热处理工艺复习题1Word文档格式.docx
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炉温比正常加热温度高100~200℃，强化加热，加热速度↑↑，表面与心部温差↑↑，生产率↑
锻件退火、正火、碳钢、低合金钢淬火等。
2加热介质及工件放置方式的影响（影响
的因素）
⑴加热介质的影响
①固体介质木炭、石墨、氧化铝、石英砂等
流态化炉加热特点：
以对流为主的综合传热，传热系数↑，加热效率↑↑。
②液态介质熔盐、金属、油等。
热传导为主,兼有辐射和对流，加热速度快，温度均匀，表面氧化、脱碳倾向小，变形较小。
③气体介质中加热。
综合传热高温区以辐射为主，低于600℃以对流为主，中温区混合作用。
④真空加热，为辐射传热，加热速度慢，工件变形小，无氧化脱碳，保持表面原始状态，清洁光亮
⑵工件在炉内排布方式的影响。
工件在炉内排布方式直接影响热量传递的通道，例如辐射传热中的挡热现象及对流传热中影响气流运动的情况等。
⑶工件本身的影响。
工件本身的几何形状、工件表面积与体积之比已经工件材料的物理性质（C,
等）直接影响工件内部的热量传递及温度场。
4.钢在氧化性介质中加热时的氧化反应及无氧化加热条件。
（P13）
5.何谓碳势?
如何根据实际碳势曲线确定炉气碳势
碳势:
即纯铁在一定温度下于加热炉气中加热时达到既不增碳也不脱碳，并与炉气保持平衡时表面的含碳量。
获得了实际碳势曲线以后，即可通过测定炉气成分来确定炉气碳势。
吸热式气氛中，影响碳势的主要气体成分是CO、H2、CO2、H2O和CH4，在CO和H2成分恒定情况下，只要测定CO2、H2O和CH4之一的含量，气体成分即可确定，从而碳势也随之确定。
（1）温度一定时，炉气中CO2含量越高，碳势越低。
炉气一定时，随温度升高，碳势降低。
（2）气氛中H2O含量越高，露点越高，碳势越低。
6.如何根据炉气碳势、加热温度及钢的含碳量确定钢脱碳层的组织。
（P18）
脱碳过程：
表面的碳与炉气反应，表面碳浓度降低；
表面与内部形成碳浓度
梯度，内部的碳向表面扩散。
第2章
1.各种退火工艺（扩散退火、完全退火、球化退火、等温退火、再结晶退火、低温退火）的目的、工艺特点、适用材料及组织。
退火——将钢加热到>
Ac3（Accm）或Ac1~Ac3（Accm）或<
A1温度，保温一定时间，缓冷，以得到接近平衡组织的热处理工艺。
目的:
1）改善组织缺陷，消除粗大晶粒、魏氏组织铁素体、网状渗碳体、带状组织，细化晶粒、均匀成分、消除冷热加工内应力等；
2）为切削加工、淬火作组织准备；
3）某些零件的最后热处理
（1）扩散退火（或均匀化退火）
消除或者减少化学成分偏析及显微组织（枝晶）的不均匀性，以达到均匀化的目的。
温度：
Ac3（或Accm）＋（150-300）℃,一般为碳钢1100-1200℃,合金钢1200-1300℃
保温时间：
一般以每25mm截面厚度30-60min算。
温度高、时间长,成本和能耗高,效率低，对于钢中宏观偏析和夹杂物分布基本上不起作用。
优质合金钢铸锻件及偏析较严重的合金钢
后续工艺：
正火或退火消除晶粒粗大
（2）完全退火
目的：
细化晶粒、降低硬度、改善切削性能、消除内应力等。
Ac3+（20-30）℃，适用于0.3-0.6C%中碳钢铸锻件。
低碳钢：
（960-1100）℃，高温退火，获得4－6级晶粒度，提高切削性能
过共析钢>
Accm加热后缓冷→P+网状Fe3C——不采用完全退火工艺
常用结构钢、弹簧钢和热作模具钢钢锭：
加热速度：
100－200℃/h，保温时间：
τ＝8.5+Q/4h
亚共析钢锻轧钢材：
主要消除锻后组织及硬度的不均匀性，改善切削加工性能和为后续热处理做准备。
τ＝（3-4）+（0.4-0.5）Qh
（3）不完全退火
消除热加工的内应力，降低硬度，改善切削加工性
加热温度：
Ac1~Ac3（Accm）
特点:
由于加热温度在Ac1~Ac3（Acm）之间，不完全奥氏体化——部分重结晶，第二相形态、分布仍保留。
因此不能消除热加工组织缺陷、细化晶粒等。
终轧（锻）温度不高，原始组织细小的亚过共析钢（合金钢）锻件和热轧件，代替完全退火，降低成本。
（4）球化退火（过共析钢的不完全退火）
降低硬度，改善切削加工性；
获得均匀组织,改善热处理工艺性能,为淬火做好准备；
经淬火、回火后获得良好的综合机械性能。
由奥氏体转变为球化体的退火工艺有以下三种:
①一次球化退火法：
加热到Ac1以上20℃左右,然后以10－20℃/h的速度控制冷却到Ar1以下一定温度；
退火时间长，炉冷速度不易控制
②等温球化退火：
加热Ac1以上20℃左右,然后在略低于A1的温度下等温；
奥氏体在较高温度下分解，碳化物质点的聚集和球化的过程加快。
③往复球化退火：
在A1上、下20℃左右交替保温。
球化较充分,周期较短，但在操作和控制上比较繁琐。
（5）等温退火
对完全退火、球化退火的改造，缩短工艺时间，提高生产率，防止白点等。
等温退火适用于合金钢、高合金钢、高碳钢等需要退火降低硬度的工件。
（6）再结晶退火
再结晶退火：
经过冷变形后的金属加热到再结晶温度之上，保持适当时间，使形变晶粒重新转变为均匀的等轴晶粒，以消除加工硬化和残余应力的热处理工艺。
消除加工硬化，提高延展性（塑性），改善切削性能及压延成型性能。
（7）消除应力退火（或低温退火）
消除铸锻零件、焊接件、机加工件的内应力
加热温度随材料选择500~700℃。
加热时间：
2~8h。
加热、冷却速度：
50~150℃/h
2.正火的工艺、目的。
正火工艺：
正火是将钢加热到Ac3或Accm以上30～50℃保温，然后空冷的热处理工艺。
正火目的：
可以细化晶粒,使组织均匀化,获得一定的硬度,改善铸件的组织和低碳钢的切削加工性;
可以作为预备热处理,为随后的热处理作准备；
也可作为最终热处理。
1低碳钢正火的目的之一是为了提高切削性能。
2中碳钢正火应该根据钢的成分和工件尺寸来确定冷却方式。
3组织中有网状碳化物的高碳钢，正火是为了消除网状碳化物，加热时必须保证碳化物全部溶入奥氏体中，冷却时须采用较大冷速，可抑制碳化物的析出，获得伪共析组织。
4双重正火。
有些锻件的过热组织或铸件粗大铸造组织，一次正火不能达到细化组织的目的。
为此采用二次正火，可获得良好的结果。
3.退火、正火缺陷的种类、形成原因、消除方法。
（P31）
1.过烧：
由于加热温度过高，出现晶界严重氧化，甚至局部熔化，造成工件报废。
2.黑脆：
碳素工具钢或低合金工具钢在退火后，有时发现硬度虽然很低，但脆性却很大，一折即断，断口呈灰黑色，所以叫“黑脆”。
3.粗大魏氏组织
4.反常组织
5.网状组织
6，球化不均匀
7，硬度过高
第3章
1.理想的淬火冷却介质的冷却特性。
在过冷奥氏体最不稳定区域，即珠光体转变区，具有较快的冷却速度，而在Ms点附近的温度区域冷却速度比较慢，它可以减少淬火过程中所产生的内应力，避免淬火变形、开裂的产生。
2.有物态变化的淬火介质的冷却过程大致可分为哪几个阶段？
（1）气膜阶段：
当工件进入介质的一瞬间,周围介质立即被加热而汽化,在工件表面形成一层蒸汽膜,将工件与液体介质隔绝。
由于蒸汽膜的导热性较差,故使工件的冷却速度较慢。
（2）沸腾阶段：
当蒸汽膜破裂后,工件即与介质直接接触,介质在工件表面激烈沸腾,通过介质的汽化并不断逸出气泡而带走了大量热量,使冷却速度变快.
（3）对流阶段：
当工件冷至低于介质的沸点时,则主要依靠对流传热方式进行冷却,这时工件的冷速甚至比蒸汽膜阶段还要缓慢。
3.淬火烈度及淬火烈度H的测量.
淬火介质冷却能力最常用的表示方法是所谓的淬火烈度H.规定18℃静止水的淬火烈度H＝1，其它淬火介质的淬火烈度由与静止水的冷却能力比较而得。
淬火介质冷却特性的测量------银球探头法（P37）
淬火特性温度是指蒸汽膜破裂即沸腾阶段开始的温度
4.几种常用的淬火介质（水、盐水与碱水、淬火油）各有何特点？
（1）水在静止与流动状态下的冷却特性,静止水的蒸汽膜阶段温度较高,在800~380℃温度范围,此阶段的冷速缓慢,约180℃/s.温度低于380℃以下才进入沸腾阶段,使冷却速度急剧上升,280℃左右冷速达最大值,约770℃/s.
水作为淬火介质的主要缺点：
①冷却能力对水温的变化很敏感,水温升高,冷却能力便急剧下降,并使对应于最大冷速的温度移向低温；
②在马氏体转变区的冷速太大,易使工件严重变形甚至开裂；
③不溶或微溶杂质（如油、肥皂等）会显著降低其冷却能力,当水中混入这些杂质时,工件淬火后易于产生软点.
（2）为了提高水的冷却能力,往往在水中添加-定量（一般为5~10%）的盐或碱,目前比较普遍采用的是食盐水溶液,其优点是蒸汽膜阶段缩短，特性温度提高，从而加快冷却速度.
食盐水溶液的冷却能力在食盐浓度较低时随食盐浓度的增加而提高，随温度提高，冷却能力降低。
盐水的缺点是在低温（200~300℃）区间冷速仍很大。
（3）碱水作为淬火介质,常用的是5%~l5%NaOH水溶液.它在高温区间的冷却能力比盐水还大,而在低温区间的冷却能力则与之相近.此外它能与已氧化的工件表面作用而析出氢气,使氧化皮易于脱落,淬火后工件呈银灰色,表面较洁净,一般不需清理,故又称其为光亮淬火.
但碱水的应用不如盐水广泛,其原因是NaOH对工件及设备的腐蚀较严重,淬火时有剌激性气体产生,对皮肤有腐蚀性,以及工件易于老化变质等.因此未能广泛应用。
（4）油作为淬火介质，主要优点是:
油的沸点一般比水高150~300℃,其对流阶段的开始温度比水高得多,由于一般在钢的Ms点附近已进入对流阶段,故低温区间的冷速远小于水,将有利于减少工件的变形与开裂倾向
主要缺点是:
高温区间的冷却能力很小,仅为水的l/5~1/6.只能用于合金钢或小尺寸碳钢工件的淬火.此外,油经长期使用还会发生老化,故需定期过滤或更换新油等。
5.钢的淬透性及影响淬透性的因素
钢的淬透性——指钢材淬火时获得马氏体能力的特性。
即钢淬火时获得淬硬层深度的能力，可以用规定条件（工件的形状尺寸、淬火介质）下的淬硬层深度来表示
⑴钢的化学成分
a）含碳量对碳钢临界淬火冷却速度的影响。
对过共析钢，当加热温度低于Acm点时，含C量低于1％以下，随含碳量增加，临界冷却速度下降，淬透性提高，含C量高于1％时，则相反，当加热温度高于Ac3或Acm时，则随含碳量增加，临界冷却速度下降。
b）合金元素除Ti，Zr，和Co外所有元素提高淬透性。
c）多种合金元素同时加入钢中，其影响不是单个合金元素作用的简单叠加。
⑵奥氏体晶粒度，奥氏体晶粒尺寸增大，淬透性提高。
⑶奥氏体化温度
提高奥氏体化温度，不仅使奥氏体晶粒粗大，促使碳化物及其它非金属夹杂物溶入，并使奥氏体成分均匀化，提高过冷奥氏体稳定性，从而提高淬透性。
⑷第二相及其分布
奥氏体中未溶的非金属夹杂物和碳化物的存在以及其大小和分布，影响过冷奥氏体的稳定性，从而影响淬透性。
⑸钢的原始组织、应变和外力场对钢的淬透性也有影响。
6.钢的淬透性与可硬性两个概念的区别
淬透性系指淬火时获得马氏体难易程度。
它主要和钢的过冷奥氏体的稳定性有关（钢的临界淬火冷却速度），可硬性指淬成马氏体可能得到的硬度，主要和钢中含碳量有关。
7.简述淬透性的实验测定方法-------临界直径法（P42）
8.简述淬透性的实验测定方法-------端淬法（P44）
9.淬透性曲线的应用
⑴根据端淬曲线合理选用钢材,以满足心部硬度的要求
⑵预测材料的组织与硬度
⑶根据淬透性曲线,确定热处理工艺.
10.淬火内应力包括哪两类，其变化规律如何？
（1）热应力：
工件冷却时,由于工件的表层和心部冷缩的不同时性,造成的内应力。
热应力的变化规律：
冷却前期,表层受拉,心部受压；
冷却后期,表层受压,心部受拉。
热应力的分布特征：
径向应力，心部为拉应力,表面应力为零；
轴向应力和切向应力，表面均为压应力，心部均为拉应力，特别是轴向拉应力相当大.
（2）组织应力：
淬火冷却时，由于工件的表层和心部发生马氏体转变体积膨胀的不同时性而造成的内应力称为组织应力.（比容不同）
组织应力的变化规律：
冷却前期,表层受压,心部受拉；
冷却后期,表层受拉,心部受压。
即组织应力的方向及其变化规律,正好与热应力相反。
组织应力的分布特征：
轴向和切向应力，表面为拉应力,且切向应力大于轴向应力,心部为压应力；
径向应力，表面为零,心部则为压应力。
11.引起各种变形的原因及其影响规律是什么?
（P52）
淬火时，工件发生的变形有两类，一是翘曲变形，淬火工件中热应力和组织应力引起，一是体积变形，组织转变时比容差引起。
（1）淬火前后组织变化引起的体积变形
工件在淬火前组织一般为珠光体组织，而淬火后为马氏体组织。
由于组织的比容不同，引起体积变化，产生变形。
一般是使工件的体积在各个方向上作均匀的胀大或缩小,但不改变形状。
（2）热应力引起的形状变形，使工件沿最大尺寸方向收缩,沿最小尺寸方向胀大,即力图使工件的棱角变圆,平面凸起,变得趋于球状,其形状正好像一个真空中受内压的容器一样.
（3）组织应力引起的形状变形，（与热应力相反）,使工件沿最大尺寸方向伸长,沿最小尺寸方向收缩,力图使工件棱角突出,平面内凹,其外形好像一个承受外压的真空容器一样。
12.淬火变形的影响因素.（P54）
⑴影响体积变形和形状变形的因素
⑵其他影响淬火变形的因素：
①夹杂物和带状组织对淬火变形的影响，淬火变形具有方向性，纵向>
横向。
②工件截面形状不同或不对称对淬火变形的影响。
③淬火前残余应力及加热冷却不均匀对变形的影响
13.淬火裂纹的类型.
产生淬火裂纹的原因：
①拉应力超过材料的断裂强度σb;
②内应力虽不太高（未超过材料的断裂强度）,但材料存在内部缺陷，如非金属夹杂物、碳化物偏析或者粗大第二相。
淬火裂纹的类型：
✧纵向裂缝：
沿着工件轴向方向由表面裂向心部的深度较大的裂缝。
✧横向裂缝和弧形裂缝：
常发生于大型轴类零件上。
✧表面裂缝（或称网状裂纹）：
这是分布在工件表面的深度较小的裂缝。
14.淬火回火缺陷的预防、补救.（P69）
15.常用的几类淬火方法及其工艺。
（P59）
（1）单液淬火法，适用于形状简单的碳钢和合金钢工件。
把已加热到淬火温度的的工件淬入一种淬火介质，使其完全冷却。
优点：
淬火方法简便、经济、易于掌握,故广泛用于形状简单的工件淬火
缺点：
在整个冷却过程中,工件表面与中心的温差较大,这会造成较大的热应力和组织应力,从而易引起变形和开裂。
（2）双液淬火法，把加热到淬火温度的工件，先在冷却能力强的淬火介质中冷却至接近Ms点，然后转入慢冷的淬火介质中冷却至室温，以达到不同淬火冷却温度区间，有比较理想的淬火冷却速度。
这样既保证了获得较高的硬度层和淬硬层深度又可减少内应力及防止发生淬火开裂。
一般用水作快冷淬火介质，用油或空气作慢冷淬火介质。
先快冷可避免过冷奥氏体的分解,后慢冷可有效地降低变形和开裂倾向。
关键：
是控制工件的水冷时间
（3）分级淬火法：
将加热好的工件置于温度稍高于Ms点的热态淬火介质中（如融熔硝盐、熔碱或热油）,保温一定时间,待工件各部分的温度基本一致时,取出空冷（或油冷），发生马氏体转变.
（4）等温淬火法：
工件淬火加热后，若长期保持在下贝氏体转变区的温度，使之完成奥氏体的等温转变，获得下贝氏体组织。
16.钢的正常淬火加热温度如何确定？
为什么?
亚共析钢为Ac3+30~50,共析钢和过共析钢为Ac1+30~50.
（1）亚共析钢。
一般在Ac3+30～50℃加热,可得到均匀细小的奥氏体晶粒,淬火后即可得到细小的马氏体组织；
但若加热温度低于Ac3,组织中将会保留一部分铁素体,使淬火后强度、硬度都较低；
而加热温度过高,①又易引起奥氏体晶粒粗化,淬火后获得粗大马氏体，钢的性能变坏，②加热保温过程的氧化脱碳严重，③淬火后变形、开裂倾向大。
由于Ac3+30～50℃这一淬火加热温度处于完全奥氏体的相区,故又称作完全淬火。
（2）共、过共析钢。
加热温度过高：
高于Accm以上,则会：
①由于渗碳体全部溶入奥氏体中,使淬火后钢的耐磨性降低;
②使奥氏体晶粒显著粗化,淬火后得到粗大马氏体,使形成显微裂纹的倾向增大；
③由于奥氏体中碳含量显著增高，使Ms点降低,淬火后残余奥氏体量将大大增加,使钢的硬度降低，④使钢氧化、脱碳加剧,也使淬火变形和开裂倾向增大,同时还缩短炉子的使用寿命等。
（3）低合金钢淬火。
淬火加热温度也应根据其临界点（Ac3或Ac1）来选定，但考虑到合金元素的影响,为了加速奥氏体化而又不引起奥氏体晶粒粗化,一般应选定为Ac3（或Ac1+50～lOO℃）。
（4）确定淬火加热温度时，尚应考虑工件的形状、尺寸、原始组织、加热速度、冷却介质和冷却方式等因素
17.什么是二次硬化？
二次硬化：
某些淬火合金钢在500～650℃回火后硬度增高,在硬度-回火温度曲线上出现峰值的现象。
18.什么是回火脆性?
钢在淬火后进行回火的主要目的是降低脆性,提高韧性。
但是随着回火温度的升高、强度与硬度的降低,钢的冲击韧性并不总是单调上升,而是在200～350℃之间以及450～650℃之间出现两个低谷。
在这两个温度范围内回火,虽然硬度仍有所下降,但冲击韧性并未升高,反而显著下降。
由回火所引起的脆性称为回火脆性。
19.按温度分，回火有哪几类？
回火后的组织特征、性能特征与应用。
在200～350℃出现的称为第一类回火脆性,在450～650℃出现的称为第二类回火脆性。
20.回火的目的。
降低或消除淬火引起的残余内应力,这对于稳定工具钢制品的尺寸特别重要。
提高淬火钢的塑性和韧性,降低其脆性,但却往往不可避免地要降低其强度和硬度;
第4章
1.表面淬火的目的、分类与适用钢种。
在工件表面一定深度范围内获得马氏体组织，而其心部仍保持着表面淬火前的组织状态（调质或正火状态），以获得表面层硬而耐磨，心部又有足够塑性、韧性的工件。
表面淬火分类：
感应加热表面淬火，火焰加热表面淬火，电接触加热表面淬火，电解液加热表面淬火，激光加热表面淬火，电子束加热表面淬火，等离子束加热表面淬火
表面淬火常用于含碳0.4%～0.5%的中碳钢和球墨铸铁
2.钢快速加热时的相变特点。
①在一定加热速度范围内,临界点（Ac3,Accm）随加热速度增加而升高,转变在一个较宽的温度范围内完成。
②奥氏体成分不均匀性随着加热速度的增加而增大。
③提高加热速度可显著细化奥氏体晶粒。
④快速加热对过冷奥氏体转变及马氏体回火有明显影响
3.表面淬火的组织与性能特点。
（P76）
表面淬火的金相组织：
①原始组织为退火态的共析钢。
②表面淬火前原始组织为正火状态的45钢
表面淬火的性能：
1）表面硬度：
高频感应淬火，其表面硬度比普通加热淬火的硬度也高2～3个洛氏硬度单位.
2）耐磨性：
快速加热表面淬火后工件的耐磨性比普通淬火的高。
这也与其奥氏体晶粒细化、奥氏体成分的不均匀，表面硬度较高及表面压应力状态等因素有关。
3）疲劳强度：
有效地提高零件的弯曲、扭转疲劳强度,通常小零件可提高2～3倍,大零件可提高20%～30%。
4.感应加热表面淬火的基本原理。
1感应加热的物理基础，集肤效应
J0:
导体表面的电流密度（A/mm2）;
x:
至表面的距离（mm）;
Jx:
距表面x处的电流密度（A/mm2）;
c:
光速（3×
108m/s）;
μ:
被加热材料的相对导磁率；
f:
电流频率（Hz）;
ρ:
被加热材料的电阻率（Ω•cm）
计算表明：
如果把从表面到Jx/J0=1/e（≈0.37）处的深度定义为电流的透入深度δ，则在此深度内电电流所产生的热量约占全部热量的85-90％，这时
。
由公式易知电流频率愈高,电流透入深度就愈小，电阻率愈大,导磁率愈小,则电流透入深度愈大。
⑵感应加热的物理过程
5.何谓感应加热表面淬火的电流透入深度？
影响因素有哪些？
6.何谓透入式加热和传导式加热?
有何特点?
如何选择这两种加热方式?
在感应加热开始时，零件处于室温，此时电流透入深度很小，加热仅在薄层内进行，其时电流分布如图所示的“冷态”，称为冷态电流分布特性。
当表面温度升高达到磁性转变温度A2的一薄层时，加热层被分为两层，即外层的磁性消失层和与之紧密连接的磁性未消失层。
在磁性消失层中，由于导磁率和加热层中的功率消耗激烈下降，因此电流强度就大大降低，使得最大电流密度推向磁性未消失层和磁性消失层的交界处，如图中的“过渡态”。
此时电流密度分布变化（即电流强度急剧增加），使交界处的温度迅速上升，从而使高温层不断向内移动。
这样的加热方式称为透入式加热。
当磁性消失层的厚度超过热态电流透入深度后，涡流完全按着热态特性分布，如图中的“热态”。
继续加热时，热量总在厚度为“热态电流透入深度”的这一薄层中放出，此层的温度将得到提高。
同时，由于热传导的作用，加热层的厚度也将随时间延长而不断增加。
这和传统加热一样，称为传导式加热。
第5章
1.了解常用化学热处理及其适用范围
2.渗碳过程的三个阶段
（1）渗碳介质的分解
（2）碳原子吸收
（3）扩散
3.渗碳工艺参数的选择
渗碳工艺参数：
气氛碳势，渗碳温度，渗碳时间
将整个渗碳过程分为四个阶段：
①升温阶段,是工件达到渗碳温度前的一段时间,用较低碳势；
②高速渗碳阶段,在正常温度或更高温度下,用高于所需表面碳含量的碳势,时间较长；
③扩散阶段,工件降到（或维持在）正常渗碳温度,碳势降到所需表面碳含量,时间较短；
④预
升级会员 