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第六章合金钢及其热处理习题解答6-1 什么是合金元素?按其与碳的作用如何分类?答：1、为了改善钢的组织和性能，在碳钢的基础上，有目的地加入一些元素而制成的钢，加入的元素称为合金元素。
常用的合金元素有锰、铬、镍、硅、钼、钨、钒、钛、锆、钴、铌、铜、铝、硼、稀土(RE) 等。
2、合金元素按其与钢中碳的亲和力的大小，可分为碳化物形成元素和非碳化物形成元素两大类。
常见的非碳化物形成元素有：镍、钴、铜、硅、铝、氮、硼等。
它们不与碳形成碳化物而固溶于铁的晶格中，或形成其它化合物，如氮可在钢中与铁或其它元素形成氮化物。
常见的碳化物形成元素有：铁、锰、铬、钼、钨、钒、铌、锆、钛等(按照与碳亲和力由弱到强排列) 。
通常钒、铌、锆、钛为强碳化物形成元素；锰为弱碳化物形成元素；铬、钼、钨为中强碳化物形成元素。
钢中形成的合金碳化物主要有合金渗碳体和特殊碳化物两类。
6-2 合金元素在钢中的基本作用有哪些?答：合金元素在钢中的基本作用有：强化铁素体、形成合金碳化物、阻碍奥氏体晶粒长大、提高钢的淬透性和提高淬火钢的回火稳定性。
6-3 低合金结构钢的性能有哪些特点?主要用途有哪些?答：低合金结构钢的性能特点是：①具有高的屈服强度与良好的塑性和韧性；②良好的焊接性；③较好的耐蚀性。
低合金结构钢—般在热轧空冷状态下使用，被广泛用于制造桥梁、船舶、车辆、建筑、锅炉、高压容器、输油输气管道等。
6-4 合金结构钢按其用途和热处理特点可分为哪几种?试说明它们的碳含量范围及主要用途。
答：合金结构钢是指用于制造各种机械零件和工程结构的钢。
主要包括低合金结构钢、合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢、滚动轴承钢等。
1、低合金结构钢的成分特点是低碳(w C < 0.20％)，—般在热轧空冷或正火状态下使用，用于制造桥梁、船舶、车辆、建筑、锅炉、高压容器、输油输气管道等。
2、合金渗碳钢的平均w C一般在0.1％～0.25％之间，以保证渗碳件心部有足够高的塑性与韧性。
第六章钢的热处理参考答案习题参考答案一、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VK：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Ac3或Accm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。
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。
《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 。
第六章钢的热处理1、什么是钢的热处理？钢的热处理的特点和目的是什么？答：钢的热处理是将固态金属或合金采用适当的方式进行加热、保温和冷却，以获得所需的组织结构和性能的工艺。
钢的热处理的特点是在固态下,通过加热、保温和冷却，来改变零件或毛坯的内部组织，而不改变其形状和尺寸的热加工工艺。
钢的热处理的目的是改善零件或毛坯的使用性能及工艺性能.2、从相图上看，怎样的合金才能通过热处理强化？答:通过热处理能强化的材料必须是加热和冷却过程中组织结构能够发生变化的材料,通常是指：（1）有固态相变的材料;（2）经受冷加工使组织结构处于热力学不稳定状态的材料; （3）表面能被活性介质的原子渗入。
从而改变表面化学成分的材料。
3、什么是退火?其目的是什么？答：退火是将金属或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。
其目的可概括为“四化”,即软化（降低硬度适应切削加工和冷冲压要求）；均匀化（消除偏析使成分和组织均匀化)；稳定化（消除内应力、稳定组织保证零件的形状和尺寸）;细化（细化晶粒、提高力学性能）。
4、亚共析钢热处理时，快速加热可显著提高屈服强度和冲击韧性，为什么？答：快速加热可获得较大的过热度，使奥氏体形核率增加，得到细小的奥氏体晶粒，冷却后的组织晶粒也细小.细晶粒组织可显著提高钢的屈服强度和韧性。
5、热轧空冷的45钢在正常加热超过临界点A c3后再冷却下来，组织为什么能细化？答：热轧空冷的45钢室温组织为F+P,碳化物弥散度较大,重新加热超过临界点A c3后，奥氏体形核率大,起始晶粒细小,冷却后的组织可获得细化。
7、确定下列钢件的退火方法，并指出退火的目的及退火后的组织。
（1）经冷轧后的15钢钢板，要求降低硬度;（2）ZG35的铸造齿轮;（3）改善T12钢的切削加工性能; （4)锻造过热的60钢坯。
答：（1)再结晶退火，消除加工硬化及内应力,退火组织为P+F。
（2）去应力退火，消除铸造内应力，组织为P+F.（3）球化退火，降低硬度，改善切削性能,为淬火作组织准备，组织为球状Fe3C+F.（4）完全退火,细化晶粒，组织为P+F。
第六章（钢的热处理）测试题一.一. 填空题：1．钢的热处理是通过钢在固态下的________、________和______________ ,使其获得所需的________ 与________的一种工艺方法.2.45钢在室温时的组织为__________________ ,当加热到A c1线时, _________转变为________,温度继续升高,________不断转变为_________,直至Ac3线以上,才全部转变成单相的奥氏体组织.3.奥氏体转变为马氏体需很大的过冷度,其冷却速度应大于________________,而且必须过冷到____________温度下.4.马氏体的转变温度范围为_________,其显微组织同含碳量有关.含碳量高的马氏体呈___________ 针状,含碳量低马氏体呈______状.5.常用的退火方法有_____、______和__________等。
6．亚共析钢的淬火加热温度为______以上30~50℃，加热后得_____________组织，快速成冷却后得____________组织，过共析钢的淬火加热温度为_____以上30~50℃，加热后得_______________组织，快速冷却后得到________________________组织。
7．淬火钢在回火时的组织转变可分为__________、______________ 、______________、_______________四个阶段。
8．化学热处理是通过_____________、___________和__________三个基本过程完成的。
9．根据回火温度的不同，回火可分为____________、______________和___________三类，回火后得到的组织分别是_______________、_______________和__________________。
1.从力学性能、热处理变形、耐磨性和热硬性几方面比较合金钢和碳钢的差异，并简单说明原因。
为提高钢的机械性能、工艺性能或物化性能，在冶炼时有意往钢中加入一些合金元素而形成新的合金，这种合金称为合金钢。
合金钢与碳钢比较，合金钢的力学性能好，热处理变形小，耐磨性好，热硬性好。
因为合金钢在化学成分上添加了合金元素，可形成合金铁素体、合金渗碳体和合金碳化物，产生固溶强化和弥散强化，提高材料性能；加入合金元素可提高钢的淬透性，降低临界冷却速度，可减少热处理变形；碳钢虽然价格低廉，容易加工，但是淬透性低、回火稳定性差、基本组成相强度低。
2.解释下列钢的牌号含义、类别及热处理方法：20CrMnTi,40Cr,16Mn,T10A,Cr12MoV,W6Mo5Cr4V2,38CrMoAlA,5CrMnMo,GCr15,55S i2Mn。
20CrMnTi 的含碳量为0.17%-0.24%，Cr，Mn，Ti<1.5%，是渗碳钢，热处理方法是在渗碳之后进行淬火和低温回火。
40Cr 的含碳量为0.37 ～0.45 ％，Cr <1.5%，是调质钢，热处理方法是淬火加高温回火。
16Mn中碳的含量在0.16%左右，锰的含量大约在1.20%-1.60%左右，属于低合金钢，热处理方法是：热轧退火（正火）。
T10A为含碳量在0.95 ～1.04 的高级优质碳素工具钢，热处理方法是淬火和低温回火Cr12MoV碳C ：1.45 ～1.70 ，铬Cr ：11.00 ～12.50 ，Mo，V<1.5%，是冷作模具钢，热处理方法是淬火和低温回火。
W6Mo5Cr4V2碳C ：0.80 ～0.90 ，钼Mo：4.50 ～5.50 ，铬Cr：3.80 ～4.40 ，钒V ：1.75 ～2.20 ，是高速钢，热处理方法是淬火+高温回火。
38CrMoAlA碳C ：0.35～0.42，Cr，Mo，Al<1.5%，是高级优质合金渗氮钢，热处理方法是：调质处理+渗氮。
作业第六章钢的热处理一、名词解释1、钢的热处理—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、等温冷却转变—工件奥氏体化后，冷却到临界点以下的某一温度区间等温保持时，过冷奥氏体发生的相变。
3、连续冷却转变—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—碳或合金元素在α—Fe中的过饱和固溶体。
5、退火—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—工件加热奥氏体化后在空气中冷却的热处理工艺。
7、淬火—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—工件淬硬后，加热到Ac1以下的某一温度，保持一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。
9、表面热处理—为了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、真空热处理—在低于一个大气压（10-1～10-3Pa）的环境中加热的热处理工艺。
11、渗碳—为了提高工件表面碳的质量分数，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。
12、渗氮—在一定温度下，与一定介质中，使氮原子渗入工件表面的化学热处理工艺。
二、填空题1、整体热处理分为退火、正火、淬火和回火等。
2、表面淬火的方法有感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、接触电阻加热表面淬火、电解液表面淬火等。
3、化学热处理包括渗碳、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(珠光体) 、 S(索氏体) 和 T(托氏体) 。
6、贝氏体分上贝氏体和下贝氏体两种。
7、淬火方法有：单液淬火、双液淬火、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、常用的冷却介质有油、水、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，按电流频率的不同，可分为高频感应加热、中频感应加热和工频感应加热三种。
专业：年级：学号：姓名：第6章练习题三、填空题1、钢的热处理是通过钢在固态下＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿的操作来改变其＿＿＿＿＿＿＿, 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＿＿＿＿＿＿, 因而是属于＿＿＿＿＿型相变。
3. 亚共析钢的淬火温度为＿＿＿＿＿＿，过共析钢的淬火温度为＿＿＿＿＿＿＿。
7、珠光体、索氏体、屈氏体均属层片状的＿＿＿＿＿和＿＿＿＿的机械混合物, 其差别仅在于＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
10、根据共析钢相变过程中原子的扩散情况, 珠光体转变属＿＿＿＿＿转变, 贝氏体转变属＿＿＿＿＿＿转变, 马氏体转变属＿＿＿＿＿＿转变。
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＿＿＿＿, 合金钢零件淬＿＿＿＿。
20、淬火钢在150∼250℃回火称为＿＿＿＿＿＿回火；在100∼150℃进行长时间加热(10∼50 小时 ), 称为＿＿＿＿＿＿＿处理, 目的是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
21、通常利用＿＿＿＿＿＿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＿＿＿＿＿＿或＿＿＿＿＿＿以上30∼50℃, 保温后＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿冷却的一种操作。
27、以45 钢制造的机床传动齿轮, 预先热处理应采用＿＿＿＿＿＿处理, 使其整体获得＿＿＿＿＿组织, 最终热处理应采用＿＿＿＿＿＿＿＿＿处理, 使其表面获得＿＿＿＿＿组织, 以满足使用性能要求。
31、＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿称为调质, 组织是＿＿＿＿＿＿＿＿。
1. 加热、保温、冷却,组织。
2. 扩散，扩散。
3. Ac1、Ac3、Accm；Ar1、Ar3、Arcm。
7. α、Fe3C；片层间距不同。
10. 扩散型，半扩散型，非扩散型。
17. 水；油。
20. 低温回火，时效，消除应力。
21. 等温淬火。
22. Ac3、Accm，空冷。
27. 调质，S 回，表面淬火+低温回火，M 回。
第6章钢的化学热处理1.什么叫化学热处理？此工艺有何特点？实际生产中按渗入元素种类分有哪些类型？答：将钢件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入钢件表面，进而改变表面的化学成分、组织和性能，这种热处理工艺称为化学热处理。
化学热处理与表面淬火相比，虽然生产周期长，但具有如下优点：（1）不受零件外形限制，可以获得分布较均匀的淬硬层；（2）由于表面成分和组织发生了很大变化，耐磨性和疲劳强度大幅度提高；（3）表面的过热现象可以在随后的热处理过程中予以消除。
化学热处理包括渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗金属和多元共渗以及离子渗氮、离子渗碳、离子碳氮共渗和离子渗金属。
2.化学热处理包括哪几个基本过程？各过程主要作用是什么？以渗碳为例说明。
答：化学热处理过程分为分解、吸收和扩散三个基本过程。
分解的作用：化学渗剂（煤油、甲醇、苯、丙酮等）在一定温度下发生化学分解，产生活性碳原子。
吸收的作用：活性碳原子被工件表面吸收和固溶。
扩散的作用：已被吸收的活性碳原子由表面向内部扩散，形成一定厚度的扩散层。
3.强化化学热处理过程有哪些主要途径？答：（1）物理催渗法：高温法、真空化学热处理、离子轰击化学热处理；（2）化学催渗法：提高渗剂活性的催渗方法；卤化物催渗法。
4.何谓钢的渗碳？其目的何在？常用哪几种方法？答：把低碳钢件放在渗碳介质中加热到单相奥氏体区，保温足够长的时间，使表面层的碳浓度提高，并达到一定的碳浓度梯度，这样的化学热处理工艺称为渗碳。
渗碳的目的是在保持工件心部良好韧性的同时，提高工件表面的硬度、耐磨性和疲劳强度。
常用的渗碳方法：固体渗碳法、液体渗碳法、气体渗碳法及特殊渗碳法。
5.什么是碳势？控制碳势有哪几种方法？答：碳势是指渗碳气氛与钢件表面达到动态平衡时钢表面的含碳量。
目前所采用的碳势测定控制方法有：红外线CO2控制法、红外线CH4控制法、红外线CH4/CO2控制法、H2O气露点控制法和O2气的氧探头控制法等。
