热处理习题整理

1、金属热处理原理与工艺习题及解答1.给出简化后的Fe-Fe3C相图，并标出各个区间的相的组成，根据Fe-Fe3C相图，回答下列现象的原因。 （1）含碳量1%的铁碳合金比含碳量0.5%的铁碳合金的硬度高。含碳量1%的铁碳合金（过共析）与含碳量0.5%的铁碳合金（亚共析）硬度对比实际上是解释渗碳体和铁素体之间的的硬度区别。 （2）一般要把刚才加热到10001250C高温下进行热轧加工。奥氏体的塑性好 （3）靠近共晶成分的铁碳合金的铸造性能好。对铸造性来说，铸铁的流动性比钢好，易于铸造，特别是靠近共晶成分的铸铁，其结晶温度低，流动性也好，结晶温度范围小，更具有良好的铸造性能。某度给的超长答案：（1）

2、含碳量1%的铁碳合金比含碳量0.5%的铁碳合金硬度高。答：因为铁碳合金是由比较软的相铁素体和比较硬的相渗碳体两相组成，渗碳体是铁与碳的化合物，含碳量越高，碳化物越多，硬度就越高，所以含碳量高的铁碳合金硬度高。（2） 一般要把钢材加热到10001250C，在高温下进行锻轧加工。答：铁碳合金中有3种独立的组织，铁素体、奥氏体和渗碳体（珠光体是由铁素体和共析渗碳体构成，莱氏体是由奥氏体和共晶渗碳体构成，都不是独立组织），其中，奥氏体是面心立方结构晶格，而面心立方结构滑移系最多，塑性最好，最容易塑性变形，而锻轧加工就是对钢材进行塑性变形的工艺，但是奥氏体一般室温下不存在，所以，为了得到奥氏体，必须把钢

3、材加热到奥氏体状态，才容易进行塑性变形。此外，如果只加热到奥氏体状态，在锻造或轧制过程中，温度会下降，故应该加热到温度比较高的奥氏体状态，所谓乘热打铁就是如此。（3） 接近共晶成分的铁碳合金的铸造性良好。答：所有成分的铁碳合金熔点最低的就是共晶成分，当把铁碳合金加热到一定温度，比如1200度，其他成分的合金还没有熔化，而只有接近共晶成分（熔点1148度）的合金成为液体，故适合铸造。 2.金属加热过程中常见的缺陷有哪些？该采取什么措施予以防止？缺陷一：过热现象 。热处理过程中加热过热最易导致奥氏体晶粒的粗大，使零件的机械性能下降。校正过热（此处参考教科书71页）缺陷二：过烧现象。消除过热的方法（

4、此处参考教科书72页）缺陷三：脱碳和氧化。为了防止氧化和减少脱碳的措施有:1)降低氧在炉气中的分压。2)工件表面涂敷防氧化涂层。3)快速加热。缺陷四;氢脆现象。出现氢脆的工件通过除氢处理(如回火、时效等)也能消除氢脆，采用真空、低氢气氛或惰性气氛加热可避免氢脆。3.分析时效铜合金具有高强度和高导电性的原因。时效即固溶处理后冷却，高强度原因的用时效硬化，析出强化相解释；高导电性用时效处理中脱溶沉淀对电子散射作用解释4.提高钢的强度有哪些措施？提高钢的韧性有哪些措施？提高钢的强度参考教科书第5页四种强化机制；提高钢的韧性有细化晶粒、细化碳化物、提高钢的回火稳定性、改善基体（铁素体）的韧性（如加Ni

5、）、消除回火脆性试（如加Mo）。5.分析过共析碳钢奥氏体的形成过程，并讨论为什么奥氏体全部形成后还含有部分渗碳体未溶解？亚共析钢与过共析钢的奥氏体形成过程与共析钢有何区别？1. 在奥氏体晶核长大过程中，由于渗碳体溶解提供的碳原子远多于同体积铁素体转变为奥氏体的需要，所以铁素体比渗碳体先消失，而在奥氏体全部形成之后，还残存一定量的未溶渗碳体。他们只能在随后的保温过程中逐渐溶入奥氏体中，直至完全消失。2.亚共析钢在形成奥氏体时会先析出先析出铁素体，使剩余部分含碳量相对提高以此达到共析水平；过共析钢在形成奥氏体时会先析出先析出渗碳体，使剩余部分含碳量相对降低以此达到共析水平。6.试分析影响奥氏体形成

6、速度的因素。奥氏体形成是形核和长大的过程，是通过原子扩散而实现的。因此凡是影响形核，长大和原子扩散的因素，都将影响奥氏体的形成速度，其中最主要的是加热条件、原始组织和钢的化学成分。7.试分析钢在连续加热对奥式体形成的特点。1)随加热温度提高，转变温度升高；2)随加热速率提高，完成转变所需要的时间变短。8.何谓奥式体的起始晶粒度，影响起始晶粒度的主要因素是什么？（此处参考教科书66页，吐槽：为什么不是666页？）9.何谓奥氏体的本质晶粒度和实际晶粒度？本质晶粒度对钢的热处理有什么实际意义？本质晶粒度由什么因素决定？（此处参考教科书67页）10.何谓奥式体的实际晶粒度？它与什么因素有关？本质晶粒度

7、钢总是获得较小的实际晶粒吗？（此处参考教科书67页，吐槽：上题不是问过了吗？)11.试述细化奥式体晶粒的主要方法。（此处参考教科书68,69,70页)12.试述奥氏体晶粒的长大的过程及影响因素。奥氏体长大的过程有四步：形核，长大，未溶渗碳体的溶解，奥氏体成分均匀化。影响因素参考第5题。13. 分析共析碳钢的TTT图，回答以下问题：（1） 最短孕育期是多少？最短孕育期对应的温度是多少？根据形核率与长大速率说明出现鼻尖的原因。 （2） 过冷奥氏体在不同温度等温能得到哪三种类型的组织？它们的硬度范围是多少？ （3） 画出0700C充分等温，硬度与温度的关系，说明硬度随等温温度降低而变化的规律并进行简

8、要解释。 （4）用T8钢加工成5、10、15、20mm的试样，经过奥氏体化后在水中进行冷却，得到的组织和硬度相同吗？为什么？1)共析钢C曲线鼻子大约在550C。因为体积自由能差Gv是相变驱动力，须有过冷度晶核才能形核与长大。这就是出现鼻尖的原因。2)珠光体，贝氏体，马氏体。硬度范围自行解决。（吐槽：这也考？）。3)图略；硬度随温度的降低而增加。简要解释：珠光体的片间距减小，相界面增多，对位错运动阻碍增大，故硬度提高。；下贝氏体的铁素体内含有过饱和的碳，其固溶量比上贝氏体高，并随着温度降低而增大。（固溶强化）。随温度降低，马氏体增多，因其是碳的过饱和固溶体，具有高强高硬的特点，所以随着其含量增多

9、，硬度增大。4)得到的组织不同，因为试样心部和表面的冷却速度不同。14.在T8、GCr15、40CrNiMo和6Cr2Ni3四种钢中，按淬透性由低到高进行排序。在连续冷却条件下。上述四种钢中哪一种钢是有可能得到贝氏体？淬透性排序：T8GCr1540CrNiMo6Cr2Ni3根据淬透性排序和6Cr2Ni3的TTT图珠光体转变区和贝氏体转变区是分离的，6Cr2Ni3最有可能得到贝氏体。 15.在40、40Cr和40CrNiMo三种钢中，按淬透性由低到高进行排序，如果用40Cr制造某零件，经过淬火后表面和心部的硬度完全相同（都是马氏体组织），用40代替40Cr有没有可能？用40CrNiMo代替40C

10、r有什么问题？4040Cr40CrNiMo；有可能；心部组织和表面组织不同造成心部硬度和韧性与表面有差别16.何谓珠光体的片间距，影响珠光体片间距的因素有哪些？并分析片间距对珠光体力学性能的影响。片间距：珠光体团中相邻的两片渗碳体（或铁素体）之间的距离称为珠光体的片间距。影响因素主要取决于珠光体的形成温度。随着冷却速度的加快，过冷度不断增大，珠光体的形成温度降低，转变所得的珠光体片间距也越小。对力学性能的影响：1.韧性：当片间距大于150nm时，钢的塑性基本不变；当片间距小于150nm时，随片间距减小，钢的塑性显著增加。这是由于渗碳体片很薄时，更易发生塑性变形；此外珠光体中层片状渗碳体是不连续

11、的，并未完全被渗碳体片隔离，因此塑性提高。2.强度，硬度：由于片间距减小，相界面增多，对位错运动的阻碍增大，故强度、硬度提高。17.珠光体型组织可分为哪几种？它们之间的组织和性能有什么区别？珠光体，索氏体，屈氏体；它们之间的组织没有差别，仅仅是片间距的大小不同而已；它们之间性能的区别，由于片间距的大小不同的影响。（此处参考上一题）18.以Fe3C为领先相说明片状珠光体的形成过程，并说明奥式体向珠光体转变过程中碳的扩散规律。若渗碳体为领先相，在奥氏体晶界上形成稳定的晶核后，就会依靠附近的奥氏体不断供应碳原子不断向纵深和横向长大，形成一小片渗碳体。这样就为铁素体形核创造了有利条件。就在渗碳体片的两

12、侧形成铁素体片，随渗碳体一起长大。铁素体的长大又促进渗碳体的形核，如此不断进行，铁素体和渗碳体交替形核，形成珠光体团。当各个珠光体团相遇时，奥氏体分解完全。碳扩散规律：当珠光体刚刚出现时，此时的奥氏体中碳浓度分布不均，即与铁素体相接的奥氏体的碳浓度较高，与渗碳体相接的奥氏体的碳浓度较低，从而引起了碳的扩散。扩散的结果破坏了该温度下奥氏体中碳浓度的平衡。为了恢复平衡，铁素体界面附近的奥氏体中将析出铁素体，而渗碳体界面附近的奥氏体中必须析出渗碳体。（ 此处参考教科书100，101页）19.试述粒状珠光体的形成过程（包括渗碳体的球化机理和片状渗碳体的断裂过程）。（此处参考教科书101，102页，我认

13、为考的可能性很小）20.试分析片状珠光体与粒状珠光体的形成条件。提高奥氏体化温度、延长保温时间和降低等温退火温度将有助于得到片状珠光体；而降低奥氏体化温度、缩短保温时间和提高等温退火温度将有助于得到粒状珠光体。同样，在连续冷却条件下，增大冷却速度有助于得到片状珠光体；降低冷却速度将有助于得到粒状珠光体。21.什么是伪共析转变？亚共析钢中先共析铁素体的形态与哪些因素有关？若将亚（过）共析钢自奥氏体区以较快速度冷却下来，先共析铁素体（或渗碳体）将来不及析出，奥氏体将被过冷到ES（GS）线的延长线SE（SG）以下。在该温度下保温一段时间，将自奥氏体中同时析出铁素体和渗碳体，即过冷奥氏体将发生珠光体转

14、变。但此时的珠光体与共析成分的珠光体不同，其中的铁素体与渗碳体的相对量与珠光体不同，这种转变称为伪共析转变。亚共析钢中的铁素体形态影响因素：1.转变温度。转变温度较高时奥氏体的碳质量分数较高时，先共析铁素体将成网状分布的组织形态。奥氏体中碳质量分数较低时，先共析铁素体将呈块状分布的组织形态。另外如果奥氏体晶粒较大，冷却速度较快时，先共析铁素体可能沿奥式体晶界呈网状析出。转变温度较低时，铁素体将呈条片状沿奥氏体某一晶面向晶内伸展。此外如果奥氏体成分均匀，晶粒粗大，冷却速度又比较适中，先共析铁素体有可能呈片状析出。2.钢的成分。当c0.4%时，主要形成网状铁素体；当c0.2%时，主要形成块状铁素体

15、；当0.4%c0.2%时， 主要形成魏氏铁素体。22.何谓魏氏组织？简述魏氏组织的形成条件、对钢的性能的影响及其消除方法。工业上先共析片状铁素体和先共析针（片）状渗碳体称为魏氏组织。形成条件：过热的中碳钢或低碳钢在较快冷却速度下容易产生魏氏组织。消除手段：可以通过控制轧制、降低终锻温度、控制锻（轧）后的冷却速度或者改进热处理工艺，如采用细化晶粒的 正火、退火、调质等工艺来防止或消除魏氏组织。23.何谓退火、正火？其目的如何？在实际生产中，如何正确选用退火和正火工艺？退火：将刚加热到临界温度Ac1以上或以下，保温一定时间，然后缓慢冷却获得接近平衡组织的热处理工艺。称为退火。目的：1.消除应力。2

16、.降低硬度，改善切削性能。3.调整结晶组织。4.消除化学成分的不均匀性。正火：将钢加热到Ac3或Accm以上3050C，保温一定时间使之完全奥氏体化后，在空气中冷却得到珠光体类型组织的热处理工艺。称为正火。目的：1.作为预备热处理工艺，为后续的热处理工艺提供合适的组织状态，例如消除网状碳化物。2.作为最终热处理工艺，正火可以细化晶粒，使组织均匀化，满足工件使用性能要求。如何选用：生产上，根据钢种，前后连接的冷、热加工工艺、以及最终零件使用条件等来确定。一般按如下原则选用：低碳钢。选用正火。此类钢主要应解决塑性过高不易切削加工的问题，故采用正火工艺。中碳钢。选用正火。因正火后硬度接近于最佳切削加

17、工硬度，并且正火生产率高，成本低，此类钢一般采用正火。高碳钢。一般选用退火。因为其含碳量高，正火后硬度太高，不利于切削加工，而退火后的硬度适于切削加工。此外，这类钢多在淬火、回火状态下使用，因此一般工序先安排退火降低硬度，再切削加工，最终进行淬火、回火。24.何谓球化退火？为什么工具钢采用球化退火而不采用完全退火？常用的球化退火工艺有哪几种？并用工艺曲线简示之。球化退火：使钢获得弥散分布于铁素体基体上的颗粒状碳化物组织（粒状珠光体）的热处理工艺称为球化退火。因为工具钢为高碳钢，退火工艺中对高碳钢采用球化退火作为预备热处理，以改善切削加工性能及加工精度等。另外对高碳钢来说，无完全退火的概念。常用

18、的球化退火工艺：1.低温球化退火。2.一次球化退火。3.等温球化退火。4.周期球化退火。各工艺曲线。（此处参考教科书115118页）25.何谓再结晶退火、去应力退火？其目的如何？再结晶退火：将冷变形后的金属加热到再结晶温度以上保持适当的时间，使变形晶粒重新形核，同时消除加工硬化的热处理工艺称为再结晶退火。目的：降低强度，硬度，提高塑性，韧性，消除内应力和冷作硬化，便于继续加工。去应力退火：将冷变形后的金属在低于再结晶温度加热，以消除内应力，但仍保留加工硬化效果的热处理称为去应力退火。目的：去除由于机加工、变形加工、铸造、锻造、热处理以及焊接后等产生的残余应力。26.现有一批45钢普通车床传动齿

19、轮，其工艺路线为：锻造热处理机加工感应加热淬火低温回火磨削。试问锻后应进行何种热处理？为什么？正火；45钢为中碳钢，采用正火以达到理想硬度，韧性，改善切削加工性能。为接下来的机加工作预备热处理。27.退火与正火有哪些常见缺陷？其产生原因与补救方法有哪些？ 1.硬度偏高。加热温度过高，冷速较快引起。可通过重新退火予以消除。2.过热。加热温度过高，保温时间过长即炉内温度不均引起。可通过完全退火加以消除。3.球化不完全。退火前严重的网状渗碳体引起。可通过正火和球化退火消除。4.脱碳。工件在氧化性介质中加热引起。可切削除去。此外还有过烧、黑脆、粗大魏氏组织、反常组织、网状组织等缺陷。28.确定下列钢件

20、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，要求低硬度；（2）ZG270-500（ZG35）的铸造齿轮；（3）锻造过热的60钢钢坯；（4）具有片状渗碳体的T12钢坯。 1.再结晶退火；目的：细化晶粒，均匀组织，使变形晶粒重新转变为等轴晶粒，以消除加工硬化，降低了硬度，消除加工硬化，消除了内应力，得到P（等轴）+F。 2.去应力退火/（等温退火或完全退火）；目的：消除铸造内应力，得到P+F 3.完全退火或等温退火；目的：细化晶粒，均匀组织，消除内应力，降低了硬度，改善切削加工性能，得到粒状P+F 4.球化退火：一次球化退火；目的：使片状渗碳体转变为球状渗碳体，降低硬度

21、，均匀组织，改善切削加工性能，为淬火做好组织准备。得到粒状P+Fe3C。29.指出下列钢件的锻件毛坯进行预先热处理正火的主要目的及正火后的显微组织：（1）20钢齿轮；（2）45钢小轴；（3）T12钢锉刀。 1.正火以细化晶粒，提高硬度，改善切削加工性能。组织：先共析F+P 2.正火以细化晶粒、均匀组织、消除内应力，可作为最终热处理之前的预备热处理。组织：先共析F+P。 3.由于正火在空气中冷却速度较快，二次渗碳体不能像退火时那样沿晶界完全析出形成连续网状，可以消除网状渗碳体的形成，有利于接下来的热处理（球化退火）。组织：先共析K+片P。30.在生产中常用增加珠光体数量的方法来提高亚共析钢的强度

22、，为此应采用何种热处理工艺，为什么？常采用正火处理的工艺方法。珠光体是由铁素体和渗碳铁组成的机械混合物，其数量、片间距、含碳量、晶粒大小、组织分布对机械性能的提高有着直接的影响。一般的说其数量多，片间距小，含碳量高，晶粒细小，组织分布弥散均匀均能提高机械性能。而正火处理可以使得珠光体的数量增多，片间距减小，晶粒变细，组织分布均匀。31.固溶处理的目的。什么是时效处理？什么是过时效？固溶处理:降温度快速冷却到室温，使相来不及析出，将得到过饱和固溶体，会大大增加固溶强化作用。这种热处理工艺称为固溶处理。时效：对过饱和固溶体在适当温度下进行加热保温，析出第二相，使强度、硬度升高的热处理工艺称为时效。

23、过时效：与获得最佳力学性能（强度和硬度）的时效处理条件相比，过时效是指在温度过高或时间过长条件下发生的时效现象。32.画出共析钢过冷奥氏体等温转变动力学图。并标出：（1）各区的组织和临界点（线）代表的意义；（2）临界冷却曲线；（3）分别获得M、P、B下，S，TM组织的冷却曲线。33.简述奥氏体晶核的生长过程。（此处参考教科书58、59页）34.简述奥氏体、过冷奥氏体、残余奥氏体的异同？35.为什么高碳钢制成的精密轴承或量规等在淬火及低温回火后使用时仍可能发生尺寸变化？如何处理能减小尺寸变化？原因：淬火后残余奥氏体较多,在使用过程中,组织不稳定又发生了转变,故而引起了尺寸的变化,导致精度下降。防

24、止措施:增加除应力次数;进行深冷处理,减少残余奥氏体量,降低对组织的影响。36.实验证实马氏体的Wc0.5%时对力学性能有弊无利，为何碳Wc0.5%的高碳钢在生产上仍得到应用。为提高高碳钢的强韧性，在热处理时应注意什么问题？要点：若高碳钢淬火前先进行球化退火得到粒状珠光体组织，淬火时不加热到单相奥氏体区而是加热到两相区，这样碳化物溶解慢，奥氏体中碳质量分数低，淬火后的硬度反而高，塑性韧性也较高。37.如何用金相法测定钢的Ms点？38.为提高低碳马氏体淬火钢的强韧性，在热处理工艺上应采取哪些措施，为什么？39.为提高中碳钢的强韧性，在热处理工艺上应采取哪些措施，为什么？中碳钢采用完全淬火加中温或

25、高温回火，加热到单相奥氏体区得到单相均匀奥氏体，高温回火后组织为回火索氏体以提高中碳钢的而强韧性。40.为提高高碳钢的强韧性，在热处理工艺上应采取哪些措施，为什么？预先热处理采用球化退火，得到粒状珠光体，加热时碳化物不易溶解，同时细化碳化物的颗粒，改善其分布，使钢的强韧性增加。采用不完全淬火加回火，从而提高高碳钢韧性，加热到两相区可以得到奥式体加未溶碳化物，回火可以得到稳定组织，消除淬火应力。41.分析采用预冷淬火、双液淬火、分级淬火、等温淬火等方法对淬火应力可能带来的影响，为什么？预冷淬火对应力的影响：可降低应力。单液淬火对应力的影响：单液淬火应力大，易导致变形、开裂。双液淬火对应力的影响：

26、双液淬火可以有效的降低淬火应力，减少淬火变形和开裂。分级淬火对应力的影响：分级淬火可以使钢件的淬火应力降至很小，能保证较小的淬火变形。等温淬火对应力的影响：对应力的影响很小。42.下图为工件在静止水中冷却机理的示意图，根据图解释水的冷却特性。（1）蒸气膜阶段。工件刚进入介质的瞬间，周围的介质立即被加热而汽化，在工件表面上形成一层蒸气膜。由于膜的导热性能差，故被其包围隔绝的工件冷速是很慢的。初期，由于工件放出的热量大于介质从蒸气膜吸走的热量，所以膜壁不断增厚。随着冷却过程的进行，工件温度不断下降，膜壁的厚度及其稳定性也逐渐变小，直至破裂而消失，这是冷却的第一阶段。(2)沸腾阶段。当蒸气膜破裂时，

27、工件就与介质直接接触，介质在工件表面激烈沸腾，不断逸出的气泡带走了大量的热量，以致工件的冷却速度很大。此阶段直到工件冷却至介质的沸点为止，这是冷却第二阶段。(3)对流阶段。当工件冷到低于介质的沸点时，主要只能靠对流传热的方式进行冷却，工件的冷却速度甚至比蒸气膜阶段还要缓慢，而且随工件表面与介质的温差不断减小冷速越来越小，这是冷却的第三阶段。43.下图为大锻件喷雾淬火示意图，与直接放到油中冷却相比有什么优点？优点是能更好地控制冷却速度，减少淬火应力，防止变形开裂。44.下图是模具内腔喷射淬火的示意图，与直接放到油中或者水中相比有什么优点？优点是能减少表层与心部加热速度差，控制加热速度，减少热应力

28、，防止变形开裂。45.下图是T10钢制造的冲头及对硬度的要求，请制定球化退火、淬火和回火工艺。轴的右端等温淬火后在250280C等温5分钟后空冷，硬度将在53.555HRC之间。等温球化退火：750770C加热保温12小时，680700C等温12小时，随炉冷却到550C以下空冷。高温回火：650700C加热保温24小时，炉冷或空冷。46.试比较贝氏体、珠光体和马氏体相变的异同。贝氏体是两相组织，通过碳原子的扩散，可以发生碳化物沉淀，有扩散、有共格的转变。这个温度碳原子可以扩散，铁原子不能扩散，属于半扩散型相变。珠光体转变形成含碳量和晶体结构相差悬殊并与目相奥氏体截然不同的两个固态新相：铁素体和

29、渗碳体，必然有碳的重新分布和铁晶格的改组，铁和碳原子都能扩散，属于扩散型相变。马氏体是奥氏体迅速冷却，抑制其扩散型分解，在较低温度下发生的无扩散相变。由于铁原子失去了扩散能力，所以马氏体的含碳量与原奥氏体含碳量相同。最高可达2.11。47.某轴类零件如图所示，整体要求有较好的综合力学性能（220250HBS），在A、B段表面要求耐磨，表面硬度要求如图上所示：(1)选材；(2)预先热处理；(3)最终热处理。应该选用中碳钢（如45钢）。工艺流程：锻造-正火（或退火）-粗加工-调质-半精加工-表面淬火-精加工-局部淬火-精磨-渗碳。预先热处理：采用正火或回火，使钢材内部晶粒细化，消除应力，降低强度，

30、改善加工性能。最终热处理：调质加表面淬火、局部淬火。提高综合性能，提高强度、硬度，消除应力。48.比较共析钢过冷奥氏体等温转变曲线和连续转变曲线的异同点。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，说明临界冷却温度不同，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)连续冷却转变时得不到贝氏体组织。49.什么是第一类回火脆性和第二类回火脆性？如何消除？第一类回火脆性，低温回火脆性：在回火过程中，马氏体分解时沿着马氏体条或片边界析出断续薄壳状碳化物，降低晶界的断裂强度的现象。这类回火脆不可

31、消除，应避免在脆化温度范围内回火。消除的方法：1、降低钢中杂质元素的含量；2、用Al脱氧或加入Nb、V、Ti等合金元素细化A晶粒；3、加入Mo、W等可以减轻；4、加入Cr、Si调整温度范围（推向高温）；5、采用等温淬火代替淬火回火工艺。 第二类回火脆性，高温回火脆性：在回火过程中，Sb、Sn、As、P等杂质元素在原奥氏体晶界上偏聚或以化合物的形式析出，降低晶界的断裂强度的现象。这类回火脆可以通过再次加热，然后快速冷却消除。消除的方法：1、提高钢材的纯度，尽量减少杂质；2、加入适量的Mo、W等有益的合金元素；3、对尺寸小、形状简单的零件，采用回火后快冷的方法；4、采用亚温淬火（A1A3）： 细化

32、晶粒，减少偏聚。加热后为A+F（F为细条状），杂质会在F中富集，且F溶解杂质元素的能力较大，可抑制杂质元素向A晶界偏聚。5、采用高温形变热处理，使晶粒超细化，晶界面积增大，降低杂质元素偏聚的浓度。50.T12钢加热到Ac1以上，用如图所示的a、b、c的三种方法冷却。（1）a 和 c 是何种热处理工艺？ （2）a、b、c的三种方法冷却方式应得到的组织是什么？（1）a: 分级淬火；b: 等温淬火。(2）a: M+Ar；b: 下B+M+Ar；c: 下B。51.如图所示为共析钢C曲线图，说出图中各冷却曲线对应的热处理方法及其最终组织。a: 完全淬火，马氏体+残余奥氏体；b: 双液淬火，马氏体+残余奥氏

33、体；c: 不完全淬火，曲氏体和马氏体；d: 等温淬火，贝氏体；e: 正火，索氏体；f: 完全退火，珠光体；g: 等温退火，珠光体。52.马氏体的本质是什么？它的硬度为什么很高？是什么因素决定了它的脆性？奥氏体向马氏体转变为非扩散型转变。转变形成碳在 铁中的过饱和固溶体。过饱和碳在 铁中造成很大的晶格畸变，并与晶体中的缺陷发生强烈的交互作用，结果产生很强的固溶强化和加工硬化效应，使马氏体硬度特高。马氏体的固有脆性决定于固溶碳量、组织形态、亚结构，显微应力及显微裂缝等因素。53.简述随回火温度升高，淬火钢在回火过程中的组织转变过程与性能的变化趋势。第一类回火转变：M分解为回火M，80250；低碳马

34、氏体发生碳原子向位错附近偏聚外，马氏体中析出碳化物，使马氏体碳含量降低；高碳马氏体发生分解，马氏体中过饱和碳不断以碳化物形式析出，使马氏体碳含量降低。产物：回火马氏体。第二类回火转变：残余A分解为回火M或下B，200300；淬火后的残余奥氏体是不稳定组织，在本阶段，残余奥氏体分解为低碳马氏体和碳化物，此组织为回火马氏体。第三类回火转变：碳化物析出与转变，250400，回火M转变为回火T（亚稳碳化物转变为稳定碳化物），；250400时，碳素钢M中过饱和的C几乎全部析出，将形成比-FeXC更稳定的碳化物。 第四类回火转变：回火T转变为回火S（碳化物聚集长大，再结晶），400700 。铁素体发生回复

35、和再结晶为等轴状、碳化物球化粗大回火索体。 主要发生如下变化：内应力消除：宏观区域性内应力（工件内外），550 全部消除； 微观区域性内应力（晶粒之间）， 500 基本消除；晶格弹性畸变应力（碳过饱和）， 转变完即消除。（300马氏体分解完毕）回复与再结晶： 回火使亚结构（位错、孪晶）消失；板条和片状马氏体特征保留（回复）、消失（再结晶）。54.什么叫退火？退火主要有哪些类别，其主要目的是什么？一，退火的定义将钢加热到临界温度Ac1以上或以下，保温一段时间，然后缓慢冷却获得接近平衡组织的热处理工艺，称之为退火。二，退火的分类及目的1：去氢退火。溶解于固溶体中的氢，容易造成钢中出现白点缺陷。去氢

36、退火的目的就是为了消除大型锻钢件中出现的白点缺陷。2：再结晶退火。在冷变形加工中，随着变形量增加，金属的强度、硬度增大。而塑性韧性降低，这种现象称为加工硬化。再结晶的目的就是使变形晶粒重新形核，转变为均匀细小的等轴晶粒，同时消除加工硬化。3：去应力退火。其目的是消除内应力，保留加工硬化的效果。4：均匀化退火。在实际生产中，由于铸锭及铸件的冷却属于非平衡结晶，将发生成分偏析现象。均匀化退火的目的就是消除或减少晶内偏析，达到均匀化。5：球化退火。其目的是降低硬度，改善切削加工性能；消除网状或粗大碳化物颗粒，为最终热处理淬火做好组织准备，从而减小淬火时的变形和开裂。6：等温退火。其目的是细化晶粒，均

37、匀组织，消除内应力，降低硬度，便于切削加工，并为加工后零件的淬火作好组织准备。 55.什么是正火？正火有哪些应用？正火，是将钢加热至Ac3或Accm以上3050，保温一段时间使之完全奥氏体化后，在空气中冷却（大件也可采用古鼓风或喷雾）得到珠光体类型组织的热处理工艺。 正火的应用:用于低碳钢，正火后硬度略高于退火，韧性也较好，可作为切削加工的预处理。用于中碳钢，可代替调质处理作为最后热处理，也可作为用感应加热方法进行表面淬火前的预备处理。用于工具钢、轴承钢、渗碳钢等，可以消降或抑制网状碳化物的形成，从而得到球化退火所需的良好组织。用于铸钢件，可以细化铸态组织，改善切削加工性能。用于大型锻件，可作

38、为最后热处理，从而避免淬火时较大的开裂倾向。用于球墨铸铁，使硬度、强度、耐磨性得到提高，如用于制造汽车、拖拉机、柴油机的曲轴、连杆等重要零件。 过共析钢球化退火前进行一次正火，可消除网状二次渗碳体，以保证球化退火时渗碳体全部球粒化。56.什么是淬火，淬火的主要目的是什么？淬火：将钢加热到临界点以上一定温度、保温一定时间。然后以适当速度冷却获得马氏体或马氏体加贝氏体组织的热处理工艺称为淬火。淬火的目的：钢件淬火的主要目的是提高强度、硬度和耐磨性。结构钢通过淬火和高温回火后，可以获得较好的强度和苏醒、韧性的配合；弹簧钢通过淬火和中温回火后，可以获得很高的弹性极限；工具钢、轴承钢通过淬火和低温回火后

39、，可以获得高硬度和高耐磨性；对某些特殊合金淬火还会显著提高物理性能。57.用示意图表示珠光体、索氏体、屈氏体、上贝氏体、下贝氏体和马氏体在显微镜下的形态特征。58.正火与退火的主要区别是什么？生产中应如何选择正火与退火？正火是完全退火的一种变态或特例，二者仅是冷却速度不同。通常退火是随炉冷却，而正火是在空气中冷却，正火既适用于亚共析钢也适用于过共析钢，对于共析钢，正火一般用于消除网状碳化物，对于亚共析钢，正火的目的与退火基本相同，主要是细化晶粒，消除组织中的缺陷，但正火组织中珠光体片较退火者细，且亚共析钢中珠光体数量多，铁素体数量较少，因此，正火后钢的硬度，强度均比退火的高在生产实践中，钢中有

40、网状渗碳体的材料需先经正火消除后，方可使用其他工艺，而对热处理后有性能要求的材料，则据要求的不同及钢种不同选择退火工艺，如：要求热处理后有一定的强度，硬度，可选择正火工艺。要求有一定的塑性，尽量降低强度，硬度的则应选择退火工艺。59.什么是临界冷却速度？它与钢的淬透性有何关系？表示钢中奥氏体在连续冷却时不产生非马氏体转变所需要的最小冷却速度，称为临界冷却速度。临界冷却速度越小钢的淬透性越好。60.什么是表面淬火？表面淬火的方法有哪几种？表面淬火适应于什么钢？简述钢的表面淬火的目的及应用？表面淬火：表面淬火将钢件的表面层淬透到一定的深度，而心部分仍保持未淬火状态的一种局部淬火的方法。常用的表面淬

41、火：感应淬火；火焰淬火适用钢种：中碳钢和中碳合金钢工件。目的及应用：通过快速加热，使钢件表层奥氏体化，然后迅速冷却，使表层形成一定深度的淬硬组织马氏体，而心部仍保持原来塑性、韧性。61.有一具有网状渗碳体的T12钢坯，应进行哪些热处理才能达到改善切削加工性能的目的？试说明热处理后的组织状态。先正火消除其组织中的网状渗碳体，再用球化退火降低其硬度，达到改善其加工性能的目的 最终组织：渗碳体呈球型的细小颗粒，弥散分布在铁素体之内的球状珠光体。62. 什么是钢的淬透性和淬硬性？影响钢的淬透性的因素有哪些？如何影响？（1）钢的淬透性是指钢在淬火时能够获得马氏体的能力，是钢本身固有的一个属性。 钢的淬硬

42、性是指钢在理想的条件下进行淬火所能达到的最高硬度的能力。（2）影响钢的淬透性因素：钢的过冷奥氏体稳定性或钢的过冷奥氏体稳定性（3）结构钢在淬火时在不同的冷速下可获得不同的组织和硬度。若使钢件整个截面都得到淬火马氏体组织，需要在截面上每点的冷速大于临界淬火冷却速度。当心部冷速小于临界淬火冷却速度时则在心部出现了非淬火组织，此时钢件将不能被淬透。因此钢的淬透性实质上受珠光体或贝氏体转变最快温度下的孕育期的控制。凡抑制上述转变的因素均可能提高其淬透性。63.过共过共析钢一般在什么温度下淬火？为什么？过共析钢为Ac1 + （3050）。因为它在淬火之前都要进行球化退火，使之得到粒状珠光体组织，淬火加热

43、时组织为细小奥氏体晶粒和未溶的粒状碳化物，淬火后得到隐晶马氏体和均匀分布在马氏体基体上的细小粒状碳化物组织，这种组织不仅具有高强度高硬度.高耐磨性，而且也具有较好的韧性。如果淬火加热温度超过ACcm,加热时碳化物将完全溶入奥氏体中，使奥氏体的碳质量分数增加，使Ms和Mf点降低，淬火后残余奥氏体增加，使钢的硬度和耐磨性降低，同时，奥氏体晶粒粗化，淬火后容易得到含有显微裂纹的粗片状马氏体，使钢的脆性增大。此外，淬火加热温度高，淬火应力大，工件表面氧化，脱碳严重，也增加了工件淬火变形及开裂的倾向。所以过共析钢一般都采用在Ac1 + （3050）加热不完全淬火。64. 现有低碳钢齿轮和中碳钢齿轮各一只

44、，为了使齿轮表面具有高的硬度和耐磨性，问各应怎样热处理？比较热处理后它们在组织与性能上的异同点。（1）低碳钢齿轮,采用渗碳后淬火的处理方式即可强化齿面；中碳钢齿轮可以做氮化处理再淬火,或者直接用中高频加热表面淬火的方式强化。（2）低碳钢渗碳淬火后表面强度和耐磨性显著提高,心部保留一较高抗冲击性能；渗碳淬火层为细马氏体组织,心部基体为铁素体、珠光体类型的平衡组织.中碳钢氮化处理后表层应为少量化合物与扩散层组成的渗层组织，心部则为调制处理的回火索氏体组织（或有少量游离铁素体）65. 确定下列钢件的退火方法，并指出退火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） 锻造过

45、热的 60 钢锻坯。（3）改善 T12 钢的切削加工性能。 （1）经冷轧后的15钢钢板,要求降低硬度； 答：再结晶退火.目的：使变形晶粒重新转变为等轴晶粒,以消除加工硬化现象,降低了硬 度.细化晶粒,均匀组织,消除内应力.组织 ： 等轴晶的大量铁素体和少量珠光体. （2）锻造过热后的60钢锻坯； 答：完全退火. 退火目的：细化晶粒,均匀组织,消除内应力,降低硬度,改善切削加工性.组织：晶粒均 匀细小的少量铁素体和大量珠光体. （3）改善T12钢的切削加工性能; 球化退火。目的：使钢中的渗碳体转变为球状渗碳体，降低硬度，便于切削加工。组织：球状珠光体66.车床主轴要求轴颈部位硬度为54-58HR

46、C，其余地方为20-25HRC，其加工（1）40钢（2）提高强度、硬度、塑性、脆性（3）能获得高的强度、硬度及耐磨性，同时保持心部大的塑性和韧性（4）保持淬火工件高的硬度和耐磨性，降低淬火残留应力和脆性，回火后得到回火马氏体（5）马氏体或马氏体加贝氏体67. 工艺路线为：下料锻造正火机加工调质机加工（精）轴颈表面淬火、低温回火磨加工。指出：（1） 主轴应用的材料；（2） 正火和调质的目的和大致热处理工艺；（3） 表面淬火目的；（4） 低温回火目的及工艺；（5）轴颈表面组织和其余地方组织。（3）表面淬火的目的：在工件表面一定深度内获得马氏体组织，而其心部依然保持淬火前的原始组织（调质或正火态），

47、以获得表面高的强度、硬度及耐磨性，同时保持心部大的塑性和韧性。（4）低温回火的目的：得到隐晶马氏体加细粒状碳化物组织，提高钢的强度硬度和耐磨性，同时显著降低了钢的淬火应力和脆性。工艺：低温回火温度一般为150250，低温回火钢大部分是淬火高碳钢和淬火高合金钢。68.现有一汽车变速箱齿轮，齿面硬度要求为58-63HRC，齿心部硬度要求为33-45HRC，其余力学性能要求为：S850MPa ,-1 440MPa, AKV 65J 。试从下列材料中选择制造该齿轮的钢号，写出工艺流程，并分析各热处理工艺的目的及相应的金相组织。38CrMoAlA , 20CrMnTi , 20 , 40Cr 。用20C

48、rMnTi钢来制造变速箱齿轮，制造工艺如下：1.锻后退火，加热到860C保温炉冷（或正火+回火）消除锻造应力，均匀组织，改善机加工性能；2.调质处理，淬火+高温回火，提高机体强韧指标，进一步均匀组织，细化晶粒，为最后热处理做好准备，经过调质，工件硬度达到HRC3540调质热处理后，应进行精加工和制齿两道工序；3.表面氮化处理，采用气体氮化工艺，处理温度约为560C，不影响调质效果，只增加表面含氮成分；4.淬火回火，淬火后低温回火，齿面硬度达到或接近HRC6263；最终热处理组织：心部，均匀的回火索氏体和少量游离铁素体；齿面表层，氮化物硬化层和过渡层。69.由T12材料制成的丝锥，硬度要求为60

49、64HRC。生产中混入了45钢料，如果按T12钢进行淬火低温回火处理，问其中45钢制成的丝锥的性能能否达到要求？为什么？不能，45钢的淬火温度高于T12钢的淬火温度。如果按T12的淬火温度进行淬火，45钢达不到淬火温度，组织无法或不完全转化成马氏体，硬度也就无法达到要求。70.低碳钢（0.2%C）小件经930，5h渗碳后，表面碳含量增至1.0%，试分析以下处理后表面层和心部的组织：1）渗碳后慢冷；2）渗碳后直接水淬并低温回火；3）有渗碳温度预冷到820，保温后水淬，再低温回火；4）渗碳后慢冷至室温，再加热到780，保温后水淬，再低温回火。 (1)由表及里：P+Fe3C|-P-P+F-F+P (

50、2)由表及里：高碳回火M+A残-低碳回火M+A残 (3)由表及里：M+Fe3c|+A残-低碳回火M+A残 (4)由表及里：回火M+Fe3c|+A残-低碳回火M+A残71.快速加热对（加热和冷却）相变各有什么影响？加热过快：1.加热速度对相变温度，其临界点均随加热速度的增大而增高。铁素体碳化物组织越粗大，临界点上升也越快。在快速加热时，珠光体向奥氏体转变是在700度以上几十度的温度范围内完成的。因此加热速度越快，相变进行最激烈的温度和完成相变的温度越高。但亚共析钢种的自由铁素体向奥氏体转变的上限温度不会超过910摄氏度。 2.加热速度对相变动力学的影响 在一般等温加热的条件下，珠光体向奥氏体转变

51、的速度随等温温度的提高而加快。在连续加热的条件下，珠光体向奥氏体转变的动力学随加热速度升高进行相变的温度越快，而需要的时间越短。以不同加热速度加热所得到的奥氏体冷却时的等温转变动力学曲线所示可知，在加热温度相同的条件下，加热速度越高，奥氏体的稳定性越差。此乃由于加热速度越高，加热时间越短，形成的奥氏体晶粒越细小，且成分越不均匀。提高加热温度，奥氏体的稳定性将增加。冷却过快：1、冷却速度越快，形核率越多，晶粒越细小，2、如果原始晶粒越大，提高冷却速度容易产生魏氏组织，对韧性损害较大72.分析原始态为调质的45钢经表面淬火后从表面到心部的组织和硬度变化规律。原始态为调质的45钢经表面淬火后从表面到心部的组织和硬度变化规律可分为三个区:第一区:淬硬区，加热温度高于Ac3，可获得较均匀奥氏体，淬火后得到全部马氏体，表面处奥氏体成分比较均匀且晶粒较粗，淬火后从表面