金属热处理工艺学

金属工艺学钢的热处理试卷（练习题库）1、何谓钢的热处理？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2、奥氏体的起始晶粒度3、实际晶粒度4、本质晶粒度5、马氏体6、贝氏体7、屈氏体8、索氏体9、珠光体10、奥氏体含义11、残余奥氏体12、过冷奥氏体13、时效处理14、冷处理15、回火16、淬火17、正火18>退火19、淬火临界冷却速度(Vk)20、淬透性21、淬硬性22、再结晶23、重结晶24、调质处理25、变质处理26、指出A1、A3>Acm；AC1>AC3>Accm；Ari、Ar3、ArCn1各临界点的意义。

27、何谓本质细晶粒钢？本质细晶粒钢的奥氏体晶粒是否一定比本质粗晶粒钢的细？28、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？29、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？30、马氏体组织有哪几种基本类型？它们在形成条件、晶体结构、组织形态、性能有何特点？马氏体的硬度与含碳量关31、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。

32、为什么要对钢件进行热处理？33、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。

34、淬火临界冷却速度Vk的大小受哪些因素影响？它与钢的淬透性有何关系？35、将C5πIm的T8钢加热至760℃并保温足够时间，问采用什么样的冷却工艺可得到如下组织：珠光体，索氏体36、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。

37、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？38、确定下列钢件的退火方法，并指出退火目的及退火后的组织39、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？40、指出下列零件的锻造毛坯进行正火的主要目的及正火后的显微组织：（1）20钢齿轮（2）45钢小轴（341、一批45钢试样（尺寸Φ1510n≡）,因其组织、晶粒大小不均匀，需采用退火处理。

金属热处理工艺学课后习题答案What is a classic? It takes about 100 years to become a classic.1.热处理工艺：通过加热,保温和冷却的方法使金属和合金内部组织结构发生变化,以获得工件使用性能所要求的组织结构,这种技术称为热处理工艺;2.热处理工艺的分类：1普通热处理退火、正火、回火、淬火2化学热处理3表面热处理3复合热处理3.由炉内热源把热量传给工件表面的过程,可以借辐射,对流,传导等方式实现,工件表面获得热量以后向内部的传递过程,则靠热传导方式;4.影响热处理工件加热的因素：1加热方式的影响,加热速度按随炉加热、预热加热、到温入炉加热、高温入炉加热的方向依次增大；2加热介质及工件放置方式的影响：①加热介质的影响；②工件在炉内排布方式的影响直接影响热量传递的通道；③工件本身的影响：工件的几何形状、表面积与体积之比以及工件材料的物理性质等直接影响工件内部的热量传递及温度场;5.金属和合金在不同介质中加热时常见的化学反应有氧化,脱碳；物理作用有脱气,合金元素的蒸发等;6.脱碳：钢在加热时不仅表面发生氧化,形成氧化铁,而且钢中的碳也会和气氛作用,使钢的表面失去一部分碳,含碳量降低,这种现象称为脱碳钢脱碳的过程和脱碳层的组织特点：①钢件表面的碳与炉气发生化学反应脱碳反应,形成含碳气体逸出表面,使表面碳浓度降低②由于表面碳浓度的降低,工件表面与内部发生浓度差,从而发生内部的碳向表面扩散的过程;半脱碳层组织特点;自表面到中心组织依次为珠光体加铁素体逐渐过渡到珠光体,再至相当于该钢件未脱碳时的退火组织;F+P—P+C—退火组织全脱碳层组织特点：表面为单一的铁素体区,向里为铁素体加珠光体逐渐过渡到相当于钢原始含碳量缓冷组织在强氧化性气体中加热时,表面脱碳与表面氧化往往同时发生;在一般情况下,表面脱碳现象比氧化现象更易发生,特别是含碳量高的钢;7.碳势：即纯铁在一定温度下于加热炉气中加热时达到既不增碳也不脱碳并与炉气保持平衡时表面的含碳量;8.退火：将组织偏离平衡状态的金属或合金加热到适当的温度,保持一定时间,然后缓慢冷却以达到接近平衡状态组织的热处理工艺称为退火;退火的目的在于均匀化学成分,改善机械性能及工艺性能,消除或减少内应力,并为零件最终热处理准备合适的内部组织; 9.钢件退火工艺按加热温度分类：1在临界温度以上的退火,又称相变重结晶退火,包括完全退火,不完全退火;扩散退火和球化退火;2在临界温度以下的退火,包括软化退火,再结晶退火及去应力退火;按冷却方式可分为连续冷却退火及等温退火;10.正火：是将钢材或钢件加热到Ac3或Accm以上适当温度,保温适当时间后在空气中冷却,得到珠光体类组织的热处理工艺;目的是获得一定的硬度,细化晶粒,并获得比较均匀的组织和性能;11.扩散退火: 将金属铸锭,铸件或锻坯,在略低于固相线的温度下长期加热,消除或减少化学成分偏析及显微组织枝晶的不均匀性,以达到均匀化目的的热处理工艺称为扩散退火,又称均匀化退火;12.完全退火：将钢件或钢材加热到Ac3点以上,使之完全奥氏体化,然后缓慢冷却,获得接近于平衡组织的热处理工艺称为完全退火;13.不完全退火：将钢件加热到Ac1和Ac3之间,经保温并缓慢冷却,以获得接近平衡组织;14.球化退火：使钢中的碳化物球状化,或获得“球状珠光体”退火工艺称为球化退火;球化退火的目的：①降低硬度,改善切削性能;②获得均匀组织,改善热处理工艺性能③经淬火,回火后获得良好的综合机械性能;15.各类铸件在机械加工前应进行消除应力处理;一般正火加热温度为Ac1+30-50℃;16.正火时应考虑的问题：1低碳钢正火的目的之一是为了提高切削性能2中碳钢的正火应该根据钢的成分及工件尺寸来确定冷却方式3过共析钢正火,一般是为了消除网状碳化物,故加热时必须保证碳化物全部溶入奥氏体中4双重正火,有些铸件的过热组织或铸件粗大铸造组织,一次正火不能达到细化组织的目的,为此采用二次正火;17.退火和正火的缺陷：过烧,黑脆,粗大魏氏组织>Ac3加热,快冷或慢冷,严重时双重正火,反常组织重新退火,网状组织重新正火,球化不均匀正火和一次球化退火,硬度过高退火;18.淬火：把钢加热到临界点Ac1或Ac3以上,保温并随之以大于临界冷却速度冷却,以得到介稳状态的马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺方法称为淬火;目的:①提高工具,渗碳零件和其他高强度耐磨机器零件等的硬度,强度和耐磨性；②结构钢通过淬火和回火之后获得良好的综合机械性能；③改善钢的物理和化学性能;19.实现淬火过程的必要条件：1加热温度必须高于临界点以上,以获得奥氏体组织2其后的冷却速度必须大于临界冷却速度,而淬火得到的组织是马氏体或下贝氏体,低碳钢水冷得到P,称水冷正火,高速钢空冷得到M,称淬火20.最常用的淬火介质是液态介质,液态淬火介质分成两类,有物态变化的和无物态变化的;常用淬火介质有水及其溶液,油,水油混合物以及低熔点熔盐;21.在有物态变化的淬火介质中淬火冷却时,钢件冷却过程分为3个阶段：蒸气膜阶段,沸腾阶段,对流阶段;22.淬火介质的冷却能力最常用的表示方法使用淬火烈度H ,他实质上反映了该种淬火介质的冷却能力;23.钢的淬透性是指钢材被淬透的能力,或者说钢的淬透性是指表征钢材淬火时获得马氏体能力的特性,主要取决于钢的临界淬火冷速的大小;钢的淬硬性是指钢在理想条件下淬火所能达到的最高硬度来表征的材料特征,它主要与淬火加热时固溶于A中的碳含量有关;可硬性指淬成M可能得到的硬度,主要和钢中含碳量有关;24.影响钢的淬透性的因素：1钢的化学成分除Ti,Zr,Co外,所有合金元素都提高钢的淬透性2奥氏体晶粒度增大,增大3奥氏体化温度增大,晶粒增大,淬透性增大4第二相的存在和分布5钢的原始组织,应变和外力场等对钢的淬透性也有影响;25.在淬火冷却过程中可能产生两种内应力：一种是热应力,即工件在加热或冷却时,由于不同部位的温度差异,导致热涨或冷缩的不一致所引起的应力,另一种是组织应力,即由于工件不同部位组织转变不同时性而引起的内应力;26.影响淬火应力的因素：①含碳量的影响②合金元素的影响③工件尺寸的影响27.淬火时,工件发生的变形有两类,一种是翘曲变形,一是体积变形;28.工件淬火冷却时,如其瞬时内应力超过该时钢材的断裂强度,则将发生淬火裂缝;①纵向裂缝,②横向裂缝和弧形裂缝,③表面裂缝29.淬火加热温度,主要根据钢的相变点来确定;对亚共析钢,一般选用淬火加热温度为Ac3+30-50℃,过共析钢则为Ac1+30-50℃;确定淬火加热温度时,尚应考虑工件的形状,尺寸,原始组织,加热速度,冷却介质和冷却方式等因素;30.一般情况下把升温和保温两段时间通称为淬火加热时间;31.分级淬火法：把工件由奥氏体化温度淬入高于该种钢马氏体开始转变温度的淬火介质中,在其中冷却直至工件各部分温度达到淬火介质的温度,然后缓冷至室温,发生马氏体转变;32.等温淬火法：工件淬火加热后,若长期保持在下贝氏体转变区的温度,使之完成奥氏体的等温转变,获得下贝氏体组织,这种淬火称为等温淬火;进行等温淬火的目的是为了获得变形少,硬度较高并兼有良好韧性的工件;33.当钢全淬成马氏体再加热回火时,随着回火温度升高,按其内部组织结构变化,分四个阶段进行：马氏体的分解,残余奥氏体的转变,碳化物的转变, 相状态的变化及碳化物的聚集长大;34.回火的目的是减少或消除淬火应力,提高韧性和塑性,获得硬度,强度,塑性和韧性的适当配合,以满足不同工件的性能要求;35.低温回火一般用于以下几种情况：1工具和量具的回火2精密量具和高精度配合的结构零件在淬火后进行120-150℃12h,甚至几十小时回火;3低碳马氏体的低温回火4渗碳钢淬火回火36.中温回火得到回火屈氏体组织,主要用于处理弹簧钢37.高温回火,这一温度区间回火的工件,常用的有如下几类：1调质处理;即淬火加高温回火,以获得回火索氏体组织;这种处理称为调质处理,主要用于中碳碳素结构钢或低合金结构钢以获得良好的综合机械性能;一般调质处理的回火温度选在600℃以上;2二次硬化型钢的回火3高合金渗碳钢的回火;38.钢件淬火时最常见的缺陷有淬火变形,开裂,氧化,脱碳,硬度不足或不均匀,表面腐蚀,过烧,过热及其他按质量检查标准规定金相组织不合格;39.39、常见的回火缺陷有硬度过高或过低,硬度不均匀,以及回火产生变形及脆性等;40.40、表面淬火是指被处理工件在表面有限深度范围内加热至相变点以上,然后迅速冷却,在工件表面一定深度范围内达到淬火目的的热处理工艺;41.表面淬火的目的：在工件表面一定深度范围内获得马氏体组织,而其心部仍保持着表面淬火前的组织状态调质或正火状态,以获得表面层硬而耐磨,心部又有足够塑性,韧性的工件;42.表面淬火的分类：1感应加热表面淬火2火焰淬火3电接触加热表面淬火4电解液加热表面淬火5激光加热表面淬火6电子束加热表面淬火7等离子束加热表面淬火;其他还有红外线聚焦加热表面淬火等一些表面淬火方法;43.感应加热表面淬火是利用感应电流通过工件产生的热效应,使工件表面局部加热,继之快速冷却,获得马氏体组织的工艺;44.火焰淬火可用下列混合气体作为燃料：1煤气和氧气2天然气和氧气3丙烷和氧气4乙炔和氧气;不同混合气体所能达到的火焰温度不同,最高为氧乙炔焰,可达3100,最低为氧丙烷焰,可达2650,通常用氧乙炔焰,简称氧炔焰;火焰分为焰心,还原区和全燃区,其中还原区温度最高,应尽量利用这个高温区加热工件;45.化学热处理：金属制件放在一定的化学介质中,使其表面与介质相互作用,吸收其中某些化学元素的原子或离子并通过加热,使该原子自表面向内部扩散的过程称为化学热处理;化学热处理的结果是改变了金属表面的化学成分和性能;简言之,所谓金属的化学热处理就是改变金属表面层的化学成分和性能的一种热处理工艺;常见的化学热处理方法有渗碳,渗氮,碳氮共渗,渗硫等46.一般固体表面对气相的吸附分成两类,即物理吸附和化学吸附;在化学热处理时,有两种情况,一种是被渗元素渗入很快,表面浓度很快达到界面反应平衡浓度,这时化学热处理过程主要取决于扩散过程,称为扩散控制型;另一种是化学热处理过程中表面不能立即达到平衡浓度,此时渗层的增长速度取决于界面的反应速度和金属中该元素的扩散速度,这种化学热处理过程称为混合控制型的;47.加速化学热处理过程的途径：1物理催渗法1.高温化学热处理2.高压或负压化学热处理3.高频化学热处理4.采用弹性振荡加速化学热处理2化学催渗法1.卤化物催碳法2.提高渗剂活性的催渗方法;48.钢的渗碳就是钢件在渗碳介质中加热和保温,使碳原子渗入表面,获得一定的表面含碳量和一定碳浓度梯度的工艺;渗碳的目的是使机器零件获得高的表面硬度,耐磨性及高的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度;根据所用渗碳剂在渗碳过程中聚集状态的不同,渗碳方法可以分为固体渗碳法,液体渗碳法及气体渗碳法三种;49.渗碳缺陷组织：黑色组织,反常组织,粗大网状碳化物组织,渗碳层深度不均匀,表层贫碳或脱碳,表面腐蚀和氧化50.氮化：向金属表面渗入氮元素的工艺称为渗氮,通常也称为氮化;常见的渗氮缺陷有：变形,脆性和渗氮层剥落,渗氮层硬度不足及软点,抗腐蚀渗氮后质量检查;51.碳氮共渗：在钢的表面同时渗入碳和氮的化学热处理工艺称为碳氮共渗;52.渗硼：将钢的表面渗入硼元素以获得铁的硼化物的工艺称为渗硼;渗硼的目的能显着提高钢件表面硬度和耐磨性,以及具有良好的红硬性及耐蚀性,故获得了很快的发展;53.在机械零件设计时,除了考虑使所设计零件能满足服役条件外,还必须考虑通过何种工艺方法才能制造出合乎需要的零件,以及他们的经济效果如何即该零件的工艺性和经济性;54.齿轮钢: 齿轮钢是对可用于加工制造齿轮的钢材的统称;一般有低碳钢如20钢,低碳合金钢如：20Cr、20CrMnTi等,中碳钢：35钢、45钢等,中碳合金钢：40Cr、42CrMo、35CrMo等,都可以称为齿轮钢;这类钢材通常按照使用要求经过热处理之后都具备良好的强度、硬度、和韧性,或者是表面耐磨而心部有良好的韧性耐冲击;淬透性是齿轮钢的重要性能指标之一,它主要是保证不同大小齿轮的心部硬度,且有利于控制齿轮热处理变形;晶粒大小是齿轮钢的一项重要指标;齿轮钢中细小均匀的奥氏体晶粒,淬火后得到细马氏体组织,明显改善齿轮的疲劳性能,同时减少齿轮热处理后的变形量;1. 常见热处理工艺,热处理缺陷和改善方法：几种常见热处理工艺A 正火：指将钢材或钢件加热到Ac3 或Acm钢的上临界点温度以上30～50℃,保持适当时间后,在静止的空气中冷却得到珠光体类组织的热处理的工艺;正火的目的：主要是提高低碳钢的力学性能,改善切削加工性,细化晶粒,消除组织缺陷,为后道热处理作好组织准备等;获得一定硬度,细化晶粒,并获得较均匀的组织和性能B.退火：指金属材料或合金加热到适当的温度,保持一定的时间,然后缓慢冷却以达到接近平衡状态组织的热处理工艺;常见的退火工艺有：软化退火,再结晶退火,去应力退火；球化退火,完全退火,不完全退火,扩散退火等;退火的目的：主要是降低金属材料的硬度,提高塑性,以利切削加工或压力加工,减少残余应力,提高组织和成分的均匀化,或为后道热处理作好组织准备等;均匀化学成分,改善机械性能及工艺性能,消除或减少内应力,并为零件最终热处理准备合适的内部组织;C.淬火：指将钢件加热到Ac3 或Ac1钢的下临界点温度以上某一温度,保持一定的时间,然后以适当的冷却速度,获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺;常见的淬火工艺有盐浴淬火,马氏体分级淬火,贝氏体等温淬火,表面淬火和局部淬火等;淬火的目的：使钢件获得所需的马氏体组织,提高工件的硬度,强度和耐磨性,为后道热处理作好组织准备等;D.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E.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F.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;G.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H. 化学热处理：指金属或合金工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它的表层,以改变其化学成分,组织和性能的热处理工艺;常见的化学热处理工艺有：渗碳,渗氮,碳氮共渗,渗铝,渗硼等;化学热处理的目的：主要是提高钢件表面的硬度,耐磨性,抗蚀性,抗疲劳强度和抗氧化性等 ;I.调质处理：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;退火---淬火---回火一．退火的种类A. 完全退火和等温退火完全退火又称重结晶退火,一般简称为退火,这种退火主要用于亚共析成分的各种碳钢和合金钢的铸,锻件及热轧型材,有时也用于焊接结构;一般常作为一些不重工件的最终热处理,或作为某些工件的预先热处理;B. 球化退火球化退火主要用于过共析的碳钢及合金工具钢如制造刃具,量具,模具所用的钢种;其主要目的在于降低硬度,改善切削加工性,并为以后淬火作好准备;C.去应力退火去应力退火又称低温退火或高温回火,这种退火主要用来消除铸件,锻件,焊接件,热轧件,冷拉件等的残余应力;如果这些应力不予消除,将会引起钢件在一定时间以后,或在随后的切削加工过程中产生变形或裂纹;二．淬火方法：最常用的冷却介质是盐水,水和油;盐水淬火的工件,容易得到高的硬度和光洁的表面,不容易产生淬不硬的软点,但却易使工件变形严重,甚至发生开裂;而用油作淬火介质只适用于过冷奥氏体的稳定性比较大的一些合金钢或小尺寸的碳钢工件的淬火;三．钢回火的目的A.降低脆性,消除或减少内应力,钢件淬火后存在很大内应力和脆性,如不及时回火往往会使钢件发生变形甚至开裂;B 获得工件所要求的机械性能,工件经淬火后硬度高而脆性大,为了满足各种工件的不同性能的要求,可以通过适当回火的配合来调整硬度,减小脆性,得到所需要的韧性,塑性;C 稳定工件尺寸D 对于退火难以软化的某些合金钢,在淬火或正火后常采用高温回火,使钢中碳化物适当聚集,将硬度降低,以利切削加工热处理缺陷及改善方法一、过热现象我们知道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;A.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; B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;C.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;第一章1、影响加热速度的因素有哪些为什么H答：1加热方法加热介质的不同;由综合传热公式Q=аT介-T工得知,当加热介质与被加热工件表面温度差T介-T工越小,单位表面积上在单位时间内传给工件表面的热量越小,因而加热速度越慢;2工件在炉内排布方式的影响;工件在炉内的排布方式直接影响热量传递的通道,例如辐射传递中的挡热现象及对流传热中影响气流运动情况等,从而影响加热速度;3工件本身的影响;工件本身的几何形状、工件表面积与其体积之比以及工件材料的物理性能C、λ、γ等直接影响工件内部的热量传递及温度,从而影响加热速度;同种材料制成的工件,当其特征尺寸s与形状系数k的乘积相等时,以同种方式加热时则加热速度相等2、回火炉中装置风扇的目的是什么气体渗碳炉中装置风扇的目的是什么J回火炉中装置风扇的目的是为了温度均匀,避免因为温度不均而造成材料回火后的硬度不均;气体渗碳炉中装置的风扇的目的是为了气氛的均匀,避免造成贫碳区从而影响组织性能;3、今有T8钢工件在极强的氧化气氛中分别与950度和830度长时间加热,试述加热后表层缓冷的组织结构,为什么H根据题意,由于气氛氧化性强,则炉火碳势低;在950℃长时间加热时,加热过程中工件表面发生氧化脱碳;工件最外层发生氧化反应,往里,由于950℃高于Fe-C状态图中的G点,所以无论气氛碳势如何低,脱碳过程中从表面至中心始终处于A状态,缓冷后,由表面至中心碳浓度由于脱碳和扩散作用,碳含量依次升高直至%,所以组织依次为铁素体和珠光体逐渐过渡到珠光体,再至相当于碳含量为%的钢的退火组织P+C;当工件在830℃加热时,温度低于G点,最外层依然会发生氧化反应;往里,工件将在该温度下发生脱碳;由于气氛氧化性极强,则碳势将位于铁素体和奥氏体的双相区,所以工件发生完全脱碳;由外及里的组织在缓冷后依次是铁素体,铁素体加珠光体,珠光体加渗碳体;第二章1.今有一批ZG45铸钢件,外形复杂,而机械性能要求高,铸后应采用何种热处理为什么答：实现应该采用均匀化退火,以消除铸件的偏析和应力如果偏析不严重,也可以采用完全退火;就机械性能而言,45最好为调质,如果形状确实太复杂,淬火时容易变形、开裂、可用正火代替;2.有一批20GrMnTi钢拖拉机传动齿轮,锻后要进行车内孔,拉花键及滚齿等机械加工,然后进行渗碳淬火,回火;问锻后和机械加工前是否需要热处理若需要,应进行何种热处理主要工艺参数如何选择J锻后和机械加工前需要正火处理,这样可使同批毛坯具有相同的硬度便于切削加工,可以细化精粒,均匀组织,为后续的渗碳与淬火提供良好的组织状态;二则应该是把硬度调整到利于切削加工的硬度正火工艺：正火加热温度为Ac3以上120~150即在960℃左右,其原则是在不引起晶粒粗话的前提下尽量采用高的加热温度,以加速合金碳化物的溶解和奥氏体的均匀化,然后风冷5分钟左右,接着在640℃等温适当时间后空冷,硬度在HB180左右,利于切削加工;3.有一批45钢普通车床传动齿轮,其工艺路线为锻造---热处理---机械加工----高频淬火—回火;试问锻后应进行何种热处理,为什么常用淬火介质及冷却特性；H进行正火处理,45钢是中碳钢,正火后其硬度接近于最佳切削加工的硬度;对45钢,虽然碳含量较高,硬度稍高,但由于正火生产率高,成本低,随意采用正火处理;第三章钢制弹簧,已知该种钢直径30mm的轴在循环水中淬时可以完全淬透,现有弹簧系由直径为15mm的圆钢盘制,试问,用循环油淬火时能否淬透G可以淬透;水的淬火烈度为,油的为,在理想临界直径、实际临界直径与淬火烈度的关系图中,可以得到该钢的理想临界直径为44mm,再从此处向上引垂线,与H=相交,再从交点引水平线与纵坐标交于16mm处,即该种钢在油淬中的临界直径为16mm,故15mm 的圆钢盘油中能淬透;。

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。

金属热处理工艺学第一类退火：将组织偏离平衡状态的金属或合金加热到适当的温度，保持一定时间，然后缓慢冷却得到接近平衡状态组织的热处理工艺。

扩散退火：将金属铸锭、铸件或锻坯，在略低于固相线的温度下长期加热，消除或减少化学成分偏析及显微组织的不均匀性，已达到均匀化目的的热处理工艺。

球化退火：使钢中的碳化物球状化，或得到“球状P”的退火工艺。

完全退火：将刚件或钢材加热到Ac3点以上，使之完全奥氏体化，然后缓慢冷却，获得接近于平衡组织的热处理工艺。

正火将钢：加热到Ac3或Accm以上（30—50），保温一定时间后在空气中冷却的热处理工艺。

再结晶退火：去应力退火马氏体分级淬火等温淬火淬透性淬硬性表面淬火分级淬火碳势调质处理传导传热化学热处理临界淬火冷却速度热应力组织应力反应扩散渗氮二次硬化离子氮化软氮化预热加热随炉加热到温入炉加热高温入炉加热第二类1、化学热处理一般常将它看成由渗剂中的反应，渗剂中的扩散，渗剂与被渗金属表面的界面反应，被渗元素原子的扩散和扩散过程中相变等过程所构成。

2、钢的热处理工艺由、、三个阶段所组成。

3、利用铁碳相图确定钢完全退火的正常温度范围是，它只适应于钢。

4、球化退火的主要目的是，它主要适用于。

5、钢的正常淬火温度范围，对亚共析钢是，，对过共析钢是。

6、淬火钢进行回火时回火温度越高，钢的强度与硬度越低。

7、汽车板簧淬火后，应采用中温回火，获得回火屈氏体组织，具有较高的弹性极限和塑性、韧性性能。

8、钢的表面淬火是为了满足表硬里韧的性能要求，最常用的表面淬火工艺是感应加热表面淬火。

9、钢的淬透性主要决定于钢的过冷奥氏体稳定性，钢的淬硬性主要决定于马氏体中的含碳量。

10、一般热处理加热方式根据热处理目的不同有随炉加热，预热加热，到温入炉加热和高温入炉加热等数种。

11、实现淬火过程的必要条件是加热温度必须高于临界点以上获得奥氏体组织，其后的冷却速度必须大于临界冷却速度得到马氏体，或下贝氏体组织。

1.碳势：纯铁在一定温度下于加热炉气中加热时达到既部增碳也不脱碳并与炉气保持平衡时表面的含碳量.2.脱碳：钢中的碳也会和气氛作用，使钢的表面失去一部分碳，含碳量降低,这种现象成为脱碳。

3.过烧：加热温度过高，出现晶界氧化，甚至晶界局部熔化，造成工件报废。

4.放热式气体：原料气与较充足的空气混合，仅靠其本身的不完全燃烧所放出的热量就能维持其反应时，所制成的气体。

5.光亮热处理：是指在热处理过程中（主要是淬火和退火），采用气体保护或者是真空状态，避免或减少被热处理的工件表面与氧气接触而发生氧化，从而达到工件表面的光亮或相对光亮。

6.淬火烈度：淬火介质的冷却能力。

7.淬透性：钢材淬火时获得马氏体的能力的特性.8.淬硬性：淬硬性是指钢在淬火时的硬化能力，用淬火后马氏体所能达到的最高硬度表示，它主要取决于马氏体中的含碳量。

9.自回火：当淬火后尚未完全冷却，利用在工件内残留的热量进行回火。

10.退火：将组织偏离平衡状态的金属或合金加热到适当的温度，保持一定时间，然后缓慢冷却以达到接近平衡状态组织的热处理工艺。

11.表面淬火：被处理工件在表面有限深度范围内加热至相变点以上，然后迅速冷却，在工件表面一定深度范围内达到淬火目的的热处理工艺。

12.连续加热法：对工件需淬火部位中的一部分同时加热，通过感应器与工件之间的相对运动，把已加热部位逐渐移到冷却位置冷却，待加热部位移至感应器中加热，如此连续进行，直至需硬化的全部部位淬火完毕。

13.化学热处理：将工件放置于某种渗入元素的活性介质中，通过加热、保温和冷却，使渗入元素被吸附并扩散渗入工件表面层，以改变表面层化学成分和组织，从而使其表面具有与心部不同的特殊性能的一种工艺。

14.淬火：把钢加热到临界点Ac1或Ac3以上，保温并随之以大于临界冷却速度(Vc)冷却，以得到介稳状的M或B下组织的热处理工艺。

15.反应扩散：由溶解度较低的固溶体转变成浓度更高的化合物，这种扩散称为反应扩散。

绪论在当今社会生产中，金属材料的应用是十分广泛的，尤其是钢铁材料，在工业。

农业。

交通运输。

建筑以及国防等各方面都离不开他。

随着现代化工农业以及科学技术的发展，人们对金属材料的性能要求越来越高。

为满足这一点，一般可以采取两种方法：研制新材料和对金属材料进行热处理。

后者是最广泛，最常用的方法。

热处理是一种综合工艺。

热处理工艺学就是研究这种综合工艺的原理及规律的一门学科。

热处理工艺在我国已有悠久的历史，早在商代就已经有了经过再结晶退火的金箔饰物，在洛阳出土的战国时代的铁锛，系由白口铁脱碳退火制成。

在战国时代燕都遗址出土的大量兵器，向人们展示了在当时钢件已经采用了淬火，正火，渗碳等工艺。

近代出土的秦兵俑佩带的长剑，箭镞等都有力的证明当时已经出现铜合金的复合材料，而且还掌握了精湛的表面保护处理方法，从而保持输千年不锈。

热处理工艺最早的史料记载见于《汉书。

王褒传》中，我过明代科学家宋应星在《天工开物》一书中对热处理工艺已有记载。

大量事实证明，我过曾是世界上发展和应用热处理技术最早的国家之一。

但是长期的封建统治，阻碍了我过科学技术的进步，在异端相当长的时间内，我国热处理技术的发展处于停止状态，有的技术甚至失传。

直至解放以后热处理技术在我国才重新迅速发展起来，出现了许多新工艺，新设备。

但和当代世界先进水平比较，我过的热处理技术仍较落后。

一。

慨述金属热处理是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中保持一定时间后，又以不同速度冷却的一种工艺方法。

金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其它加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。

其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的。

为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。

钢铁是机械工业中应用最广的材料，钢铁显微组织复杂，可以通过热处理予以控制，所以钢铁的热处理是金属热处理的主要内容。

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。

镁合金的固态相变特点以Mg-Al系合金为例：从晶界开始的非连续析出进行到一定程度后，晶内产生连续析出。

Mg17Al12 相以细小片状形式沿基面（0001）生长，基体中含铝量不断下降，晶格常数连续增大，因晶格常数变化是连续的，因此成为连续析出。

镁合金的固态相变特点以Mg-Al系合金为例：连续与非连续析出在时效组织中所占的相对量与成分、淬火温度、冷却速度和时效参数等因素有关。

一般来说，非连续析出先进行，特别是过饱和度较低，固溶体内存在成分偏析及时效不充分的情况下；反之，在含铝量较高，快速淬火及时效温度较高的条件下，连续析出占主导地位。

有关文献指出，在100-250°C时效，同时存在两种析出方式；而250°C以上时效，扩散速度较高，只进行连续析出。

镁合金的主要热处理类型镁合金的热处理方式与铝合金基本相同，但镁合金原子扩散速度慢，淬火加热后通常在空气中冷却即可达到固溶处理的目的。

对自然时效不敏感，长期放置在室温条件下可保持淬火状态下的原有性能。

镁合金氧化倾向比铝合金强烈，热处理炉内应保持一定中性气体。

镁合金常用热处理类型如下：（1）T1：铸造、加工后直接人工时效。

Mg-Zn合金晶粒容易长大，重新淬火晶粒会粗大，因此不如使用T1处理；（2）T2：消除残余应力和冷作硬化而进行的退火处理；（3）T4：固溶处理。

可提高抗拉强度和延伸率；（4）T6：固溶（空冷）+人工时效，提高合金的屈服强度，但塑性降低；（5）T61：固溶（热水）+人工时效，针对对冷速敏感的Mg-RE-Zr合金，可比T6强化效果更好。

常见热处理缺陷：不完全淬火、晶粒长大、表面氧化、过烧、变形等。

金属热处理工艺学简答题1. 热处理加热炉是如何分类的热处理加热设备的主体是热处理加热炉。

其种类很多，通常按下列方式进行分类：①按热源分类可分为电阻炉和燃料炉。

②按工作温度分类可分为高温炉（工作温度＞1000℃）、中温炉（工作温度650～1000℃）、低温炉（工作温度＜650℃）。

③按加热介质分类可分为空气炉、浴炉、可控气氛炉、流动粒子炉、真空炉等。

④按作业规程分类可分为周期作业炉、半连续作业炉及连续作业炉等。

随热源、用途、工作温度、工件材料及热处理工艺要求的不同，热处理炉的结构形式又有很多种，如箱式炉、井式炉等。

2. 热处理加热炉一般应满足哪些要求为保证加热质量，适应热处理工艺的需要，热处理加热炉一般应满足如下要求：①必须有与被加热工件相适应的炉膛尺寸及工作温度；②炉温均匀，炉膛各处的最大温差不应超出工艺规范所允许的范围。

必须配有较精确的测温控温仪表。

以便能准确地指示炉膛温度并可靠地将炉温控制在规定的温度范围内；③必须有足够的加热功率，以保证加热工件能迅速达到所要求的温度。

④炉体结构应具有足够的强度、承载能力和节能效果，炉墙保温性能及炉门的密封性能要好，操作要方便、安全。

3. 与其他类型热处理炉相比，热处理电阻炉有何特点热处理电阻炉与其他类型的热处理炉相比，具有结构简单，体积小、操作方便、炉温分布均匀及温度控制准确等特点4. 简述电阻炉的种类、优缺点及适用范围。

电阻炉根据其作业方式可分为周期作业炉和连续作业炉。

目前使用较多的周期作业炉，是指工件一次成批装入炉内，待加热、保温完毕后再成批取出的炉子，如箱式炉、井式炉、台车式炉及罩式炉等。

周期作业炉的特点是结构简单、便于建造，购置费低，可以完成多种工艺，适用于多品种、小批量生产的各种温度及各种形式的热处理。

其缺点是劳动条件较差、工艺过程不易掌握、产品质量也不如连续作业炉稳定。

5. 与中温箱式电阻炉相比，高温箱式电阻炉工作与结构各有哪些特点①中温箱式电阻炉这种炉子可用于碳钢、合金钢件的退火、正火、淬火和回火以及固体渗碳等。