热处理工艺.docx

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热处理工艺

热处理工艺

1.钢加热形成奥氏体的四个基本过程（93）？

何谓本质晶粒度本质？

影响奥氏体晶粒度的因素有哪些（94）？

奥氏体晶核的形成、奥氏体晶核的长大、残余渗碳体的溶解、奥氏体均匀化。

本质晶粒度是指按照实验方法在930土10C保温足够时间（3-8小时）后测定的晶粒度大小。

影响奥氏体晶粒大小的因素：

a加热温度和保温时间

b加热速度

cffl的化学成分

d钢的原始组织

2.钢的”TTT及”CC曲线是怎样获得的（95、102）?

两者的区别？

影响”TT转变的因

素有哪些96？

如钢的含碳量的影响？

C（TTT）曲线是利用过冷奥氏体转变产物的组织形态或物理性质的变化来测定。

CCT曲线过冷奥氏体在不同的冷却速度下，过冷奥氏体转变开始和转变终了的温度和时间的关系图解。

CCT曲线是过冷奥氏体连续冷却转变曲线，是分析连续冷却过程中奥氏体转变过成及产物组织和性能的依据。

TTT曲线又称C曲线，是钢过冷奥氏体等温转变曲线。

影响”TT■转变的因素：

（影响过冷A等温转变的因素）

a.含碳量的影响：

亚共析钢随含碳量增加、C曲线右移；过共析钢随含碳量增加C曲线左移（未

溶渗碳体的存在使奥氏体分解）。

共析钢的C曲线最靠右，稳定性最高。

b•奥氏体化温度和保温时间的影响

c.合金元素的影响：

除Co外，所有合金元素的溶入均增加过冷奥氏体的稳定性，是C曲线右移

d•原始组织的影响：

原始组织细，容易得到越均匀奥氏体，使C曲线右移，并使MS点下降。

e.应力和塑性变形的影响

3.珠光体有哪几类？

它们的形态和性能特点是什么？

（97）珠光体按组织形态可分为两类：

片状珠光体和粒状珠光体

片状珠光体是由：

相互交替排列的渗碳体和铁素体所组成。

片状珠光体的硬度和强度随边间距的减小而提高

粒状珠光体的形成也是一个渗碳体和铁素体交替析出的过程。

粒状珠光体的硬度较低，塑性和韧性较好。

4．低合金钢中的魏氏组织形态和性能是怎样的（98）？

为了避免低碳合金结构钢大锻件产生魏

氏组织可采用哪种热处理工艺（274）？

低合金钢在奥氏体晶粒较粗和一定的冷却条件下，先共析铁素体呈片状或粗大羽毛状析出，此为魏氏组织。

为了避免低碳合金结构钢大锻件产生魏氏组织可采用“降温等温“热处理工艺。

5．何谓钢的淬火？

以碳钢为例，分别指出钢在淬火过程中可能获得的组织及他们的形成

温度范围、组织形态、亚结构和性能。

（99〜101）

钢的淬火是将钢加热到AC3或AC1以上某一特定温度，保持一定时间，然后以适当冷却速度冷却获得马氏体和（或）贝氏体组织的热处理工艺称为淬火

a.贝氏体转变

上贝氏体：

大致550-350C温度区间形成。

上贝氏体为线束平行排列条状铁素体组成的非层状组织。

在光学显微镜下的典型特征呈羽毛状。

亚结构为位错。

下贝氏体：

一般在中高碳钢中的形成温度350C-MS点之间。

下贝氏体片状铁素体内有碳化物

沉淀的组织。

在光学显微镜下，可清晰的观察到在浅色的马氏体和残留奥氏体背村下的黑色针状下贝氏体组织。

下贝氏体的亚结构为高密度位错。

贝氏体的性能：

强度和硬度：

贝氏体中铁素体晶粒越细小、碳的过饱和度、位错密度越大、碳化物颗粒越细、数量越多，则对强度的贡献越大。

上述因素并随形成温度的降低而增强。

强度和硬度：

上贝氏体V下贝氏体

韧性：

下贝氏体的韧性远高于上贝氏体，并能获得较高的强度和韧性的配合。

中高碳钢的下贝氏体比回火高碳马氏体具有更高的韧性、较低的缺口明感性和裂纹明感性。

b.马氏体转变

板条马氏体：

低碳钢淬火时一般在大于350C形成板条马氏体。

马氏体板条的主体形态为椭

圆截面的柱状晶体，板条马氏体的亚结构主要由高密度的位错组成，并存在条间奥氏体，所以板

条马氏体又称为位错马氏体。

板条马氏体具有较高的硬度和强度，而且韧性、塑性也较好。

片状马氏体：

高碳钢淬火时一般在小于200C形成片状马氏体。

在光学显微镜下，片状马氏

体呈片状、针状、竹叶状，其主要形态为双凸透镜状，多数马氏体有一道中脊，相邻的马氏体片互不平行，或称一定角度（60°或120°）。

片状马氏体的亚结构主要由互相平行的细小孪晶组成，并集中在马氏体片的中央部分，故又称为孪晶马氏体。

片状马氏体硬度高、脆性大。

马氏体片内常有微裂纹存在。

6•什么是马氏体相变塑性？

指出在实际生产中的应用（“TRIP'钢的特点）（102）

金属及合金在相变过程中，塑性增加，往往低于母相屈服极限的条件下，即发生可塑性变形，次即为相变塑性。

钢在马氏体相变时，当应力低于母相（A）的屈服强度，也会产生相变塑性现象，这成为马氏体

的相变塑性。

在一定范围温度，对钢施加形变、能激发马氏体转变。

此时存在一个临界温度Md。

高于此温

度施加塑性形变时，就会失去对马氏体转变的激发作用。

利用马氏体的相变塑性设计出Md高于室温而Ms低于室温的钢，他们在常温下形变时就会诱发行成马氏体，马氏体转变反过来又诱发塑性提高，这种刚有很高的强度和塑性，故又称相变诱发塑性钢（TRIP）。

7•钢淬火后采用不同回火温度后的组织转变产物（104）?

a马氏体中碳的偏聚

25-100C低碳马氏体中C、N原子在位错线附件偏聚。

高碳马氏体碳原子发生集群化脱溶行成预脱溶原子团，进而形成长程有序化或调幅结构。

低碳马氏体当Wcv0.25%时，钢中则不出现碳原子

集群。

b.马氏体分解

100-250C为回火第一阶段，即马氏体发生分解。

低碳马氏体继续偏聚不析出，高碳马氏体中共格析出£-碳化物（呈针装），使马氏体基体中的Wc达到0.2%-0.3,此时的马氏体组织称为回火

马氏体。

c.残余奥氏体的转变

200-300C为回火第二阶段，马氏体继续分解的同时发生残余奥氏体的分解。

此阶段主要发生在Wc>0.4%的钢种，其中残余奥氏体将分解分解为上贝氏体。

d.碳化物的转变

250-400C为回火的第三阶段，由于温度很高，此时低碳钢在碳原子偏激区直接形成渗碳体

（e-碳化物）；高碳钢中在晶面上及马氏体晶界上析出片状渗碳体（e-碳化物），当温度到

400C时，渗碳体开始聚合，变粗并球化，但铁素体中仍保留马氏体晶体的外形。

e.渗碳体的聚集长大和a相再结晶

400C以上时为回火的第四阶段，由于温度高，铁原子的扩散能力增强。

（渗碳体的聚集长大和a相再结晶）

400-600C时，马氏体分解、碳化物转变及其聚集球化，使a相晶格畸变大大减少，因此内应

力消除，但是仍保留马氏体外形

500-600C时渗碳体溶解形成细小、弥散的合金碳化物（二次硬化仅在含Ti/Cr/Mo/V/Nb/W的钢中出现）

600-700C时a相发生再结晶和晶粒长大，球状渗碳体（Fe3C）粗化。

此时，在中碳和高碳

合金钢中再结晶被抑制，形成等轴铁素体。

低温回火材料或工件在150-300C进行的回火。

回火后组织为回火马氏体。

中温回火材料或工件在300〜500C进行的回火。

回火后组织为回火托氏体。

高温回火材料或工件在500C以上进行的回火。

回火后组织为回火索氏体。

8．何谓钢的第一、二类回火脆性？

第二类回火脆性产生原因，怎样消除（105）？

第一类回火脆性：

碳钢在200-400C范围内回火，会出现室温冲击韧性下降现象，造成脆性此即为第一类回火脆性或称回火马氏体脆性。

对于合金钢这类脆性发生的温度范围稍高，约在250-450C之间。

如果零件回火产生此类脆性则需重新加热淬火方可消除、

第二类回火脆性：

某些合金钢在450-650C温度范围类回火并回火后缓慢冷却通过上述温度

范围内会出现韧性降低的现象。

产生原因：

与Sn/Sb/As/P等杂志元素在原奥氏体晶界偏聚有关。

重新加热到预定的回火温度（稍高于造成脆化的温度范围）然后快冷，脆性就会消失。

9．钢退火、正火的工艺特点和应用场合（106〜110）？

等温退火、球化退火、扩散退火的工艺

特点？

钢的退火是指将钢或钢件加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。

退火分完全退火、不完全退火、等温退火、球化退火、均匀化退火、去应力退火、再结晶退火、稳定化退火、预防白点退火等。

应根据零件的技术要求与工艺流程合理选用。

a.完全退火（fullannealing）将材料或工件完全奥氏体化后缓慢冷却，获得接近平衡组织的退火。

（手册p.767）。

细化组织、降低硬度、改善切削加工性、及去除内应力。

b.部分退火（不完全退火）（partialannealing,incompleteannealing）----将工件部分奥氏体化后缓慢冷却的退火。

（手册p.767）。

降低硬度、改善切削加工性、及去除内应力。

c.等温退火（isothermalannealing）工件加热到高于Aa（或Ad）的温度，保持适当时间后，较快地冷却到珠光体转变温度区间的适当温度并等温保持，使奥氏体转变为珠光体类组织后在空气中冷却的退

火。

（手册p.766）。

大体同完全退火，可以缩短退火周期。

等温退火和完全退火目的相同，可以代替完全退火。

d.球化退火（spheroidizingannealing,spheroidizing）为使材料或工件中的碳化物球状化而进行的退火。

（手册p.766）。

降低硬度、改善切削加工性、为以后淬火作准备。

有普通球化退火、等温球化退火、循环球化退火。

e.预防白点退火，脱氢退火（hydrogenreliefannealing,dehydrogenationannealing）为防止材料或工件在热形变加工后的冷却过程中因氢呈气态析出而形成发裂（白点），在形变加工完结后直接进

行的退火。

其目的是使氢扩散到材料或工件之外。

（手册p.766）。

去氢温度主要在铁素体状态，时间

按钢种、氢量、工件的尺寸及装炉量等来确定。

脱氢处理（baking,dehydrogenation）在工件组织不发生变化的条件下，通过低温加热、保温，使工件内的氢向外扩散的退火。

（手册p.766）

f.再结晶退火（recrystallizationannealing）-经冷塑性变形加工的工件加热到再结晶温度以上，

保持适当时间，通过再结晶使冷变形过程中产生的晶体学缺陷基本消失，重新形成均匀的等轴晶粒，以消除形变强化效应和残余应力的退火。

（手册p.766）。

T再=（0.3-0.4）T熔。

中间退火（processannealing,intermediateannealing,interstageannealing）为消除材料或工件形变强化效应，改善塑性，便于实施后继工序而进行的工序间退火。

（手册p.777）。

g.均匀化退（扩散退火）（homogenizing,diffusionannealing）以减少材料或工件化学成分和组织的不均匀程度为主要目的，将其加热到固相线下某较高温度并长时间保温，然后缓慢冷却的退火，以达到化学成分和组织均匀化为目的的退火工艺。

（手册p.767）。

温度高（1200C）

时间长10-20h甚至更长。

h.稳定化退火（stabilizingannealing）为使工件中微细的显微组成物沉淀或球化的退火。

例如某些

奥氏体不锈钢在850C附近进行稳定化退火，沉淀出TiCNbC、TaC,防止耐晶间腐蚀性能降

低。

（手册p.767）

i.去应力退火（stressrelieving,stressreliefannealing）将材料或工件加热到一定温度（通常是相变

温度或再结晶温度以下），保持一定时间以消除各种内应力的退火。

（手册p.767）。

即-为去除工件

塑性变形加工、切削加工或焊接造成的内应力及铸件内存在的残余应力而进行的退火。

钢的正火是将钢或钢件加热到Ac3（亚共析）或者Acm（过共析）以上30-50C,保温适当

时间后,在静止的空气中冷却的热处理工艺。

正火主要用于细化组织、改善切削加工性、消除应力、去网,可以用于预备热处理或者最终热处理。

10.延时淬火、双介质淬火、马氏体分级淬火及贝氏体等温淬火的工艺特点？

分别指出常采用的淬火介质（117、118）？

延迟淬火；预冷淬火（delayquenching）工件加热奥氏体化后浸入淬火冷却介质前先在空气

中停留适当时间（延迟时间）的淬火

双介质淬火,双液淬火（interruptedquenching,timedquenching）工件加热奥氏体化后先浸入冷却能力强的介质,在组织即将发生马氏体转变时立即转入冷却能力弱的介质中冷却。

分级淬火,（马氏体分级淬火）（martempering）奥氏体化后的钢浸入稍高或稍低于钢的MS点的液体介质中，保温适当时间，待钢件的内外表面都达到介质温度后，取出空冷，以获得M组织的淬火工艺。

等温淬火（isothermalquenching,austempering）奥氏体化的钢,随之快冷到B转变温度区间等温保持,使奥氏体转变为贝氏体的淬火工艺。

11.

118、119）？

钢的淬透性与淬硬性的区别是什么？

怎样提高钢的淬透性（

淬硬性：

钢在理想条件下淬火所能达到的最高硬度来表征的材料特征。

淬透性：

钢在淬火时能够获得马氏体的能力即钢被淬透深度大小

钢的淬透性由钢的化学成分及奥氏体化条件决定：

凡是能够增加过冷奥氏体稳定性的因素，或者说凡是使C曲线位置右移，减小临界冷却速度的因素，都能提高钢的淬透性。

（一）.钢的化学成分

在亚共析成份范围内，随含碳量增加，C曲线右移，因此使钢的临界冷却速度减小，使钢的淬透性提高，过共析钢随含碳量增加，C曲线左移，钢的临界冷却速度增大，淬透性降低。

（二）.合金元素的影响

除钴和铝（＞2.5%）以外的合金元素能使C曲线右移，也就是说能降低临界冷却速度，使钢的淬透性提高。

（三）•奥氏体化条件

120）

40Cr淬

奥氏体化温度越高，成分越均匀。

奥氏体越稳定，因此临界冷却速度越小，淬透性越高。

12.钢淬火应用实例：

20Cr钢零件的强韧化工艺有哪些？

40Cr钢亚温淬火的工艺特点？

（

20Cr钢零件的强韧化工艺：

a.880C加热、分级淬火：

b.880C加热淬油+820C加热，分级淬火

C.880C加热淬油+780C加热，400C等温

d.860C加热淬油

40Cr钢亚温淬火的工艺特点：

在稍低于AC3附件的两相区加热，然后淬火可以解决

火的开裂问题。

并且得到合适的硬度

13•钢的化学热处理的基本过程是什么？

试述加速化学热处理的主要途径是什有哪些？

比较一段渗碳、两段渗碳及动态碳势控制的特点。

（工艺431）

钢的化学热处理基本过程是由分解、吸附和扩散过程组成。

试述加速化学热处理的主要途径：

a.分段控制法

b.复合热处理

c.高温扩散

d.采用加速扩散的新材料

e•化学催渗

f.物理催渗

零件的服役条件不同，对性能的要求也不同，这就要求根据工艺寻找最合适的渗碳方法，使渗层达到预期的碳浓度分布和层深要求，以大幅度提高工件的使用寿命。

根据不同的层深要求，其碳势控制方式可以分为一段渗碳法和两段渗碳法。

一段渗碳法是在整个渗碳过程中气相碳势的控制值保持不变，工件表面的碳浓度逐渐提高，但始终低于气相碳势，两者的差值随着渗碳时间的延长而逐步减小。

一段渗碳法常用于有效硬化渗碳小于0.6mm的浅层渗碳，这是因为浅层渗碳的时间短，相对于强渗一扩散方法缩短浅层渗碳时间的效益并不明显，控制的难度比较大。

有效层硬化渗碳大于0.9mm的工件，用一段渗碳法处理时，由于渗碳层的浓度梯度较小，所以渗碳速度比较慢，目前大量采用强渗-扩散两段渗碳法。

在第一阶段即强渗阶段，提高气相碳势，

使表面含碳量提高到不出现大量碳化物的程度，在渗层中形成较大的碳浓度梯度，有利于加速碳向内扩散；在第二阶段将气相碳势降低，使表面含碳量降低至设计规定的浓度。

两段渗碳法可以缩短渗碳的时间，并有可能获得带有平台或微凸的碳浓度曲线，有利于提高渗碳零件的承载能力。

如果扩散时间不够，则次表层的碳含量偏高，韧性下降，降低了接触疲劳强度，所以两段渗碳法的关键是控制强渗和扩散时间。

动态碳势控制特点：

将不同的扩散系数、碳活度系数和不同炉气的传递系数存在计算机中，用户只需输入钢的成分、气氛类型、渗碳温度、设计要求的表面碳浓度和有效硬化层的数据，就可以自动得出获得最佳的浓度曲线的渗碳工艺。

这种CAE软件和碳势控制软件相结合，实

现CAE/CAM一体化。

14•真空渗碳与一般气体渗碳相比有什么优越性？

（工艺学433〜435）

1）设备的热容小，加热温度高，这不仅能耗少，而且能进行高温渗碳，从而明显提高渗碳速度，缩短渗碳时间；

2真空加热可以净化工件表面，改善炉内气氛，避免内氧化，提高零件

的力学性能；

3由于真空渗碳是通过碳氢化合物气体在钢表面分解和直接吸收而进行，加快碳渗入奥氏

体的速度；

4真空脉冲渗碳可以明显改善小孔和盲孔内壁的渗碳效果;

5）减少环境污染和改善劳动条件

真空渗碳属于绿色热处理技术，是发展方向。

真空渗碳设备投资大

15.气体渗氮的两段控制工艺（氮势与氨气分解率的关系）？

与一般渗氮相比优点是什么？

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16.工件渗碳、碳氮共渗淬火后及渗氮、氮碳共渗后表层至心部的组织怎样分

布的？

渗碳淬火后组织：

由表及里高碳针状马氏体向中、低碳板条马氏体过渡、渗碳体和残余奥氏体随深度的增加而减少，并逐渐消失。

心部组织由材料的淬透性决定，能淬透的为低碳板条马氏体和铁素体，不能淬透铁素体和珠光体

碳氮共渗淬火组织：

由表及里含氮高碳针状马氏体向中、低碳板条马氏体过渡、碳氮化合物和残余奥氏体随深度的增加而减少，并逐渐消失。

心部组织由材料的淬透性决定，能淬透的为低碳板条马氏体和铁素体，不能淬透为铁素体和珠光体（表面：

M+点状碳氮化物+Ar心部：

板条

M+F/F+P

渗氮组织：

表层组织氮化物（&+Y'）/过渡区组织Y'+含氮铁素体（a）/心部一般回火索氏体组织

氮碳共渗组织：

表层组织碳氮化物（£+Y'）/过渡区组织Y'+含氮铁素体（a）/心部一般

回火索氏体组织

17•钢渗碳、渗氮和碳氮共渗后常见的缺陷和形成原因和怎样防止？

女口：

表面非马氏体组织（136）、网状及脉状氮化物、氮化物呈鱼骨状分布（143）、

黑色组织（黑点、黑带、黑网）（148）。

渗碳件热处理缺陷及防止措施：

a.淬火后硬度低

成因：

渗层浓度低或表面脱碳；或渗碳后热处理工艺不合理，表面有托氏体或残奥太多

措施：

渗碳控制好渗碳的工艺，做好保护等，改进渗碳后的热处理工艺，深冷等

b.渗碳层出现大块或网状碳化物：

成因：

渗碳时表面碳浓度过高而引起的。

措施：

降低渗碳剂活性，严格控制碳势，控制表面碳浓度。

c.渗碳层不均匀

成因：

炉温不均匀、炉内起风循环不良、零件表面不清洁、零件表面积碳等原因造成

措施：

装炉前严格清洗零件表面、合理装炉、尽量使工件见间隙均匀、定期清理炉内积碳等

d.心部过硬或过软

成因：

太软，心部铁素体多；太硬，淬火温度偏高或冷却速度太快，或渗碳时间过程，心部含碳量增加

措施：

适当提高淬火温度；适当降低淬火温度，严格控制心部含碳量

e.表面非马氏体组织

成因：

渗碳介质中的氧向钢中扩散，在晶界上形成Cr等元素的氧化物，致使该处合金元素贫化，淬透性降低，淬火后出现黑色网状组织（T）

措施：

控制炉内介质成分，降低氧的含量；提高淬火冷却速度；合理选用刚才可控制此类缺陷

渗氮缺陷及防止措施：

a•渗氮层出现网状、脉状氮化物

原因：

渗氮温度过高，氮浓度过高，氨含水量大，原始组织粗大

措施：

控制温度和氮势以及氨含水量、对零件进行正确的预处理

b.渗氮层氮化物呈鱼骨状分布

原因：

零件调质时候表面脱碳层未加工掉

措施：

增加调质后的加工余量，机加工时应该保证零件表面均匀切削

c.渗氮件表面有软点、硬度（或渗层）不均匀

原因：

工件表面油污或氧化皮未清洗（理）干净；材料组织不均匀；装炉量太多或工件吊挂不当；炉温、炉气不均匀；渗氮工艺不当（如氨气供应中断、渗氮温度和氨分解过高等）

措施：

清洗去污，清除零件表面氧化皮；合理装炉；改进炉子设计，降低罐内温差，强化炉气循环

等

d.渗氮件畸变超差

原因：

机加工产生的应力较大、零件细长或形状复杂；渗氮层厚；渗氮罐类温度不均匀；工件装炉方式不当

措施：

渗氮前预备热处理中，安排合理的去应力工序；渗氮时缓慢加热和冷却；改进零件，避免不对称形状；选择合理的渗氮层深度；杆件吊挂平稳且与轴线平行，采用专用卡具和吊具；强化炉内气氛循环等。

碳氮共渗缺陷及防止措施：

a.黑色组织：

碳氮共渗表层出现黑点、黑带、黑网。

降低弯曲和接触疲劳强度，耐磨性下降

原因：

黑点：

碳氮共渗初期氮势过高，渗层中氮含量过大；氮碳共渗时间较长时碳浓度增高，发生氮化物分解及脱氮的过程，原子氮变成分子氮而形成孔洞，即黑点

黑带：

由于形成合金元素的氧化物、氮化物和碳化物等小颗粒，使奥氏体中合金元素贫化，淬透性降低，形成托氏体

黑网：

由于氮碳晶间扩散，沿晶界行成Mn、Ti等合金元素的碳氮化合物，降低附近奥氏体中的合金元素含量，淬透性降低，形成托氏体

措施：

为了防止黑色组织的出现，渗层中氮含量不宜过高，一般超过WnO.5%就容易出现点状

黑色组织；深层中氮含量也不宜过低，否则易形成托氏体网。

因此氨的加入要适中氨气量过高，炉气露点降低，均会促使黑色组织出现。

为了抑制托氏体网的出现，也可以适当提高淬火温度和采用冷却能力较强的冷却介质。

黑色组织深度相遇0.02mm时候可采用喷丸强化补救。

b.粗大碳氮化合物

原因：

表面碳氮含量过高，碳氮共渗较高时，工件表面出现密集的粗大条状碳氮化合物。

共渗温度较低，炉气氮势过高时，工件表面也会出现连续的碳氮化合物。

这些缺陷常导致表面剥落或开裂。

措施：

严格控制碳势和氮势，特别是共渗初期，必须严格控制氨气的加入量。

18．氮碳共渗与渗氮相比区别是什么？

（工艺、组织和性能）

氮碳共渗：

又称软氮化或低温碳氮共渗,即在铁-氮共析转变温度以下，使工件表面在主要渗入氮的同时也渗入碳。

碳渗入后形成的微细碳化物能促进氮的扩散，加快高氮化合物的形成。

这些高氮化合物反过来又能提高碳的溶解度。

碳氮原子相互促进便加快了渗入速度。

此外，碳在氮化物中还能降低脆性。

氮碳共渗后得到的化合物层韧性好，硬度高，耐磨，耐蚀，抗咬合。

氮碳共渗组织：

表层组织碳氮化物（£+Y'）/过渡区组织Y'+含氮铁素体（a）/心部一般回火索氏体组织

碳氮共