ni、Cu)对奥氏体晶粒生长无明显的影响；④Co、P、Mn对奥氏体晶粒的长大有加速作用。 4)加热速度速度快用的时间少，转变在较高温度，形核率高，最终晶粒尺寸较细小。第二节钢在冷却时的组织转变一、过冷奥氏体的等温冷却转变过冷奥氏体：钢奥氏体化后，从高温冷却到A1以下，此时奥氏体并不立即转变，而处于热力学不稳定状态，把这种存在于A1温度以下暂未发生转变的不稳定奥氏体称为过冷奥氏体。等温冷却：将钢迅速过冷到临界点(Ar1)以下某一温度，使奥氏体保持在该温度下进行转变。连续冷却：将钢以某一固定速度不停顿地冷却(到室温)，使奥氏体在连续降温的过程种转变。（一）共析钢过冷奥氏体等温转变图的建立等温转变曲线；C曲线TTT曲线 Temperature Time Transformation 孕育期

第六章钢的热处理

第六章钢的热处理一、名词解释 1热处理： 2等温转变: 3连续冷却转变： 4马氏体： 5退火： 6正火： 7淬火： 8回火： 9表面热处理： 10渗碳：二、填空题 1、整体热处理分为、、、和等。 2、根据加热方法的不同，表面淬火方法主要有表面淬火、表面淬火、表面淬火、表面淬火等。 3、化学热处理方法很多，通常以渗入元素命名，如、、、和等。 4、热处理工艺过程由、和三个阶段组成。 5、共析钢在等温转变过程中，其高温转变产物有、和。 6、贝氏体分和两种。 7、淬火方法有、、和淬火等。 8、常用的退火方法有、和等。 9、常用的冷却介质有、和等。 10、常见的淬火缺陷有与，与，与，与等。 11、按电流频率的不同，感应加热表面淬火法可分为、和、三种，而且感应加热电流频率越高，淬硬层越。 12、按回火温度范围可将回火分为、和三种。 13、化学热处理由、和三个基本过程组成。 14、根据渗碳时介质的物理状态不同，渗碳方法可分为渗碳、渗碳和渗碳三种。 15、过共析钢经奥氏体化后，在650-600℃范围内等温时，其转变产物是，用符号表示是；在600-550℃范围内等温时，其转变产物是，用符号表示是。 16、钢件淬火+ 回火的符合热处理工艺称为调质，钢件调质后的组织是。 17、退火和正火通常称为预备热处理工序，一般安排在之后，之前。 18、当合金冷却到此线时（727℃）将发生，从奥氏体中同时析出和的，即。 19、亚共析钢的正常淬火温度范围是。 20、过共析钢的正常淬火温度范围是。 21、钢经__ ___淬火可获得下贝氏体组织，使钢具有良好的__ _性能。 22、淬火钢的回火温度越高，钢的抗拉强度和硬度越。 23、淬火+高温回火称处理。 24、为改善钢的耐磨性能，常采用的热处理方法为：淬火+ 回火。

几种常见热处理概念

几种常见热处理概念 1．正火：将钢材或钢件加热到临界点AC3或ACM以上适当温度保持一定时间后空气中冷却，到珠光体类组织热处理工艺。2．退火annealing：将亚共析钢工件加热至AC3以上20—40度，保温一段时间后，随炉缓慢冷却（或埋砂中或石灰中冷却）至500度以下空气中冷却热处理工艺 3．固溶热处理：将合金加热至高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中，然后快速冷却，以到过饱和固溶体热处理工艺 4．时效：合金经固溶热处理或冷塑性形变后，室温放置或稍高于室温保持时，其性能随时间而变化现象。 5．固溶处理：使合金中各种相充分溶解，强化固溶体并提高韧性及抗蚀性能，消除应力与软化，继续加工成型 6．时效处理：强化相析出温度加热并保温，使强化相沉淀析出，以硬化，提高强度 7．淬火：将钢奥氏体化后以适当冷却速度冷却，使工件横截面内全部或一定范围内发生马氏体等不稳定组织结构转变热处理工艺

8．回火：将淬火工件加热到临界点AC1以下适当温度保持一定时间，随后用符合要求方法冷却，以获所需要组织和性能热处理工艺 9．钢碳氮共渗：碳氮共渗是向钢表层同时渗入碳和氮过程。习惯上碳氮共渗又称为氰化，目前以中温气体碳氮共渗和低温气体碳氮共渗（即气体软氮化）应用较为广泛。中温气体碳氮共渗主要目是提高钢硬度，耐磨性和疲劳强度。低温气体碳氮共渗以渗氮为主，其主要目是提高钢耐磨性和抗咬合性。 10．调质处理quenching and tempering：一般习惯将淬火加高温回火相结合热处理称为调质处理。调质处理广泛应用于各种重要结构零件，特别是那些交变负荷下工作连杆、螺栓、齿轮及轴类等。调质处理后到回火索氏体组织，它机械性能均比相同硬度正火索氏体组织为优。它硬度取决于高温回火温度并与钢回火稳定性和工件截面尺寸有关，一般HB200—350之间。 11．钎焊：用钎料将两种工件粘合一起热处理工艺回火的种类及应用根据工件性能要求的不同，按其回火温度的不同，可将回火分为以下几种：（一）低温回火（150－250度）低温回火所得组织为回火马氏体。其目的是在保持淬火钢的高硬度和高耐磨性的前提下，降低其淬火内应力和脆性，以免使

钢的热处理复习与思考及答案(试题学习)

第四章钢的热处理复习与思考
一、名词解释 1.热处理热处理是采用适当的方式对金属材料或工件进行加热、保温和冷却以获得预期的组织结构与性能的工艺。 2.等温转变等温转变是指工件奥氏体化后，冷却到临界点以下的某一温度区间内等温保持时，过冷奥氏体发生的相变。 3.连续冷却转变连续冷却转变是指工件奥氏体化后以不同冷速连续冷却时过冷奥氏体发生的相变。 4.马氏体马氏体是碳或合金元素在α-Fe 中的过饱和固溶体。 5.退火钢的退火是将工件加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。 6.正火正火是指工件加热奥氏体化后在空气中冷却的热处理工艺。 7.淬火钢的淬火是指工件加热奥氏体化后以适当方式冷却获得马氏体或(和)贝氏体组织的热处理工艺。 8.回火回火是指工件淬硬后，加热到 Ac1 以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。 9.表面热处理表面热处理是为改变工件表面的组织和性能，仅对其表面进行热处理的工艺。 10.渗碳为提高工件表层碳的质量分数并在其中形成一定的碳含量梯度，将工件在渗碳介质中加热、保温，使碳原子渗入的化学热处理工艺称为渗碳。
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11.渗氮在一定温度下于一定介质中，使氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺称为渗氮，又称氮化。二、填空题 1.整体热处理分为退火、正火、淬火和回火等。 2.根据加热方法的不同，表面淬火方法主要有：感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、电接触加热表面淬火、电解液加热表面淬火等。 3.化学热处理方法很多，通常以渗入元素命名，如渗碳、渗氮、碳氮共渗和渗硼等。 4.热处理工艺过程由加热、保温和冷却三个阶段组成。 5.共析钢在等温转变过程中，其高温转变产物有： P 、 S 和 T。 6.贝氏体分上贝氏体和下贝氏体两种。 7.淬火方法有：单介质淬火、双介质淬火、马氏体分级淬火和贝氏体等温淬火等。 8.常用的退火方法有：完全退火、球化退火和去应力退火等。
9.常用的冷却介质有水、油、空气等。 10.常见的淬火缺陷有过热与过烧、氧化与脱碳、硬度不足与软点、变形与开裂等。 11.感应加热表面淬火法，按电流频率的不同，可分为高频感应加热表面淬火、中频感应加热表面淬火和工频感应加热表面淬火三种。而且感应加热电流频率越高，淬硬层越浅。 12．按回火温度范围可将回火分为低温回火、中温回火和高温回火三种。 13．化学热处理是由分解、吸附和扩散三个基本过程所组成。
14．根据渗碳时介质的物理状态不同，渗碳方法可分为气体渗碳、液体渗碳和固体渗碳三种。
三、选择题 1．过冷奥氏体是 C 温度下存在，尚未转变的奥氏体。 A．Ms； B. Mf； C. A1。
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钢的热处理》习题与思考题参考答案

《钢的热处理》习题与思考题参考答案（一）填空题 1．板条状马氏体具有高的强度、硬度及一定的塑性与韧性。 2．淬火钢低温回火后的组织是 M回（+碳化物+Ar），其目的是使钢具有高的强度和硬度；中温回火后的组织是T回，一般用于高σe 的结构件；高温回火后的组织是S回，用于要求足够高的强度、硬度及高的塑性、韧性的零件。 3．马氏体按其组织形态主要分为板条状马氏体和片状马氏体两种。 4．珠光体按层片间距的大小又可分为珠光体、索氏体和托氏体。 5．钢的淬透性越高，则临界冷却却速度越低；其C曲线的位置越右移。 6．钢球化退火的主要目的是降低硬度，改善切削性能和为淬火做组织准备；它主要适用于过共析（高碳钢）钢。 7．淬火钢进行回火的目的是消除内应力，稳定尺寸；改善塑性与韧性；使强度、硬度与塑性和韧性合理配合。 8．T8钢低温回火温度一般不超过 250℃，回火组织为 M回+碳化物+Ar ，其硬度大致不低于 58HRC 。（二）判断题 1．随奥氏体中碳含量的增高，马氏体转变后，其中片状马氏体减小，板条状马氏增多。（×） 2．马氏体是碳在a-Fe中所形成的过饱和间隙固溶体。当发生奥氏体向马氏体的转变时，体积发生收缩。（×） 3．高合金钢既具有良好的淬透性，又具有良好的淬硬性。（×） 4．低碳钢为了改善切削加工性，常用正火代替退火工艺。（√） 5．淬火、低温回火后能保证钢件有高的弹性极限和屈服强度、并有很好韧性，它常应用于处理各类弹簧。（×） 6．经加工硬化了的金属材料，为了基本恢复材料的原有性能，常进行再结晶退火处理。（√）（三）选择题 1．钢经调质处理后所获得的组织的是 B 。 A．淬火马氏体 B．回火索氏体 C．回火屈氏体 D．索氏体 2．若钢中加入合金元素能使C曲线右移，则将使淬透性 A 。 A．提高 B．降低 C．不改变 D．对小试样提高，对大试样则降代 3．为消除碳素工具钢中的网状渗碳体而进行正火，其加热温度是 A 。 A．Accm+（30~50）℃ B．Accm-（30~50）℃ C．Ac1+（30~50）℃ D．Ac1-（30~50）℃ 4．钢丝在冷拉过程中必须经 B 退火。 A．扩散退火 B．去应力退火 C．再结晶退火 D．重结晶退火 5．工件焊接后应进行 B 。A．重结晶退火 B．去应力退火 C．再结晶退火 D．扩散退火 6．某钢的淬透性为J，其含义是 C 。 A．15钢的硬度为40HRC B．40钢的硬度为15HRC C．该钢离试样末端15mm处硬度为40HRC D．该钢离试样末端40mm处硬度为15HRC （四）指出下列钢件的热处理工艺，说明获得的组织和大致的硬度： ① 45钢的小轴（要求综合机械性能好）；答：调质处理（淬火+高温回火）；回火索氏体；25~35HRC。 ② 60钢簧；答：淬火+中温回火；回火托氏体；35~45HRC。 ③ T12钢锉刀。答：淬火+低温回火；回火马氏体+渗碳体+残余奥氏体；58~62HRC。（五）车床主轴要求轴颈部位的硬度为50~52HRC，其余地方为25~30HRC，其加工路线为：锻造→正火→机械加工→调质

第五章钢的热处理(含答案)

第五章钢的热处理（含答案）一、填空题（在空白处填上正确的内容） 1、将钢加热到________，保温一定时间，随后在________中冷却下来的热处理工艺叫正火。答案：Ac 3或Ac cm 以上50℃、空气 2、钢的热处理是通过钢在固态下________、________和________的操作来改变其内部________，从而获得所需性能的一种工艺。答案：加热、保温、冷却、组织 3、钢淬火时获得淬硬层深度的能力叫________，钢淬火时获得淬硬层硬度的能力叫 ________。答案：淬透性、淬硬性 4、将________后的钢加热到________以下某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温，这种热处理方法叫回火。答案：淬火、Ac 1 5、钢在一定条件下淬火时形成________的能力称为钢的淬透性。淬透层深度通常以工件________到________的距离来表示。淬透层越深，表示钢的________越好。答案：马氏体（M）、表面、半马氏体区、淬透性 6、热处理之所以能使钢的性能发生变化，其根本原因是由于铁具有________转变，从而使钢在加热和冷却过程中，其内部________发生变化的结果。答案：同素异构、组织 7、将钢加热到________，保温一定时间，随后在________中冷却下来的热处理工艺叫正火。答案：Ac 3或Ac cm 以上30℃～50℃、空气 8、钢的渗碳是将零件置于________介质中加热和保温，使活性________渗入钢的表面，以提高钢的表面________的化学热处理工艺。答案：渗碳、碳原子、碳含量 9、共析钢加热到Ac 1 以上时，珠光体开始向________转变，________通常产生于铁素体和渗碳体的________。答案：奥氏体（A）、奥氏体晶核、相界面处 10、将工件放在一定的活性介质中________，使某些元素渗入工件表面，以改变化学成分和________，从而改善表面性能的热处理工艺叫化学热处理。答案：加热和保温、组织 11、退火是将组织偏离平衡状态的钢加热到适当温度，保温一定时间，然后________冷却，以获得接近________组织的热处理工艺。答案：缓慢（随炉）、平衡状态 12、将钢加热到________温度，保温一定时间，然后 ________冷却到室温，这一热处理工艺叫退火。答案：适当、缓慢（随炉） 13、V 临是获得________的最小冷却速度，影响临界冷却速度的主要因素是________。

钢的热处理总结

1、热处理定义：把固态金属材料通过一定的加热，保温和冷却以改变其组织和性能的一种工艺。目的及意义：金属材料改变性能的方法，改变使用性能和工艺性能，充分利用材料的潜能，控制产品质量，节省资源和材料，缩短生产周期、降低成本 2、固态相变定义：成分、温度、压力等因素改变时，固态物质内部发生的组织结构变化。研究意义：控制过程→获得预期的组织→得到预期性能。三种基本变化：成分；结构；有序度主要特点：相变阻力大，相界面结构关系，存在一定的位向关系和惯习面，非均匀、缺陷处形核，新相有特定形状`，原子迁移率低驱动力：新/旧两相自由能差,晶体缺陷能阻力：1，界面能界面能产生原因：界面有一定厚度和体积；原子错排；结合键受破坏→能量高三种界面类型：完全共格：界面原子完全匹配，除孪晶外，少见。半共格：界面能与位错密度、错配度有关，借助弹性畸变保持界面的匹配。非共格：界面能最大 2，应变能产生原因：新/旧相比容不同（比容差应变能）。界面错配→新/旧相硬匹配（共格应变能）共格界面应变能最大，非共格最小比容差应变能与新相几何形状有关，球形应变能最大，针状居中，片状最小 3、奥氏体性能 ←力学性能：塑性好、强度低。 ←物理性能：顺磁性。比容小。热膨胀系数大。导热性能差。 ←化学性能:抗腐蚀；耐热。形成条件：（1）Ac1、Ac3、Accm以上，有一定的过热度。（2），过热度大，容易形成（3），实际相变温度与加热速度有关，不是固定值，加热速度越快，Ac1、Ac3、Accm越高。奥氏体形成（1）形核 ←球化体：优先在晶界的F/碳化物界面上形成，其次在晶内的F/碳化物界面上形成 ←片状P：优先在P团的界面上形成，其次在F/碳化物界面上形成 ←相界形核原因碳浓度起伏，如F中高浓度区有利于向A转变结构起伏→晶体结构改组容易能量起伏→杂质、晶体缺陷多→形核→降低界面能、应变能（2）长大 ←球化体：A包围碳化物，使碳化物与F分开，A形成F/A和C/A两个界面，双向推进长大。 ←片状P：垂直片方向（在A、F中存在碳浓度差，引起碳在以上两相中的扩散。为维持相界碳浓度的平衡，原始组织F和碳化物相就会不断溶解）。示意图平行片方向（体扩散+界面扩散）界面迁移路程短，是主要长大方式→平行方向长大速度快（3）残余碳化物的溶解（4）奥氏体成分均匀化影响A形成速度的因素（1），加热温度：T↑→A化速度↑。（2），加热速度：V↑→转变温度↑，转变时间↓。（3），含碳量

工程材料与热处理第7章作业题参考答案

1. 铸铁分为哪几类？其最基本的区别是什么？答：按照碳的存在形态不同铸铁分三类：白口铸铁，碳主要以渗碳体形式存在，该类铸铁硬、脆，很少直接用；灰口铸铁，碳主要以石墨形式存在，该类铸铁因石墨形状不同而性能不同，用途不同；麻口铸铁，碳一部分以渗碳体形式存在另一部分以石墨形式存在，该类铸铁也硬、脆，很少直接用。 2.影响石墨化的因素有哪些？是如何影响的？答：（1）铸铁的化学成分对石墨化的影响: 碳和硅是强烈促进石墨化的元素；锰是阻碍石墨化的元素。它能溶于铁素体和渗碳体中,其固碳的作用,从而阻碍石墨化；硫是有害元素,阻碍石墨化并使铸铁变脆；磷是一个促进石墨化不显著的元素。（2）冷却速度对石墨化过程的影响：冷却速度越慢，越有利于石墨化。 3.在生产中，有些铸件表面棱角和凸缘处常常硬度很高，难以进行机械加工，试问其原因是什么？答：由于结晶时表面棱角和凸缘处冷却速度快不利于石墨化的进行，形成的组织中存在大量的莱氏体，性能硬而脆，切削加工比较困难。 4.在铸铁中，为什么含碳量与含硅量越高时，铸铁的抗拉强度和硬度越低？答：因为碳和硅是强烈促进石墨化的元素，铸铁中碳和硅含量越高，越容易石墨化。而石墨与基体相比，其强度和塑性都要小得多，石墨减小铸件的有效承载截面积，同时石墨尖端易使铸件在承载时产生应

力集中，形成脆性断裂。 5.在铸铁的石墨化过程中，如果第一阶段（包括液相中析出一次石墨和奥氏体中析出二次石墨）、第二阶段（共析石墨）完全石墨化、部分石墨化、未石墨化，问它们各获得哪种组织的铸铁？答： 6.什么是孕育铸铁？如何进行孕育处理？答：经孕育处理后的铸铁称为孕育铸铁。孕育处理是在浇注前往铁液中加入少量的孕育剂，改变铁液的结晶条件，从而获得细珠光体基体加上细小均匀分布的片状石墨的工艺过程。 7.为什么说球墨铸铁是“以铁代钢”的好材料？其生产工艺如何？答：球墨铸铁析出的石墨呈球状，对金属基体的割裂作用比片状石墨小，使铸铁的强度达到基体组织强度的70～90%，所以球墨铸铁的抗拉强度、塑性、韧性不仅高于其它铸铁，而且可与相应组织的铸钢相媲美，特别是球墨铸铁的屈强比几乎比钢高一倍，一般钢的屈强比为0.3-0.5，而球墨铸铁的屈强比达0.7-0.8。在一般机械设计中，材料的许用应力是按照屈服强度来确定的，因此，对于承受静载荷的零件，

第五章钢的热处理

一、名词解释 1.过冷：结晶只有在理论结晶温度以下才能发生，这种现象称为过冷。 2.枝晶偏析：在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内不均匀的现象叫做枝晶偏析。 3.二次相：由已有固相析出的新固相称为二次相或次生相。 4.铁素体：碳在α—Fe中的固溶体称为铁素体。 5.奥氏体：碳在γ—Fe中的固溶体称为奥氏体。 6.莱氏体：转变产物为奥氏体和渗碳体的机械混合物，称为莱氏体。 7.珠光体：转变产物为铁素体和渗碳体的机械混合物，称为珠光体。 8.变质处理：又称为孕育处理，是一种有意向液态金属中加入非自发形核物质从而细化晶粒的方法。 9.共晶转变：在一定温度下，由一定成分的液相同时结晶出两个成分和结构都不相同的新固相的转变过程。 10.包晶转变：在一定温度下，由一定成分的液相包着一定成分的固相，发生反应后生成另一一定成分新固相的反应。二、填空题 1、金属的结晶过程由晶核形成和晶核长大两个基本过程组成。 2、金属结晶过程中，细化结晶晶粒的主要方法有控制过冷度、变质处理和振动、搅拌 3、当固溶体合金结晶后出现枝晶偏析时，先结晶出来的枝晶轴含有较多的高熔点组元。 4、在实际生产中，若要进行热锻或热轧时，必须把钢加热到奥氏体相区。 5、在缓慢冷却条件下，含碳0.8%的钢比含碳1.2%的钢硬度低强度低。三、选择题 1.铸造条件下，冷却速度越大，则（A.过冷度越大，晶粒越小） 2.金属在结晶时，冷却速度越快，其实际结晶温度（B.越低） 3.如果其他条件相同，下列各组铸造条件下，哪种铸锭晶粒细？（A.金属模铸造 B.低温铸造A.铸成薄片A.浇注时振动） 4.同素异构体转变伴随着体积的变化，其主要原因是（致密度发生变化） 5.实际金属结晶时，可通过控制形核N和长大速度G的比值来控制晶粒大小，要获得细晶粒，应采用（A.增大N/G值） 6.二元合金在发生共晶转变时，各相组成是（D.三相共存） 7.二元合金在发生共析转变时，各相的（B.质量固定，成分发生变化） 10.产生枝晶偏析的原因是由于（D.液、固相线间距大，冷却速度也大） 11.二元合金中，铸造性能最好的是（B.共晶合金） 14.在下列方法中，可使晶粒细化的方法是（D.变质处理）四、判断题 1。凡是液体凝固为固体的过程是结晶过程。( x ) 2.评定晶粒度的方法 :在相同放大倍数的条件下，将晶粒组织图像或显微照片与标准晶粒评级图进行比较。晶粒度级别数越高，晶粒越细。（√） 3。在铁碳合金中，凡具有E点与F点之间成分的合金换冷到1148C时都将发生共晶转变。（√） 4。纯金属的实际结晶温度与其冷却速度有关。（√） 5。Pb-Sn合金结晶时析出的一次相、二次相和共晶相均具有相同的晶体结构，但忽悠不同组织形态。（√） 6。杠杆定律只适用于两相区。（√）

工程材料及热处理第5章作业题答案

1.奥氏体晶粒大小与哪些因素有关？为什么说奥氏体晶粒大小直接影响冷却后钢的组织和性能？奥氏体晶粒大小是影响使用性能的重要指标，主要有下列因素影响奥氏体晶粒大小。（1）加热温度和保温时间。加热温度越高，保温时间越长，奥氏体晶粒越粗大。（2）加热速度。加热速度越快，过热度越大，奥氏体的实际形成温度越高，形核率和长大速度的比值增大，则奥氏体的起始晶粒越细小，但快速加热时，保温时间不能过长，否则晶粒反而更加粗大。（3）钢的化学成分。在一定含碳量范围内，随着奥氏体中含碳量的增加，碳在奥氏体中的扩散速度及铁的自扩散速度增大，晶粒长大倾向增加，但当含碳量超过一定限度后，碳能以未溶碳化物的形式存在，阻碍奥氏体晶粒长大，使奥氏体晶粒长大倾向减小。（4）钢的原始组织。钢的原始组织越细，碳化物弥散速度越大，奥氏体的起始晶粒越细小，相同的加热条件下奥氏体晶粒越细小。传统多晶金属材料的强度与晶粒尺寸的关系符合Hall-Petch关系，即σs=σ0+kd-1/2，其中σ0和k是细晶强化常数，σs是屈服强度，d是平均晶粒直径。显然，晶粒尺寸与强度成反比关系，晶粒越细小，强度越高。然而常温下金属材料的晶粒是和奥氏体晶粒度相关的，通俗地说常温下的晶粒度遗传了奥氏体晶粒度。所以奥氏体晶粒度大小对钢冷却后的组织和性能有很大影响。奥氏体晶粒度越细小，冷却后的组织转变产物的也越细小，其强度也越高，此外塑性，韧性也较好。

2．过冷奥氏体在不同的温度等温转变时，可得到哪些转变产物？试列表比较它们的组织和性能。 3.共析钢过冷奥氏体在不同温度的等温过程中，为什么550℃的孕育期最短，转变速度最快？因为过冷奥氏体的稳定性同时由两个因素控制：一个是旧与新相之间的自由能差ΔG；另一个是原子的扩散系数D。等温温度越低，过冷度越大，自由能差ΔG也越大，则加快过冷奥氏体的转变速度；但原子扩散系数却随等温温度降低而减小，从而减慢过冷奥氏体的转变速度。高温时，自由能差ΔG起主导作用；低温时，原子扩散系数起主导作用。处于“鼻尖”温度时，两个因素综合作用的结果，使转变孕育期最短，转变速度最大。

钢的几种常见热处理概念介绍

钢的几种常见热处理概念介绍 1．正火：将钢材或钢件加热到临界点AC3或ACM以上的适当温度保持一定时间后在空气中冷却，得到珠光体类组织的热处理工艺。 2．退火annealing：将亚共析钢工件加热至AC3以上20—40度，保温一段时间后，随炉缓慢冷却（或埋在砂中或石灰中冷却）至500度以下在空气中冷却的热处理工艺 3．固溶热处理：将合金加热至高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中，然后快速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺 4．时效：合金经固溶热处理或冷塑性形变后，在室温放置或稍高于室温保持时，其性能随时间而变化的现象。 5．固溶处理：使合金中各种相充分溶解，强化固溶体并提高韧性及抗蚀性能，消除应力与软化，以便继续加工成型 6．时效处理：在强化相析出的温度加热并保温，使强化相沉淀析出，得以硬化，提高强度 7．淬火：将钢奥氏体化后以适当的冷却速度冷却，使工件在横截面内全部或一定的范围内发生马氏体等不稳定组织结构转变的热处理工艺 8．回火：将经过淬火的工件加热到临界点AC1以下的适当温度保持一定时间，随后用符合要求的方法冷却，以获得所需要的组织和性能的热处理工艺 9．钢的碳氮共渗：碳氮共渗是向钢的表层同时渗入碳和氮的过程。习惯上碳氮共渗又称为氰化，目前以中温气体碳氮共渗和低温气体碳氮共渗（即气体软氮化）应用较为广泛。中温气体碳氮共渗的主要目的是提高钢的硬度，耐磨性和疲劳强度。低温气体碳氮共渗以渗氮为主，其主要目的是提高钢的耐磨性和抗咬合性。 10．调质处理quenching and tempering：一般习惯将淬火加高温回火相结合的热处理称为调质处理。调质处理广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。调质处理后得到回火索氏体组织，它的机械性能均比相同硬度的正火索氏体组织为优。它的硬度取决于高温回火温度并与钢的回火稳定性和工件截面尺寸有关，一般在HB200—350之间。 11．钎焊：用钎料将两种工件粘合在一起的热处理工艺回火的种类及应用

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