最新全国专业职称晋级热处理应用题Word格式文档下载.docx
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在一定范围内随着含碳量的增加，长大倾向增强；
当含碳量超过一定量时，晶粒长大倾向逐渐减弱。
⑷其它因素的影响：
凡倾向形成稳定碳化物或氧化物的元素将在不同程度上阻止奥氏体晶粒长大。
而Mn和P则加速奥氏体晶粒长大。
5.如何控制奥氏体晶粒长大？
⑴选择合适的原材料：
选用本质细晶粒钢或含有碳化物形成元素的合金钢。
⑵控制原始组织：
原始组织细小，加速奥氏体的形成，缩短保温时间，防止奥氏体晶粒长大。
⑶控制热处理工艺：
严格控制加热时间和保温时间；
采用快速加热，使奥氏体在较高的温度下形成等方法控制奥氏体晶粒长大。
6.简述珠光体形成过程。
15分
珠光体的形成过程是一个形核，长大过程。
珠光体转变中，碳的析出和铁的晶体点阵的改组是依靠原子扩散来完成的，因此珠光体形成是扩散性转变。
均匀的奥氏体晶粒，被过冷到珠光体转变温度时，在奥氏体的晶界面上首先形核。
如果渗碳体为领先相，那么在长大过程中并使其周围的奥氏体形成贫碳区，因而在渗碳体的一侧或两侧形成铁素体晶核，与渗碳体沿着同一方向向奥氏体晶粒内长大。
铁素体的晶粒长大，使其临近的奥氏体形成富碳区，又形成渗碳体晶核。
这样不断的形核、长大直至全部形成珠光体为止。
7.珠光体和球化体在性能上有何差别？
珠光体的立方体形态为铁素体薄层和碳化物（包括渗碳体）薄层交替重叠的层状复相组织。
球化体则是铁素体内分布着碳化物（或渗碳体）为球状的复相组织。
由于它们两者的组织不同,因此反映出它们性能上的差异，珠光体的加工切削性优于球化体.球化体比珠光体有较好的综合力学性能,也就是说有较高的强度和较好的塑性,韧性配合。
8.试述马氏体转变特点.
标准答案:
⑴马氏体形成是一个形核、长大的过程,并在瞬间内进行.
⑵马氏体转变时的晶体结构改组是一个复杂的过程.马氏体的转变是依靠切变方式进行的.
⑶马氏体转变是在相当低的温度范围内进行的,在连续冷却过程中由奥氏体转变而成的.马氏体的转变有转变开始温度和转变结束温度.一般地说,马氏体的数量都是随着冷却温度的降低,才不断形成新的马氏体.
⑷奥氏体向马氏体转变体积会发生膨胀。
⑸某些钢在马氏体形成温度范围内进行保温（或冷却中断），会引起奥氏体的稳定化现象。
9.试述板条状马氏体比片状马氏体有较好的塑性和韧性的原因。
3
当强度相同时，板条状马氏体比片状马氏体具有更高的塑性和韧性。
其原因是：
片状马氏体形成时容易产生显微裂纹，其显微裂纹常发生在马氏体片与马氏体片或与奥氏体相遇之处。
高速的马氏体片长大时互相撞击，形成很大的应力，而且显微裂纹在随后加工时可能造成微裂纹，在其它外力作用下发展成为宏观裂纹。
而板条状马氏体为平行的板条，相碰撞的机会少，且其本身塑性高，可以通过变形而使应力松弛，故不易产生显微裂纹。
在宏观上表现为板条状马氏体比片状马氏体有较好的塑性和韧性。
10.试述淬火钢回火时的组织及性能变化。
淬火钢回火时的组织变化分为四个阶段：
⑴回火第一阶段（<
200℃）马氏体分解为回火马氏体（M回）。
它是由过饱和α固溶体和与其共格的细小的弥散度极高的ε相构成。
此时晶格畸变降低，淬火内应力减小。
硬度基本不变，但脆性下降。
⑵回火第二阶段（200-300℃）残余奥氏体转变为下贝氏体，马氏体继续分解。
组织仍以回火马氏体为主，硬度降低不大，淬火应力进一步减小。
⑶回火第三阶段（250-400℃）ε相转变为Fe3C,组织是由针状铁素体和弥散分布的细粒状渗碳体构成，称为回火屈氏体（T回）.此时淬火应力大部分消除，钢的硬度和强度下降，塑性升高，弹性极限达到最大值（400℃）。
⑷回火第四阶段（>
400℃）渗碳体聚积长大，铁素体发生回复和再结晶，强度、硬度继续下降，塑性继续升高，内应力几乎完全消除，在500-650℃间的回火产物为回火索氏体，综合机械性能良好。
在650℃--A1间的回火产物为回火珠光体，组织中粒状渗碳体的尺寸进一步增大，与球化退火后的组织相似。
回火后的组织是机械零件使用状态下的组织，决定了零件的使用性能和寿命，因此是重要的热处理工序。
11.如图是含碳量1.0%的碳钢经850℃淬火后在连续加热过程中的比热变化。
是说明对应于a,b,c,d四个温度范围热效应的转变。
3标准答案:
⑴对应于a段的第一个热效应的转变是马氏体的分解。
此时，固溶于马氏体的碳以碳化物的形式自马氏体析出，使马氏体的碳含量及正方度下降。
随着温度的升高，马氏体的碳含量不断减小，碳化物的析出速度也随之降低.
⑵对应于b段的第二个热效应的转变是残余奥氏体的转变.在这一温度范围内,除残余奥氏体发生转变外,马氏体还在继续分解.由于两个热效应的叠加,故使热效应非常明显.
⑶对应于C段的第三种热效应转变是碳化物转变。
因马氏体分解初期析出的是亚稳碳化物。
在此温度范围内将转变为稳碳化物。
⑷对应于d段所发生的是α相将发生回复与再结晶,已析出的碳化物将发生聚集长大.
12.如何选择和确定回火温度、时间和冷却方法？
回火温度主要根据各种材料的“回火温度与硬度的关系曲线”，按工件的技术要求的硬度范围来选择合适的回火温度。
另外，若工件淬火后硬度高，回火温度应取上限，工件的淬火硬度低，回火温度取下限。
工件的低温回火时间可按25mm/h来计算。
一般回火1-2小时，中温及高温回火按公式T=aD+b计算，其中D为工件有效厚度，b为时间基数，一般取10-20min，而回火系数a与加热介质、装炉情况有关。
回火冷却一般在空气中进行。
有时为了减少铬钢、铬镍钢的第二类回火脆性，可用水或油冷。
为消除快冷时的应力，可补充一次低温回火。
13.填表：
回火的种类和应用
种类
加热温度（℃）
组织
性能
应用
低温回火
150-250
M回+碳化物
高硬度高耐磨性
（HRC58-64）
刃具、量具、冲模、精密偶件、渗碳体表面淬火件等
中温回火
350-500
T回
高的屈服极限弹性极限和韧性（HRC35-50）
弹簧、弹性夹具、热锻模、刀杆等
高温回火
500-650
S回
良好的综合机械性能
（HB200-330）
轴、齿轮、连杆、螺栓等
14.填空:
正火应用
钢种
加热温度（℃）
冷却方式
组织
目的
低碳钢
Ac3+100～150
中碳钢
高碳钢
15分
难易程度：
3
标准答案:
正火应用
加热温度
Ac3+50～100
空冷
F+S
提高硬度,改善切削性能
改善组织和切削性能,获得使用性能
Acm+30～50
Fe3C+S
消除网状二次渗碳体
15.填表:
各种退火工艺
工艺名称
`应用（材料或零件）
扩散退火
Ac3+20～60
球化退火
680～720
280～650
20分
2
加热温度℃
Ac3+150～200
炉冷
F+P
铸钢件
完全退火
亚共析钢
Ac1+20～40
球化组织
过共析钢
再结晶退火
等轴晶粒
冷塑变形件
去应力退火
炉冷至200℃空冷
无变化
铸件，锻件，焊接件，冲压件，机械加工零件
16热轧空冷的45钢在正常加热超过Ac3后再冷下来,组织为什么能细化?
5分
热轧空冷的45钢室温组织为F+S,碳化物弥散度较大,重新加热超过Ac3后,奥氏体形核率大,起始晶粒细小,冷却的组织就获得细化组织。
17.淬火内应力是怎样产生的?
它与哪些因素有关?
淬火内应力是由于淬火时零件各部分冷却速度不一致和组织转变产生的.淬火内应力还受零件表面和心部组织不均匀性以及零件内部的弹、塑性变形不一致的影响.
它与下列因素有关:
钢的成分.原始组织.淬透性.零件形状和尺寸,热处理工艺参数及冷却介质等.
18.退火和回火都可以消除内应力,试述在生产中不能通用（消除内应力）的原因.
退火与回火因加热温度不同，组织转变不同，所获得的性能不同，故二者不能通用。
退火主要用于消除铸件、锻件、焊接件、冲压件和机械加工中的内应力，它不和淬火并用；
而回火是用于消除淬火件的内应力，是淬火后采用的热处理工艺。
某些淬透性很高的合金钢，在锻造正火后还要用高温回火来软化，消除其内应力，是因为对此类钢件，正火也可以获得马氏体淬火组织所致。
19.如图所示为T9钢的Φ30mm圆棒加热到不同温度水淬，截面上硬度分布情况，试说明其原因。
随温度升高晶粒变粗,钢的淬透性增大,圆棒淬硬层深度增大,从而表面和中心处硬度差减小,故在分布图上显示的硬度以最高温度950℃为最高。
随温度降低,中心硬度下降。
而表面硬度却随温度升高而下降,其原因是表层马氏体粗大,碳化物完全溶解,致使Ms和Mz下降,残余奥氏体增多,故表层的硬度随温度升高而下降.
20.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钢板;
2）ZG35铸造齿轮;
3）锻造过热的60钢锻坯;
4）具有片状渗碳体的T12钢坯.
⑴经冷却后的15钢板,存在严重加工硬化及内应力,故应采用再结晶退火,消除加工硬化及内应力,退火后组织为P+F.
⑵ZG35铸造齿轮,由于该件形状复杂,存在铸造内应力,所以应选用去应力退火,消除铸造内应力,退火后组织为P+F.
⑶60钢锻件毛坯被过热后，使其晶粒组织粗大，故应采用完全退火，目的是细化晶粒。
退火后组织P+F.
⑷具有片状渗碳体的T12钢坯,硬度高,塑性差,不利于以后加工,故应采用球化退火,其目的是降低硬度,改善切削性能并为淬火做组织准备.球化退火的组织为球化组织（球状Fe3C+F基体）。
21.用T10钢制造形状简单的模具,其工艺路线如下:
铸造-----热处理⑴-----机械加工-----热处理⑵-----磨削
试确定热处理方法,说明其作用.
热处理⑴-----球化退火
作用:
消除铸造应力,改善切削性能,并为以后热处理做好组织准备.
热处理⑵-----淬火+低温回火.
淬火是为了获得高硬度.低温回火是为了稳定组织,降低脆性,消除淬火应力,使模具具有较好的硬度与韧性的配合.
22.等温转变图对热处理有何指导意义?
试画出共析钢等温转变图,并填写各线和各区域名称.
1）依据等温转变图可确定等温退火,等温淬火的等温温度和等温时间,或确定分级淬火的停留温度和停留时间.
2）依据等温转变图可以比较不同材料的淬透性,因此是选择材料的主要依据.
3）依据等温转变图可以粗略地估计连续转变图.
4）作图:
23.钢的热处理加热常见危害有那些?
防止措施有那些?
（钢的热处理加热介质常见的有空气,燃料气,（如CO,CH4）,熔盐,保护气氖等）
⑴钢在加热过程中表面必定要和周围介质发生作用,其中有化学反应和物理作用,作用的结果常见的有:
氧化,脱碳,脱气,合金元素的蒸发等.这些作用直接影响工件的表面状态,从而影响工件的使用性能.
⑵防止措施:
在空气中加热时,常用两种方法:
一种是木炭保护,另一种是涂抹防氧化脱碳涂料.
在煤气和天然气中加热时,可适当控制空气和燃料气的比例,使CO,CH4燃烧不完全而成为炉内的保护气.
在熔盐中加热时,应采用标准的热处理用盐并对盐浴进行定期脱氧.
在可控气氛中加热时,可通入特定成分的气体,保护工件不氧化脱碳.
24.什么是钢的深冷处理?
目的是什么?
深冷处理就是将淬火工件冷到室温以下,继续在0℃以下冷却,使奥氏体继续转变为马氏体的工艺过程.
深冷处理的目的是提高硬度,稳定工件的尺寸.
25.表面淬火有何特点?
常用的方法有那些?
（至少答出五种）
特点:
⑴表面淬火加热速度快,无保温时间,冷却也快,周期也短.
⑵由于加热速度快,Ac1、Ac3升高,所以奥氏体化温度升高.
⑶经表面淬火的工件表面有高硬度,高耐磨性,而心部又具有一定的韧性,有较好的综合力学性能.
常用方法:
火焰淬火,感应加热淬火,接触电阻加热淬火,激光淬火,电解液淬火,电子束加热表面淬火等,其中以感应加热淬火和火焰淬火最为常见.
26.感应加热淬火常见裂纹的产生原因和防止措施有那些?
⑴奥氏体化温度过高,引起晶粒粗化,甚至过热;
工件上的槽、孔、尖角等处容易过热;
形状复杂的零件冷却速度过快,返工工件重淬前未经退火或高温回火,未及时回火等都是造成淬火裂纹的主要原因.
⑵严格执行工艺规程，槽、孔等处采用镶铜工艺,开工艺孔等;
正确选择冷却介质;
淬火后及时回火等方法都能有效防止淬火开裂倾向.
27.感应加热淬火常见畸变的产生原因和防止方法有那些?
⑴加热或冷却不均匀;
零件壁厚和形状不对称;
冷热加工配合不当，都会造成零件的变形.
⑵防止方法：
感应圈设计力求加热温度均匀;
保持感应圈与工件表面的间隙均匀;
保持感应圈或喷水圈的冷却均匀;
合理选择奥氏体化温度和比功率等方法,都能减少零件变形.
28.化学热处理的基本过程及其主要影响因素是什么?
任何化学热处理的基本过程都是由介质分解出活性原子,活性原子被钢吸收和已进入钢中的原子在钢中扩散等三种基本过程组成.
主要影响因素:
温度、时间及钢的化学成分.
29.填表
常用渗氮钢及其用途
类别
钢号（至少2种）
渗氮后的主要性能
主要用途举例
中碳钢及
中碳低合金钢
低合金钢
模具钢
工具钢
中碳钢及中碳低合金刚
40,45,40Cr,50V
提高耐磨与抗疲劳性能提高耐大气及水的腐蚀性能
曲轴,低档齿轮,阶梯轴等
20Cr,20CrMnTi，
18Cr2Ni4WA,
18CrNiWA,
25Cr2MoVA
耐磨,抗疲劳性能优良,心部韧性高,可在受冲击条件下工作
轻负荷齿轮,齿圈等,高档精密零件
Cr12,Cr12Mo,
3Cr2W8,
Cr12MoV,
5CrNiMo
耐磨,抗热疲劳,红硬性良好,有一定的抗冲击疲劳性能
冷冲模,拉伸模,有色金属压铸模等
W18Cr4V,
W6Mo5Cr4V2,
W18Cr4VCo5
耐磨性及红硬性优良
高速钢铣刀等
各种刀具
30.退火后工件硬度偏高的主要原因及其防止措施是什么?
主要原因:
退火时加热温度不合适;
等温退火时等温温度太低;
等温时间不足;
球化退火时冷却速度太快.
防止措施:
采用合适的加热温度;
若是等温退火则等温温度不能太低;
等温时间要充足;
其它退火时特别注意在奥氏体化温度到等温转变图鼻尖温度的冷却速度要尽量缓慢.若退火后工件硬度过高可在Ac1以下20-30℃保温回火一次,以便降低硬度.
31.正火后工件硬度偏高的主要原因及其防止措施?
正火工件硬度过高,说明工艺方法选择不当,可改用退火处理或正火后补充一次Ac1以下20-30℃回火以降低硬度.
32.退火和正火后出现网状组织和魏氏体组织的主要原因及其防止措施?
退火或正火时,如加热温度过高或冷却过分缓慢,会造成钢中的先析相沿奥氏体晶界析出.亚共析钢中的先析铁素体或过共析钢中的二次渗碳体,析出后形成网状组织,使钢的力学性能变坏.
亚共析钢的奥氏体化温度在Ac3以上,因而淬火加热时,可使网状铁素体消失;
过共析钢的奥氏体化程度取Ac1～Acm之间,淬火加热时,网状渗碳体一般不能消除,所以必须在淬火前进行一次正火.
亚共析钢的组织中出现魏氏组织,是由于钢正火时的加热温度太高,而冷却速度又太快形成的,消除的方法是将钢重新在正常温度下再正火一次.
33.试述合金元素对钢加热时转变的影响.
钢中合金元素除钴,镍外,大都能减慢奥氏体的形成过程.这是因为:
其一,合金元素显著降低了碳在奥氏体中的扩散速度;
其二,合金元素本身在奥氏体中的扩散速度比碳小的多,在相同条件下,仅为碳的万分之一到千分之一;
其三,强碳化形成元素形成的特殊碳化物很稳定,不易向奥氏体中溶解.因此,合金钢奥氏体均匀化的时间要比碳钢奥氏体化均匀时间长的多.
合金元素钛,钒,锆,铌等在钢中能形成高熔点的特殊碳化物或氮化物,弥散分布在晶界上,能阻止奥氏体晶粒长大.除了含锰,磷,碳,氮等元素外,合金钢具有较小的奥氏体晶粒长大倾向,在较高温度下进行较长时间的加热也可以保持细晶粒组织.
34.试述合金元素对钢冷却时转变的影响.
25分
⑴合金元素对珠光体转变的影响
除了钴,铝外大多数合金元素,都能降低碳原子的扩散速度,以及合金元素本身扩散速度小,使珠光体的晶核形成和长大速度变小,减慢了奥氏体向珠光体的转变,加强了过冷奥氏体的稳定性,从而降低了钢的临界冷却速度,增加钢的淬透性.
⑵合金元素对贝氏体转变的影响
合金元素铬,钼,锰,镍等,由于降低奥氏体向铁素体的转变温度而对贝氏体转变有较大的推迟作用;
合金元素硅由于它强烈地阻止过饱和铁素体的析出而强烈地阻碍贝氏体转变；
强碳化物形成元素钨，钼，钒对贝氏体转变有一定的延缓作用，但比铬，锰要小得多，含有钨，钼，钒，钛的钢，贝氏体转变的孕育期比铁素体-----珠光体转变的孕育期长，空冷时容易得到贝氏体组织。
⑶合金元素对马氏体转变的影响
除钴，铝外，大多数固溶于奥氏体中的合金元素，均使Ms点下降，使残余奥氏体量增多，其中碳的作用最强烈，其次是元素锰，铬，镍，钼，钨，硅等。
35.热处理车间主要有那些设备？
对这些设备有何要求？
热处理车间主要有加热设备，冷却设备和辅助设备。
加热设备可以分为各种加热炉和加热装置两大类。
冷却设备分为缓冷设备和急冷设备以及淬火机床。
辅助设备主要有清洗设备和校正设备。
对热处理设备的要求是：
不仅要保证工艺参数的实现，还要要求生产效率高，生产成本低，处理质量高，节约能源，环境保护好，劳动强度低等。
36。
灰口铸铁为什么一般不进行淬火和回火，而球墨铸铁可以进行这类热处理？
灰口铸铁中的石墨是片状的，对基体的割裂作用大。
热处理只能改变其基体组织，不能改善石墨的形状和分布。
强化基体的热处理对灰口铸铁效果不大。
而球墨铸铁的石墨是球状的，对基体的割裂作用小，基体强度利用率可达70-90%，所以球墨铸铁可以进行这类热处理。
37.从热处理工艺性考虑，对零件的结构有那些要求？
⑴在零件热处理加热和冷却时要便于装卡，吊挂。
⑵有利于热处理时均匀加热和冷却。
⑶避免尖角，棱角。
⑷采用封闭，对称结构。
⑸对形状复杂或截面尺寸变化大的零件，尽可能采用组合结构或镶并结构。
38.试述热处理工艺规程的内容与编制步骤。
⑴收集资料-----包括零件的技术要求，工作条件，热处理前的冷加工情况，实际生产条件以及材料性能和热处理工艺参数等。
⑵设备选用-----应结合设备性能，产品批量和热处理质量要求并考虑车间设备实际情况选用设备。
⑶确定加热方法-----加热方法有随炉加热，预热加热，直接装炉加热，快速加热等。
⑷确定加热温度和保温时间-----根据有关工艺守则和手册上查得，经试验证明，方可纳入正式工艺规程中。
⑸确定冷却方法-----根据材料或零件形状复杂程度选用确定冷却介质和冷却方式。
⑹其它项目的确定----
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