2011热处理题库

1、简述热处理的作用有哪些？Ａ热处理可以强化金属材料，充分挖掘材料性能潜力，降低结构重量，节省材料和能源，提高机械产品质量、大幅度延长机器零件的使用寿命，做到一个顶几个甚至十几个。

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。

热处理也是机器零件加工工艺过程中的重要工序。

例如用高速钢制造钻头，必须先经过预备热处理，改善锻件毛坯组织，降低硬度(达到207—255HBW)，这样才能进行切削加工。

加工后的成品钻头又必须进行最终热处理，提高钻头的硬度(达到60一65HRC)和耐磨性并进行精磨，以切削其他金属。

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、画出退火态共析钢奥氏体的形成过程示意图。

Ｂ3、加热速度如何影响奥氏体的晶粒度？奥氏体的晶粒度对钢的性能有什么影响？Ａ加热温度相同时，加热速度越快，过热度越大，奥氏体的实际形成温度越高，形核率的增加大于长大速度，使奥氏体晶粒越细小。

生产上常采用快速加热短时保温工艺来获得超细化晶粒。

一般说来：奥氏体晶粒越细小，钢热处理后的强度越高，塑性越好，冲击韧度越高。

奥氏体晶粒长大，显著降低钢的冲击韧度、减少裂纹扩展功和提高脆性转折温度，淬火变形和开裂倾向增大。

尤其当晶粒大小不均时，还显著降低钢的结构强度，引起应力集中，易于产生脆性断裂。

因此，在热处理过程中应当十分注意防止奥氏体晶粒粗化。

4、为什么对于亚共析钢随着奥氏体含碳量的增加C曲线向右移动？Ｂ亚共析钢随奥氏体含碳量增加，C曲线逐渐右移，说明过冷奥氏体稳定性增高，孕育期变长，转变速度减慢。

这是由于在相同转变条件下，随着亚共析钢中碳含量的增高，铁素体形核的几率减少，铁素体长大需要扩散离去的碳量增大，故减慢铁素体的析出速度。

一般认为，先共析铁素体的析出可以促进珠光体的形成。

因此，由于亚共析钢先共析铁素体孕育期增长且析出速度减慢，珠光体的转变速度也随之减慢。

5、试述奥氏体的状态对其稳定性的影响。

奥氏体晶粒越细小，单位体积内晶界面积越大，从而使奥氏体分解时形核率增多，降低奥氏体的稳定性，使C曲线左移。

铸态原始组织不均匀，存在成分偏析，而经轧制后，组织和成分变得均匀。

因此在同样加热条件下，铸锭形成的奥氏体很不均匀，而轧材形成的奥氏体则比较均匀，不均匀的奥氏体可以促进奥氏体分解，使C曲线左移。

奥氏体化温度越低，保温时间越短，奥氏体晶粒越细，未溶第二相越多，同时奥氏体的碳浓度和合金元素浓度越不均匀，从而促进奥氏体在冷却过程中分解，使C曲线左移。

6、将片状珠光体按照层间距的大小进行分类。

Ａ根据片间距的大小，可将珠光体分为三类。

在A1～650℃较高温度范围内形成的珠光体比较粗，其片间距为O.6～1.0um，称为珠光体，通常在光学显微镜下极易分辨出铁素体和渗碳体层片状组织形态。

在650～600℃温度范围内形成的珠光体，其片间距较细，约为0.25～0.3um，只有在高倍光学显微镜下才能分辨出铁素体和渗碳体的片层形态，这种细片状珠光体又称作索氏体b)。

在600～550℃更低温度下形成的珠光体，其片间距极细，只有0.1～0.15um。

在光学显微镜下无法分辨其层片状特征而呈黑色，只有在电子显微镜下才能区分出来。

这种极细的珠光体又称为托氏体。

7、试述怎样由过冷奥氏体直接形成粒状珠光体。

（B）要由过冷奥氏体直接形成粒状珠光体，必须使奥氏体晶粒内形成大量均匀弥散的渗碳体晶核。

这只有通过非均匀形核才能实现。

如果控制钢加热时的奥氏体化程度，使奥氏体中残存大量未溶的渗碳体颗粒；同时，使奥氏体的碳浓度不均匀，存在许多高碳区和低碳区。

此时将奥氏体过冷到A1以下，在过冷度较小时就能在奥氏体晶粒内形成大量均匀弥散的渗碳体晶核，每个渗碳体晶核在独立长大的同时，必然使其周围母相奥氏体贫碳而形成铁素体，从而直接形成粒状珠光体。

8、试述怎样由片状珠光体形成粒状珠光体。

（A）在生产上，片状珠光体或片状珠光体加网状二次渗碳体可通过球化退火工艺得到粒状珠光体。

球化退火工艺分两类：一类是利用上述原理，将钢奥氏体化，通过控制奥氏体化温度和时间，使奥氏体的碳浓度分布不均匀或保留大量未溶渗碳体质点，并在A1以下较高温度范围内缓冷，获得粒状珠光体；另一类是将钢加热至略低于A1温度长时间保温，得到粒状珠光体。

此时，片状珠光体球化的驱动力是铁素体与渗碳体之间相界面(或界面能)的减少。

9、简述马氏体高强度高硬度的原因。

Ａ马氏体高强度、高硬度的原因是多方面的，其中主要包括碳原子的固溶强化、相变强化以及时效强化。

间隙原子碳处于a相晶格的扁八面体间隙中，造成晶格的正方畸变并形成一个应力场。

该应力场与位错发生强烈的交互作用，从而提高马氏体的强度。

这就是碳对马氏体晶格的固溶强化。

马氏体转变时在晶体内造成密度很高的晶格缺陷，无论板条状马氏体中的高密度位错还是片状马氏体中的孪晶都阻碍位错运动，从而使马氏体强化，这就是所谓的相变强化。

时效强化也是一个重要的强化因素。

马氏体形成以后，碳及合金元素的原子向位错或其他晶体缺陷处扩散偏聚或析出，钉扎位错，使位错难以运动，从而造成马氏体强化。

此外，马氏体板条群或马氏体片尺寸越小，则马氏体强度越高。

这是由于马氏体相界面阻碍位错运动造成的。

所以，原始奥氏体晶粒越细，马氏体强度越高。

10、为什么位错马氏体比孪晶马氏体的性能好？马氏体的塑性和韧性主要取决于它的亚结构。

大量试验结果证明，在相同屈服强度条件下，位错马氏体比孪晶马氏体的韧性好得多。

孪晶马氏体具有高的强度，但韧性很差，其性能特点是硬而脆。

这是由于孪晶亚结构使滑移系大大减少以及在回火时碳化物沿孪生面不均匀析出造成的。

孪晶马氏体中含碳量高，晶格畸变大，淬火应力大以及存在高密度显微裂纹也是其韧性差的原因。

而位错马氏体中的含碳量低，Ms点较高，可以进行自回火，而且碳化物分布均匀；其次，胞状亚结构位错分布不均匀，存在低密度位错区，为位错提供了活动余地，位错的运动能缓和局部应力集中而对韧性有利；此外，淬火应力小，不存在显微裂纹，裂纹也不易通过马氏体条扩展。

因此，位错马氏体具有很高的强度和良好的韧性，同时还具有脆性转折温度低、缺口敏感性和过载敏感性小等优点。

目前，力图得到尽量多的位错马氏体是提高结构钢以及高碳钢强韧性的重要途径。

11、为什么马氏体转变要在一个温度范围内进行？（B）马氏体比体积大，马氏体形成时体积膨胀，因而使其周围的奥氏体产生严重的变形，位错密度增加强度升高，马氏体继续生成的阻力加大，只有继续降温增加过冷度，增大相变驱动力，马氏体转变才能继续进行。

马氏体量越多，剩余的奥氏体受的压力越大，马氏体转变只能在越来越低的温度下进行。

这就是马氏体转变是在一个温度范围内进行的原因。

12、简述马氏体转变的特点。

1．马氏体转变具有无扩散性；2．马氏体转变具有切变共格性；3．马氏体转变具有特定的惯习面和位向关系；4．马氏体转变是在一个温度范围内进行的；5．马氏体转变具有可逆性。

13、为什么在工程材料中一般应该避免上贝氏体的形成？Ｂ上贝氏体形成温度较高，铁素体晶粒和碳化物颗粒较粗大，碳化物呈短杆状平行分布在铁素体板条之间，铁素体和碳化物分布有明显的方向性。

这种组织状态使铁素体条间易产生脆断，铁素体条本身也可能成为裂纹扩展的路径。

在400—550℃温度区间形成的上贝氏体不但硬度低，而且冲击韧度也显著降低。

所以在工程材料中一般应避免上贝氏体组织的形成。

14、试述贝氏体转变的特点。

Ｂ1．贝氏体转变是一个形核与长大过程贝氏体转变和珠光体相似，是一个相分解为两个相，其转变过程也是一个形核和长大过程。

2．贝氏体中铁素体的形成是按马氏体转变机制进行的上、下贝氏体形成时，在事先抛光的试样表面上可以观察到表面浮凸现象，说明贝氏体转变时铁素体是通过马氏体转变机制，即切变机制转变而成的3．贝氏体中碳化物的分布与形成温度有关奥氏体在中温区不同温度等温，由于贝氏体中碳化物分布不同，可以形成不同类型的贝氏体。

15、为什么淬火钢需要在回火后才能使用？Ａ淬火钢的组织主要是马氏体或马氏体加残留奥氏体，并且钢中内应力很大。

马氏体和残留奥氏体在室温下都处于亚稳定状态，马氏体处于含碳过饱和状态，残留奥氏体处于过冷状态，它们都趋于向铁素体加渗碳体(碳化物)的稳定状态转化。

但在室温下，原子扩散能力很低，这种转化很困难，回火则促进组织转化，因此淬火钢件必须立即回火，以消除或减少内应力，防止变形或开裂，并获得稳定的组织和所需的性能。

16、简述退火的主要目的及常用的退火工艺。

退火的主要目的是均匀钢的化学成分及组织，细化晶粒，调整硬度，消除内应力和加工硬化，改善钢的成形及切削加工性能，并为淬火作好组织准备。

常用的退火工艺包括完全退火、均匀化退火、不完全退火、球化退火、再结晶退火及去应力退火。

17、何为第一类回火脆性？其产生的原因是什么？如何防范？Ｂ钢在250-400℃温度范围内出现的回火脆性叫第一类回火脆性，也叫低温回火脆性；一般认为，低温回火脆性是由于马氏体分解时沿马氏体条或片的界面析出断续的薄壳状碳化物，降低了晶界的断裂强度，使之成为裂纹扩展的路径，因而导致脆性断裂。

到目前为止，还没有一种有效地消除低温回火脆性的热处理或合金化方法。

为了防止低温回火脆性，通常的办法是避免在脆化温度范围内回火。

•18、何为第二类回火脆性？其产生的原因是什么？如何防范？Ａ在450-650℃温度范围内出现的回火脆性叫做第二类回火脆性，也叫高温回火脆性。

Sb、Sn、P、As等杂质元素在回火处理时向原奥氏体晶界偏聚，减弱了奥氏体晶界上原子间的结合力，降低晶界断裂强度是产生高温回火脆性的主要原因。

Ni、Cr等合金元素不但促进这些杂质元素的偏聚，而且本身也向晶界偏聚，进一步降低了晶界断裂强度，从而增大了回火脆性倾向。

高温回火脆性通常在回火保温后缓冷的情况下出现，若快速冷却，脆化现象将消失或受到抑制。

因此这种回火脆性可以通过再次高温回火并快冷的办法消除，但是若将已消除脆性的钢件重新高温回火并随后缓冷时脆化现象又再次出现。

为此，高温回火脆性又称可逆回火脆性。

19、何为钢的正火？正火的主要应用有哪些？Ｂ正火是将钢加热到Ac3(或Accm)以上适当温度，保温以后在空气中冷却得到珠光体类组织的热处理工艺。

正火可以作为预备热处理，为机械加工提供适宜的硬度，又能细化晶粒，消除应力，消除魏氏组织和带状组织，为最终热处理提供合适的组织状态。

正火还可作为最终热处理，为某些受力较小、性能要求不高的碳素钢结构零件提供合适的力学性能。

正火还能消除过共析钢的网状碳化物，为球化退火作好组织准备。

对于大型工件及形状复杂或截面变化剧烈的工件，用正火代替淬火和回火可以防止变形和开裂。

20、淬火的目的是什么？常用的淬火工艺有哪些？淬火的主要目的是使奥氏体化后的工件获得尽量多的马氏体，然后配以不同温度回火获得各种需要的性能。