第四章 钢的热处理

河北轨道运输职业技术学院函授教育课程作业年级：层次：专业名称：课程名称：作业序号：学号：姓名：第四章钢的热处理一、填空题1．热处理工艺过程由、和三个阶段组成。

2．整体热处理分为、、和等。

3．共析钢在等温转变过程中，其高温转变产物有：、以及。

4．贝氏体分为和两种。

5．常用的退火方法有：、和等。

6．根据淬火介质不同，淬火方法有：淬火、淬火、淬火和淬火等。

7．常用的淬火冷却介质有、等。

8．按回火温度范围可将回火分为回火、回火和回火三种。

9．化学热处理是由、和三个基本过程组成。

10．化学热处理包括、和等。

11．目前常用的渗氮方法主要有渗氮和渗氮两种。

二、单项选择题1．过冷奥氏体是温度下存在，尚未转变的奥氏体。

A．Ms； B. M f； C. A1。

2．为了改善高碳钢（W C＞0.6%）的切削加工性能，一般选择作为预备热处理。

A．正火； B. 淬火； C.退火；D．回火。

3．过共析钢的淬火加热温度应选择在，亚共析钢的淬火加热温度则应选择在。

A. Ac1+30℃～50℃；B．Ac cm以上；C．Ac3+30℃～50℃。

4．调质处理就是的热处理。

A．淬火+低温回火；B．淬火+中温回火；C．淬火+高温回火。

5．化学热处理与其它热处理方法的基本区别是。

A．加热温度；B．组织变化；C．改变表面化学成分。

6．零件渗碳后，一般需经处理，才能达到表面高硬度和高耐磨性目的。

A．淬火+低温回火；B．正火；C．调质。

三、判断题1．高碳钢可用正火代替退火，以改善其切削加工性。

( )2．淬火后的钢，随回火温度的提高，其强度和硬度也提高。

( )3．钢的最高淬火硬度，主要取决于钢中奥氏体的碳的质量分数。

( ) 4．钢的晶粒因过热而粗化时，就有变脆的倾向。

( )四、简答题1．指出Ac1、Ac3、Ac cm；Ar1、Ar3、Ar cm及A1、A3、A cm之间的关系。

2．控制奥氏体晶粒长大的措施有哪些？3．简述共析钢过冷奥氏体在A1～M f温度之间，不同温度等温时的转变产物及基本性能。

退火：P+F 正火：S+F 淬火高温回火：回火S 淬火低温回火：回火M，强度增加，塑性降低，1热处理：将固态金属或合金在一定介质中加热、保温和冷却，以改变材料整体或表面组织，从而获得所需性能的工艺过程。

热处理工艺中有三大基本要素：加热、保温、冷却。

2根据加热、冷却方式的不同及组织、性能变化特点的不同，热处理可分为下列几类：普通热处理其它热处理表面热处理。

按照热处理在零件生产过程中的位置和作用不同，热处理工艺还可分为：预备热处理最终热处理3亚共析钢,过共析钢,共析钢的奥氏体化：亚共析钢与过共析钢的珠光体加热转变为奥氏体过程与共析钢转变过程是一样的，即在Ac1温度以上加热无论亚共析钢或是过共析钢中的P 均要转变为A。

不同的是还有亚共析钢的F的转变与过共析钢的Fe3CⅡ的溶解。

更重要是F 的完全转变要在Ac3以上，Fe3CⅡ的完全溶解要在温度Accm以上。

即亚共析钢加热后组织全为奥氏体需在Ac3以上，对过共析钢要在Accm以上。

4奥氏体:奥氏体是C在γ-Fe中的固溶体, C原子在γ-Fe中处于由Fe原子组成的八面体间隙中心位置。

奥氏体转变的驱动力及形成步骤:相变释放的自由能和系统内能量起伏。

形核，晶粒长大，参与碳化物溶解，成分均匀化。

奥氏体有两种形成机理：扩散方式和非扩散方式。

奥氏体的形成过程符合相变的普遍规律，包括形核和长大两个过程5为何A晶核优先在F与Fe3C相界产生？F和Fe3C界面两边的C浓度差最大，有利于为A 晶核的形成创造浓度起伏条件。

F和Fe3C界面上原子排列较不规则，有利于提供A形核所需的结构起伏和能量起伏条件。

F和Fe3C界面本来已经存在，在此界面形核时只是将原有界面变为新界面，总的界面能变化较小6影响奥氏体转变速度的因素:加热温度和保温时间加热速度原始组织钢的碳含量合金元素。

影响奥氏体晶粒度的因素:加热温度和保温时间加热速度钢的化学成分（碳含量、合金元素）冶炼方法的影响原始组织的影响孕育期：由于形成奥氏体需要原子的扩散，而扩散需要一定的时间，故P在保温一段时间后才开始形成A晶核，这段时间称为“孕育期”。

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。

钢的热处理热处理是将固态金属或合金采用适当的方式加热、保温和冷却以获得所需要的组织结构与性能的工艺。

热处理工艺它能提高零件的使用性能，充分发挥钢材的潜力，延长零件的使用寿命，此外，热处理还可改善工件的工艺性能﹑提高加工质量﹑减小刀具磨损。

钢的热处理方法可分为：退火、正火、淬火、回火及表面热处理等五种。

热处理方法虽然很多，但任何一种热处理工艺都是由加热、保温和冷却三个阶段所组成的，因此，热处理工艺过程可用在温度一时间坐标系中的曲线图表示，如下图所示，这种曲线称为热处理工艺曲线。

退火与正火一、退火将钢加热到适当温度，保持一定时间，然後缓慢冷却（一般随炉冷却）的热处理工艺称为退火。

退火的主要目的是：（1）降低钢的硬度，提高塑性，以利於切削加工及冷变形加工。

（2）细化晶粒，均匀钢的组织及成分，改善钢的性能或为以後的热处理作准备。

（3）消除钢中的残余内应力，以防止变形和开裂。

常用的退火方法有完全退火、球化退火、去应力退火等几种。

（1）完全退火完全退火是将钢加热到完全奥氏体化（AC3以上30～50℃），随之缓慢冷却，以获得接近平衡状态组织的工艺方法。

在完全退火加热过程中，钢的组织全部转变为奥氏体，在冷却过程中，奥氏体变为细小而均匀的平衡组织（铁素体+珠光体），从而达到降低钢的硬度、细化晶粒、充分消除内应力的目的。

完全退火主要用於中碳钢及低、中碳合金结构钢的铸件、锻件、热轧型材等，有时也用於焊接结构件，过共析钢不宜采用完全退火，因过共析钢完全退火需加热到AC CM以上，在缓慢冷却时，钢中将析出网状渗碳体，使钢的力学性能变坏。

（2）球化退火是将钢加热到AC1以上20～30℃，保温一定时间，以不大於50℃/H的冷却速度随炉冷却下来，使钢中碳化物呈球状的工艺方法。

球化退火适用於共析钢及过共析钢，如碳素工具钢、合金工具钢、轴承钢等。

这些钢在锻造加工後进行球化退火，一方面有利於切削加工，同时为最後的淬火处理作好组织准备。

第四节淬火教学重点与难点1．重点淬火、回火2．难点淬透性和淬硬性教学方法与手段1．利用挂图等教具。

2．举生活中应用淬火与回火的现象，分析原理与应用，触类旁通。

教学组织1.复习提问10分钟2.讲解75分钟3.小结5分钟教学内容♦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。

♦临界冷却速度是指获得马氏体的最低冷却速度。

♦马氏体是碳或合金元素在α-Fe中的过饱和固溶体，是单相亚稳组织，硬度较高，用符号M表示。

马氏体的硬度主要取决于马氏体中碳的质量分数。

马氏体中由于溶入过多的碳原子，从而使α-Fe晶格发生畸变，增加其塑性变形抗力，故马氏体中碳的质量分数越高，其硬度也越高。

一、淬火(一)淬火的目的淬火的目的主要是使钢件得到马氏体(和贝氏体)组织，提高钢的硬度和强度，与适当的回火工艺相配合，更好地发挥钢材的性能潜力。

(二)淬火工艺1．淬火加热温度的确定亚共析钢淬火加热温度为Ac以上30℃～50℃。

3以上30℃～50℃。

共析钢和过共析钢淬火加热温度为Ac12．淬火介质常用的淬火冷却介质有油、水、盐水、硝盐浴和空气等。

3．淬火方法(1)单液淬火。

♦将已奥氏体化的钢件在一种淬火介质中冷却的方法。

例如，低碳钢和中碳钢在水中淬火，合金钢在油中淬火等。

单液淬火方法主要应用于形状简单的钢件。

(2)双液淬火。

♦将工件加热奥氏体化后先浸入冷却能力强的介质中，在组织即将发生马氏体转变时立即转入冷却能力弱的介质中冷却的方法，称为双液淬火。

例如，先在水中冷却后在油中冷却的双液淬火。

双液淬火主要适用于中等复杂形状的高碳钢工件和较大尺寸的合金钢工件。

(3)马氏体分级淬火♦工件加热奥氏体化浸入温度稍高于或稍低于Ms点的盐浴或碱浴中，保持适当时间，在工件整体达到冷却介质温度后取出空冷以获得马氏体组织的淬火方法，称为马氏体分级淬火。

马氏体分级淬火能够减小工件中的热应力，并缓和相变过程中产生的组织应力，减少淬火变形。

钢的化学热处理三个基本过程
钢的化学热处理包括三个基本过程：分解、吸收和扩散。

分解是指渗剂中生成能渗入钢表面的活性原子的化学反应，通常包括分解反应、置换反应和还原反应。

化学反应速度除取决于反应物的本性外，还与温度、压力、浓度、催化剂有关。

一般增加浓度和升高温度，能增加反应速度。

添加催化剂可以使反应速度剧增。

吸收是指一切固体都能或多或少地把周围介质中的分子、原子或离子吸附到自己的表面上来。

粗糙的表面比平滑的表面吸附作用强，晶界比晶内吸附作用强。

扩散是指活性原子从工件表层向内部的扩散，这是化学热处理过程中的重要环节。

扩散速度与温度和浓度梯度有关，通常温度越高，扩散越快。

以上三个过程是相互联系、相互影响的，必须同时进行，以保证化学热处理的顺利进行。

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第六节钢的表面热处理与化学热处理教学重点与难点1・重点表面淬火与化学热处理2 •难点渗碳与渗氮教学方法与手段1.利用挂图等教具。

2.列举生活与生产中应用表面淬火与化学热处理、渗碳与渗氮工艺的实例，分析原理与应用，以点带面，触类旁通。

教学组织1 •复习提问10分钟2.讲解75分钟3.小结5分钟教学内容的表面热处理♦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。

其中表面淬火是最常用的表面热处理。

♦表面淬火是指仅对工件表层进行淬火的工艺。

其目的是使工件表面获得高硬度和耐磨性，而心部保持较好的塑性和韧性。

依加热方法的不同，表面淬火方法主耍有：感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、屯接触加热表面淬火及屯解液加热表面淬火等。

(一)感应加热表面淬火利用感应电流通过工件所产生的热效应，使工件表而、局部或整体加热并进行快速冷却的淬火工艺称为感应加热淬火。

1.感应加热基木原理依靠感应电流的热效应，使工件表层在几秒钟内快速加热到淬火温度，然后迅速冷却，淬帔工件表面层，这就是感应加热表面淬火的基本原理。

2.感应加热表面淬火的特点(1)加热时间短，工件基本无氧化、脱碳，且变形小。

奥氏休晶粒细小，淬火后获得细小马氏体组织，使工件表层比一般淬火駛度高2〜3HRC,且脆性较低。

工件表面淬火后，在淬硬的表面层中存在较大的残余压应力，因此，提高了工件的疲劳强度。

(2)加热速度快，热效率高，生产率高，易实现机械化、口动化，适于大批量生产。

(3)感应加热设备投资大，维修调试比较困难。

3 •感应加热表而淬火的应用感应加热表面淬火主要用于中碳钢和中碳合金钢制造的工件，如40钢、45 钢、400、40MnB 等。

生产上通过选择不同的电流频率来达到满足不同要求的淬硬层深度。

根据电流频率不同，感应加热淬火分为三类：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。

感应加热表而淬火后，需要进行低温回火。

感应加热表面淬火零件的工艺路线一般如下：毛坯锻造(或轧材下料)一退火或正火一粗加工一调质一精加工一感应加热表而淬火一低温回火一磨削加工。

第4章钢的化学热处理化学热处理是将工件在特定的介质中加热、保温，使介质中的某些元素渗入工件表层，以改变其表层化学成分和组织，获得与心部不同性能的热处理工艺。

工业技术的发展，对机械零件提出了各式各样的要求。

例如，发动机上的齿轮和轴，不仅要求齿面和轴颈的表面硬而耐磨，还必须能够传递很大的转矩和承受相当大的冲击负荷；在高温燃气下工作的涡轮叶片，不仅要求表面能抵抗高温氧化和热腐蚀，还必须有足够的高温强度等。

这类零件对表面和心部性能要求不同，采用同一种材料并经过同一种热处理是难以达到要求的。

而通过改变表面化学成分和随后的热处理，就可以在同一种材料的工件上使表面和心部获得不同的性能，以满足上述的要求。

化学热处理与一般热处理的区别在于：前者有表面化学成分的改变，而后者没有表面化学成分的变化。

化学热处理后渗层与金属基体之间无明显的分界面，由表面向内部其成分、组织与性能是连续过渡的。

4.1 化学热处理的分类与基本过程一、化学热处理的分类由表4-1可见，依据所渗入元素的不同，可将化学热处理分为渗碳、渗氮、渗硼、渗铝等。

如果同时渗入两种以上的元素，则称之为共渗，如碳氮共渗、铬铝硅共渗等。

渗入钢中的元素，可以溶人铁中形成固溶体，也可以与铁形成化合物。

表4-1 按渗入元素分类的化学热处理根据渗入元素对钢表面性能的作用，又可分为提高渗层硬度及耐磨性的化学热处理（如渗碳、渗氮、渗硼、渗钒、渗铬），改善零件间抗咬合性及提高抗擦伤性的化学热处理（如渗硫、渗氮），使零件表面具有抗氧化、耐高温性能的化学热处理（如渗硅、渗铬、渗铝）等。

表4-2列出了常用化学热处理的特征。

二、化学热处理的基本过程化学热处理过程分为分解、吸收和扩散三个基本过程。

分解是指零件周围介质中的渗剂分子发生分解，形成渗入元素的活性原子。

例如热处理工艺及设备CH42H2＋[C]，2NH33H2＋2[N]，其中[C]和[N]分别为活性碳原子和活性氮原子。

所谓活性原子是指初生的、原子态（即未结合成分子）的原子，只有这种原子才能溶人金属中。

第四章钢的热处理一、判断题1. 实际加热时的临界点总是低于像图上的临界点。

( ×)2. 珠光体向奥氏体转变也是通过形核及晶核长大的过程进行的。

( √)3. 渗透性好的钢,淬火后温度一定高。

( ×)4. 淬火后的钢,回火时随温度的变化组织会发生不同的转变。

( √)5. 下贝氏体是热处理后一种比较理想的组织。

( √)6. 马氏体组织是一种非稳定的组织。

( ×)7. A1线以下仍未转变的奥氏体称为残余奥氏体。

( ×)8. 珠光体、索氏体、屈氏体都是片层状的铁素体和渗碳体混合物所以他们的力学性能相同。

( √)9. 贝氏体具有较高的强度、硬度和较好的塑性、韧性。

( √)10. 钢的晶粒因过热而粗化时,就有变脆倾向。

( √)11. 索氏体和回火索氏体的性能没有多大的区别。

( ×)12. 完全退火不适用于高碳钢。

( √)13. 在去应力退火过程中,刚的组织不发生变化。

( √)14、钢的最高淬火硬度,只要取决于钢中奥氏体的含碳量。

( √)15、淬火后的钢其回火温度越高,回火后的强度和硬度也越高。

( ×)16、钢回火的加热温度在Ac1以下,因此在回火过程中无组织变化。

( √)17、感应加热表面淬火,淬硬层深度取决于电流频率;频率越低,淬硬层越浅;反之频率越高,硬层越深。

( ×)18、钢渗氮后,无需淬火既有很高的硬度及耐磨性。

( √)19、高速钢的热硬性可达600℃,常用于制造切削速度较高的刀具,且在切削时能长期保持刀口锋利,故又称锋钢。

( √)20、白口铸铁中的碳绝人多数足以渗碳体的形式存在,所以其具有高硬度、抗磨性和低脆性。

( √)21、在切削加工前先排预先热处理,一般说来低碳钢采用正火,而高碳钢及合金钢正火硬度太高,必须采用退火。

( √)22、一般清况下碳钢淬火用油,合金钢淬火用水。

( ×)23、双介质淬火就是将钢奥氏体化历,先浸入一种冷却能力弱的介质,在钢件还未达到该淬火介质温度之前即取出,马上浸入另一种冷却能力强的介质中冷却。