第五章 钢的热处理

《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 。

《金属材料与热处理》教材习题答案第五章合金钢1.什么是合金钢?答：所谓合金钢就是在碳钢的基础上，为了改善钢的性能，在冶炼时有目的地加入一种或数种合金元素的钢。

2.合金元素在钢中有哪些主要作用?这些作用对钢的性能会产生哪些影响?答：合金元素在钢中的作用是非常复杂，其中主要作用包括：一是形成合金铁素体。

由于合金元素与铁的晶格类型和原子半径的差异，引起铁素体的晶格畸变，产生固溶强化作用。

二是与碳能形成碳化物，当这些碳化物呈细小颗粒并均匀分布在钢中时，能显著提高钢的强度和硬度。

三是抑制钢在加热时奥氏体晶粒长大的作用，达到细化晶粒的目的使合金钢在热处理后获得比碳钢更细的晶粒，从而提高其综合力学性能。

四是可增加过冷奥氏体的稳定性，推迟其向珠光体的转变，减小钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性。

五是提高回火稳定性，在相同的回火温度下，合金钢比相同含碳量的碳素钢具有更高的硬度和强度。

在强度要求相同的条件下，合金钢可在更高的温度下回火，以充分消除内应力，而使韧性更好。

3.合金钢是如何分类的?答：合金钢最常用下面两种分类方法。

一是按用途分类：分为合金结构钢、合金工具钢和特殊性能钢。

其中合金结构钢又可以分为低合金高强度钢，渗碳钢，调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢等。

合金工具钢可分为刃具钢、模具钢和量具钢等。

特殊性能钢则有不锈钢、耐热钢、耐磨钢等。

二是按合金元素总含量分类：分为低合金钢（合金元素总含量＜5％）、中合金钢（合金元素总含量5％一10％）和高合金钢（合金元素总含量＞10％）。

4.合金钢的牌号编制有何特点？答：我国合金钢牌号采用碳含量、合金元素的种类及含量、质量级别来编号，简单明了，比较实用。

其中合金结构钢的牌号采用两位数字（碳含量）＋元素符号（或汉字）＋数字表示，前面两位数字表示钢的平均含碳量的万分数；合金工具钢的牌号和合金结构钢的区别仅在于碳含量的表示方法，它用一位数字表示平均含碳量的千分数，当碳含量大于等于1.0％时，则不予标出。

钢的热处理的一般过程
钢的热处理通常包括加热、保温、冷却等过程。

1. 加热：将钢材放入加热炉中，通过高温加热，使其达到特定的温度，以改变其组织结构和性能。

常用的加热方式有气氛加热、电阻加热、电感加热等方法。

2. 保温：在钢材达到所需温度后，需要在加热炉中保温一定的时间，以使钢材的温度均匀地分布到整个材料中。

保温的时间取决于材料的类型、尺寸和所需的性能等因素。

3. 冷却：钢材完成保温后需要快速冷却，以将其固化为所需的组织结构和力学性能。

冷却方式可以分为空气冷却、水淬火、油淬火等方法。

4. 调质：钢经过淬火处理后，通常会有过硬和脆的缺点，需要进行调质处理，以改善其组织结构和性能。

常用的调质方法包括回火、等温退火、正火、精调等处理。

以上就是钢的热处理的一般过程，不同类型的钢材需要不同的处理方式，以适应其不同的使用环境和需求。

钢的热处理名词解释钢材是一种重要的金属材料，在各行各业中得到广泛应用。

为了提高钢材的性能和使用寿命，常常需要进行热处理。

热处理是通过控制钢材的加热、冷却和保温过程来改变其组织和性能的工艺过程。

在钢材的热处理中，有许多常见的名词需要解释，下面将逐一进行介绍。

1. 固溶处理（Solution treatment）固溶处理是指将钢材加热到适当的温度，使其固溶体中的合金元素充分溶解。

固溶处理主要用于调整钢材的组织结构，消除固溶体内的析出物，提高钢材的韧性和可加工性。

2. 淬火（Quenching）淬火是指将加热至适宜温度的钢材迅速冷却至室温或低温。

淬火的目的是通过快速冷却使钢材形成马氏体组织，从而提高钢材的硬度和强度。

淬火过程中的冷却介质常常包括水、油或高温盐溶液。

3. 回火（Tempering）回火是将经过淬火处理的钢材加热至一定温度后保温一段时间，然后冷却至室温。

回火能调整淬火后马氏体组织的硬度和脆性，提高钢材的韧性和延展性。

回火温度和时间的选择取决于所需的性能。

4. 淬火和回火（Quench and Temper，Q&T）淬火和回火通常组合在一起使用，被称为淬火和回火处理。

首先进行淬火，在获得所需的硬度和强度后，再进行回火来调整钢材的韧性和可加工性。

淬火和回火处理常用于制造需要同时具备强度和韧性的工件，如机械零件和工具。

5. 焊后热处理（Post-weld Heat Treatment，PWHT）焊后热处理是将焊接完成后的钢材进行热处理，以消除焊接产生的应力和改善焊缝区域的组织。

焊后热处理可通过固溶处理、淬火和回火等方式来进行，具体选择取决于焊接材料和实际需求。

6. 氮化（Nitriding）氮化是一种表面硬化处理方法，通过在钢材表面浸入氨气来使其表层形成氮化物层。

氮化可以显著提高钢材的表面硬度、耐磨性和抗腐蚀性，用于制造需要高耐磨性的工具和机械零件。

7. 渗碳（Carburizing）渗碳是一种通过在钢材表面加入碳元素来增加其碳含量的表面处理方法。

钢的表面热处理
钢的表面热处理是一种常见的工艺，用于改变钢材表面的性质以满足特定的功能要求。

常见的钢表面热处理包括渗碳、淬火、淬灭火、调质等。

1. 渗碳：钢材表面经过高温处理，与碳源（如固体碳或气体）接触，使碳原子渗透到钢材表面，形成高碳含量的渗碳层。

渗碳层可以提高钢材的表面硬度和耐磨性。

2. 淬火：将钢材加热至临界温度以上，然后迅速冷却。

这种快速冷却可以使钢材表面形成马氏体组织，提高钢材的硬度和强度。

淬火还可以改善钢材的耐磨性和韧性。

3. 淬灭火：将淬火后的钢材立即放入温和的液体中（如水或油）进行冷却。

淬灭火可以减缓淬火速度，从而减少残余应力和减少变形。

4. 调质：淬火后的钢材经过再加热，然后放置在适当的温度下保持一段时间，使钢材内部的残留应力得到释放和分散，从而提高钢材的韧性和强度。

钢的表面热处理可以根据具体要求选择不同工艺，以满足钢材的特定性能要求，如硬度、耐磨性、韧性等。

钢的热处理实验报告实验目的：1. 了解钢的热处理过程及其影响；2. 掌握钢的不同热处理方法的原理和操作；3. 分析不同热处理方法对钢性能的影响。

实验原理：钢的热处理是通过加热和冷却的方式改变钢的组织和性能。

常见的钢的热处理方法有退火、淬火和回火。

1. 退火：将钢加热至临界温度以上，然后缓慢冷却至室温。

退火可以消除内应力，调整组织和改善切削性能。

2. 淬火：将钢加热至临界温度以上，然后迅速冷却至室温。

淬火可以使钢的组织变为马氏体，增加钢的硬度和强度。

3. 回火：将淬火后的钢加热至较低的温度，然后缓慢冷却。

回火可以降低钢的硬度和脆性，提高延展性和韧性。

实验步骤：1. 准备不同试样的钢材，包括退火、淬火和回火试样。

2. 分别将试样加热至退火、淬火和回火温度。

3. 退火：将试样保持在退火温度持续一段时间，然后缓慢冷却至室温。

4. 淬火：将试样迅速降温，可以采用水或油进行淬火。

5. 回火：将淬火后的试样放入回火炉中加热，保持回火温度持续一定时间，然后缓慢冷却至室温。

6. 对不同热处理试样进行金相观察和硬度测试。

7. 分析不同热处理方法对钢的影响。

实验结果：1. 退火试样：经过退火处理的钢的组织变为珠光体，硬度降低。

2. 淬火试样：淬火后的钢的组织变为马氏体，硬度显著提高。

3. 回火试样：经过回火处理的钢的组织变为珠光体和一定比例的残留马氏体，硬度略有下降，但韧性和延展性明显提高。

实验结论：1. 退火可以使钢的硬度降低，提高韧性。

2. 淬火可以使钢的硬度和强度显著提高，但韧性较低。

3. 回火可以降低钢的硬度，提高韧性和延展性。

根据实验结果和结论，我们可以根据具体要求选择不同的热处理方法来改变钢的性能。

钢的热处理方法5种
钢的热处理方法有五种，分别是正火处理、回火处理、正变处理、淬火处理和渗碳处理。

正火处理是指将钢在高温下维持一段时间，使钢的组织结构恢复正常，以消除机械加工或热处理造成的残余应力。

回火处理是指将钢在低温下维持一段时间，以恢复钢的组织结构，使钢具有良好的机械性能。

正变处理是指将钢在高温下维持一段时间，使钢的组织结构发生变化，以改善钢的机械性能。

淬火处理是指将钢在高温下维持一段时间，使钢的组织结构发生变化，以增加钢的抗拉强度和耐磨性。

渗碳处理是指将钢在低温下维持一段时间，以使钢中的碳元素更好地渗入组织结构，以提高钢的抗拉强度和耐磨性。

钢的热处理方法有五种，分别是正火处理、回火处理、正变处理、淬火处理和渗碳处理，它们都可以改善钢的机械性能，提高钢的抗拉强度和耐磨性。

1.奥氏体晶粒大小与哪些因素有关？为什么说奥氏体晶粒大小直接影响冷却后钢的组织和性能？奥氏体晶粒大小是影响使用性能的重要指标，主要有下列因素影响奥氏体晶粒大小。

（1）加热温度和保温时间。

加热温度越高，保温时间越长，奥氏体晶粒越粗大。

（2）加热速度。

加热速度越快，过热度越大，奥氏体的实际形成温度越高，形核率和长大速度的比值增大，则奥氏体的起始晶粒越细小，但快速加热时，保温时间不能过长，否则晶粒反而更加粗大。

（3）钢的化学成分。

在一定含碳量范围内，随着奥氏体中含碳量的增加，碳在奥氏体中的扩散速度及铁的自扩散速度增大，晶粒长大倾向增加，但当含碳量超过一定限度后，碳能以未溶碳化物的形式存在，阻碍奥氏体晶粒长大，使奥氏体晶粒长大倾向减小。

（4）钢的原始组织。

钢的原始组织越细，碳化物弥散速度越大，奥氏体的起始晶粒越细小，相同的加热条件下奥氏体晶粒越细小。

传统多晶金属材料的强度与晶粒尺寸的关系符合Hall-Petch关系，即σs=σ0+kd-1/2，其中σ0和k是细晶强化常数，σs是屈服强度，d是平均晶粒直径。

显然，晶粒尺寸与强度成反比关系，晶粒越细小，强度越高。

然而常温下金属材料的晶粒是和奥氏体晶粒度相关的，通俗地说常温下的晶粒度遗传了奥氏体晶粒度。

所以奥氏体晶粒度大小对钢冷却后的组织和性能有很大影响。

奥氏体晶粒度越细小，冷却后的组织转变产物的也越细小，其强度也越高，此外塑性，韧性也较好。

2．过冷奥氏体在不同的温度等温转变时，可得到哪些转变产物？试列表比较它们的组织和性能。

3.共析钢过冷奥氏体在不同温度的等温过程中，为什么550℃的孕育期最短，转变速度最快？因为过冷奥氏体的稳定性同时由两个因素控制：一个是旧与新相之间的自由能差ΔG；另一个是原子的扩散系数D。

等温温度越低，过冷度越大，自由能差ΔG也越大，则加快过冷奥氏体的转变速度；但原子扩散系数却随等温温度降低而减小，从而减慢过冷奥氏体的转变速度。

高温时，自由能差ΔG起主导作用；低温时，原子扩散系数起主导作用。