第六章 钢的热处理参考答案

1第六章钢的热处理习题参考答案一、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。7、回火马氏体：过饱和的α固溶体（铁素体）和与其晶格相联系的ε碳化物组成的混合物。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。2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。二、填空题1、钢的热处理是通过钢在固态下加热、保温和冷却的操作来改变其组织结构，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扩散，因而是属于扩散型相变。3、钢加热时的各临界温度分别用AC1、AC3和Accm表示；冷却时的各临界温度分别用Ar1、Ar3和Arcm表示。、4、加热时，奥氏体的形成速度主要受到温度T、加热速度、原始组织和化学成分的影响。5、在钢的奥氏体化过程中，钢的含碳量越高，奥氏体化的速度越快，钢中含有合金元素时，奥氏体化的温度要高一些，时间要长一些。6、一般结构钢的A晶粒度分为8级，1级最粗，8级最细。按930℃加热保温3～8h后，晶粒度在1～4级的钢称为本质粗晶粒钢，5～8级的钢称为本质细晶粒钢。7、珠光体、索氏体、屈氏体均属层片状的F和Fe3C的机械混合物，其差别仅在于片层间距大小不同。8、对于成分相同的钢，粒状珠光体的硬度、强度比片状珠光体硬度、强度高，但塑性、韧性较好。9、影响C曲线的因素主要是化学成分和加热温度、保温时间。10、根据共析钢相变过程中原子的扩散情况，珠光体转变属扩散型转变，贝氏体转变属半扩散型转变，马氏体转变属无扩散型转变。11、马氏体的组织形态主要有两种基本类型，一种为板条状马氏体，是由含碳量小于0.2%的母相奥氏体形成，其亚结构是位错缠结；另一种为片状(或针状)马氏体，是由含碳量大于1%的母相奥氏体形成，其亚结构是孪晶。12、上贝氏体的渗碳体分布在成排的铁素体片之间，而下贝氏体的渗碳体较细小，且分布在铁素体针内一定方向，所以就强韧性而言，B下比B上较好。13、钢的C曲线图实际上是过冷奥氏体的等温转变图，也称TTT图，而CCT曲线则为过冷奥氏体的连续冷却转变。14、过冷奥氏体转变成马氏体，仅仅是晶格的改变，而碳含量没有改变，所以马氏体是碳在α-Fe中的过饱和固溶体。15、其他条件相同时，A中的C%愈高，A→M的Ms温度愈低，A量也愈多(或高)。16、马氏体晶格的正方度(c/a)表示了，c/a的值随而增大。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水，合金钢零件淬油。18、淬火后获得全部M组织的最小冷却速度称为淬火临界冷却速度Vk。Vk愈小，钢的3淬透性愈好。19、钢的淬硬性主要决定于过冷奥氏体中的含碳量，钢的淬透性主要决定于化学成分和奥氏体化温度。20、淬火钢在150～250℃回火称为低温回火；在100～150℃进行长时间加热(10～50小时),称为时效处理，目的是消除内应力。21、通常利用等温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Ac3或Accm以上30～50℃，保温后在空气中冷却的一种操作。23、J是钢淬透性的符号，它表示末端淬透性。24、淬火加高温回火称为调质，组织是回火索氏体。25、感应加热淬火用钢的含碳量以0.25%～0.6%为宜。26、化学热处理的基本过程是分解、表面吸收和原子扩散。27、工件淬火时先在水中冷却一定时间后再放至油中冷却的方法叫做双液淬火。28、低碳钢渗碳后缓冷到室温的渗层组织，最外层应是P+Fe3C层，中间是P层，再往里是F+Fe3C层。29、氮化层厚度一般不超过0.5mm，所以氮化零件留磨量在直径方向不应超过0.2mm。30、习惯上中温碳氮共渗又称氰化，低温碳氮共渗又称软氮化。三、简答题1、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和作用。答：⑴热处理包括普通热处理和表面热处理；普通热处理里面包括退火、正火、淬火和回火，表面热处理包括表面淬火和化学热处理，表面淬火包括火焰加热表面淬火和感应加热表面淬火，化学热处理包括渗碳、渗氮和碳氮共渗等。⑵热处理是机器零件加工工艺过程中的重要工序。一个毛坯件经过预备热处理，然后进行切削加工，再经过最终热处理，经过精加工，最后装配成为零件。热处理在机械制造中具有重要的地位和作用，适当的热处理可以显著提高钢的机械性能，延长机器零件的使用寿命。热处理工艺不但可以强化金属材料、充分挖掘材料潜力、降低结构重量、节省材料和能源，而且能够提高机械产品质量、大幅度延长机器零件的使用寿命，做到一个顶几个、顶十几个。此外，通过热处理还可使工件表面具有抗磨损、耐腐蚀等特殊物理化学性能。2、指出A1、A3、Acm；AC1、AC3、Accm；Ar1、Ar3、Arcm各临界点的意义。答：A1：共析转变线，含碳量在0.02～6.69%的铁碳合金冷却到727℃时都有共析转变发生，形成P。A3：奥氏体析出铁素体的开始线。Acm：碳在奥氏体中的溶解度曲线。4AC1：实际加热时的共析转变线。AC3：实际加热时奥氏体析出铁素体的开始线。Acm：实际加热时碳在奥氏体中的溶解度曲线。Ar1：实际冷却时的共析转变线。Ar3：实际冷却时奥氏体析出铁素体的开始线。Arcm：实际冷却时碳在奥氏体中的溶解度曲线。3、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？答：⑴三种。分别是珠光体、索氏体和屈氏体。⑵珠光体是过冷奥氏体在550℃以上等温停留时发生转变，它是由铁素体和渗碳体组成的片层相间的组织。索氏体是在650～600℃温度范围内形成层片较细的珠光体。屈氏体是在600～550℃温度范围内形成片层极细的珠光体。珠光体片间距愈小，相界面积愈大，强化作用愈大，因而强度和硬度升高，同时，由于此时渗碳体片较薄，易随铁素体一起变形而不脆断，因此细片珠光体又具有较好的韧性和塑性。4、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？答：⑴两种。上贝氏体和下贝氏体。⑵上贝氏体的形成温度在600～350℃。在显微镜下呈羽毛状，它是由许多互相平行的过饱和铁素体片和分布在片间的断续细小的渗碳体组成的混合物。其硬度较高，可达HRC40～45，但由于其铁素体片较粗，因此塑性和韧性较差。下贝氏体的形成温度在350℃～Ms，下贝氏体在光学显微镜下呈黑色针叶状，在电镜下观察是由针叶状的铁素体和分布在其上的极为细小的渗碳体粒子组成的。下贝氏体具有高强度、高硬度、高塑性、高韧性，即具有良好的综合机械性能。5、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。答：等温冷却：把奥氏体迅速冷却到Ar1以下某一温度保温，待其分解转变完成后，再冷至室温的一种冷却转变方式。连续冷却：在一定冷却速度下，过冷奥氏体在一个温度范围内所发生的转变。56、为什么要对钢件进行热处理？答：通过热处理可以改变钢的组织结构，从而改善钢的性能。热处理可以显著提高钢的机械性能，延长机器零件的使用寿命。恰当的热处理工艺可以消除铸、锻、焊等热加工工艺造成的各种缺陷，细化晶粒、消除偏析、降低内应力，使钢的组织和性能更加均匀。7、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。答：首先连续冷却转变曲线与等温转变曲线临界冷却速度不同。其次连续冷却转变曲线位于等温转变曲线的右下侧，且没有C曲线的下部分，即共析钢在连续冷却转变时，得不到贝氏体组织。这是因为共析钢贝氏体转变的孕育期很长，当过冷奥氏体连续冷却通过贝氏体转变区内尚未发生转变时就已过冷到Ms点而发生马氏体转变，所以不出现贝氏体转变。8、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？答：（1）化学成分的影响：亚共析钢中随着含碳量的增加，C曲线右移，过冷奥氏体稳定性增加，则Vk减小，过共析钢中随着含碳量的增加，C曲线左移，过冷奥氏体稳定性减小，则Vk增大；合金元素中，除Co和Al(2.5%)以外的所有合金元素，都增大过冷奥氏体稳定性，使C曲线右移，则Vk减小。(2)一定尺寸的工件在某介质中淬火，其淬透层的深度与工件截面各点的冷却速度有关。如果工件截面中心的冷速高于Vk，工件就会淬透。然而工件淬火时表面冷速最大，心部冷速最小，由表面至心部冷速逐渐降低。只有冷速大于Vk的工件外层部分才能得到马氏体。因此，Vk越小，钢的淬透层越深，淬透性越好。10、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。答：⑴均匀钢的化学成分及组织，细化晶粒，调整硬度，并消除内应力和加工硬化，改善钢的切削加工性能并为随后的淬火作好组织准备。⑵生产上常用的退火操作有完全退火、等温退火、球化退火、去应力退火等。⑶完全退火和等温退火用于亚共析钢成分的碳钢和合金钢的铸件、锻件及热轧型材。有时也用于焊接结构。球化退火主要用于共析或过共析成分的碳钢及合金钢。去应力退火主要用于消除铸件、锻件、焊接件、冷冲压件（或冷拔件）及机加工的残余内应力。11、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？答：⑴将钢件加热到Ac1以上30～50℃，保温一定时间后随炉缓慢冷却至600℃后出炉空冷。⑵过共析钢组织若为层状渗碳体和网状二次渗碳体时，不仅硬度高，难以切削加工，而且增大钢的脆性，容易产生淬火变形及开裂。通过球化退火，使层状渗碳体和网状渗碳体变为球状渗碳体，以降低硬度，均匀组织、改善切削加工性。12、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？6答：与退火的区别是①加热温度不同，对于过共析钢退火加热温度在Ac1以上30～50℃而正火加热温度在Accm以上30～50℃。②冷速快，组织细，强度和硬度有所提高。当钢件尺寸较小时，正火后组织：S，而退火后组织：P。选择：⑴从切削加工性上考虑切削加工性又包括硬度，切削脆性，表面粗糙度及对刀具的磨损等。一般金属的硬度在HB170～230范围内，切削性能较好。高于它过硬，难以加工，且刀具磨损快；过低则切屑不易断，造成刀具发热和磨损，加工后的零件表面粗糙度很大。对于低、中碳结构钢以正火作为预先热处理比较合适，高碳结构钢和工具钢则以退火为宜。至于合金钢，由于合金元素的加入，使钢的硬度有所提高，故中碳以上的合金钢一般都采用退火以改善切削性。⑵从使用性能上考虑如工件性能要求不太高，随后不再进