06-13北科考研复试热处理(包含简答题答案)

2013 年金属材料热处理复试题目 一 名词解释 30 分 蠕变极限 晶间腐蚀 二次淬火 红硬性 淬透性与淬硬性 过冷奥氏体 二 简答 20 分 1 为什么 4Cr13 为过共析钢 Cr12MoV 为莱氏体钢 答 从 Fe C 相图来看 共析点 一般称为 S 点 C 含量为 0 77 即含碳量 大于 0 77 才有可能是过共析钢 奥氏体中 C 含量最多为 2 11 相图上的该 点称为 E 点 钢中 C 含量超过 2 11 中才可能有莱氏体组织 但 4Cr13 钢 和 Cr12MoV 钢中加入了合金元素 改变了相图 所以它们的微观组织与普通 碳钢不同 元素 Cr 是使奥氏体区缩小的元素 4Cr13 钢中含有 Cr 元素 13 左右 4Cr13 虽然含碳量接近 0 4 但由于合金元素 Cr 使 Fe Fe3C 相图的共析点 S 左移 详见下图 故 4Cr13 应为过共析钢 Cr12MoV 钢中含有 Cr 元素 12 左右 相图中 E 点左移 使得 Cr12MoV 成 为莱氏体钢 1 从牌号看元素含量 2 各元素对 Fe C 相图的影响 2 奥氏体不锈钢和高锰钢固溶处理后放在水中冷却的目的与一般钢的淬火的 目的有何区别 作用是什么 答 奥氏体不锈钢中 C 元素与 Cr 元素会形成 Cr C 化物 如 Cr23C6 分布于晶界 造成晶界附近的贫 Cr 区 Cr 元素是决定不锈钢耐蚀的重要元素 贫 Cr 区的出 现使得奥氏体不休钢易发生晶界腐蚀 因此 对奥氏体不锈钢进行固溶处理 在 1000 1100 下保温 使得碳化物溶解 使各种合金元素均匀地溶解在奥 氏体组织中 然后快速冷却 或水冷 避免冷却过程中碳化物析出 最后获 得单一的奥氏体组织 固溶处理时一般将奥氏体不锈钢加热到 950 1150 左右 保温一段时间 使 碳化物和各种合金元素充分均匀地溶解于奥氏体中 然后快速淬水冷却 碳及 其它合金元素来不及析出 获得纯奥氏体组织 奥氏体不锈钢有敏化温度 450 850 在此温度区间很容易析出各种碳化物 所以要快速冷却 避开此 区间 高锰钢是一类高锰奥氏体铸钢 铸态组织中沿晶界析出的网状碳化物显著降低 钢的强度 韧性和抗磨性 为此 必须经过热处理 将钢加热到单相奥氏体温 度范围 使碳化物充分溶入奥氏体 然后水冷 获得单一的奥氏体组织 这种 热处理称为水韧处理 钢的淬火是将钢加热到临界温度 Ac3 亚共析钢 或 Ac1 过共析钢 以上温 度 保温一段时间 使之全部或部分奥氏体化 然后以大于临界冷却速度的冷 速快冷到 Ms 以下 或 Ms 附近等温 进行马氏体 或贝氏体 转变的热处理 工艺 淬火水冷是为了得到较高的冷速 我问过一个做奥氏体不锈钢课题的同学 奥氏体钢固溶处理后水冷是否会发 生马氏体转变 他说在实际操作中并没有发生马氏体转变 分析了一下 可能 是奥氏体不锈钢中的各种合金元素降低了 MS点 所以冷速虽然快 但并没有 降到 MS点下 因而没发生马氏体转变 三 碳钢淬火后回火过程中的组织转变 20 分 答 1 马氏体中碳原子的偏聚 含碳量小于 0 2 的低碳马氏体中 绝大部分碳原子偏聚到高密度的位错线上 形成柯氏气团 含碳量大于 0 2 的马氏体 碳原子在垂直 c 轴的 001 m 面上偏聚 伴随有化学自由能降低 正方度 c a 增加 硬度 强度有所提高 称为化学偏聚 这种偏聚也为析出亚稳定 碳化物作准备 2 马氏体的分解 马氏体的分解可分为两个阶段 高碳马氏体在 100 150 回火为马氏体分解的第一阶段 碳原子只做短距离迁 移 析出的 碳化物片从周围取得碳原子长大 从而形成贫碳区 远离 相的 地区仍是高碳区 故称为马氏体的二相式分解 150 以上回火为马氏体分解的第二阶段 发生连续式分解 碳原子可以作较 长距离的迁移 随 碳化物的析出 相碳浓度均匀降低 马氏体分解可延续 到 350 此时 c a 趋近于 1 3 残余奥氏体的转变 在 200 300 范围内回火时 残余奥氏体分解为过饱和 固溶体和薄片状 碳 化物的复相组织 二者保持共格 一般认为是回火马氏体或下贝氏体 4 碳化物的转变 在 250 400 回火时 碳钢马氏体中过饱和碳原子几乎全部脱溶 析出比 碳 化物更稳定的碳化物 一种是 碳化物 具有单斜晶系 另一种是 碳化物 也就是渗碳体 5 碳化物的聚集长大和 相回复 再结晶 当回火温度高于 400 时 渗碳体明显聚集长大并球化 相中过饱和固溶碳 原子全部脱溶 其本身正方度消失 逐渐回复与再结晶 组织中的碳化物也将 聚集和球化 对于条状马氏体来说 回火温度超过 400 时 马氏体的位错密度逐渐降低 剩下的位错又形成二维位错网络 排列成 墙 构成 相中的亚晶界 从而 将其分割成许多亚晶粒 同时 相中的点阵畸变逐渐消失 称为 相的回复 阶段 但是仍保持条形形态 只有回火温度超过 600 时 相发生再结晶由 位错密度降低的等轴晶粒代替回复时的条状组织 条状马氏体形态才消失 对于高碳钢中的片状马氏体来说 当回火温度超过 250 时 孪晶开始消失 出现位错胞和位错线 显微裂纹逐渐被填合 回火温度达 400 时 孪晶全部 消失 相回复 逐渐形成多边化亚晶粒 仍保持片状特征 当温度高于 600 时 片状马氏体形态消失 等轴状 相代替片状 相 综上所述 淬火钢在回火过程中的组织变化为 在 150 250 回火 片状马氏 体分解为含碳过饱和的 固溶体和 或 碳化物的两相组织 即回火马氏体 在 350 500 之间回火时 碳钢与低合金钢将得到板条状或片状铁素体与细颗 粒渗碳体组成的混合物 称为回火屈氏体 在 500 A1 点之间回火 碳钢与 低合金钢将得到颗粒状渗碳体分布于等轴状铁素体基体上的组织 称为回火索 氏体 这道题就是教材 金属材料学 2 6 1 的内容 好像我们期末考试时考过 当 时我们只是把五个小标题和最后一段话写了一下 四 画 Fe C 组织组成相图 计算 Wc 0 5 的碳钢冷却到室温各组织组成物的 相对量 讨论含 C 量从低到高的碳钢按用途分类及相应的典型产品型号 20 分 答 Wc 0 5 的碳钢冷却到 Ar1线时的组织 含 C0 0218 的铁素体和含 C0 77 的奥氏体 接着含 C0 77 的奥氏体转变为珠光体 继续冷去到室温 从含 C0 0218 的铁素体析出三次渗碳体 Fe3CIII 即含 C0 0218 的铁素体分解 为含 C0 008 的铁素体和三次渗碳体 Fe3CIII 所以组织为珠光体 含 C0 008 的铁素体和三次渗碳体 Fe3CIII 珠光体质 量分数为 63 9 含 C0 008 的铁素体 36 三次渗碳体 Fe3CIII 0 1 珠光体也是由铁素体和渗碳体组成 这是忽略珠光体中的铁素体在从 727 往下降的时候没有发生变化的结果 如果把室温组织视为铁素体 渗碳体的话 则含 C0 008 的铁素体 92 6 渗碳体 7 4 此时的渗碳体由二次和三次渗 碳体组成 二次 7 17 三次 0 23 碳钢主要指碳的质量分数小于 2 11 的铁碳合金 按含碳量可以把碳钢分为低 碳钢 WC 0 25 中碳钢 WC0 25 0 6 和高碳钢 WC 0 6 也可按共析点 C 量 0 77 分为亚共析钢 共析钢和过共析钢 结构钢 20 钢 C 量 0 2 与 45 钢 C 量 0 45 碳素工具钢 牌号 例如 T12 钢表示 Wc 1 2 的碳素工具钢 特点 属共析钢和过共析钢 强度 硬度较高 耐磨性好适用于制造各种低速 切削刀具 常用钢号及用途 T8 钢 T10 钢 T12 钢等 五 用 T12 制作锉刀 HRC60 以上 请设计预备热处理 最终热处理的工艺 方案 并说明原因 20 分 答 预备热处理 球化退火 得到粒状珠光体的原始组织 以利于切削加工 并且淬火过热倾向小 球化退火一般采用等温退火工艺 由退火温度以 30 40 冷却到 700 左右 等温 4h 再炉冷到 600 出炉 最终热处理 淬火 通过淬火得到硬度较高的马氏体组织 以满足硬度要求 淬火温度为 Ac1 温度上 30 50 淬火介质可用油冷 以减小工件开裂与变 形 然后在 150 250 下进行低温回火 在保证高硬度的前提下降低钢的淬火 内应力 减小脆性 使工件耐磨 六 第一类 第二类回火脆性的定义 原因 如何避免或减轻 20 分 答 在 250 400 范围内回火时出现的脆性 称为低温回火脆性 又叫第一类回火 脆性 低温回火脆性产生的主要原因是 碳化物转变成的 及 碳化物沿马氏 体板条或片的界面呈薄膜状析出 韧性的残余奥氏体分解成回火马氏体或下贝 氏体也促进此类脆性 如果将已产生这种脆性的工件 在更高温度回火 其脆 性将消失 若再将这个工件在 300 左右回火 其脆性不再出现 故这类回火 脆性又称为 不可逆回火脆性 消除或改善的方法 以极快的速度加热和 冷却以及高温形变热处理 以非碳化合物形成元素 Si 来合金化 一起有 效地推迟马氏体脱溶的作用 使低温回火脆性温度区上移 从而使钢获得高强 韧性 在 450 650 范围内回火时出现的脆性 称为高温回火脆性 高温回火脆性主 要是由锑 磷 锡 砷等微量杂质元素在原奥氏体晶界偏聚所引起 合金钢中 铬 锰 镍等元素 不但促进上述微量杂质元素的偏聚 本身也产生晶界偏聚 故增加脆化倾向 如果将已产生这种脆性的工件 重新加热到 650 以上保温 然后快冷 其脆性可以消失 若再次将这个工件加热到 650 以上慢冷 其脆 性又将出现 故这类回火脆性又称为 可逆回火脆性 为了防止高温回火脆 性 可在钢中加入 0 5 钼或 1 钨 抑制杂质元素向晶界偏聚 这种方法适用 于大工件 对于中小工件 可采用高温回火后快冷 抑制杂质元素偏聚 2012北科大考研复试 金属材料和热处理 现场记录版 一 名词解释 1 Ac3 2 Ms 3 CCT 4 淬透性曲线 5 奥氏体 6 白口铸铁 7 实际晶粒度 8 热硬性 9 球化退火 10 应力腐蚀 二 1 含碳量大于 0 2 的淬火马氏体和先共析铁素体在成分与晶体结构上的区别 答 马氏体是 C 在 Fe 即铁素体 中的过饱和固溶体 C 原子可能分布在 Fe 体心立方单胞中的各棱边中央和面心位置 即体心立方单胞的八面体间隙 处 先共析铁素体中碳原子存在于四面 八面体间隙 从成分上讲 铁素体中 C 含量最大为 0 0218 远低于题目中淬火马氏体的 0 2 2 上贝氏体和下贝氏体的金相组织形态及组成相之间的区别 答 上贝氏体是一种两相组织 由铁素体和渗碳体组成 上贝氏体的典型组织 呈羽毛状 成束的 大致平行的贝氏铁素体板条自奥氏体晶界一侧或两侧向奥 氏体晶内长大 渗碳体 有时还有残留奥氏体 则断断续续地分布在贝氏体铁 素体板条之间 沿贝氏体铁素体板条的长轴方向排列成行 下贝氏体也是一种 两相组织 由含碳量过饱和的铁素体和亚稳定的 碳化物组成 下贝氏体在三维 空间的立体形态为双凸透镜片状 在光学显微镜下呈针状或竹叶状 各片之间 不相互平行 而是呈一定的角度 下贝氏体内的碳化物仅分布在铁素体针的内 部 沿与铁素体针长轴方向成55 60 的方向排列成行 3 板条马氏体和片状马氏体亚结构不同及含碳量的关系 答 对于碳钢 板条状马氏体通常在碳含量 0 2 时单独存在 碳含量在 0 2 1 0 之间时与片状马氏体共存 片状马氏体只在碳含量 1 0 时才单 独存在 碳含量在0 2 1 0 之间时与板条状马氏体共存 板条状马氏体的亚结构主要是高密度缠结的位错 针状马氏体亚结构为孪晶 也称孪晶马氏体 与母相有固定的位向关系 马氏体的组织形态主要决定于相变时的切边方式 而相变时是以滑移还是孪生 的方式切变主要取决于Ms点 Ms点较高的钢 如C含量小于0 2 的低碳钢 引起滑移所需要的临界分切应力相对较低 故相变时以滑移方式切变 形成含 有高密度缠结位错的板条状马氏体 Ms点较低的钢 如C含量大于1 的高碳 钢 引起孪生所需要的临界分切应力相对较低 故以孪生方式进行切变 形成 含有大量孪晶的片状马氏体 4 回火索氏体和索氏体金相组织形态及形成过程的区别 答 在500 A1之间回火时 碳钢与低合金钢将得到颗粒状渗碳体分布于等 轴状铁素体基体上的组织 称为回火索氏体 索氏体 过冷奥氏体向珠光体转变时 在650 600 范围内形成 片层较细 平均片层间距为0 3 0 4 m 在大于500倍的光学显微镜下可分辨出层片 三 奥氏体化过程 答 奥氏体的形成过程 任何成分碳钢加热到 Ac1 以上 珠光体就向奥氏体转 变 加热到 Ac3 或 Accm 以上 将全部变为奥氏体 这种加热转变也称奥氏 体化 形核 将珠光体加热到 Ac1 以上 在铁素体和渗碳体的相界面上奥氏体优先 形核 这是因为相界面上原子排列不规则 处于能量较高状态 具备形核所需 的结构起伏和能量起伏条件 同时相界面上处于碳浓度过渡 易出现浓度起伏 符合奥氏体所需的碳浓度 所以奥氏体晶核优先在相界面上形成 长大 当奥氏体在铁素体和渗碳体相界面上形核后 建立起界面浓度平衡 从而在奥氏体和铁素体内部出现浓度差 碳原子由高浓度向低浓度扩散 使奥 氏体与渗碳体接触的地方 C 浓度降低 而奥氏体内与铁素体接触的地方 C 浓度 升高 从而破坏浓度平衡 必须通过渗碳体逐渐溶解 同时产生铁素体向奥氏 体的转变 维持界面浓度平衡 如此所进行的碳原子扩散 渗碳体溶解 铁素 体向奥氏体的转变反复 奥氏体逐渐长大 残余渗碳体的溶解 奥氏体向铁素体方向推进的速度要大得多 铁素体总是 比渗碳体消失得早 铁素体消失后 随着保温时间的延长 通过碳原子扩散 残余渗碳体逐渐溶入奥氏体 使奥氏体逐步趋近共析成分 奥氏体的均匀化 残余奥氏体完全溶解后 奥氏体中碳浓度仍是不均匀的 原先是渗碳体的位置碳浓度较高 原先是铁素体的位置碳浓度较低 为此必须 继续保温 通过碳原子扩散 获得均匀化奥氏体 四 退火态 45 号钢如何获得 1 马氏体 2 屈氏体 马氏体 3 马氏体和铁素体 4 回火马氏体 在 c 曲线画出热处理工艺并分析 答 红箭头指的是先共析铁素体线 1 要获得马氏体 需要进行淬火处理 45 钢为亚共析钢 淬火温度为 Ac3 以上 30 50 冷却方式用水冷以保证冷速 C 曲线上就在 C 曲线的左边画 一条线 不与 C 曲线相交 然后滑到 Ms 下 2 淬火 油冷 Ac3 以上 30 50 保温 冷却方式用油冷 这样冷速相对 慢一些 会与 C 曲线上部相交 发生珠光体转变 生产屈氏体 C 曲线上与上 部相交 与下部不相交 然后滑到 Ms 下 3 淬火 水冷 但淬火温度低 在 Ac3 和 Ac1 之间 即 Fe C 相图的 铁 素体 奥氏体相区 C 曲线上应该从先共析铁素体线划过 然后避开 C 曲线 直下 Ms 下 4 正常淬火 Ac3 以上 30 50 冷却方式用水冷 低温回火 C 曲线 为过冷奥氏体转变曲线 低温回火部分应该不在 C 曲线上面画了 表格实验报告里面的数据 热处理制度都是老师们给出的 是正确的 硬度 为 HRC 个别具体数值可能不准 同学们在做实验时操作的不够好 工艺 1000 30min 水 淬 860 30min 水淬 860 30min 油淬 770 30min 水 淬 860 30min 空 冷 组织晶粒粗大的马氏体 晶粒细 小的马 氏体 屈氏体 网 马氏 体 铁素体 马氏体铁素体 珠光体 54 754 459 325 449 753 612 212 2 52 15659 426 75752 511 912 8 硬度 52 754 458 725 151 950 311 912 5 45 钢 硬度均 值 54 0559 1325 7352 512 25 工艺 正常淬火 200 40min 空冷 正常淬 火 300 40min 空冷 正常淬 火 400 40min 空冷 正常淬火 500 40min 空冷 正常淬火 600 40min 空冷 组织回火马氏体 回火马 氏体 回火屈 氏体 回火屈氏体回火索氏体 52 352 246 93739 722 4 56 351 947 139 231 123 3 硬度 50 652 145 939 829 224 4 45 钢 硬度均 值 52 5746 6338 6733 3323 37 五 40cr 经过三种热处理过程 问那一种的综合力学性能好 淬火 高温回火 解释 答 13 年 7 题 淬火 高温回火为调质处理 六 20 号钢 t10 20crmnti 三种钢材中 制作削铅笔用的小刀 使用哪 种 分析说明原因 答 选 T10 钢 20CrMnTi 为合金钢 价格较普通碳钢高 做小刀没必要使用 合金钢 使用碳钢即可 碳钢中含 C 量增加 硬度增大 T10 钢为碳素工具钢 硬度高于 20 钢 可作为小刀 2011 年复试题目 一 名词解释 每题三分 30 分 1 马氏体 2 莱氏体 3 二次渗碳体 4 腐蚀的基本类型 5 TTT 曲线 6 淬透性 7 调质处理 8 二次硬化 9 正火 10 带状碳化物 二 珠光体 贝氏体 马氏体形成条件 组成相 典型组织形态 20 分 答 珠光体 共析钢加热到均匀奥氏体状态后缓慢冷却 在A1以下至550 的温度 区间 过冷奥氏体将分解为由铁素体和渗碳体机械混合而成的珠光体 根据在 铁素体基体上分布的渗碳体的形状 珠光体可分为片状珠光体和粒状珠光体 粒状珠光体为在铁素体基体上分布着颗粒状渗碳体的组织 片状珠光体厚片状 铁素体与薄片状渗碳体交替排列的片层状组织 根据片层间距的大小 可将片 状珠光体细分为以下三类 1 珠光体 在A1 650 范围内形成 片层较厚 平均片层间距大于0 5 m 2 索氏体 在650 600 范围内形成 片层较细 平均片层间距为0 3 0 4 m 3 屈氏体 在600 550 范围内形成 片层 很细 平均片层间距小于0 1 m 贝氏体 贝氏体转变是钢经奥氏体化后过冷到中温区域发生的一种转变 贝氏 体一般是由铁素体和碳化物组成的非层片状结构 大致分为上贝氏体 下贝氏 体 粒状贝氏体 无碳化物贝氏体 反常贝氏体和柱状贝氏体 上贝氏体呈羽 毛状形貌 下贝氏体呈竹叶状或针状 马氏体 马氏体转变是在较低温度下发生的 加热充分奥氏体化的钢经水冷快 速降温到Ms点下时发生马氏体转变 马氏体转变有表面浮凸现象和切变共格性 属于无扩散型相变 新相和母相之间具有特定的晶体学取向关系 有惯习现象 马氏体为碳原子在 Fe中过饱和固溶体 马氏体有板条状马氏体与片状马氏体 板条状马氏体中有马氏体板条群 片状马氏体在三维空间呈双凸透镜片状 在 光学显微镜下呈针状或竹叶状 片与片之间不互相平行而是呈一定的角度 在 一个马氏体片中间常有一条明显的中脊 转变机理基体基体结构 相组成 珠光体碳 铁原子扩散平衡含量 小于 0 00218 体心立方铁素体 渗碳体 贝氏体碳扩散 铁原子 切变 大于平衡含量体心立方铁素体 少量碳 化物 马氏体铁原子切变 无 碳原子扩散 过饱和碳量体心立方铁素体 少量 残余奥氏体 三 9Mn2V 材料 要求硬度 HRC53 58 第一种工艺 在 790 度 充分加 热奥氏体化后 油淬 在 180 200 度回火 发现材料经常脆断 后改变为第 二种工艺 同样 790 度奥氏体化后 迅速放入 260 280 度的槽中等温处理 4h 空冷 之后测得硬度为 HRC50 但寿命大大提高了 试分析原因 20 分 答 第一中工艺钢经过淬火后存在很大的脆性 经过回火脆性依然存在 第二种工艺为等温淬火 将奥氏体化后的工件快冷到贝氏体转变温度区间等温 保持 使奥氏体转变为贝氏体 这种等温淬火方式虽然得不得高硬度的马氏体 但可以获得强韧性的下贝氏体 可使钢即具有较高的强度 又具有良好的塑形 和韧性 因而是一种强韧化处理工艺 四 球化退火态 T8 钢 经何种热处理可得到以下组织 1 粗片状组织 2 细片状组织 3 球化组织 在 C 曲线上画出热处理工艺曲线 20 分 答 T8 钢为共析钢 组织为珠光体 所以题目中指的应该是粗片状珠光体 细片状珠光体与粒状珠光体 粗片状珠光体可视为粗大珠光体 细片状可视为 屈氏体或索氏体 1 Ac1 以上 30 50 加热 充分奥氏体化 然后随炉冷却 C 曲线表现为 划过 C 的上部 斜率较缓慢 2 Ac1 以上 30 50 加热 充分奥氏体化 然后空冷 C 曲线表现为划过 C 的上半部 但在 1 的曲线下面 斜率比 1 的大 3 球化退火 加热温度范围一般取 Ac1 以上 20 30 之后缓慢冷却 或者 在 650 A1 之间回火时 得到粒状珠光体 此题很奇怪 球化退火就 是一种将钢中片状碳化物变成粒状的热处理方法 它即已经是球化退火态 为 什么还要粒状组织呢 五 试写出 45 40Cr T8 钢的典型热处理工艺 如淬火温度 淬火介质 回火 温度等 20 分 答 45 钢 调质钢 调质处理 淬火 高温回火 Ac3 以上 30 50 油淬 500 650 回火 空冷 40Cr 调质钢 调质处理 淬火 高温回火 Ac3 以上 30 50 油淬 500 650 回火 空冷 T8钢 T8钢为碳素工具钢 热处理制度为球化退火 淬火 低温回火 球化 退火取Ac1以上20 30 之后缓慢冷却 淬火温度780 800 水冷 实验 中有提到 低温回火 150 200 六 退火态 45 钢在 900 850 800 750 700 650 600 550 500 等温足够时间后在水中快速冷却 画出 硬度 Y 温度 X 曲线 并说 明其组织形态和温度范围 同样对于 T8 钢在 900 850 800 750 700 650 600 550 500 等温足够时间后在水 中快速冷却 画出 硬度 Y 温度 X 曲线 并简要说明一下 20 分 答 45 钢是亚共析钢 Ac1 约 724 Ac3 约 780 T8 钢 Ac1 约 730 Ac3 约 874 45 钢 900 850 800 都在 Ac3 以上 在此保温然后水冷 是淬火 虽然 得到的马氏体大小不同 但硬度接近 750 保温后水冷是先共析铁素体 马 氏体 硬度比纯马氏体要低 比其他要高 700 500 度保温 水冷依次生成粗 大珠光体 索氏体 屈氏体 硬度逐渐升高 但最后肯定比组织里面有马氏体 的情况低 T8 钢 共析钢 900 750 在 Ac1 以上 保温后水冷属于淬火处理 虽然得到 的马氏体大小不同 但硬度接近 之后的结果与 45 钢类似 七 画出按组织区分的 Fe Fe3C 相图 计算出含碳量 3 5 的铁碳合金冷却至 室温时的各组织相对量 并讨论含碳量由低到高的铁碳合金用途分类情况 及 相应的典型产品型号 20 分 答 计算略 碳钢主要指碳的质量分数小于 2 11 的铁碳合金 按含碳量可以把碳钢分为低 碳钢 WC 0 25 中碳钢 WC0 25 0 6 和高碳钢 WC 0 6 也可按共析点 C 量 0 77 分为亚共析钢 共析钢和过共析钢 结构钢 20 钢 C 量 0 2 与 45 钢 C 量 0 45 45 钢属于调质钢 制造重要机 械零件的非合金钢 一般都要经过热处理之后使用 碳素工具钢 牌号 例如 T12 钢表示 Wc 1 2 的碳素工具钢 特点 属共析钢和过共析钢 强度 硬度较高 耐磨性好适用于制造各种低速 切削刀具 常用钢号及用途 T8 钢 T10 钢 T12 钢等 2010 年复试题目 一 名词解释 30 分 1 莱氏体和珠光体 2 灰口铸铁 3 腐蚀的类型 4 沸腾钢和镇静钢 5TTT 曲线 6 淬透性和淬硬性 二 渗碳处理的目的 举个典型钢的相关例子 15 分 三 四把火的概念 目的和应用范围 20 分 答 四把火 正火 退火 淬火 回火 正火是将钢加热到 Ac3 或 Acm 以上约 30 50 或者更高的温度 保温足够 时间 然后在静止空气中冷却的热处理工艺 得到的显微组织为珠光体 正火的目的 对于大锻件 截面较大的钢材 铸件 用正火来细化晶粒 均匀组织 如消 除魏氏组织或带状组织 为下一步淬火处理做好组织准备 它相当于退火的效 果 低碳钢退火后硬度太低 切削加工中易粘刀 光洁度较差 改用正火 可提 高硬度 改善切削加工性 可作为某些中碳钢或中碳低合金钢工件的最终热处理 以代替调质处理 具 有一定的综合力学性能 用于过共析钢 可以消除网状碳化物 便于球化退火 正火的用途 正火操作方便 成本较低 生产周期短 生产效率高 主要用于改善低碳非合 金钢 低碳钢 的切削加工性能 消除中碳非合金钢的热加工缺陷 消除过共析 钢的网状碳化物 也可用于某些低温化学热处理件的预处理及某些结构钢的最 终热处理 将钢加热到临界点 Ac1 以上或以下的一定温度 保温一定时间 然后缓慢冷 却 以获得接近平衡状态的组织 这种热处理工艺称为退火 退火的目的是 消除钢锭的成分偏析 使成分均匀化 消除铸 锻件存在的魏氏组织或带状组织 细化晶粒和均匀组织 降低硬度 提高塑性 改善组织 以便于切削加工和冷变形加工 改善高碳钢中碳化物形态和分布 为淬火做好准备 消除组织遗传 淬火过热组织 消除零件的加工应力 稳定零件尺寸 脱除氢气 消除白点 将钢加热到临界点 Ac1 或 Ac3 以上的一定温度 保温一段时间 然后在水 或油等冷却介质中快速冷却 这种热处理工艺称为淬火 淬火的主要目的 是把奥氏体化工件淬成马氏体 以便在适当温度回火 获得 所需要的力学性能 回火是将淬火后的钢在 A1 温度下加热 使之转变成稳定的回火组织的工艺 过程 此过程不仅保证组织转变 而且要消除内应力 故应有足够的保温时间 回火的目的就是消除应力 稳定组织 调整性能 四 W18Cr4V 的元素含量及作用 制定热处理工艺 15 分 答 W18Cr4V 为告诉工具钢 W 含量 18 Cr 含量 4 V 含量不大于 1 C 含量 1 左右 C元素 高速钢的主要强化元素 随着 含量的增加 淬火回火后硬度和热硬 性都增高 缺点 碳化物总量增加 其不均性加大 淬火后残余奥氏体增加 需多次回火 对 系高速钢 使抗弯强度和韧性明显下降 W元素 是高速钢获得热硬性的主要元素 在钢中形成M6C 是共晶碳化物的 主要组成 它还以二次碳化物由 奥氏体析出 锻轧材中M6C以颗粒状碳化物 存在 淬火加热时未 溶的M6C阻碍奥氏体晶粒长大 改善韧性 溶于奥氏体 的约7 8 的W淬火后保留在马氏体中 提高马氏体 的抗回火稳定性 在 560回火时析出W2C 产生弥散强化 V元素 V主要以VC存在 也溶于其他类型的碳化物中 提高热硬性 Cr元素 主要存在于M23C6 中 也溶于M6C和MC 中 淬火加热时几乎全 部溶于奥氏体 主要起提高钢的淬透性的作用 增加耐蚀性和增大抗氧化能力 减少粘刀现象 改善刃具切削性能 热处理 锻轧后 球化 退火 淬火 回火 球化 退火Ac1 820 860 30 50 2 3h 淬火 W18Cr4V正常淬 火温度1280 时 油冷 高温回火 500 650 五 画出铁碳相图 并说明45刚和T8的热处理工艺 并说明这样选的原因 20分 答 相图 45 钢 调质钢 调质处理 淬火 高温回火 45 钢为亚共析钢 所以淬火温 度为 Ac3 以上 30 50 45 钢淬透性较好 所以油冷 500 650 回火 空冷 T8钢 T8钢为碳素工具钢 热处理制度为球化退火 淬火 低温回火 球化 退火取Ac1以上20 30 之后缓慢冷却 T8钢为共析昂 淬火温度为Ac1以 上30 50 淬火温度780 800 水冷 实验中有提到 低温回火 150 200 低温回火在保证高硬度的前提下降低钢的淬火内应力 减小脆性 使工件耐磨 2009 年复试题目 一 名词解释 每个 5 分 共 30 分 1 偏析 2 网状碳化物 3 CCT 曲线 4 淬透性 5 晶间腐蚀 6 变态莱氏体 二 讨论淬火钢回火过程中的组织转变过程 20 分 答 13 年三题 三 讨论 40Cr T8 钢的热处理工艺 如淬火温度 淬火介质和回火温度等 15 分 答 11 年五题 四 讨论完全退火 不完全退火和球化退火的概念或划分依据 以及各自的 目的 15 分 答 完全退火 将亚共析钢加热至 Ac3 以上 20 30 保温足够时间奥氏体化后 随炉缓慢冷却 从而接近平衡的组织 这种热处理工艺称为完全退火 完全退 火的目的主要是细化晶粒 均匀组织 消除内应力 降低硬度 便于切削加工 并为加工后的零件的淬火做好组织准备 完全退火只适用于亚共析钢 不宜用 于过共析钢 过共析钢若加热至 Acm 以上单相奥氏体区 缓冷后会析出网状 二次渗碳体 使钢的强度 范性和韧性大大降低 不完全退火 亚共析钢在 Ac1 Ac3 之间或过共析钢在 Ac1 Accm 之间两相区 加热 保温足够时间 进行缓慢冷却的热处理工艺 称为不完全退火 不完全 退火 可以起到细化晶粒 改善组织 降低硬度和消除内应力的作用 典型例 子就是球化退火 球化退火 球化退火是使钢中的碳化物球化 获得粒状珠光体的热处理工艺 主要用于过共析钢 如碳素工具钢 低合金工具钢和滚珠轴承钢 球化退火的目的是降低硬度 改善切削加工性能 以及获得均匀的组织 并为 最后的淬火处理做组织准备 其加热温度范围一般取 Ac1 以上 20 30 经球化退火后组织的优点 由片状变成粒状珠光体 降低硬度 改善切削加 工性能 粒状珠光体加热时奥氏体晶粒不易长大 允许有较宽的淬火温度范 围 淬火时变形开裂倾向小 即淬火的工艺性能好 能获得最佳的淬火组织 即马氏体片细小 残余奥氏体量少 并保留一定量均匀分布的粒状碳化物 另 外具有明显网状碳化物结构的钢材 必须先进行正火消除碳化物网 再进行球 化退火 五 画出按组织组成分区的铁碳相图 写出三个三相反应 并写出含碳量 3 5 的铁碳合金冷却到室温时的组织组成 计算各组织的相对含量 20 分 答 略 2008 年复试题目 一 名词解释 每个 5 分 共 30 分 1 区域偏析 2 魏氏组织 3 过冷奥氏体 4 热稳定化 5 应力腐蚀 6 二次淬火 二 简述热变形钢的组织形式 20 答 此题我实在不知道 金属材料学课上好像没学过 热变形钢 答案是 我复制粘贴过来的 我一直觉得热变形是热轧或热挤压一类的内容 a 纤维状组织 钢凝固时所产生的枝晶偏析具有相对稳定性 由枝晶偏析显示的 初生晶粒 随钢坯外形改变而延伸 处于原枝晶间的范性夹杂物也一起形变 随着形变量 的加大 初生晶粒 从最初的柱状或等轴形逐渐变成条带状或者纺锤形 被 延伸拉长的枝晶干和枝晶间就构成了形变钢中的 纤维 b 带状组织 热变形钢试样磨片用含 CuCl2 的试剂浸蚀后放在显微镜下观察 发现原来在肉 眼观察时所看到的那些纤维经过放大以后变成黑白交替的条带 称之为原始带 状组织 它是由树枝状结晶 偏析 所引起的 其中黑色条带相当于原树枝状 晶较纯的枝干 白色条带相当于原富含杂质的枝间区域 在热变形钢中还会出现另外一种形式的带状组织 这种带状组织使用普通硝酸 酒精试剂侵蚀的情况下就能显露出来 这里所看到的交替相间的条带是由不同 的组织构成 称为 显微组织带状 这些不同的组织是固态相变的结果 所 以也把这种带状组织称为二次带状组织 二次带状组织的形成意味着碳在固态 相变中发生了不均匀的重新分布 二次碳偏析 只有在一次带状组织的基础上才会出现二次带状组织 二次带状组织有两种情 况 在铁素体条带中含有硅酸盐 同时珠光体条带中含有硫化物 也就是说 铁素体出现在原枝晶干 珠光体出现在原枝晶间 这种二次带状的碳浓度分布 与凝固时碳的枝晶偏析是一致的 称为 顺态 的二次碳偏析 在铁素体条 带中含有硫化物 同时珠光体条带中含有硅酸盐 这种情况表明 在固态相变 时发生了碳浓度分布的逆转 碳从枝间处扩散到了枝干 这种二次带状的碳浓 度分布称为 逆态 的二次碳偏析 带状组织使钢的力学性能具有方向性 使钢的横向范性和韧性降低 铁素体珠 光体带状组织还使钢的切削加工性变坏 钢材若出现了带状组织 加工时其表 面光洁度就差 渗碳时易引起渗层不均匀 热处理时易产生变形且硬度不均匀 等缺陷 c 魏氏组织 凡新相从母相中脱溶析出 新旧相之间有一定的位向关系 同时新相的中心平 面与母相的一定结晶学平面重合时 这样一种具有纹理特征的组织可统称为魏 氏组织 在亚共析钢中 当从奥氏体相区缓慢冷却通过 Ar3 Ar1 温度范围时 铁素体沿 奥氏体晶界析出 呈块状 如果冷却速度加快时 则铁素体不仅沿奥氏体晶界 析出生长 而且还形成许多铁素体片插向奥氏体晶粒内部 铁素体片之间的奥 氏体最后变为珠光体 这些分布在原奥氏体晶粒内部呈片状的先共析铁素体称 为魏氏组织铁素体 如果奥氏体比较粗大 冷却速度又比较快时 一般来讲 容易产生魏氏组织铁 素体 退火可消除魏氏组织 d 反常 组织 在原奥氏体晶界分布着粗厚的网状渗碳体 在此粗厚渗碳体的两边有很宽的游 离铁素体 这样的组织称为 反常 组织 研究指出 钢在奥氏体相区加热温度越低 特别是在 Acm A1 温度区间加热时 奥氏体就越不均匀 其中含有大量未溶的碳化物或氮化物 越是在这种加热 条件下 越容易形成 反常 组织 就冷却条件来说 冷却越缓慢 以致 Ar1 温度非常接近 A1 温度时 越容易产生 反常 组织 钢的含碳量与共析含碳 量相距越远时 形成 反常 组织的倾向就越大 此外 反常 组织的出现 也与钢中的含氮量和加铝量有关 所有这些条件都是和离异共析体形成的基本 原理相一致 e 网状碳化物 过共析钢轧后在冷却过程中沿奥氏体晶界析出先共析渗碳体 依钢的含碳量 形变终止温度和冷却速度的不同 先共析渗碳体呈半连续或连续网状 三 钢回火转变后的组织有哪些 15 答 低温回火 150 250 回火马氏体 中温回火 350 500 回火屈 氏体 高温回火 500 650 回火索氏体或粒状珠光体 回火马氏体 高碳钢在 150 250 低温回火 得到回火马氏体组织 回火马氏体光学显微镜 下呈暗黑色片状组织 比淬火马氏体易受腐蚀 在电子显微镜下可以观察到片 状 相内分布着薄片状 碳化物 两者保持共格关系 低碳板条状马氏体低温 回火后 只是碳原子的偏聚 与淬火马氏体没有显着差别 回火屈氏体 在 350 500 进行中温回火后 得到回火屈氏体组织 其组织特征是 相仍 保持板条状或者片状形态 其上分布着微细粒状渗碳体 在光学显微镜下难以 分辨 在电子显微镜下才能辨清两相 回火索氏体 在 500 650 进行高温回火 得到回火索氏体组织 其组织是由细粒状渗 碳体和等轴状铁素体所构成的复相组织 粒状珠光体 共析钢或马氏体在 650 A1 之间回火时 粒状渗碳体明显粗化 此种粒状珠光 体与球化退火所得到的组织相同 范性很好 强度较低 四 合金元素对铁碳相图的影响 15 答 根据合金元素对铁碳相图中临界点的影响 可以把合金元素分为两大类 扩大 奥氏体相区的元素和缩小奥氏体相区的元素 扩大奥氏体相区的元素 这类元素均使A4点升高 A3点和A1点降低 如 Mn Ni Cu N等 按照对奥氏体相区扩大的程度 通常又可以把这类合金 元素细分为两种 a 开启奥氏体相区的元素 在这类元素 M 与铁组成的二元相图中 奥氏体相 区存在的温度范围变宽 相应地 和 相区缩小 并在一定温度范围内铁与 该元素可以无限固溶 如 Mn Co Ni等 b 扩大奥氏体相区的元素 这类合金元素的作用与上面的合金元素相似 但 它们不与铁无限固溶 如C N Cu等 缩小奥氏体相区的元素 这类元素均使A4点降低 A3点和A1点升高 如 Si Ti Cr Mo等 根据铁与合金元素组成的二元相图 通常也可以把缩小奥 氏体相区的合金元素细分为两种 a 封闭奥氏体相区的元素 在这类元素与铁组成的二元相中 奥氏体相区被 铁素体相区所封闭 形成奥氏体圈 如V Cr Ti W Mo Al Si等 b 缩小奥氏体相区的元素 这类元素与封闭奥氏体相区的元素相似 但由于 在一定浓度出现了金属化合物 破坏了奥氏体圈 使奥氏体相可以在相当 大的浓度范围内与化合物共存 如 B Nb Zr等 五 列出结构钢 轴承钢 工具钢 耐蚀钢 耐热钢的具体热处理工艺 20 答 这道题涉及太广 基本上是一半的学习内容啊 我很怀疑考生们做完这道题 还有没有力气做下边的了 答案给出的热处理工艺太细了 我觉得不必记那么 细 一 结构钢 比如调质钢 淬火 高温回火 答案给出的热处理工艺太细了 我觉得调质钢 记得淬火 高温回火 淬火 Ac3 以上 30 50 回火 500 600 即 时间不 必记得那么细 冷却方式记住是水冷 油冷还是空冷就行了 1 淬火 淬火温度 理论加热温度在 Ac3 以上 30 50 一般含钨 钒 铝的合金钢 加热温度可取高些 含锰则低些 尺寸小 形状复杂的工件淬火加热温度取下 限 而尺寸大形状简单取上限 加热时间 盐浴炉按 0 4 0 6min mm 气体介质加热炉按 1 5 1 8min mm 来估算 冷却介质 一般合金调质钢 均用油做淬火剂 2 回火 调质钢淬火后应进行高温回火才能获得会后索氏体组织 回火温度 取 500 600 之间 回火时间 合金钢一般可取 0 5 1 小时 冷却介质 除了回火脆性敏感的钢材需要快冷外 用水或油 其他的钢材可 在空气中冷却 40Cr 热处理工艺 正火在空气介质炉中加热至 850 870 置于空气中冷却 退火在空气介质炉中加热至 830 850 随炉降温 淬火 水淬温度为 830 850 油淬为 850 870 小尺寸油冷 大尺寸水 油双液冷却 回火 通常在 500 650 回火 置于水中或油中冷却 二 轴承钢 GCr15 钢 老师把这个钢号读作 滚 Cr 15 我估计和轴 承里面的滚珠有关 淬火前先进行球化退火 温度 780 800 淬火温度选在 820 850 淬 火后的组织为马氏体 未溶粒状碳化物 少量残留奥氏体 然后低温回火 GCr15 钢取 150 160 含有硅 钒的钢取 175 回火 回火保温时间一般 为 2 小时 轴承零件经淬火低温回火后 具有良好的接触疲劳强度和耐磨性 其显微组织 为隐回火马氏体基体上分布着细小的粒状碳化物 轴承钢是过共析钢 因此必 须采用不完全淬火 三 工具钢 比如低速刃具及量具用钢 我觉得记住球化退火预处理 淬火 低温回火就差不 多了 1 球化退火 球化退火在锻后进行 目的除了软化钢材 便于切削加工外 更 重要的是为以后淬火提供较为理想的原始组织 即球状珠光体 退火加热温度通常取在 Ac1 以上 20 40 保温时间一般取 2 4 小时 经保 温后可随炉 不大于 50 h 冷却或采用等温冷却 一般取在 680 700 如果球化退火前 钢中存在严重的网状碳化物 则应先进行加热温度高于 Ac3 的正火 然后在退火 含钨较高的钢采用高温回火 2 淬火 目的是获得马氏体和过剩碳化物组织 以提高钢的硬度和耐磨性 加热温度 亚共析钢采用完全淬火 即 Ac3 以上 30 50 过共析钢采用不完 全淬火 即 Ac1 以上 30 50 加热保温时间 可按刃具的有效厚度计算 在盐浴炉中加热 碳钢取 20 25s mm 合金钢取 25 30s mm 时间怎么算不必记 答题时写个足够长 或适量就行了 淬火的冷却 碳钢通常采用水淬油冷 双液淬火 直径小于 8mm 的小刀刃 可以采用油淬 或用 170 190 的碱液 或盐液 分级或等温冷却 合金钢可 采用较缓和的介质冷却 使淬火变形减小 通常采用油淬或熔盐分级淬火 冷却方式也不必记忆 类似本段的这种数据 除了专门做这个钢种的人 一 般记不住的 3 低温回火淬火后应立即进行回火 以消除淬火应力 并适当提高塑性和韧性 为了保持高硬度和高耐磨性 应采用低温回火 回火温度 碳钢一般取 160 180 举例 9SiCr 的热处理工艺 等温球化退火 加热温度 790 810 经 2 4 小时保温后 于 700 729 等 温保温 6 8 小时 淬火的加热温度为 850 870 淬火的冷却 可根据刀具尺寸及形变程度的要 求分别选用油淬和分级淬火 Ms 点稍高处约 180 左右停留 2 5 分钟 或等 温淬火 在 Ms 点稍高处 180 200 或稍低处 160 停留约 30 60 分钟 9SiCr 钢的回火温度应根据刃具要求的硬度来确定 一般取在 170 220 之间 保温 2 小时左右 再比如高速钢 1 球化退火目的在于取出锻造后的内应力 消除不平衡组织 降低硬度 获得 较细小的晶粒 以便于切削加工和为以后淬火提供良好的原始组织 退火温度选在 860 880 之间 退火保温时间一般为 2 4 小时 然后等温退火 打开炉门于 740 750 等温六小时再以不大于 30 h 冷到 500 550 出炉 2 淬火目的是通过加热使尽可能多的碳及合金元素溶入奥氏体中 冷却后得到 合金度很高的马氏体组织 从而为后的高的红硬性与耐磨性打下基础 淬火前 一般刀具采用 800 850 预热 而大截面 形状复杂的道具采用两次 预热 第一次在 600 650 第二次在 800 850 淬火温度 W18Cr4v 为 1280 加热时间根据加热温度 加热介质 装炉量和碳化物的形态等因 素考虑 最短不超过 30s 冷却介质为空气或油 采用等温退火 在 240 280 硝盐内进行 等温时间 2 4 小时 然后空冷 3 回火 淬火后应立即进行回火 以消除淬火应力 并适当提高塑性和韧性 为了保持高硬度和高耐磨性 一般采用 560 回火 每次回火保温均采用 1 小 时 大型刀具 1 5 小时 通常还要进行二次回火 三次回火 减少回火次 数的措施 淬火后立即在 80 70 低温处理 然后在进行一次回火 四 耐蚀钢 下面两种 记一个就够了 Cr13 型马氏体不锈钢热处理工艺 加热到 1000 空冷即可得到马氏体组织 然后根据使用条件来决定回火温度 若要求高的硬度 取 200 250 低温回火 若要求热强度 则取 600 750 高温回火 18 8 型奥氏体不锈钢的热处理工艺 含 Cr 18 含 Ni 8 左右的钢 如 1Cr18Ni9 1Cr18Ni9Ti 1 固溶处理 固溶处理的温度一般为 1050 1150 钢的含碳量越高 固溶处 理温度也越高 保温时间与钢材厚度和直径有关 厚度为 1mm 时间为 5min 2 3mm 时间为 15min 4 12mm 时间为 30min 有下划线的部 分没必要记 加热保温后 薄壁零件可以空冷 其他均进行水冷 冷却方式也没必要记太 细 2 消除内应力处理 为消除切削加工后的残余应力 通常采用 300 350 的消 除应力退火 保温 1 2 小时后空冷 3 稳定化处理 这种方法针对含钛 铌的不锈钢而设置的 钢中加入钛或铌可 消除晶间腐蚀 但是他们的效果必须通过稳定化处理后才能保证 将钢加热至 850 900 保温 2 小时 空冷 五 耐热钢 耐热钢我彻底没印象了 1 铁素体 珠光体耐热钢 12Cr1MoV 如 12Cr1MoV 钢制锅炉过热管 工作时管壁温度可达 580 其热处理工艺 是加热至 980 1020 保温 淬火或空冷后进行 710 750 回火 课本 150 页的数据没这个详细 2 奥氏体耐热钢 Cr15Ni26MoTi2AlVB GH132 课本里面是 GH2132 叫法不同而已 热处理工艺 GH132 经 980 1000 固溶 700 7