第1章1.9钢的热处理练习题参考答案

1第1章1.9钢的热处理练习题参考答案一、填空题1.A晶核的形成；A晶核的长大；剩余Fe3C的溶解；A成分的均匀化；2．都是由F和Fe3C组成的机械混合物；T的片层间距比P的片层间距小、强度硬度比P高；3．羽毛；针；4．亚共析钢多一条铁素体析出线，过共析钢多一条渗碳体析出线；5．板条状；针状；板条状；6．靠右；小；7．加热；保温；冷却；形状，组织与性能；8.Ac3以上20～30℃；亚共析；9．使P中的Fe3C球化，降低硬度，便于加工；高碳钢；10.Ac3以上30～50℃；Acl以上30～50℃；11.低；多；12.小；13.Fe一Fe3C相图，C曲线；14.获得所要求的力学性能、消除内应力、稳定组织和尺寸；低；15.碳的偏聚、马氏体的分解、残余奥氏体的转变、渗碳体的聚集长大和铁素体再结晶；16.分解、吸收、扩散；17.S中的Fe3C呈片状，而回火S中的Fe3C呈粒状；在强度、硬度相同时，回火S韧性比正火S的好；2二、选择题1.b,d;2.a,d;3.c;4.b;5.b,d;6.c;7.b;8.c;9.b,d;10.a;11.c;12.a;13.b;14.d;15.a;16.a;17.c;18.c;19.a,b,c;20.d。三、判断题1．×；2．×；3．×；4．√；5．√；6．×；7．√；8．×；9．×；10．×；11．×；12．×；13．√；14．√；15．×；16．×；17．√。四、综合分析题1．答：不一定。本质晶粒度表示在特定的加热条件下A晶粒有长大的倾向。本质细晶粒钢是指钢特定的加热条件下，A晶粒不容易长大。而本质粗晶粒钢是指钢特定的加热条件下，A晶粒迅速长大。超过规定的温度，阻止A晶粒长大的碳化物也溶解后，本质细晶粒钢的A晶粒并不一定比本质粗晶粒钢的细。2．答：低碳钢不宜用淬火方法提高硬度，因为含碳量太低，淬火后的低碳马氏体的硬度不是很高。可以通过塑性变形产生加工硬化效应来提高硬度或采用渗碳＋淬火＋低温同火的方法，提高表面硬度。3．答：20号钢采用表面淬火不合适，因为表面淬火是改善材料表面性能的一种热处理工艺，20号钢的含碳量太低，所以采用淬火方法不合适；对45号钢进行渗碳处理不合适，因为45号钢的含碳量为中碳，而渗碳处理适用于低碳钢，因此不合适。4．答：再结晶——是指冷变形金属加热到较高温度（再结晶温度），通过重新形核和核长大，形成新的细小等轴晶粒的过程，晶格类型不发生变化。重结晶——即金属的同素异构转变，指金属在固态下由于温度的改变由一种晶格向另一种晶格的转变，也遵循晶体结晶的一般规律，晶格类型发生了变化。5．答：影响A形成速度的因素有：温度、含碳量、原始组织、合金元素和加热速度等。影响A实际晶粒度的因素有：加热温度和保温时间、钢的原始组织、合金元素等。36．答：两条C字形曲线，左边一条是组织转变开始线，右边一条是组织转变终了线。Ms——M转变开始温度线，Mf——M转变终了温度线。影响C曲线形状和位置的主要因素是钢的成分，包括含C量及合金元素含量。7．答：与等温转变曲线相比：(1）连续冷却转变曲线向右下方向移动，说明转变开始和转变终了温度低一些，时间更长一些；(2）连续冷却获得的珠光体组织是在一个温度范围内形成的，所以粗细不均，较高温度下形成的粗些；(3）没有贝氏体转变，珠光体转变在kk’中止。8．答：钢在淬火时获得全部M组织的最小冷却速度叫临界冷却速度，以Vk表示，它的大小主要有以下几方面因素的影响：(1)C的影响；(2)Me的影响；(3)加热温度和保温时间的影响等。Vk越小，淬透性越大。9．答：加热时获得了细小均匀的A晶粒，冷却转变后组织也均匀细小，产生细晶强化，所以屈服强度和冲击韧性提高。10．答：原始组织为细片状珠光体好，因为A晶核的形成是在F和Fe3C的相界面处形成，原始组织越细小，相界面积就越多，Fe3C的片间距越小，C的扩散距离缩短，既提高了A化形成速度，同时又有利于获得细小均匀的A晶粒。11．答：热轧空冷，相当于经过一次正火处理，发生了重新形核和晶核长大过程，获得了S，组织得到细化。12．答：(1)普通淬火（单液淬火）：将加热保温后的工件放人一种淬火剂中冷却。碳钢的淬火剂一般用水，合金钢的淬火剂一般用油。适用于形状较简单的零件。(2）双液淬火：钢件A化后，先放入一种冷却能力较强的介质中，当钢件冷却到300℃左右时，再放人另一种冷却能力较弱的介质中冷却。例如，先在水中淬火后油冷。广泛用于高碳工具钢。(3）分级淬火：将钢件加热后迅速投人温度稍高于M、点的冷却介质中嗽口盐浴或碱浴槽内），停留2～5min，然后取出空冷，称为分级淬火。由于盐浴或碱浴冷却能力不大，一般只适用于尺寸较小的工件，如刀具等。(4）等温淬火：将钢件A化后淬人高于Ms点温度的熔盐中，等温保持，获得下贝氏体组织的工艺。可用于尺寸不大、形状复杂而要求较高的工件如弹簧、小齿轮及丝锥等。13．答：M转变的基本特点：4(1)M在Ms～Mf／温度范围内形成；（2）M转变不彻底；(3)M转变是非扩散型转变；(4)M晶体成长速度极快，致使M形成过程中产生相互撞击．而形成内应力和微裂纹。14．答：S、T是通过正火或退火直接由A转变获得的组织，而回火S、回火T是由淬火钢经过高温、中温回火后获得的组织。尽管它们都是由F和Fe3C组成的混合物，但S、T中的Fe3C呈片状，而回火S、回火T中的Fe3C呈粒状；在强度、硬度相同时，回火S、回火T的塑性、韧性比S、T的要好。15．答：M是C在a一Fe中形成的过饱和间隙固溶体。低碳M虽然溶碳量较低，但M内因存在大量位错，位错强化明显，故低碳M具有较高的硬度；高碳M，除固溶强化外，还由于M针状晶体中形成了孪晶亚结构，使高碳M具有很高的硬度。此外，由于形成过程中M针相互撞击产生裂纹，导致高的脆性。16．答：淬透性——指钢接受淬火获得马氏体的能力。淬透性大小是用一定条件下淬透层（或称淬硬层）深度来表示。淬透层深度是指工件表面至中心马氏体占50％的部位（称半马氏体区，其余50％为珠光体类组织）的尺寸。钢在一定条件下淬火时，淬透层深度愈深，说明钢的淬透性愈大，反之，淬透层深度小，说明淬透性小。影响淬透层深度的主要因素：钢件的成分包括碳含量及合金元素含量、淬火加热温度和保温时间、冷却速度等。17．答：曲线1：亚共析钢加热到AC3以上，属正常的淬火加热温度范围，所以淬火后获得的M组织硬度随含C％增加而提高，但过共析钢加热到Accm以上温度，已完全A化，淬火后将获得较粗的M和较多的残余A，使钢的硬度降低。曲线2：过共析钢加热到Acl以上温度，属正常的淬火加热温度范围，淬火后的组织为细M、Fe3CⅡ和少量残余A。少量未溶的Fe3CⅡ可阻止A晶粒长大，有利于提高钢的硬度。曲线3:M是C在a-Fe中形成的过饱和间隙固溶体。M的溶碳量越高，过饱和度越大，固溶强化效果越明显，其硬度值越大。18．答：a-M十A'，单液淬火；b-M十A'，分级淬火；C-T+M+A'，油中淬火；d–B下，等温淬火；e-S，正火；f-P，退火；g-P，等温退火。519．答：(a)-M十粒状Fe3C十A'；(b)B下十M十粒状Fe3C十A'；(C)B下十粒状Fe3C。20．答：(a)-M+A'；(b)-B+M+A'；(c)-F+B+M+A'；(d)-F+P。21．答：正火与退火的主要区别：(l）加热温度不同，正火的加热温度范围为：亚共析钢加热到Ac3以上30～50℃，共析钢和过共析钢加热到Accm以上30～50℃。而退火根据目的不同，加热温度范围也不同；(2）冷却方式不同，正火是在空气中冷却，而退火一般是缓慢冷却（随炉冷却），时间长；(3）获得组织不同，正火得到S组织，而退火获得P类型组织。生产中一般根据要达到的目的来进行选择，同时考虑尽量降低成本。一般低碳选正火，高碳选退火。22．答：(l）再结晶退火．消除加工硬化效应，降低硬度，恢复塑性，组织：F+P；(2）去应力退火，消除铸造应力；组织：F+P；(3）完全退火，均匀细化组织，改善力学性能；组织：F+P；(4）球化退火，使钢中渗碳体球化，获得粒状P组织，降低硬度。组织：粒状P；23．答：700℃：加热温度太低，未A化，处理后组织未发生变化；760℃：加热温度不够，未完全A化，只有部分A化，组织：F十M+A'；840℃：正常加热温度，完全A化，组织：M十A'；1100℃：加热温度太高，过热，A晶粒粗大，组织：粗人M十A’。24．答：(1）加热到900℃的淬火后M晶粒粗大，因为加热温度高；(2）加热到900℃的淬火后M含碳量较多，因为C在A中的溶解度随温度升高而增大；(3）加热到900℃的淬火后残余A较多，因为加热温度高，A中溶解了大量的C，使得残余A增多；(4）加热到900℃的淬火后未溶碳化物较少，因为加热温度越高，有利于原子的扩散，碳化物发生溶解；6(5）含碳量为1.2％的钢为过共析钢，780℃加热淬火较合适，属正常的淬火加热温度范围（Ac1以上30～50℃），淬火后的组织为细M、粒状Fe3C和少量残余A。少量未溶的Fe3CⅡ。可阻止A晶粒长大，有利于提高钢的硬度。25．答：(1）淬火（830～860℃）＋高温回火（500～650℃），回火S；(2）淬火（800～830℃）＋中温回火（480～550℃），回火T；(3）淬火（770～810℃）＋低温回火（180～200℃），回火M。26．答：（1）前一热处理工序为：球化退火，均匀细化组织，降低硬度，便于机加工；后一热处理工序为：淬火＋低温回火，淬火是为了获得M组织，提高硬度和耐磨性，低温回火是为了获得回火M组织，稳定组织和尺寸，消除内应力。(2）最终热处理：淬火（760～780℃）十低温回火（180～200℃）钻头在使用状态下的组织为：回火M＋碳化物＋A'，硬度大约为62HRC。27．答：45号钢：通过正火处理得到正火S组织，通过调质处理获得回火S组织。两者在性能上的差别为：尽管它们都是由F和Fe3C组成的混合物，但正火S中的Fe3C呈片状，而回火S中的Fe3C呈粒状；在强度、硬度相同时，回火S的塑性、韧性比正火S的要好。45钢通过调质处理后具有良好的综合力学性能。28．答：表面淬火——不改变材料的化学成分，仅改变材料表面的组织和性能。一般在表面淬火前先进行正火或调质处理，保证心部有良好的力学性能；表面淬火后需进行低温回火，以减少淬火应力和降低脆性。感应加热表面淬火目前主要用于中碳钢和中碳合金钢，要求淬硬层较薄的中小型零件，如齿轮、轴类等。火焰加热表面淬火只适用于单件、小批量生产或大型零件，例如大型齿轮、轴、轧辊等。渗碳——是使碳原子渗人钢件表层，从而使钢件表层具有高的含碳量（0.85%～1%）。渗碳后再经淬火和低温同火，可使零件表面具有高的硬度和耐磨性，表面硬度达到58～64HRC，而中心具有一定强度和韧性。此外，渗碳层中M比容人，在工件表面造成压应力，可提高工件表面的疲劳强度。机械中的许多零件，如传递功率的齿轮、凸轮轴和活塞销等，常采用渗碳来满足其性能要求。适合于渗碳的钢种通常为低碳钢和低碳合金钢，如20、20Cr、ZoCrMnTi、12Cr2N14A、18CrZN沮WA等。7氮化——是将氮原子渗人工件表面，形成富氮层的热处理工艺。氮化用钢通常为含C、MO、Al等元素的合金钢．如38CrMOAl是一种典型的氮化钢。合金钢氮化的目的在于提高表面硬度、耐磨性、疲劳强度和抗蚀性等。氮化前．预先调质处理为回火S组织。与渗碳性能对比氮化处理：①氮化层的化学稳定性高，与渗碳层相比，硬度、耐磨性高、抗蚀性也较高。氮化1000～1100HV相当于70HRC．而渗碳58～64HRC；②氮化层的高硬度可以维持到500℃，而渗碳层硬度在200℃以上就明显下降，因此，氮化可用于在较高温度下工作的高硬度、高耐磨性零件如汽缸筒、阀门杆、齿轮等；③由于氮化的加热温度较低，所以变形很小，氮化后不再进行热处理。氮化零件尺寸精度高，最适合于尺寸大而厚度薄的耐磨零件。不足之处：氮化层脆性较大，当零件受到较大冲击力时．渗层易出现裂纹和剥落现象。氮化常用于在交变载荷下工作的各种结构零件