对塑料模具钢的要求及热处理
☆耐腐蚀、硬度高、易切削加工、高镜面性。
钢的热处理：
1.予硬化型塑料模具钢的热处理：
⑴.我国的3Cr2Mo：相当美国的P20，瑞典（ASSAB）的618，德国的40CrMnMo7，日本（日立）的
HPM2。
荐的规范为淬火—840~8800C，油冷，
回火—600~6500C，空冷，
硬度—28~33HRC。
⑵.美国（AISI、SAE）推荐的P20钢渗碳后的热处理工艺：
淬火—820~8700C，
回火—150~2600C，空冷，
硬度—58~64HRC（渗碳层表面硬度）。
⑶.德国40CrMnNiMo钢（DIN2738，相当于P20＋Ni或SM3Cr2NiMo）的热处理特性：淬透性比
SM3Cr2Mo更高，保证钢在较大截面上力学性能
均匀，宜做大截面（＞400mm）的塑料模具。钢的冶金质量、加工性优良。抛光性
和电蚀刻性亦好。
供应硬度：280~325HBS
退火工艺：加热温度710~740 0C，炉冷。硬度≤265HBS。
淬火：奥氏体化温度840~8700C，必须予热，予热温度约6500C。形状复杂、尺寸厚薄不均者最好二次予热，第一次约4000C予热，保温时间按0.5~1.0min/mm计算。经予热后的淬火保
温时间按0.5min/mm计算。为使合金元素充分溶入奥氏体，保温时间应足够。
冷却：油冷或180~2200C热浴分级淬火，以热浴为好。热浴冷却保温时间以模具整个截面温度均匀为度，然后出炉空冷到800C左右立即回火。
2小时，空冷。
渗氮：可提高耐热疲劳强度，降低摩擦系数（抗咬合），延长模具使用寿命。以离子渗氮或气体渗氮为宜（干净）。有效渗氮层深度以0.2~0.3mm为宜。硬度550~800HV，渗氮后不宜研
磨，以免渗氮层磨掉。
焊接：焊接时须予热至400~5000C后，进行焊接。焊接后及时消除应力退火，工艺为600~6500C，充分保温后炉冷。
镀铬：该钢可以镀铬，镀铬后应立即进行去氢退火。去氢退火工艺：加热温度180~2000C，保温时间2~4小时。
2.易切削予硬化型塑料模具钢的热处理。
⑴.8Cr2MnWMoVS（8Cr2S）钢，是含硫易切削钢，当热处理到硬度40~42HRC时，其切削加工性良
好，综合力学性能亦好，可研磨抛光到Ra0.025μm该钢有良好的光刻浸蚀性能。
退火：800±100C，保温2~4小时，降温到700~7200C等温，保温4~6小时，炉冷，硬度≤229HBS。
淬火：880~9200C，空冷，硬度63HRC。
淬火加热时间，盐浴炉1.5~2.0min/mm；气体介质炉2.0~2.5min/mm。
仍具有良好的加工性，良好的镜面抛光性能，抛光可达Ra0.040μm，补焊性能好。
退火：760~7800C，保温2小时，670~6900C保温6~8小时，炉冷到≤5300C出炉空冷，硬度217~220HBS。
淬火：860~9200C，油冷或空冷（小零件），σb≥2100Mpa，硬度≥58HRC。经淬火和不同温度回火
4.渗碳型塑料模具钢的热处理。
受冲击大的塑料模具零件，要求表面硬而中心韧，通常采用渗碳钢制造。一般渗碳零件可以采用结构钢类的合金渗碳钢，其热处理工艺与结构零件基本相同。对于表面质量要求很高的塑料模具成形零件，宜采用专门用钢，如SM3Cr2Mo钢。
塑料模具渗碳零件的一般技术要求：
⑴.有效渗碳层深度。压制含有矿物填料的塑料制品时，层深取1.3~1.5mm；压制软性塑料的零件，
取0.8~1.2mm；有锐边尖角的模具零件，取0.2~0.6mm；
⑵.渗碳层的碳浓度，比一般结构零件的碳浓度要低，控制在共析成分为佳，取0.7~0.9%；
⑶.渗碳层的碳化物，应均匀细小，不允许有网络状或链状及粗大的碳化物；
⑷.无晶内氧化、过量的残余奥氏体以及其他组织缺陷。
以冷挤压的方法制造塑料模具零件，应采用低碳渗碳型钢种。典型的钢种有美国P系列的塑料模具钢（同类型的有德国的X6CrMo5；日本的CH系列钢，CH有日本厂商牌号）。P1钢是非合金渗碳型塑料模具钢P2~P6是合金钢。渗碳温度取900~9300C，淬火温度由于合金元素不同而有差异。P1钢为790~8000C，水或盐水冷；P2钢取830~8450C，油冷；P3钢取800~8300C，油冷；P4钢取970~9950C，空冷；P5钢取845~8700C，空冷；P6钢取790~8150C，油冷；回火温度，P1、P2、P3、P6钢取175~2600C；
P4、P5钢取175~4800C。渗碳淬火回火后的表面硬度均取58~64HRC。P20钢也宜渗碳，渗碳温度870~9000C，淬火温度815~8700C，油冷；回火温度175~2600C，表面硬度58~64HRC；回火温度取480~5950C，硬度28~37HRC。
5. 时效硬化型塑料模具钢的热处理。
为了减少或避免模具零件热处理变形和提高模具零件的精度保持型，形状复杂、高精度、长寿命的塑料模具零件采用时效硬化钢制造。模具零件在固溶处理后变软（硬度约28~34HRC），便于切削加工成形，然后再时效硬化，获得所需要的综合力学性能。
时效硬化型塑料模具钢有马氏体时效硬化钢和析出（沉淀）硬化钢两大类。
马氏体时效硬化钢有高的屈强度比，良好的切削加工性和焊接性能，热处理工艺简单等优点。典型的钢种是18Ni系列。屈服强度可高达1400~3500Mpa。这一类钢制造模具虽然价格昂贵。但由于使用寿命长，综合经济效益仍然很高。
为保证零件表面质量，热处理应采用有可靠保护作用的控制侵犯炉。一般用氨分解气可以满足要求。
马氏体时效硬化钢也可用作热作模具的工作零件，建议采用下列工艺：8200C固溶处理，3500C时效3~6小时。
时效处理后的变形情况，尺寸变化是有规律的，在工艺设计时可予留神变形量来适当控制。如18Ni （200）钢，长度方向收缩约0.04%；18Ni（250）钢收缩约为0.06%；18Ni（300）和18Ni（350）收缩约为0.08%。
18Ni系列钢的时效强化效果很明显。如18Ni（250）钢在固溶状态下，硬度为28HRC，经4800C时效3小时，硬度可提高到43HRC，保温时间延长到3小时或更长，硬度可达52HRC。
18Ni系列时效钢还可以通过渗氮进一步强化。18Ni（300）钢的气体渗氮工艺：455±100C，24~28小时。
析出硬化型钢也是通过固溶处理和沉淀析出第二相而强化，硬度在37~43HRC左右，能满足一些塑料模具成形零件的要求。市场以40HRC级予硬化钢供应，仍然有满意的切削加工性。这一类钢的冶金质量高，一般都采用特殊冶炼，所以纯洁度、镜面研磨性、蚀花加工性良好，使模具有良好的精度和精度保持性。其焊接性好，表面和心部的硬度均匀。
析出硬化型塑料模具钢的代表性钢号有25CrNi3MoAl，属低碳中合金钢，相当美国的P21钢。
25CrNi3MoAl钢的热处理可分三部分：
⑴.第一次固溶处理（也叫淬火）。获得细小的板条状马氏体，提高钢的强韧性。奥氏体化温度愈
高，保温时间愈长，固溶处理后的硬度愈低，板条状马氏体粗大。
⑵.第二次固溶处理（也叫回火）。目的是使马氏体分解又不使NiAl相脱溶析出。25CrNi3MoAl
钢经第二次固溶处理后，淬火马氏体分解转变成回火马氏体。第二次固溶处理温度取
650~6800C。随着回火温度的升高和回火时间的延长，硬度逐渐下降。在6800C回火4小时，
硬度降到28HRC；6800C回火6小时，硬度降到23HRC。此时极易切削加工。
⑶.时效处理。目的是使NiAl相析出而强化。
美国P21钢的时效工艺：510~5380C，20~24小时。
25CrNi3MoAl钢时效变形率可控制在0.05%以下（收缩），如果在机加工后加消除应力处理，变形还可进一步减少到0.01~0.02%。
析出硬化型钢制的模具零件还可通过渗氮处理进一步通过耐磨性、抗咬合能力和模具使用寿命。
美国P21钢的渗氮温度可取与时效温度相同（510~5250C），渗氮时间20~24小时。渗氮结果：有效渗氮层深度约0.15mm，表面硬度接近94HR15-N。？
25CrNi3MoAl钢如果也取渗氮温度与时效同一温度（520~5400C），同样可获得最佳硬度、强度和较高的韧性，渗氮层约0.2mm。渗氮层表面硬度可高达1100HV。
我国研制的新型析出硬化塑料模具钢10Ni3MnCuAl（SM1Ni3MnMoCuAlE）可与日本同类型的高性能高精密予硬型塑料模具钢NAK55、NAK80媲美，但不含贵重元素Co。试验钢（感应炉熔炼再经电渣重熔）基本化学成分（%）：C-0.10，Ni-2.83，Cu-0.94，Al-0.76，Mn-1.54，Mo-0.32，Si-0.24，Cr-0.09，S-0.015，P-0.017。加工性能（切削加工性、热处理工艺性、镜面研磨性、抛光性、焊接性、蚀花性、电加工性、精度保持性等）均较好。添加易切削元素S后，可进一步改善切削加工性而对力学性能无明显恶化。热处理：8700C加热，保温1小时固溶处理，5100C4小时时效处理，硬度40~43HRC（以40HRC级予硬化钢供应市场）。抗拉强度1000~1300Mpa。金相组织为板条状马氏体基体弥散分布大量细小金属间化合物。6. 耐腐蚀型塑料模具钢的热处理。
常用钢种有Cr13型和9Cr18钢等可强化的马氏体型不锈钢。
但上述不锈钢制作高镜面要求的塑料模具钢成型零件，表面质量的要求是难以满足的。因此开发了耐腐蚀镜面塑料模具钢。例如法国的CLC2316H钢（同类型的德国X36CrMo17），是预硬化型的抗腐蚀镜面塑料模具钢。基本化学成分（%）：C-0.40，Si-0.35，Mn-0.90，Cr-16，Mo-1.03，S＜0.005，P＜0.03。硬度30~35HRC。钢经精细冶炼及热处理，材质纯净，组织细小均匀，具有良好的镜面性。力学性能，300HBS 时屈服强度855Mpa，σb993Mpa，δ13%，ψ38%。如果要进一步改变硬度和力学性能，可以重新淬火回火，淬火温度取985~10200C，油冷或气冷，回火温度按力学性能要求而定。回火需两次，空冷。
耐腐蚀塑料模具钢零件的热处理与一般不锈钢制品的热处理基本相同。
模具钢的热处理：
一.钢的退火：一般是将钢加热到高于临界温度约20~300C，保温一定时间，随后使其缓冷到室温以获得接近于平衡状态
组织的工艺。其目的在于：使钢的硬度降至接近最低值；消除钢的内应力；使钢的化学成分均匀以及细化钢的晶粒、改善钢的组织，为后续加工工序作准备。
1.完全退火：是将亚共析钢加热到A C3以上（20~300C）保温足够的时间，使完全转变成奥氏体并使奥氏体均匀化
（或基本均匀），继之以缓慢冷却。完全退火的目的是：使钢软化，以便于以后的机械切削加工或塑性变形加工；
使钢的晶粒细化和消除内应力，以及为淬火准备适宜的组织。
为了达到上述目的，完全退火的加热温度通常规定为高于A C320~300C。但模具钢中含有强碳化物形成元素，如钨、铬、钼和钒等，其奥氏体化温度应适当地提高一些。这样可使它们所形成的碳化物能够较快地溶入奥氏体中。
退火加热保温应有足够的时间使奥氏体均匀化。保温后的冷却速度应根据所欲达到的目的来决定。一般完全退火需时较长。为了缩短工艺过程的时间，保温后，可尽快地把钢从退火加热温度降至稍低于下临界温度。此后，选用适当的冷却速度缓冷，使其在珠光体转变温度范围内转变成符合要求的金相组织和性能。
2.不完全退火：
不完全退火的加热温度介于上下临界温度之间，通常稍高于下临界温度。对于亚共析钢而言，不完全退火的加热温度在A C1~A C3之间，而过共析钢则在A C1~A C3之间。
不完全退火的目的与完全退火近似，但由于在加热温度下不能完全重结晶，所以细化晶粒方面不如完全退火好。不完全退火的优点是加热温度低，所以使用较广。
3.等温退火：
等温退火的工艺过程是将须退火的钢加热到临界温度以上（亚共析钢加热到A C3以上，共析钢和过共析钢加热到A C1以上）保持一定时间，使其奥氏体化和奥氏体均匀化。然后放入另一温度稍低于A r1的炉中，或在原加热炉中使钢迅速随炉冷至稍低于A r1的温度进行等温。在等温过程中奥氏体将随所采用等温温度的高低而转变成所需的层片厚薄适宜的珠光体。
4.球化退火：
球化退火是使钢获得球化体的工艺方法。
5.扩散退火：
扩散退火是将钢加热到较高的温度，并长时间保温，消除化学成分的偏析。
6.软化退火和再结晶退火：
对经过冷加工的钢材进行软化处理，即加热到A1以下的温度（约6500C上下），并保持适当的时间然后冷却。
再结晶退火是把经过冷塑性变形的金属材料加热到高于其再结晶温度，使之进行重新成核和晶粒长大，以获得和原来晶体结构相同（没有相变）而没有内应力的新的稳定组织。
7.钢的正火：
正火是将钢加热到上临界点以上约30~500C或更高温度使奥氏体化并保温使之均匀化后，在静止空气中冷却的热处理工艺。
8.钢的淬火和回火：
钢的淬火是将钢加热到临界温度（A C3或A C1）以上某一温度，充分保温，使奥氏体化后迅速冷却，使钢的金相组织转变成固溶了第二相的固溶体的工艺过程。对于模具钢而言，主要是马氏体或混有下贝氏体的混合组织。其他类钢，可能是奥氏体，此时叫固溶处理。回火是淬火的后续工序，是将淬火后的钢加热到A C1以下某一温度（根据回火后要求的金相组织和性能而定），充分保温（使转变完成）后冷却的工艺过程。固溶处理后的钢使第二相析出而强化，此时称时效。
淬火或回火，都包括两个主要阶段，即加热和冷却。由于加热和冷却的方式方法和介质的不同，淬火工艺或回火工艺有许多种，如完全淬火、不完全淬火、分级淬火、等温淬火等；低温回火、高温回火、真空回火等。
⑴.淬火：
淬火加热温度：共析和过共析钢加热温度在A C1~A Cm之间，取A C1＋（30~500C），大件取上限，细晶粒钢有时取更高温度。亚共析钢取A C3＋（30~500C）。
加热介质有气体和液体。
加热时间包括升温、均温和保温。要考虑很多因素。
冷却，通常有水和水溶液、油、熔盐或空气。
⑵.回火：
低温回火，一般为250 0C以下。
中温回火，一般为350~5000C，组织为回火屈氏体。
高温回火，一般为500~6500C之间或更高一些。目的是调整钢的强韧性（即综合力学性能）使达到最佳的配合。也称调质处理。作为预先热处理时，也为后续工序如表面淬火、渗氮等做组织准备，改善切削加工性。此外，对某些高合金钢获得二次硬化效果，提高硬度和耐磨性，尺寸稳定性，消除残余奥氏体。
回火保温时间一定要充分。回火后冷却一般为空冷。但对于有回火脆性的钢，要快速冷却，冷却后再进行一次低温回火以消除内应力。
⑶.冷处理：
冷处理也叫冰冷处理、零下处理、深冷处理。是淬火冷却到室温后继续冷却到钢的马氏体转变开始点Ms以下某一温度，一般为－60~－1900C，使在室温未完成转变的奥氏体转变成马氏体。冷处理的目的，一是使模具零件具有精度保持性，防止在室温因残余奥氏体转变而发生尺寸变化；二是促使未转变的奥氏体更多地转变成马氏体，进一步提高硬度，从而提高零件的耐磨性和使用寿命。
⑷.火焰表面淬火。
9.钢的真空热处理：
模具零件采用真空热处理是目前最佳方式。真空热处理的关键是采用合适的设备即真空退火炉、真空淬火炉和真空回火炉。
10.常用塑料模具钢：
1.碳素塑料模具钢：SM45、SM50、SM55；
2.预硬化型塑料模具钢：3Cr2Mo、3Cr2NiMnMo、5CrNiMnMoVSCa、40Cr、42CrMo、30CrMnSiNi2A
3.渗碳型塑料模具钢：20Cr、12CrNi3A
4.时效硬化型塑料模具钢：06Ni6CrMoVTiAl、1Ni3Mn2CuAlMo
5.耐腐蚀型塑料模具钢：2Cr13、4Cr13、9Cr18、9Cr18Mo、Cr14Mo4V、1Cr17Ni2
中国：3Cr2Mo。ISO：35CrMo7。英国：BP20（BS）。法国：35CrMo8（NF）。德国：~35CrMo4（DIN）、1.2330（W-Nr）、40CrMnMo7、1.2311。日本（日立）HPM2。瑞典：2234（SS）、618（ASSAB）。LKM-2311
P20改进型为P20＋Ni，即我国的SM3CrNiMo钢，瑞典：718S、718H（ASSAB）。日本：PX-88（大同）。LKM-738、
P21，中国：20CrNi4AlV
中国：4Cr13，瑞典：S136、S136H（ASSAB），日本大同：PAK90
德国：DIN1.2083、X42Cr13。法国：（优基诺）2038。
模具材料及热处理试题库 一、判断 1、60钢以上的优质碳素结构钢属高碳钢，经适当的热处理后具有高的强度、韧性和弹性，主要用于制作弹性零件和耐磨零件。（×） 2、40Cr钢是最常用的合金调质钢。（√） 3、60Si2Mn钢的最终热处理方法是淬火后进行高温回火。（×） 4、高合金钢的完全退火的冷却速度是每小时100～150℃。（×） 5、等温淬火与普通淬火比较，可以获得相同情况下的高硬度和更好的韧度。（√） 6、一些形状复杂、截面不大、变形要求严的工件，用分级淬火比双液淬火能更有效的减少工件的变形开裂。（√） 7、渗碳时采用低碳合金钢，主要是为提高工件的表面淬火硬度。（×） 8、均匀化退火主要应用于消除大型铸钢、合金钢锭在铸造过程中所产生的化学成分不均及材料偏析，并使其均匀化。（√） 9、高合金钢及形状复杂的零件可以随炉升温，不用控制加热速度。（×） 10、铬钼钢是本质粗晶粒钢、其淬透性和回火稳定性高，高温强度也高。（×） 11、铬锰硅钢可以代替镍铬钢用于制造高速、高负荷、高强度的零件。（√） 12、铬轴承钢加热温度高，保温时间略长，主要使奥氏体中溶入足够的合金碳化物。（√）13、低合金渗碳钢二次重新加热淬火，对于本质细晶粒钢的零件，主要使心部、表层都达到高性能要求。（×） 14、铸铁的等温淬火将获得贝氏体和马氏体组织。（√） 15、高速钢是制造多种工具的主要材料，它除含碳量高外，还有大量的多种合金元素（W、Cr、Mo、V、Co），属高碳高合金钢。（×）16、钢在相同成分和组织条件下，细晶粒不仅强度高，更重要的是韧性好，因此严格控制奥氏体的晶粒大小，在热处理生产中是一个重要环节。（√）17、有些中碳钢，为了适应冷挤压成型，要求钢材具有较高的塑性和较低的硬度，也常进行球化退火。（√）18、低碳钢正火，为了提高硬度易于切削，提高正火温度，增大冷却速度，以获得较细的珠光体和比较分散的自由铁素体。（√）19、过共析钢正火加热时必须保证网状碳化物完全融入奥氏体中，为了抑制自由碳化物的析出，使其获得伪共析组织，必须采用较大的冷却速度冷却。（√）20、含碳量相同的碳钢与合金钢淬火后，硬度相差很小，但碳钢的强度显著高于合金钢。（×）21、中高碳钢的等温淬火效果很好，不仅减少了变形，而且还获得了高的综合力学性能。（√）22、淬火钢组织中，马氏体处于碳的过饱和状态，残余奥氏体处于过热状态，所以组织不稳定，需要回火处理。（×）23、低碳钢淬火时的比容变化较小，特别是淬透性较差，故要急冷淬火，因此常是以组织应力为主引起的变形。（×）24、工件淬火后不要在室温下放置，要立即进行回火，会显著提高马氏体的强度和塑性，防止开裂。（√）
铸钢件常见热处理 按加热和冷却条件不同，铸钢件的主要热处理方式有：退火(工艺代号：5111)、正火(工艺代号：5121)、均匀化处理、淬火(工艺代号：5131)、回火(工艺代号：5141)、固溶处理(工艺代号：5171)、沉淀硬化、消除应力处理及除氢处理。 1．退火(工艺代号：5111) 退火是将铸钢件加热到Ac3以上20～30℃，保温一定时间，冷却的热处理工艺。退火的目的是为消除铸造组织中的柱状晶、粗等轴晶、魏氏组织和树枝状偏析，以改善铸钢力学性能。碳钢退火后的组织：亚共析铸钢为铁素体和珠光体，共析铸钢为珠光体，过共析铸钢为珠光体和碳化物。适用于所有牌号的铸钢件。图11—4为几种退火处理工艺的加热规范示意图。表ll—1为铸钢件常用退火工艺类型及其应用。 2．正火(工艺代号：5121) 正火是将铸钢件目口热到Ac3温度以上30～50℃保温，使之完全奥氏体化，然后在静止空气中冷却的热处理工艺。图11—5为碳钢的正火温度范围示意图。正火的目的是细化钢的组织，使其具有所需的力学性能，也司作为以后热处理的预备处理。正火与退火工艺的区别有两个：其一是正火加热温度要偏高些；其二是正火冷却较快些。经正火的铸钢强度稍高于退火铸钢，
其珠光体组织较细。一般工程用碳钢及部分厚大、形状复杂的合金钢铸件多采用正火处理。 正火可消除共析铸钢和过共析铸钢件中的网状碳化物，以利于球化退火；可作为中碳钢以及合金结构钢淬火前的预备处理，以细化晶粒和均匀组织，从而减少铸件在淬火时产生的缺陷。 3．淬火(工艺代号：5131) 淬火是将铸钢件加热到奥氏体化后(Ac。或Ac＆#8226;以上)，保持一定时间后以适当方式冷却，获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺。常见的有水冷淬火、油冷淬火和空冷淬火等。铸钢件淬火后应及时进行回火处理，以消除淬火应力及获得所需综合力学性能。图11—6为淬火回火工艺示意图。 铸钢件淬火工艺的主要参数： (1)淬火温度：淬火温度取决于铸钢的化学成分和相应的临界温度点。图11—7为铸钢件淬火工艺温度范围示意图。原则上，亚共析铸钢淬火温度为Ac。以上20～30℃，常称之为完全淬火。共析及过共析铸钢在Ac。以上30～50℃淬火，即所谓亚临界淬火或两相区淬火。这种淬火也可用于亚共析钢，所获得的组织较一般淬火的细，适用于低合金铸钢件韧化处理。 (2)淬火介质：淬火的目的是得到完全的马氏体组织。为此，铸件淬火时的冷却速率必须大于铸钢的临界冷却速率。否则不能获得马氏体组织及其相应的性能。但冷却速率过高易于导致铸件变形或开裂。为了同时满足上述要求，应根据铸件的材质选用适当的淬火介质，
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
对塑料模具钢的要求及热处理 ☆耐腐蚀、硬度高、易切削加工、高镜面性。 钢的热处理： 1.予硬化型塑料模具钢的热处理： ⑴.我国的3Cr2Mo：相当美国的P20，瑞典（ASSAB）的618，德国的40CrMnMo7，日本（日立）的 HPM2。 荐的规范为淬火—840~8800C，油冷， 回火—600~6500C，空冷， 硬度—28~33HRC。 ⑵.美国（AISI、SAE）推荐的P20钢渗碳后的热处理工艺： 淬火—820~8700C， 回火—150~2600C，空冷， 硬度—58~64HRC（渗碳层表面硬度）。 ⑶.德国40CrMnNiMo钢（DIN2738，相当于P20＋Ni或SM3Cr2NiMo）的热处理特性：淬透性比 SM3Cr2Mo更高，保证钢在较大截面上力学性能 均匀，宜做大截面（＞400mm）的塑料模具。钢的冶金质量、加工性优良。抛光性 和电蚀刻性亦好。 供应硬度：280~325HBS 退火工艺：加热温度710~740 0C，炉冷。硬度≤265HBS。 淬火：奥氏体化温度840~8700C，必须予热，予热温度约6500C。形状复杂、尺寸厚薄不均者最好二次予热，第一次约4000C予热，保温时间按0.5~1.0min/mm计算。经予热后的淬火保 温时间按0.5min/mm计算。为使合金元素充分溶入奥氏体，保温时间应足够。 冷却：油冷或180~2200C热浴分级淬火，以热浴为好。热浴冷却保温时间以模具整个截面温度均匀为度，然后出炉空冷到800C左右立即回火。 2小时，空冷。 渗氮：可提高耐热疲劳强度，降低摩擦系数（抗咬合），延长模具使用寿命。以离子渗氮或气体渗氮为宜（干净）。有效渗氮层深度以0.2~0.3mm为宜。硬度550~800HV，渗氮后不宜研 磨，以免渗氮层磨掉。 焊接：焊接时须予热至400~5000C后，进行焊接。焊接后及时消除应力退火，工艺为600~6500C，充分保温后炉冷。 镀铬：该钢可以镀铬，镀铬后应立即进行去氢退火。去氢退火工艺：加热温度180~2000C，保温时间2~4小时。 2.易切削予硬化型塑料模具钢的热处理。 ⑴.8Cr2MnWMoVS（8Cr2S）钢，是含硫易切削钢，当热处理到硬度40~42HRC时，其切削加工性良 好，综合力学性能亦好，可研磨抛光到Ra0.025μm该钢有良好的光刻浸蚀性能。 退火：800±100C，保温2~4小时，降温到700~7200C等温，保温4~6小时，炉冷，硬度≤229HBS。 淬火：880~9200C，空冷，硬度63HRC。 淬火加热时间，盐浴炉1.5~2.0min/mm；气体介质炉2.0~2.5min/mm。 仍具有良好的加工性，良好的镜面抛光性能，抛光可达Ra0.040μm，补焊性能好。 退火：760~7800C，保温2小时，670~6900C保温6~8小时，炉冷到≤5300C出炉空冷，硬度217~220HBS。 淬火：860~9200C，油冷或空冷（小零件），σb≥2100Mpa，硬度≥58HRC。经淬火和不同温度回火
热处理作业指导书 1. 目的 保证热处理质量。 2. 热处理方式 按加热和冷却条件不同，铸钢件的主要热处理方式有：退火、正火、均匀化处理、淬火、回火、固溶处理、沉淀硬化、消除应力处理及除氢处理。 3. 热处理操作要求 3.1 .退火 退火是将铸钢件加热到Acs以上20?30C,保温一定时间，冷却的热处理工艺。退火的目的是为消除铸造组织中的柱状晶、粗等轴晶、魏氏组织和树枝状偏析，以改善铸钢力学性能。碳钢退火后的组织：亚共析铸钢为铁素体和珠光体，共析铸钢为珠光体，过共析铸钢为珠光体和碳化物。适用于所有牌号的铸钢件。图1 —1为几种退火处理工艺的加热规范示意图。表I —1为铸钢件常用退火工艺类型及其应用。表1-2铸钢件退火工艺及退火后的硬度。 图1—1为几种退火处理工艺的加热规范示意图
表I—1为铸钢件常用退火工艺类型及其应用
表1-2铸钢件退火工艺及退火后的硬度 3.2 .正火 正火是将铸钢件目口热到Ac。温度以上30?50°C保温，使之完全奥氏体化，然后在静止空气中冷却的热处理工艺。图1—2为碳钢的正火温度范围示意图。表1-3铸钢件正火工艺及退火后的硬度，表1-4常用低合金铸件正火或正火+回火工艺及硬度。正火的目的是细化钢的组织，使其具有所需的力学性能，也司作为以后热处理的预备处理。正火与退火工艺的区别有两个：其一是正火加热温度要偏高些；其二是正火冷却较快些。经正火的铸钢强度稍高于退火铸钢，其珠光体组织较细。一般工程用碳钢及部分厚大、形状复杂的合金钢铸件多采用正火处理。
图1—2为碳钢的正火温度范围示意图 正火可消除共析铸钢和过共析铸钢件中的网状碳化物，以利于球化退火; 可作为中碳钢以及合金结构钢淬火前的预备处理，以细化晶粒和均匀组 织，从而减少铸件在淬火时产生的缺陷。 表1-3铸钢件正火工艺及退火后的硬度 表1-4常用低合金铸件正火或正火+回火工艺及硬度 3.3 .淬火
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
。
模具材料及热处理模具材料及热处理 1．金属组织 1.1金属 具有不透明、金属光泽良好的导热和导电性并且其导电能力随温度的增高而减小，富有延性和展性等特性的物质。金属内部原子具有规律性排列的固体（即晶体）。 1.2合金 由两种或两种以上金属或金属与非金属组成，具有金属特性的物质。 相：合金中成份、结构、性能相同的组成部分。 1.3固溶体 是一个（或几个）组元的原子（化合物）溶入另一个组元的晶格中，而仍保持另一组元的晶格类型的固态金属晶体，固溶体分间隙固溶体和置换固溶体两种。 1.4固溶强化 由于溶质原子进入溶剂晶格的间隙或结点，使晶格发生畸变，使固溶体硬度和强度升高，这种现象叫固溶强化现象。 1.5化合物 合金组元间发生化合作用，生成一种具有金属性能的新的晶体固态结构。 1.6机械混合物 由两种晶体结构而组成的合金组成物，虽然是两面种晶体，却是一种组成成分，具有独立的机械性能。2．金属硬度 2.1硬度 金属的硬度，是指金属表面局部体积内抵抗外物压入而引起的塑性变形的抗力，硬度越高表明金属抵抗塑性变形的能力越强，金属产生塑性变形越困难。硬度试验方法简单易行，又无损于零件。实际常使用的硬度试验方法有：布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度三种。三种硬度试验值有大致的换算关系，见表一。 布氏硬度HB：布氏硬度是用载荷为P的力把直接D的钢球压入金属表面，并保持一定的时间，测量金属表面上的压痕直径d，据此计算出的压痕面积AB，求出每单位面积所受力，用作金属的硬度值，叫布氏硬度，记作HB。布氏硬度的使用上限是HB450，适用于测定退火、正火、调质钢、铸铁及有色金属的硬度。 2.1.1洛氏硬度HRA、HRC： 洛氏硬度是工业生产中最常用的硬度测量的方法，因为操作简便、迅速，可以直接读出硬度值，不损伤工件表面，可测量的硬度范围较宽。但洛氏硬度也有一些缺点，如因压痕小，对材料有偏析及组织不均匀的情况，测量结果分离度大，再现性较差。洛氏硬度(HR)也是用压痕的方式试验硬度。它是用测量凹陷深度来表示硬度值。洛氏硬度试验用的压头分硬质和软质两种。硬质压头为顶角为120o的金刚石圆锥体，使用于淬火钢等硬的材料。HRA硬度有效范围是>70，适用于硬质合金、表面淬火层及渗碳层;HRC硬度有效范围是20-68(相当于HB230-700,HB450-700超出了布氏硬度的使用上限)，适用于淬火钢及调质钢。 2.1.2洛氏硬度HRB 洛氏硬度HRB的测量采用直径1.588mm(1/16")的钢球，适用于退火钢、有色金属等，硬度有效范围是25-100（相当于HB60-230)。 2.1.3维氏硬度HV 维氏硬度也是利用压痕面积上单位应力作为硬度值计量。维氏硬度所使用的压头是锥面夹角为136o的金刚石四方锥体。试验时，在载荷P的作用下，在试样试验面上压出一个正方形压痕。测量压痕两对角线的平均长度d，借以计算压痕面积A V，以P/A V的数值表示试样的硬度，以HV表示。维氏硬度的优缺点：维氏硬度有一个连续一致的标度；试验负荷可任意选择，所得的硬度值相同。试验时加载的压力小，压入深度浅，对工件损伤小。特别适用于测量零件的表面淬硬层及经过表面化学处理的硬度，精度比布氏、洛氏硬度精确。但是维氏硬度的试验操作较麻烦，一般在生产上很少使用，多用于实验室及科研方面。
钢的热处理 钢的热处理：是将固态钢材采用适当的方式进行加热、保温和冷却以获得所需组织结构与性能的工艺。热处理不仅可用于强化钢材，提高机械零件的使用性能，而且还可以用于改善钢材的工艺性能。其共同点是：只改变内部组织结构，不改变表面形状与尺寸。 第一节钢的热处理原理 热处理的目的是改变钢的内部组织结构，以改善钢的性能，通过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、充分挖掘材料性能潜力、降低结构重量、节省和能源，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。 热处理工艺分类：（根据热处理的目的、要求和工艺方法的不同分类如下） 1、整体热处理：包括退火、正火、淬火、回火和调质； 2、表面热处理：包括表面淬火、物理和化学气相沉积等； 3、化学热处理：渗碳、渗氮、碳氮共渗等。 热处理的三阶段：加热、保温、冷却
一、钢在加热时的转变 加热的目的：使钢奥氏体化 （一）奥氏体（ A）的形成 奥氏体晶核的形成以共析钢为例A1点则W c ＝0.0218％（体心立方晶格F）W c ＝6.69％（复杂斜方渗碳体）当T 上升到A c1 后W c ＝0.77％（面心立方的A）由此可见转变过程中必须经过C和Fe原子的扩散，必须进行铁原子的晶格改组，即发生相变，A的形成过程。在铁素体和渗碳体的相界面上形成。有两个有利条件①此相界面上成分介于铁素体和渗碳体之间②原子排列不规则，空位和位错密度高。 1、奥氏体长大由于铁素体的晶格改组和渗碳体的不断溶解，A晶核一方面不断向铁素体和渗碳体方向长大，同时自身也不断形成长大。 2、残余 Fe 3 C的溶解 A长大同时由于有部分渗碳体没有完全溶解，还需一段时间才能全溶。（F比Fe 3 C先消失） 3、奥氏体成分的均匀化残余Fe 3 C全溶后，经一段时间保温，通过碳原子的扩散，使A成分逐步均匀化。 （二）奥氏体晶粒的长大 奥氏体大小用奥氏体晶粒度来表示。分为 00，0，1，2…10等十二个等级，其中常用的1~10级，4级以下为粗晶粒，5-8级为细晶粒，8级以上为超细晶粒。 影响 A晶粒粗大因素 1、加热温度越高，保温时间愈长，奥氏体晶粒越粗大。因此，合理选择加热和保温时间。以保证获得细小均匀的奥氏体组织。（930～950℃以下加热，晶粒长大的倾向小，便于热处理） 2、A中C含量上升则晶粒长大的倾向大。
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。
高等教育#
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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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2．金属硬度 2.1硬度 金属的硬度，是指金属表面局部体积内抵抗外物压入而引起的塑性变形的抗力，硬度越高表明金属抵抗塑性变形的能力越强，金属产生塑性变形越困难。硬度试验方法简单易行，又无损于零件。实际常使用的硬度试验方法有：布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度三种。三种硬度试验值有大致的换算关系，见表一。 布氏硬度HB：布氏硬度是用载荷为P的力把直接D的钢球压入金属表面，并保持一定的时间，测量金属表面上的压痕直径d，据此计算出的压痕面积AB，求出每单位面积所受力，用作金属的硬度值，叫布氏硬度，记作HB。布氏硬度的使用上限是HB450，适用于测定退火、正火、调质钢、铸铁及有色金属的硬度。2.1.1洛氏硬度HRA、HRC： 洛氏硬度是工业生产中最常用的硬度测量的方法，因为操作简便、迅速，可以直接读出硬度值，不损伤工件表面，可测量的硬度范围较宽。但洛氏硬度也有一些缺点，如因压痕小，对材料有偏析及组织不均匀的情况，测量结果分离度大，再现性较差。洛氏硬度(HR)也是用压痕的方式试验硬度。它是用测量凹陷深度来表示硬度值。洛氏硬度试验用的压头分硬质和软质两种。硬质压头为顶角为120o的金刚石圆锥体，使用于淬火钢等硬的材料。HRA硬度有效范围是>70，适用于硬质合金、表面淬火层及渗碳层;HRC硬度有效范围是20-68(相当于 HB230-700,HB450-700超出了布氏硬度的使用上限)，适用于淬火钢及调质钢。 2.1.2洛氏硬度HRB 洛氏硬度HRB的测量采用直径1.588mm(1/16")的钢球，适用于退火钢、有色金属等，硬度有效范围是25-100（相当于HB60-230)。 2.1.3维氏硬度HV 维氏硬度也是利用压痕面积上单位应力作为硬度值计量。维氏硬度所使用的压头是锥面夹角为136o的金刚石四方锥体。试验时，在载荷P的作用下，在试样试验面上压出一个正方形压痕。测量压痕两对角线的平均长度d，借以计算压痕面积AV，以P/AV的数值表示试样的硬度，以HV表示。维氏硬度的优缺点：维氏硬度有一个连续一致的标度；试验负荷可任意选择，所得的硬度值相同。试验时加载的压力小，压入深度浅，对工件损伤小。特别适用于测量零件的表面淬硬层及经过表面化学处理的硬度，精度比布氏、洛氏硬度精确。但是维氏硬度的试验操作较麻烦，一般在生产上很少使用，多用于实验室及科研方面。 2.1.4硬度值对照表： 硬度值对照表
《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
钢铁材料的一般热处理 名称热处理过程热处理目的 1．退火 将钢件加热到一定温度，保温一定时间，然后缓慢冷却到 室温①降低钢的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工 ②细化晶粒，均匀钢的组织，改善钢的性能及为以后的热处理作准备③消除钢中的内应力。防止零件加工后变形及开裂 退火类别(1)完全退火 将钢件加热到临界温度(不同钢材临界温度也不同，一般 是710-750℃，个别合金钢的临界温度可达800—900oC) 以上30—50oC，保温一定时间，然后随炉缓慢冷却(或埋 在沙中冷却) 细化晶粒，均匀组织，降低硬度， 充分消除内应力完全退火适用于含 碳量(质量分数)在O．8％以下的锻 件或铸钢件 (2)球化退火 将钢件加热到临界温度以上20～30oC，经过保温以后， 缓慢冷却至500℃以下再出炉空冷 降低钢的硬度，改善切削性能，并 为以后淬火作好准备，以减少淬火 后变形和开裂,球化退火适用于含 碳量(质量分数)大于O．8％的碳素 钢和合金工具钢 (3)去应力退火 将钢件加热到500～650oC，保温一定时间，然后缓慢冷 却(一般采用随炉冷却) 消除钢件焊接和冷校直时产生的内 应力，消除精密零件切削加工时产 生的内应力，以防止以后加工和用 过程中发生变形 去应力退火适用于各种铸件、锻件、 焊接件和冷挤压件等 2．正火 将钢件加热到临界温度以上40～60oC，保温一定时间， 然后在空气中冷却①改善组织结构和切削加工性能 ②对机械性能要求不高的零件，常用正火作为最终热处理 ③消除内应力 3．淬火 将钢件加热到淬火温度，保温一段时间，然后在水、盐水 或油(个别材料在空气中)中急速冷却①使钢件获得较高的硬度和耐磨性 ②使钢件在回火以后得到某种特殊
精品文档 精品文档 广州城建职业学院2010至2011学年第 1 学期 《模具材料及热处理》试卷（ A ） 适用专业：模具设计与制造 考试时间：90 分钟 共 4 页 一、填空题（每空 1 分，共 20 分） 1．金属材料的性能一般分为两类，其中 使用性能 是零件选材及确定尺寸大小的主要依据， 工艺性能 是确定零件加工方法的主要依据。 2. 金属的机械性能主要包括： 强度 、 硬度 、 塑性 、 韧性 、 疲劳强度 。 3. 根据密度大小将金属分为重金属和轻金属，其密度的分界点是： 5.0X103 Kg/m 3 。 4. 体心立方、面心立方、密排六方晶胞原子数分别为： 2、 4 、 6 个，致密度分别为： 0.68 、 0.74 、 0.74 。 5. 普通热处理主要有退火，正火，淬火，回火等工艺方法，表面热处理包括 表面淬火 、 表面化学处理 及 表面气相沉积 等。 6. 碳钢的含碳量范围为： 0.0218%～2.11% 。钢种的常存杂质包括：、 硅 、硫、磷。锰 二、判断题（每小题 2 分，共 20 分） 1. 完全退火加热温度不宜过高，一般在A C3以上20～30°C 。 （ √ ） 2. 退火的工艺过程可简单记忆为：加热—保温—炉冷，正火的工艺过程可简单记忆为：加热—保温—空冷。 （ √ ） 3. 淬透性好的材料，淬硬性也好。 （ × ） 4.调质是指“淬火+高温回火”，只能用于最终热处理。 （ × ） 5. 钢件渗氮以后，一般还需要进行淬火处理，以提高硬度和耐磨性。 （ × ） 6. 优质碳素结构钢的钢号用平均含碳量的万分数表示。 （ √ ） 7. 铸钢的铸造工艺性较好，不易出现浇注不到，缩孔，晶粒粗大等缺陷，用于生产一些不便锻造，形状复杂的零件。 （ × ） 8. 1Cr17，1Cr13，3Cr13均属于马氏体不锈钢。 （ × ） 9. 可锻铸铁顾名思义，是可以锻造的铸铁。 （ × ） 10. P20钢相当于国内的3Cr2Mo ，为预硬型塑料模具钢。 （ √ ） 三、简答题（每小题8分，共32分） 1．实际金属晶体中存在哪些晶体缺陷？它们对力学性能有何影响？ 答：（1）点缺陷，主要是空位和间隙原子，还有少量杂质原子。 （2）线缺陷（位错），在晶体中某处有一列或若干列原子发生某种有规律的错排现象。 （3）面缺陷，缺陷呈面状分布，主要在晶界处。 点缺陷的出现，使周围的原子靠拢或撑开，造成晶格畸变，使材料的强度、硬度和电阻率增加。位错密度越大，塑性塑性变形抗力越大，塑性变好。面缺陷使晶界处晶格处于畸变状态，使得晶界处有较高的强度和硬度，晶粒愈细小，晶界愈多，金属的强度、硬度也就愈高。 2．什么是马氏体？马氏体转变有何特点？ 答：（1）马氏体是碳在α-Fe 中的过饱和固溶体。马氏体转变不属于等温转变，是在极快的连续冷却过程中进行的。（1）马氏体转变是非扩散相变。（2）马氏体转变是在一定的温度范围内（MS~Mf ）连续冷却完成的。（3）马氏体转变的不彻底性，有部分残余奥氏体存在。（4）马氏体转变引起内应力增加。 3. 15、20、25钢为什么称为渗碳钢？ 答：15、20、25钢强度较低，但塑性和韧性较高，焊接性能和冷冲压性能较好。可以制造各种用作冷冲压件和焊接件以及一些受力不大但要求高韧性的零件。经渗碳淬火及低温回火后，表面硬度可达60HRC 以上，耐磨性好，而心部仍有一定的强度和韧性，可用来制作要求表面 耐磨并能承受冲击载荷的零件，因此，这三个牌号的钢也称为渗碳钢。 4．拉深模基本性能要求有哪些？如何预防拉深模的粘附和拉毛磨损？ 答：拉深模具用钢要求具有高强度、高耐磨性，良好的抗咬合性及热稳定性，并具有良好的切削加工性和热处理性能。表面一般进行镀Cr 或氮化处理。 在拉深不锈钢、高镍合金钢、耐热钢板等材料时，拉深模容易发生粘附和拉毛，一般选择模具材料为铝青铜，如果选用Cr12Mo1V1一类的模具钢，表面要进行渗氮处理，生产批量大时，选用硬质合金。
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。
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，
钢的五种热处理工艺公司内部编号：（GOOD-TMMT-MMUT-UUPTY-UUYY-DTTI-
钢的五种热处理工艺 热处理工艺——表面淬火、退火、正火、回火、调质工艺： 1、把金属材料加热到相变温度（700度）以下，保温一段时间后再在空气中冷却叫回火。 2、把金属材料加热到相变温度（800度）以上，保温一段时间后再在炉中缓慢冷却叫退火。 3、把金属材料加热到相变温度（800度）以上，保温一段时间后再在特定介质中（水或油） 快速冷却叫淬火。 ◆表面淬火 钢的表面淬火 有些零件在工件时在受扭转和弯曲等交变负荷、冲击负荷的作用下，它的表面层承受着比心部更高的应力。在受摩擦的场合，表面层还不断地被磨损，因此对一些零件表面层提出高强度、高硬度、高耐磨性和高疲劳极限等要求，只有表面强化才能满足上述要求。由于表面淬火具有变形小、生产率高等优点，因此在生产中应用极为广泛。 根据供热方式不同，表面淬火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等。 感应表面淬火后的性能:
1.表面硬度：经高、中频感应加热表面淬火的工件，其表面硬度往往比普通 淬火高 2～3 单位（HRC）。 2.耐磨性：高频淬火后的工件耐磨性比普通淬火要高。这主要是由于淬硬层 马氏体晶粒细小，碳化物弥散度高，以及硬度比较高，表面的高的压应力等综合的结果。 3.疲劳强度：高、中频表面淬火使疲劳强度大为提高，缺口敏感性下降。对 同样材料的工件，硬化层深度在一定范围内，随硬化层深度增加而疲劳强度增加，但硬化层深度过深时表层是压应力，因而硬化层深度增打疲劳强度反而下降，并使工件脆性增加。 一般硬化层深δ＝（10～20）％D。较为合适，其中D。为工件的有效直径。 ◆退火工艺 退火是将金属和合金加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。退火后组织亚共析钢是铁素体加片状珠光体；共析钢或过共析钢则是粒状珠光体。总之退火组织是接近平衡状态的组织。 退火的目的 ①降低钢的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工。 ②细化晶粒，消除因铸、锻、焊引起的组织缺陷，均匀钢的组织和成分，改善钢的性能 或为以后的热处理作组织准备。 ③消除钢中的内应力，以防止变形和开裂。