热处理工程师资格考试整理问答题Word文档下载推荐.docx

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答：

常用的淬火方法有：

单介质淬火法（形状简单的碳钢工件用水冷，合金钢或合金工具钢件用油冷）：

一般形状简单的碳钢件用水冷；

合金钢件用油冷。

双介质淬火法（形状复杂、易变形工件可采用此淬火方法）：

如水淬油冷、油淬空冷等。

主要用于形状复杂的高碳钢件及大型合金钢件。

这种方法既能保证获得马氏体组织，又减小了淬火内应力和变形开裂倾向。

延时淬火法（用于工具、模具钢，可减少其变形和开裂）：

钢件在浸入淬火介质之前先在空气中降温一定时间，以减少热应力。

如工模具非工作面的棱角处，使之先降温到一定温度后再浸入淬火介质中。

分级淬火法（用于合金工具钢及小截面碳素钢工具钢，以减少其变形和开裂）：

将奥氏体化后的钢件浸入稍高于或稍低于钢的Ms点的淬火介质中，保持时适当时间，使工件内外温度一致后取出空冷进行马氏体转变，因而减少了淬火应力及工件的变形和开裂倾向。

对于形状复杂、尺寸较小或小批量工件可选用这种淬火法。

淬火后获得马氏体组织。

等温淬火法（用于要求变形小、强韧性高的合金钢工件）：

将奥氏体化后的钢件浸入稍高于钢的Ms点的淬火介质中，保持足够时间，让过冷奥氏体在等温条件下完成下贝氏体转变。

对于中高碳和低合金钢制作的尺寸较小、形状复杂、强韧性要求较高的工件可选用该淬火法。

局部淬火法：

只对钢件需要硬化的局部进行淬火法。

如T10A钢卡规的局部淬火。

分级淬火是将奥氏体化的钢件淬入稍高于Ms点温度的盐浴中，保持到工件内外温度接近后取出，使其在缓慢冷却条件下发生马氏体转变的一种淬火工艺，最终获得淬火马氏体组织；

等温淬火是将奥氏体化的钢件淬入高于Ms点温度的盐浴中，等温保持，以获得下贝氏体组织的一种淬火工艺。

22.简述零件感应加热淬火的基本原理。

是利用通入交流电的加热感应器在工件中产生一定频率的感应电流，感应电流的集肤效应使工件表面层被快速加热到奥氏体区后，立即喷水冷却，工件表层获得一定深度的淬硬层。

25．感应加热淬火有同时加热一次淬火和移动加热连续淬火两种方法，同时加热的比功率和移动加热的比功率选用多少为宜?

试指出感应加热淬火常出现的三种质量问题，试分析其原因。

同时加热的比功率一般选用0.5~4kW/cm2，移动加热的比功率一般采用＞1.5kW/cm2。

1.开裂；

原因是加热温度过高、温度不均；

冷却过急且不均；

淬火介质及温度选择不当；

回火不及时且回火不足；

材料淬透性偏高，成分偏析，有缺陷，含过量夹杂物；

零件设计不合理，技术要求不当。

2.淬硬层过深或过浅；

加热功率过大或过小；

电源频率过低或过高；

加热时间过长或过短；

材料淬透性过低或过高；

淬火介质温度、压力、成分不当；

3.表面硬度过高或过低；

材料碳含量偏高或偏低，表面脱碳，加热温度低；

回火温度或保温时间不当；

61.试说明过共析钢淬火加热温度为何选在Ac1~Acm之间，而不选在Acm以上的原因．亚共析钢的淬火温度常选在AC3以上，而过共析钢淬火加热温度为何选在Ac1~Acm之间，试从理论上加以分析。

正确选择淬火加热温度（TH）是保证淬火质量的重要一环。

钢淬火时的具体加热温度主要取决于钢的含碳量（即钢的相变临界点）和零件的使用性能要求。

对于过共析钢：

TH=Ac1+30～50℃，淬火后可得到细小的M与粒状渗碳体（Fe3C），具有高的强度、硬度和耐磨性。

若TH>

Accm，不仅无助于钢的强度、硬度增加，反而会由于加热时产生粗大的奥氏体晶粒淬火后得到粗大M和较多的残余奥氏体（A′）导致硬度和耐磨性下降，强度降低脆性增加，淬火变形开裂倾向增加。

对于亚共析钢：

TH=Ac3+30～50℃，若加热温度不足（<

Ac3）则淬火组织中将出现铁素体（F）而造成强度及硬度的降低。

若加热温度过高（>

>

Ac3），则淬火后将得到粗大的淬火马氏体（M），致使钢的强度、韧性降低，脆性增加，同时工件氧化脱碳现象严重，淬火变形开裂倾向增大。

22．激光淬火的主要优点有哪些?

简述激光热处理的原理和感应加热淬火的基本原理.与感应加热淬火相比优点是什么？

加热及冷却速度极高，获得的组织细密，硬度高，耐磨性好，疲劳寿命高；

可进行局部选择性淬火，如盲孔、深沟、微区、夹角、圆角和刀具刃部等局部区域的硬化；

易于采用计算机对激光热处理工艺过程的控制和管理，实现生产过程的自动化；

具有耗电低，工件淬火变形小，不需要冷却介质，速度快，效率高，无工业污染等。

激光热处理原理是利用聚焦后的激光束照射到钢铁材料表面，使其温度迅速升高到相变点以上，当激光移开后，由于仍处于低温的内层材料快速导热作用，使表层快速冷却到马氏体相变点以下，获得淬硬层。

感应加热淬火是利用通入交流电的加热感应器在工件中产生一定频率的感应电流，感应电流的集肤效应使工件表面层被快速加热到奥氏体区后，立即喷水冷却，工件表层获得一定深度的淬硬层。

激光淬火与感应加热淬火相比，使用的能量密度更高，加热速度更快，不需要淬火介质，工件变形小，加热层深度和加热轨迹易于控制，易于实现自动化，激光淬火可使工件表层0.11.0mm范围内的组织结构和性能发生明显变化。

23．制订出消除40Cr钢混晶的热处理工艺。

经高温固溶+正常正火+正常淬火处理，组织均匀细小，混晶消除。

即1250℃×

7min，850℃×

1h空冷，850℃×

20min油冷。

83.现采用低温（320~380℃）、高温（540~560℃）配合回火工艺，会使高速钢的寿命明显提高，试分析其原因。

低高温回火高速钢比普通回火高速钢的M2C型碳化物析出充分，M2C、V4C及Fe3C型碳化物弥散度大，均匀性好，且有约5%~7%（体积分数）贝氏体存在，故低高温回火高速钢比普通回火高速钢的硬度、热硬性、冲击韧度较高，而平面应变断裂韧度、弯曲强度、挠度则基本不低于普通回火高速钢的指标。

因此，现采用低温（320~380℃）、高温（540~560℃）配合回火工艺，会使高速钢的寿命明显提高。

26．钢的回火分哪几类?

说出低温回火的适用性（目的）。

回火的主要目的是什么?

碳钢回火时发生哪几种转变?

相应的温度范围是什么?

试说明钢的回火脆性及解决办法.简述钢的第二类回火脆性的温度区间，产生原因，及防止措施。

（1）低温：

150-250℃，用于工模具、轴承、齿轮等。

中温：

250-500℃，用于中等硬度的零件、弹簧等。

高温：

500-700℃，用于各种轴累、连杆、螺栓等。

低温回火的适用性：

消除淬火应力、稳定尺寸、减少变形和开裂，一定程度上减少残余奥氏体量。

（2）回火的主要目的是：

调整硬度、强度、塑性、韧性和红硬性等，降低或消除淬火应力，避免变形、开裂，保持使用过程中的尺寸稳定。

碳钢回火时发生以下几种转变：

1．马氏体中碳的偏聚。

相应的温度范围是25~100℃；

2．马氏体分解。

相应的温度范围是100~250℃；

3．残余奥氏体的转变。

相应的温度范围是200~300℃；

4．碳化物的转变。

相应的温度范围是250~400℃；

5．渗碳体的聚集长大和α相再结晶。

400~600℃时，碳化物聚集球化，铁素体仍保留马氏体晶体的外形；

550~650℃时，α相发生再结晶，变成等轴状；

600~700℃时，α相发生再结晶和晶粒长大，球状渗碳体粗化。

（3）钢的回火脆性是指有些淬火钢在一定温度范围内回火后出现冲击韧度下降的现象。

回火脆性有两种类型：

第一类回火脆性（回火马氏体脆性）：

碳钢在200~400℃范围内回火会出现这类脆性，合金钢约在250~450℃范围内回火会出现这类脆性。

现第一类回火脆性则需重新加热淬火方可消除。

第二类回火脆性（马氏体高温回火脆性或可逆回火脆性）：

某些合金钢在450~650℃范围内回火或回火后缓慢冷却通过上述温度范围时会出现冲击韧度下降的现象。

第二类回火脆性的零件则需重新回火并在回火后快冷。

某些合金钢的第二类回火脆性的温度区间在450~650℃。

产生原因：

与Sn、Sb、As、P等杂质元素在原奥氏体晶界偏聚有关。

防止措施：

1）钢中加入Mo、W等合金元素；

2）在回火脆性温度以上温度回火后快冷；

3）在淬火回火处理中增加一次在两相区（α+γ）温度的加热淬火处理，以获得极细奥氏体晶粒可使杂质原子在晶界偏聚分散减少。

对于已产生第二类回火脆性的零件则需重新回火并在回火后快冷。

72.高速钢低高温回火新工艺特点是什么？

（以W18Cr4V为例）为什么它比普通回火后的高速钢力学性能好？

新工艺特点是：

W18Cr4V钢经1275℃加热淬火后，首先在320℃保温1h，随后在540~560℃保温1h并进行2次回火。

高速钢经低高温回火比普通回火后的力学性能好的主要原因是由组织所决定。

即它比普通回火高速钢的M2C型碳化物析出充分，M2C、V4C、及Fe3C型的碳化物弥散度大、均匀性好，且有5%~7%（体积分数）贝氏体存在所致。

42．简述工具（包括刀具和模具）热处理主要特点是什么？

为提高刀具使用寿命，一方面充分挖掘材料潜力，采用各种强韧化热处理新工艺；

另一方面采用各种化学热处理方法，如蒸汽处理、氮碳共渗、硫氮共渗、氧氮碳共渗、物理气相沉积TiN、TiC等均获得显著效果。

模具的预先热处理：

（1）中碳钢采用完全退火；

（2）高碳钢、高碳合金钢采用球化退火或等温退火；

（3）对于一些形状复杂或多孔的模具以及板状的工件，为消除机加工应力，以减少淬火时产生变形和开裂，淬火前应进行去应力退火（高温回火）；

（4）对返修或翻新模具可进行翻新退火（高温回火）；

（5）对于形状复杂而精度要求高的工模具，为减少淬火时变形，在工件精加工后进行调质处理。

模具的最终热处理：

根据不同类型的模具，可采用不同的强韧化热处理新工艺以及不同的化学热处理方法，如热锻模具（5CrMnMo钢）复合渗工艺（即先C-N共渗，后N-C共渗）；

冷作模具（Cr12MoV钢易拉罐冲嘴模）经二次硬化处理（1000℃油淬+520℃回火两次）和（480~520℃,8~16h）的离子氮碳硫三元共渗。

25．高速工具钢的金相检验应包括哪些项目？

1）高速钢中碳化物的不均性和尺寸大小的评级；

（2）高速钢锻件碳化物不均性评级；

3）高速钢刀具淬火过热程度和回火程度检验。

93.高速钢刀具深冷处理为什么能提高刀具使用寿命？

高速钢刀具深冷处理后获得较少（4%左右）稳定残余奥氏体，且其中存在大量的位错缠结而使其自身强化；

深冷过程中转变的片状不完全孪晶马氏体，含碳及合金元素量较高，于是强化了α固溶体；

深冷处理并回火后能析出比常规热处理尺寸小而多的片状MC型碳化物，使高速钢抗回火性、塑韧性和耐磨性提高。

故高速钢刀具深冷处理能提高刀具使用寿命。

33．高速钢正常淬火后为什么都要进行三次高温回火？

经560℃三次回火，不仅有细小WC、VC弥散沉淀析出（弥散强化），且A'

→M（二次硬化），从而进一步提高钢的硬度；

后一次回火能消除前一次回火组织转变产生的应力。

30．减少零件热处理畸变的主要措施和工艺方法?

并以某一典型零件为例，从减少零件畸变的角度进行热处理工艺设计。

选择合适的淬火加热温度、冷却介质、淬火操作方法等。

现以减少40Cr钢齿条调质热处理的畸变为例，介绍具体热处理工艺规范为：

（850±

5）℃×

30s/mm，油冷；

600~680℃×

2~3h高温回火后油冷；

再进行（430±

4~8h后空冷的补充回火，即可满足要求高精度工件的技术要求。

21．典型的金属晶体具有哪三种晶体结构?

晶体结构中原子半径受哪些因素而变化?

典型的金属晶体结构有：

体心、面心和密排六方；

晶体结构中原子半径变化除与温度、压力等外界条件有关外，还受结合键、配位数以及外层电子结构等因素的影响。

23.晶体中的位错有哪两种基本类型？

位错在晶体中的运动方式有哪两种？

位错的固溶强化原理是什么？

位错基本类型：

刃型位错和螺型位错。

位错运动方式：

滑移和攀移。

位错的固溶强化原理：

在位错应力场的作用下溶质原子与刃型位错能发生强烈的交互作用后，在位错周围偏聚的现象称为气团（又称柯氏气团），气团的形成对位错有钉扎作用，从而起到固溶强化作用。

25．热处理裂纹的主要种类?

分析断口形貌可直接观察、反差大、立体感强的分析方法是哪种?

热处理裂纹的主要种类有：

淬火裂纹、回火裂纹、加热裂纹、放置裂纹（淬火延迟裂纹）。

分析断口形貌可直接观察、反差大、立体感强的分析方法是：

断口的宏观观察，即用肉眼、低倍放大镜、体视显微镜在较低放大倍率下对断口的观察。

26．金属的硬度试验有哪几种方法?

正火、退火、淬火热处理件和渗碳层深度检测常用哪种硬度试验方法?

金属的硬度试验方法有：

压入法、回跳法和刻划法三种。

正火、退火钢件常用布氏硬度试验法；

淬火钢件常用洛氏硬度试验法；

渗碳层深度检测常用维氏硬度试验法。

39.断口的宏观及微观形貌的哪些特征可推断为疲劳断裂？

若断口的宏观形貌特征是由裂纹源区、裂纹扩展区和最终瞬断区组成其微观形貌基本特征为：

在电镜下观察到的疲劳条带或称疲劳辉纹（疲劳条带具有一定的间距，在某些特定的条件下每条条纹与一次应力循环相对应），这样的断口则为疲劳断裂。

27．模具的主要失效形式是什么？

其主要失效形式是：

断裂、过量变形、表面损伤。

33.零件失效的主要形式？

为了使零件不发生脆断，设计者应控制哪三个参数？

零件失效的主要形式：

变形、断裂、磨损和腐蚀。

设计者应控制的三个参数：

强度、塑性和韧性。

53.何谓疲劳？

影响疲劳抗力的因素？

疲劳——零件在交变载荷下经长时间的工作而发生断裂的现象。

影响疲劳抗力的因素：

载荷类型；

材料本质；

零件表面状态；

工作温度；

腐蚀介质。

28．铸锭的主要缺陷有哪些?

控制铸件晶粒尺寸的主要途径?

铸锭的主要缺陷有：

微观偏析、宏观偏析、夹杂和气孔、缩孔和疏松。

控制铸件晶粒尺寸的主要途径：

增加过冷度（即增加环境冷却能力）、变质处理、采用机械振动、超声波振动、电磁搅拌等。

27．面缺陷包括哪两大类?

表面吸附在工业生产中有何重大意义，主要用于哪些工业领域?

面缺陷包括：

晶体的外表面（表面或自由界面）和内界面。

表面吸附是净化和分离技术的重要机制之一。

在工业生产中，广泛应用于三废治理、轻工、食品及石油化工等工业领域。

例如：

钢中加入微量的硼（约0.003%）能明显降低晶界能，这抑制或缓解了第二相从晶界处形核和长大，从而改善了钢的淬火能力。

23.何谓蠕变极限和持久强度？

零件在高温下的失效方式有哪些？

如何防止？

蠕变极限是高温长期载荷作用下材料对塑性变形的抗力指标。

持久强度材料在高温长期载荷作用下抵抗断裂的能力。

高温下零件的失效主要有:

过量塑性变形（蠕变变形）、断裂（蠕变断裂、冲击载荷及疲劳载荷下的断裂）、磨损、氧化腐蚀等。

除合理设计外，常采取下列措施：

正确选材（材料的蠕变极限和持久强度是对化学成分和显微组织敏感的力学性能指标。

）；

表面处理（如零件表面镀硬铬、热喷涂铝或陶瓷等）。

27．什么是碳氮共渗的黑色组织?

如何防止此类缺陷的产生?

碳氮共渗的黑色组织是指碳氮共渗表层中出现的黑点、黑带和黑网。

为防止黑色组织的出现，渗层中氮含量不宜过高（一般超过WN0.5%易出现点状黑色组织）；

渗层中氮含量也不宜过低，否则易形成托氏体网（即黑网）。

为抑制托氏体网的出现，也可适当提高淬火加热温度或采用冷却能力较强的冷却介质。

32.简述常用的化学热处理（渗碳、渗氮、碳氮共渗和氮碳共渗）的工艺主要特点、热处理后的组织和性能特点，主要适用于哪些材料或零件？

渗碳：

●渗碳温度高、生产周期较长，在渗碳加热、冷却过程中及以后的淬火回火过程中，工件会产生变形。

●渗碳后淬火工件由表及里的金相组织依次为：

M＋K少量＋A´

→M＋A´

→M低碳（心部淬透），若未被淬透，则心部组织为T（或S，P）＋F。

●经渗碳热处理后的工件，获得具有高硬度、高强度的表层和较高韧性的心部组织：

其耐磨性、拉伸及静弯曲强度，以及反复弯曲和接触疲劳极限均得到显著提高。

●主要适用于低碳碳素钢（如15、20钢等）或低碳合金渗碳钢（如20Cr、20CrMnTi、20CrMnMo、18Cr2Ni4WA钢等）。

常用于制造汽车、拖拉机等机械设备上的齿轮、凸轮等零件。

渗氮：

●渗氮温度低、生产周期长，工件变形小，要求工件预先进行调质处理，渗氮后不在进行淬火、回火处理即可直接使用。

●渗氮后表层组织为氮化物Fe2N（ε）＋Fe4（γ´

过渡区组织为Fe4（γ´

）＋含氮铁素体（α）；

心部组织为回火索氏体。

●可获得工件表面高硬度、高耐磨性、高疲劳强度和耐蚀性及红硬性（在600~650℃温度下仍保持较高硬度），心部具有良好的综合力学性能。

●主要用于在交变载荷下工作的、要求耐磨和尺寸精度高的重要零件，如高速传动精磨齿轮，高速柴油机曲轴，高精密机床主轴，镗床镗杆等，也可用于在较高温度下工作的耐磨、耐热零件，如阀门、排气阀等。

碳氮共渗：

●与渗碳相比，碳氮共渗温度低，渗速快，零件变形小。

●碳氮共渗后经淬火＋回火处理后，工件表层组织为细针状回火马氏体＋颗粒状碳氮化合物Fe3（C、N）＋少量残余奥氏体。

●具有较高的耐磨性和疲劳强度及抗压强度，并兼有一定的耐蚀性。

●常用于低、中碳合金钢（如20Cr、20CrMnTi、20CrMnMo、20MnVB、40Cr、40CrNiMo等钢）制造的重、中负荷齿轮（如汽车、拖拉机上的传动齿轮，精磨机床上的传动齿轮等）。

氮碳共渗：

●氮碳共渗俗称软氮化，是在Fe-C-N三元素共析温度以下（530~570℃）对工件表面进行碳氮共渗的，以渗氮为主，同时也渗入少量的碳原子。

温度低、渗速快，时间短（一般1~4h），变形小。

●碳钢软氮化后的组织由白亮的碳氮化合物层（10~20μm）和暗黑色的扩散（0.1~1.0mm）组成。

化合物层主要是ε相（Fe2~3N）和γ´

相（Fe4N）。

合金钢软氮化后表面组织也是得到由ε相和γ´

相组成的白亮化合物层。

●软氮化能大幅度提高钢件的疲劳强度、耐磨性、抗咬合和抗擦伤的能力以及耐蚀性。

●软氮化不受材料限制，可广泛用于碳钢、合金钢、铸铁、粉末冶金材料等。

由于渗层较薄、硬度梯度较陡，不宜在重载荷条件下工作，但对一些不承受大的载荷而又需要抗疲劳、抗磨损、抗咬合的工件，其强化效果十分显著。

如纺织机械上的一些零件。

12.试说明碳氮共渗和氮碳共渗在工艺和用途方面有何区别。

碳氮共渗工艺是在840-860℃温度下，加热、保温，经淬火＋低温回火后，工件表层组织为细针回火马氏体＋颗粒状碳氮化合物Fe3（C、N）＋少量残余奥氏体，具有较高的耐磨性和疲劳强度及抗压强度，并兼有一定的耐蚀性，常应用于低中碳合金钢制造的重、中负荷齿轮；

氮碳共渗工艺主要采用570℃×

3-4h，油（或水）冷。

对于要求外观质量及变形小的零件可以炉冷。

该工艺共渗速度快，表面硬度略低于渗氮，但抗疲劳性能好。

主要用于受冲击负荷小、要求耐磨、疲劳极限较高及变形小的零件和工模具。

一般钢铁零件（碳素结构钢、合金结构钢、合金工具钢、灰铸铁、球墨铸铁和粉末冶金等）均可进行氮碳共渗。

13试指出渗碳件热处理后常出现的三种缺陷，并分析其原因及防止措施

1.淬火后硬度低；

主要是渗层表面碳浓度较低或表面脱碳；

另一方面，是由于渗碳后热处理工艺不合理，表面有托氏体或残余奥氏体量更多。

渗碳时控制好温度、炉压、滴量，防止炉子漏气和风扇停转；

正确地选择淬火温度、淬火方法；

还可在渗碳后进行一次深冷处理，减少残余奥氏体含量，以提高渗层硬度。

表面已有托氏体存在的工件可重新加热淬火。

2.渗层出现大块或网状碳化物;

主要原因是渗碳时表面碳浓度过高而引起的；

降低渗剂活性，严格控制碳势，就能有效控制表面碳浓度，防止出现大块或网状碳化物。

消除粗大块状或网状碳化物的方法是：

适当提高渗碳后的淬火温度；

采用两次淬火或正火＋淬火；

也可考虑一次正火或淬火后，增加一次高温回火，；

渗碳后快冷也可减少形成网状碳化物的可能性。

3.渗碳层深度不均匀；

主要是由于炉温不均匀；

炉内气氛循环不良；

零件表面吧清洁，有锈点、油污；

零件表面积碳等原因造成的。

装炉前严格清洗零件表面；

合理装炉，尽量使工件之间间隙均匀；

定期清理炉内积碳等措施可以避免此类缺陷的出现。

42.氮碳共渗与渗氮相比具有哪些特点？

.简述渗氮件的金相检测项目。

氮碳共渗温度较高，共滲速度较快；

表面硬度略低于渗氮；

抗疲劳性能好；

但工件变形较大。

检测项目：

1）渗氮前原始组织；

2）渗氮层深度；

3）渗氮层脆性；

4）渗氮层疏松检验。

52.下述化学热处理缺陷形成的原因和预防措施：

（1）渗碳：

零件心部硬度不足

（2）渗氮：

表面硬度不足及软点答：

（1）缺陷形成原因：

淬火温度偏低，或淬火介质的冷却能力较弱，淬火后零件心部铁素体量增多，导致心部硬度不足。

预防措施：

适当提高淬火温度、淬火介质的冷却能力即可提高零件淬火后心部硬度。

（2）缺陷形成主要原因：

渗氮工艺不当（如氨气供应中断、渗氮温度和氨分解过高等）；

渗氮气氛流动不畅；

零件表面有油污；

裝炉量过多零件相互接触等。

合理装炉、加强清洗、严格执行操作工艺。

34.减少零件热处理畸变的主要措施和工艺方法有哪些?

如减少40Cr钢齿条调质热处理的畸变为例，其具体热处理工艺规范为：

33.简述减少工件淬火变形和防止开裂的主要措施。

1）充分做好淬火前的准备。

如根据图样及工艺文件，明确淬火的具体要求，检查材质及工件尺寸和外观质量，选择合适的淬火挂具等。

2）选择恰当