第六章热处理简答题

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Ac3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Ac3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。6、填写下表：工艺名称加热温度/℃冷却方法组织应用均匀化退火Ac3+150～250炉冷F+P铸钢件完全退火Ac3+20～30炉冷F+P亚共析钢球化退火Ac1+20～40炉冷球化组织过共析钢再结晶退火680～720空冷等轴晶粒冷塑性变形钢去应力退火280～650炉冷至200℃空冷无变化铸件、锻件、焊接件、冲压件、机械加工零件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。8、焊件和冷冲压件需采用何种热处理？为什么？答：焊件采用去应力退火，以消除焊接应力；冷冲压件采用再结晶退火，以消除冷变形强化，恢复冷冲压件的塑性。9、指出下列钢件正火的主要目的及正火后的组织，并比较与退火的应用有何不同。（1）20钢齿轮（2）45钢小轴（3）T12钢挫刀答：（1）20钢是低碳钢，低碳钢退火硬度太低，正火能提高硬度，改善切削性能，提高生产率。低碳钢板正火可防止三次渗碳体析出，改善冷冲压性能。正火后的组织是P+F。（2）45钢是中碳钢，退火和正火均能改善组织和切削加工性能，但正火周期短，节约能源，在提高强度、硬度的同时塑性和韧性也不降低。正火后的组织是P+F。（3）T12钢为高碳钢正火是为了消除网状二次渗碳体。正火后的组织是P+Fe3C。高碳钢采用退火改善切削加工性能。10、填写下表，说明正火的应用。钢种加热温度/℃冷却方式组织目的低碳钢Ac3+100～150空冷P+F提高硬度，改善切削性能中碳钢Ac3+50～100空冷P+F改善组织和切削性能，获得使用性能高碳钢Ac1+30～50空冷P+Fe3C消除网状二次渗碳体11、淬火内应力是怎样产生的？它与哪些因素有关？退火和回火都可以消除内应力，在生产中能否通用，为什么？答：淬火内应力是由于淬火时零件各部分冷却速度不同和组织转变产生的；它还与零件表面和心部组织不均匀性，以及零件内部弹塑性变形不一致的影响。淬火内应力与下列因素有关：钢的成分、原始组织、淬透性、零件形状和尺寸、热处理工艺参数及冷却介质等。退火和回火因加热温度不同、组织转变不同，所获得的性能也不同，故两者不能通用。退火主要用于消除铸件、锻件、焊接件、冲压件和机械加工件中的内应力，它不和淬火并用；而回火是用于消除淬火件的内应力，是淬火后采用的热处理工艺。12、淬火后的钢能直接使用吗？为什么？回火的目的是什么？答：淬火后的钢不能直接使用。因为淬火钢获得的组织是不稳定的，高碳钢一般硬而脆，并有较大的内应力，故不能直接使用。回火地目的是降低淬火零件的脆性；减少淬火内应力，防止出现变形或裂纹；调整硬度，获得所需力学性能；稳定零件内部的组织和尺寸。13、回火有三种，具有不同的应用，请填写下表：种类加热温度/℃组织性能硬度应用低温回火150～250M回+碳化物高硬度，高耐磨性58～64HRC刃具，量具，冲模，渗碳件，滚动轴承中温回火350～500T回高弹性极限，高屈服极限，高韧性35～50HRC弹簧，热锻模，刀杆，弹性夹具高温回火500～650S回良好的综合力学性能20～35HRC轴、齿轮、连杆14、何为回火脆性？分为几类？如何防止？答：随回火温度提高，淬火钢的韧性并不连续提高，在某些温度区间回火或回火后缓慢冷却，韧性反而下降的现象，称回火脆性。回火脆性有第一类回火脆性和第二类回火脆性两种。淬火钢在300℃左右回火时产生的回火脆性，称第一类回火脆性。其特点是具有不可逆性，产生后无法消除，故应避免在这一温度范围内回火。含有Cr、Mn、Ni、Si等元素的合金钢，在400～550℃回火或经更高温度回火，缓慢冷却经过此温度区间，产生的回火脆性，称第二类回火脆性。其特点是具有可逆性，第二类回火脆性产生后，重新加热，快速冷却，可避免。此外，在合金钢中加入Mo、W等元素，也能有效防止第二类回火脆性产生。15、试比较索氏体和回火索氏体、托氏体和回火托氏体、马氏体和回火马氏体之间在形成条件、组织形态、性能上的主要区别。答：（1）索氏体S是冷奥氏体大约在600℃~650℃等温保温，转变形成。索氏体是片状铁素体与片状Fe3C以层片相间混合形成。索氏体是固溶体，具有较好的σb、HB、δ、αk。回火索氏体S回是淬火马氏体在550～650℃高温回火后形成。回火索氏体S回是颗粒状铁素体与球状Fe3C的机械混合物。回火索氏体比索氏体冲击韧性高一倍，σb、HB、δ基本一致。（2）托氏体与回火托氏体的比较与上同。（3）马氏体M是过冷奥氏体在大于临界冷却速度的条件下形成。马氏体是碳在α-Fe中形成的过饱和固溶体。碳含量提高，马氏体硬度提高，塑性下降。高碳马氏体呈片状，低碳马氏体呈板条状。回火马氏体回是淬火马氏体在100～250℃回火后获得；回火马氏体是ε-Fe2.4C与马氏体的共格体，其形态和性能与马氏体基本一致。17、将45钢和T10钢试样，直径为10mm，经850℃水淬、850℃油冷、850℃空冷、850℃炉冷、850℃水冷+560℃空冷、760℃水冷+200℃空冷，得到的组织各是什么？答：得到的组织如下表所示：钢号850℃水淬850℃油冷850℃空冷850℃炉冷850℃水冷+560℃空冷760℃水冷+200℃空冷45M+A残T+FS+FP+FS回M回+FT10M+A残M+A残+FS+Fe3CP+Fe3CS回M回+Fe3C18、T12钢加热到770℃后用图示各种方法冷却，分析所得组织。20、将碳含量为1.0％、1.2％的碳钢同时加热到780℃进行淬火，问：（1）淬火后各是什么组织？（2）淬火马氏体的含碳量及硬度是否相同？为什么？（3）哪一种钢淬火后的耐磨性更好些？答：（1）淬火后的组织是：M+A残+Fe3CⅡ（2）淬火马氏体的含碳量及硬度是相同的。因为加热温度相同，碳在奥氏体中的溶解度MsMfA1时间温度123答：1、M+A＇2、M+B下+A＇3、B下相同，所以，淬火后获得的马氏体的含碳量相同，故硬度也相同。（3）碳含量为1.2％的钢耐磨性好些。因为，碳含量为1.2％的钢比碳含量为1.0％的钢所含的硬相组织Fe3CⅡ量多，故耐磨性好。30、T8钢的过冷奥氏体等温转变曲线如图所示，若该钢在620℃进行等温转变，并经不同时间保温后，按图示的1、2、3线的冷却速度冷至室温，问各获得什么组织？然后再进行中温回火，又各获得什么组织？32、生产中经常把已加热到淬火温度的钳工凿子刃部投入水中急冷，然后出水停留一定时间，再整体投入水中冷却。试分析这先后二次水冷和出水停留一定时间的作用。答：33、零件调质处理的效果与钢材的淬透性有何关系？同一种钢材，当调质后和正火后的硬度相同时，两者在组织和性能上是否相同？为什么？答：材料的淬透性愈高，零件调质处理表层和心部的组织一致，力学性能一致，使用性能提高。不相同。因为，调质后组织为球化体，应力集中现象消除，冲击韧性大大提高；正火后的组织为片状组织，片状尖端处存在应力集中现象，故冲击韧性低。34、区别钢的淬硬性、淬透性与淬硬深度，并分别指出其影响因素。答：淬硬性是指钢淬火后获得M体的硬度，取决于M中的碳含量。淬透性是指钢在淬火后获得M体的能力，取决于零件的化学成分。淬硬深度是指钢淬火后获得半M体层的深度，取决于钢的淬透性。37、什么是钢的冷处理？其目的是什么？冷处理后的钢为什么要低温回火？答：将淬火钢冷却到室温后，继续在－50℃介质中冷却的热处理工艺。目的：消除淬火钢中的残余奥氏体，获得高硬度和高的尺寸稳定性。冷处理后的钢应在空气中缓慢回升至室温，然后低温回火，以消除内应力，避免裂纹MsMfA1时间温度123答：1、M+A’2、S+M+A’3、S中温回火后的组织：1、T回2、S+T回3、S21如图所示，第一次水冷的作用是使冷却速度大于临界冷却速度，防止过冷奥氏体发生相变。保温的目的是使工件表面和心部的温度一致，防止淬火裂纹产生。第二次水冷的目的是使过冷奥氏体转变为马氏体。产生。38、某工厂用20钢制成的塞规，其热处理工艺曲线如图所示。试问：（1）渗碳后为什么可直接淬火？渗碳淬火后塞规的表面及心部应是什么组织？（2）冷处理的目的是什么？（3）160℃回火3h起什么作用？答：（1）20钢淬火温度是Ac3+30～70℃＝860℃＋30～70℃＝890～930℃故930℃渗碳后可直接淬火。表面：M+A’心部：F+P（2）冷处理的目的消除残余奥氏体。（3）消除内应力。39、某一用45钢制造的零件，其加工路线如下：备料→锻造→正火→机械粗加工→调质→机械精加工→高频感应加热表面淬火与低温回火→磨削，请说明各热处理工序的目的及热处理后的显微组织。答：正火的目的：细化晶粒；降低硬度，改善切削加工性能；降低内应力。组织：F+P调质的目的：获得综合力学性能。组织：S回高频感应加热表面淬火与低温回火的目的：提高表面硬度和耐磨性，消除内应力。40、用T10钢制造的简单车刀，其工艺路线为：备料→锻造→热处理①→机械加工→热处理②→磨削，试说明采用何种热处理和其作用，指出热处理后的组织和硬度。答：热处理①采用球化退火。目的：消除锻造应力，改善切削性能，并为淬火作好组织准备；组织：球化体；硬度：HBS≤197。热处理②采用淬火、低温回火。淬火的目的是为了获得高硬度，HRC≥62，组织为M+Fe3C+A残。低温回火的目的是为了稳定组织，降低脆性，消除淬火内应力，组织为M回+Fe3C+A残，硬度62～64HRC。温度/℃160回火0920渗碳水淬时间/h－70