钢热处理原理及工艺真题

1、2001年球化退火：P279回火脆性 P275调质处理 P293画出共析钢的TTT曲线，并在图中标明得到B，M+Ar，P及P+M+Ar的冷却方式。P24120钢和T12钢在淬火后都得到马氏体，但其力学性能却相差很大，试从成分及组织的不同分析产生性能差别的原因。答案2002马氏体转变 P248球化退火 P279淬透性 P289如何选择钢的淬火温度？简述淬火加热温度对钢的组织和性能的影响。答案简述钢中马氏体的性能特点和主要的强化机制。答案2003回火脆性 同2001 P275简述马氏体转变时的热力学及晶体学特点。答案简述淬火钢回火时可能发生哪些组织转变？P268-272答案2004低碳马氏体的金相

2、显微组织特征是（板条状 ），其亚结构为（ 位错马氏体）；高碳马氏体的金相显微组织特征是（片状 ），其亚结构为（ 孪晶马氏体）。钢的回火转变可分为（ ）、（ ）、（ ）和（ ）四个基本过程。P26860Si2Mn钢与T12钢比较，（ ）淬透性高，（ ）淬硬性高。P2902005淬透性 同2002 P289钢的奥氏体化由（ ）、（ ）、（ ）和（ ）四个基本过程组成。P234-236把两个20钢小试样分别加热到Ac1-Ac3之间和Ac3以上温度并保温足够时间后快速水冷，所得组织，前者为（ ）加（ ），后者为（）。除Co以外，其它合金元素都使碳钢的C曲线向（ ）移动。P243调质处理后的40钢，高频

3、加热的温度分布如图1所示，试分析高频加热水淬后，轮齿由表面到中心各区的组织变化，假定该齿轮在淬火时能够被淬透。图见试卷2006回火脆性 同2001、2003年 P275共析钢淬火形成马氏体后，在低温、中温、高温回火后的产物分别是（ ）、（）和（ ）。2007马氏体 P232回火脆性 同2001，2003，2006 P275钢的淬透性越高，则其C曲线的位置越向（右）P289 (填“左或右”）。马氏体转变的晶体学特点有哪些？同2003年答案2008调质 P293影响Ms点的因素较多，试说出三个影响因素并加以论述。答案淬火钢回火时，主要发生哪些转变？同2003年P268-272答案用9SiCr钢制成

4、圆板牙，其工艺路线为：锻造球化退火机械加工淬火低温回火磨平面开槽开口。试分析：1、球化退火、淬火及回火的目的；2、球化退火、淬火及回火的大致工艺。答案2009钢的淬透性越高，则其C曲线的位置越向（）(填“左或右”）。同2007年。现要用45钢棒材制造车床传动齿轮，要求齿面耐磨、心部强度韧性好。设计其工艺路线，应进行哪些热处理?为什么？并说明组织变化。答案2010为了提高过共析钢的强韧性，希望淬火时控制马氏体使其具有较低的碳的质量分数，并希望有部分马氏体。试问如何进行热处理才能达到上述目的？P258对于高碳钢件，为了获得较多的板条状马氏体，可以采用较低温度快速、段时间加热淬火方法，保留较多的未溶

5、碳化物，降低奥氏体中的含碳量并阻止富碳微区的形成。2011球化退火 同2002年2012影响淬火钢中残余奥氏体量的主要因素是（B）P242A钢中的含碳量，B奥氏体中的含碳量 C钢中碳化物的含量 D淬火冷却速度马氏体的硬度主要取决于（D）A冷却速度 B加热温度 C合金元素种类 D含碳量 影响Ms点的因素较多，试说出三个影响因素并加以论述。（一）化学成分的影响：奥氏体的化学成分对Ms点的影响十分显著，钢的Ms点主要取决于化学成分。含碳量的影响含碳量的影响：含碳量对的影响最为显著，钢中随着含碳量的增加，Ms点呈连续下降趋势，这是由于含碳量增加，奥氏体中碳的溶解度增加，碳原子对奥氏体的固溶强化作用增强

6、，过冷奥氏体的稳定性随之增强，因此，Ms点随含碳量增加而呈连续下降趋势合金元素的影响：合金元素对Ms点的影响主要决定于它们对平衡温度T0的影响及对奥氏体的强化效应，凡剧烈降低T0温度及强化的奥氏体的元素，均剧烈降低Ms点。钢中常见的合金元素均有使Ms点降低的作用，但效果不如C显著，只有Al、Co有使Ms点提高的作用。强碳化物形成元素如W、V、Ti等在钢中多以碳化物形式存在，淬火加热时一般溶入奥氏体中很少，对Ms点影响不大。另外，几种合金元素同时存在时，对Ms点的影响比较复杂。 形变与应力对Ms点的影响。过冷奥氏体冷至Ms点以上的温度范围进行塑性变形，会诱发马氏体相变，其原因是形变提供的机械驱动

7、力加上化学驱动力刚好等于该温度下马氏体相变所需的驱动力，因此使过冷奥氏体转变为马氏体的Ms点升高。由于马氏体相变时必然产生体积膨胀，因此多向压应力阻碍马氏体的形成，因而降低Ms点。 奥氏体化条件对Ms点的影响。加热温度和保温时间对Ms点的影响较为复杂。加热温度和时间增加有利于碳和合金元素进一步溶入奥氏体中，使Ms点下降。但是，加热温度升高，有会引起奥氏体晶粒长大，并使其中的晶体缺陷减少，使马氏体形成时的切变阻力减小，使Ms点升高。一般奥氏体晶粒长大在1000才比较显著，所以，晶粒大小对Ms点的影响并不显著。 淬火速度对Ms点的影响。高速淬火时Ms点随淬火冷却速度增大而升高，淬火速度低时，Ms点

8、不随淬火速度变化，相当于钢的名义Ms温度，在很高的淬火速度下，出现Ms保持不变的另一个台阶，这个台阶比名义Ms温度高，在上述两种淬火速度之间，随淬火速度的增大而升高。简要回答答：化学成分的影响：奥氏体的化学成分对马氏体转变点的影响十分显著。含碳量的影响：由于含碳量的升高，奥氏体中的碳的溶解度升高 ，则Ms点越低。合金元素的影响：溶入奥氏体中的合金元素对马氏体形态也产生重要影响。如Cr、Mo、Mn、Ni能降低Ms点，Al和Co能升高Ms点。形变与应力对Ms点的影响：过冷奥氏体冷却到Ms以上，Md以下，塑性变形中诱发马氏体转变。原因是形变过程的机械驱动力加上化学驱动力刚好等于驱动力，因此使马氏体转

9、变点升高。奥实体化条件对Ms的影响：加热温度和加热时间对马氏体转变点Ms的影响较为复杂。淬火速度对马氏体转变点Ms的影响：高速淬火，冷却速度越快，马氏体转变点Ms升高。磁场的影响：外加磁场时，奥氏体与马氏体两相平衡温度To升高，从而使得马氏体转变点Ms升高。 淬火钢在回火时的组织转变淬火后钢的组织是不稳定的，具有向稳定组织转变的自发倾向。回火加速了自发转变的过程。淬火钢在回火时，随着温度的升高，组织转变可分四个阶段。第一阶段（80200）：马氏体分解马氏体内过饱和的碳原子，以碳化物形式析出，使马氏体的过饱和度降低。碳化物是弥散度极高的薄片状组织。这种马氏体和碳化物的回火组织称回火马氏体。此阶段

10、钢的淬火内应力减小，韧性改善，但硬度并未明显降低。第二阶段（200300）：残余奥氏体分解在马氏体分解的同时，降低了对残余奥氏体的压力，使其转变为下贝氏体。这个阶段转变后的组织是下贝氏体和回火马氏体。淬火内应力进一步降低，但马氏体分解造成硬度降低，被残余奥氏体分解引起的硬度升高所补偿，故钢的硬度降低并不明显。 第三阶段（300400）：马氏体分解完成和渗碳体的形成马氏体继续分解，直至过饱和的碳原子几乎全部由固溶体内析出。与此同时，碳化物逐渐转变为极细的稳定碳化物Fe3C，此阶段到400全部完成，形成尚未再结晶的针状铁素体和细球状渗碳体的混合组织，称为回火托氏体。此时钢的淬火内应力基本消除，硬度

11、有所降低。第四阶段（400以上）：固溶体的再结晶与渗碳体的聚集长大温度高于400后， 固溶体发生回复与再结晶，同时渗碳体颗粒不断聚集长大。 当温度高于500时，形成块状铁素体与球状渗碳体的混合组织，称为回火索氏体。钢的硬度、强度不断降低，但韧性却明显改善。必须指出：以上四个阶段是在不同温度范围进行的，但四个温度范围有交叉，所以钢在回火以后所表现出的性能是这些变化的综合结果。 答：1马氏体转变的热力学特点 奥氏体转变为马氏体有两个条件。第一是过冷奥氏体的冷却速度必须大于临界冷却速度，以抑制其发生珠光体或贝氏体转变；第二是奥氏体必须深度过冷，以获得足够的转变驱动力，所以只有低于Ms点以后才能发生马

12、氏体转变（ Ms点是开始发生马氏体转变的温度）。 2马氏休转变的晶体学特点 （1）无扩散性 马氏体转变为低温转变，此时铁原子和碳原子都已失去扩散能力。因此马氏体转变是以无扩散方式进行的。 （2）切变性 马氏体转变是晶格切变过程，在切变过程中完成晶格重组，由面心立方晶格变成体心立方晶格。 （3）共格性 马氏体转变时，新相和母相的点阵间保持了共格关系，即相界面上的原子既属于马氏体又属于奥氏体。而且整个界面是互相牵制的，这种界面叫“切变共格界面”。 （4）严格的位向关系和习惯面 由于马氏体转变时新相和母相之间始终保持着切变共格性，所以马氏体转变后的新相和母相之间存在着严格的晶体学位向关系。简述钢中马

13、氏体的性能特点和主要的强化机制。答：马氏体的性能：一般说来高强度，高硬度，随含碳量的升高而增强，但是碳的含量达到0.6%时，硬度达到最大值，含碳量升高，残余奥氏体含量增加，硬度增加。 强化机制 固溶强化：间隙原子C在相晶格中造成晶格畸变，形成应力场与位错的交互作用，阻碍位错运动。相变强化：马氏体转变时，在晶体内造成密度较高的亚结构，如板条的位错，片状孪晶都阻碍位错的运动，使马氏体强化。时效强化：马氏体一般在马氏转变点以上转变，在外力作用下，发生“自回火”，碳及合金向位错及晶体缺陷处扩散，使位错难以运动，造成马氏体时效强化。细晶强化：晶粒越细小，板条马氏体束越小，马氏体强度越高，相界面阻碍位错的

14、运动造成的。塑性和韧性：取决于亚结构，片状马氏体具有高强度、高硬度，特点硬而脆。板条马氏体比片状马氏体韧性好，具有较好性能。 淬火加热温度的选择：对于亚共析钢采用Ac3+3050，对于共析钢和过共析钢采用Ac1+3050。对于亚共析钢如果淬火温度高了，奥氏体晶粒就会粗大，淬火后严重影响和降低塑性和韧性，如果淬火温度低了，奥氏体化就会不完全，淬火后会有铁素体，导致淬火硬度不够，强度降低。对于共析钢和过共析钢，淬火温度高了，同样奥氏体晶粒就会粗大，同时碳化物溶入奥氏体过多，淬火后容易变形开裂，同时严重降低硬度和强度，如果温度低了，碳化物溶入奥氏体过少，大部分碳化物保留下来，淬火后也容易变形开裂，奥氏体化后奥氏体含碳量过低，导致淬不上火，导致淬火后马氏体硬度不够，强度降低。 低碳马氏体硬度低而