第九章金属学与热处理热处理工艺答案.docx

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第九章金属学与热处理热处理工艺答案

第九章热处理工艺

（一）填空题

1.淬火钢低温回火后的组织主要是回火马氏体；中温回火后的组织是回火托氏体；高温回火后的组织是回火索氏体，用于要求足够高的强度及高的承受冲击和交变负荷的零件。

5.淬火钢低温回火后的组织是M回（+碳化物+Ar），其目的是使钢具有高的强度和硬度；中温回火后的组织是T回，一般用于高σe的结构件；高温回火后的组织是S回，用于要求足够高的强度、硬度及高的塑性、韧性的零件。

5根据铁碳相图，碳钢进行完全退火的正常加热温度范围是Ac3+（30~50℃）它仅用于亚共析钢。

6钢球化退火的主要目的是使热轧、锻造空冷后组织中的网状二次渗碳体和珠光体中片层状的渗碳体球化，降低硬度，改善切削性能，并为后续的淬火做好组织准备。

，它主要适于过共析钢钢。

7钢的正常淬火加热温度范围，对亚共析钢为AC3+30~50℃；对共析和过共析钢则为AC1+30~50℃。

8把两个45钢的退火态小试样分别加热到Acl～Ac3之间和Ac3以上温度快速水冷，所得组织前者为F+M；后者为M。

9把加热到Accm以上温度后缓冷下来的T10钢小试样重新加热到Acl以下温度，然后快速水冷，所得到的组织为M加残余奥氏体。

（P266,过共析钢淬火温度超过Accm,碳化物将全部溶入奥氏体中，淬火后残余奥氏体量增多，降低钢的硬度和耐磨性）

10淬火钢进行回火的目的是；回火温度越高，钢的强度与硬度越低。

●减少或消除内应力，放止变形和开裂；

●获得稳定组织；

●提高塑性、韧性，获得硬度、强度、塑性与韧性的适当配合。

12．碳钢高温回火的温度一般为500-650℃，回火组织为回火托氏体，高温回火主要适于各种重要结构零件如螺栓、齿轮及轴承。

类零件。

13．淬火钢在（250～400）℃回火后产生的脆性通常称为低温回火脆性或第一类回火脆性或不可逆回火脆性。

14作为淬火介质，食盐水溶液（NaCl）浓度为10%

15．淬火内应力主要包括热应力和组织应力两种。

16．淬火时，钢件中的内应力超过钢的屈服强度时，便会引起钢件的变形；超过钢的抗拉强度时，钢件便会发生裂纹。

17．热应力的大小主要与冷却速度造成零件截面上的温差有关，冷却速度大，截面温差大，产生的热应力愈大。

19．为便利切削加工，不同钢材宜采用不同的热处理方法。

w（C）<0．5％的碳钢宜采用正火，w（C）超过共析成分的碳钢宜采用球化退火，w（C）＝在0．5％至共析成分之间的碳钢宜采用完全退火。

20．常见淬火缺陷有过热、过烧、氧化和脱碳等。

21．感应加热是利用电磁感应原理，使工件表面产生密度很高的感应电流而加热的—种加热方法。

25．目前生产中用得较多的可控气氛渗碳法有固体和气体两种。

（二）判断题

1．回火索氏体和过冷奥氏体分解时形成的索氏体，两者只是形成过程不同，但组织形态和性能则是相同的。

（×）

2．硬度试验操作既简便，又迅速，不需要制备专门试样，也不会破坏零件，根据测得的度值还能估计近似的强度值，因而是热处理工人最常用的一种机械性能试验方法。

（√）

5．当把亚共析钢加热到Ac1和Ac3之间的温度时，将获得由铁素体与奥氏体构成的两组织，在平衡条件下，其中奥氏体的w（C）总是大于钢的w（C）。

（√）

7．表面淬火既能改变钢表面的化学成分，也能改善其心部的组织与性能。

（×）

8．淬火理想的冷却速度应该是在奥氏体等温转变曲线（即C曲线）的“鼻部”温度时要快冷，

以避免奥氏体分解，则其余温度不必快冷，以减少淬火内应力引起的变形或开裂。

（×）

9．高碳钢淬火时，将获得高硬度的马氏体，但由于奥氏体向马氏体转变的终止温度在0℃以下，故淬火后钢中保留有少量残余奥氏体。

（×）

10．完全退火使钢的组织完全重结晶，获得接近平衡状态的组织，亚共析钢，过共析钢都采用此工艺。

（×）

11低碳钢为了改善组织结构和机械性能，改善切削加工性，常用正火代替退火工艺（√）

12．钢在临界温度以上加热过高，使钢晶粒粗化，降低钢的机械性能，只有通过正火或退火来纠正这种钢的过热现象；若钢产生过烧，就只能成废品了。

（×）

13．淬火、低温回火后能保证钢件有高的弹性极限和屈服强度、并有很好韧性，它常用于处理各类弹簧。

（×）

14．一般碳钢件停锻后在空气中冷却，相当于回火处理。

（×）

15．经加工硬化了的金属材料，为了基本恢复材料的原有性能，常进行再结晶退火处理。

（√）

16．某些重要的精密的钢制零件，在精加工前，预先要进行调质处理。

（√）

17．低碳钢的硬度低，可以用淬火方法显著地提高其硬度。

（×）

因为低碳钢直接淬火后硬度起不来，大多用渗碳炉渗后捉高表面碳浓度然后再淬火才能提高硬度！

18．45钢在水和油中冷却时，其临界淬透直径分别用D0水和D0油表示，它们的关系是D0水>D0油。

（√）

（三）选择题

1．钢经调质处理后所获得的组织是B。

A．淬火马氏体B．回火索氏体

C回火屈氏体D索氏体

2．淬火钢产生时效硬化的原因是A。

A．在室温或小于100℃的温度下，碳原子向晶格中的缺陷偏聚从而使该处碳浓度升高，使马氏体的晶格畸变加大的结果。

B．时效时析出高硬度碳化物的结果

C时效时由于残余奥氏体向珠光体转变的结果

D．时效时由于残余奥氏体向贝氏体转变的结果

3．扩散退火的目的是C。

A．消除冷塑性变形后产生的加工硬化B．降低硬度以利切削加工

C消除或改善晶内偏析D．消除或降低内应力

7．为消除碳素工具钢中的网状渗碳体而进行正火，其加热温度A是

A．Accm+（30～50）℃B．Accm－（30～50）℃

C．Ac1＋（30～50）℃D．Ac1－（30～50）℃

8．钢锭中的疏松可以通过B得到改善。

A．完全退火B．足够变形量的锻轧

C扩散退火D．正火

9．过共析钢加热到Ac1一Accm之间时，则A

A．奥氏体的w（C）小于钢的w（C）B奥氏体的w（C）大于钢的w（C）

C奥氏体的w（C）等于钢的w（C）D．无法判断两者w（C）的关系

10．钢丝在冷拉过程中必须经C退火。

A扩散退火B去应力退火

C再结晶退火D．重结晶退火

11．工件焊接后应进行B。

A．重结晶退火B．去应力退火

C再结晶退火D．扩散退火

去应力退火应用于消除铸件锻件焊接件及机械加工件的残余内应力

12．为消除钢锭的偏析应进行D退火。

A去应力退火B．再结晶退火

C重结晶退火D．扩散退火

13．若将奥氏体化的工件，淬入温度在Ms点附近的冷却介质中，稍加保温后取出空冷，以完成马氏体转变，这种冷却方法称为——；将工件淬入高于Ms点的热浴中，经一定时间保温，使奥氏体进行下贝氏体转变后取出空冷，这种淬火冷却方法称为D．

A．等温淬火，分级淬火B双液淬火，等温淬火P288

C单液淬火，分级淬火D．分级淬火，等温淬火

14．退火碳钢随w（C）增加，其室温相组成的变化是A

A．Fe3C量不断增加B．Fe3C量不断减少

CFe3C量不变化D．Fe3C量先减少后增加

16．通常出砂后的铸铁件需要经过B热处理。

A完全退火B．去应力退火C球化退火D正火

17．铸钢件因成分不均匀，影响其性能，这时可进行A

A．扩散退火B完全退火C不完全退火D去应力退火

18．正火T8钢与完全退火T8钢相比B

A．前者珠光体更细密，故σb要低些

B．前者珠光体更细密，故σb要高些

C前者珠光体更粗大，故σb要低些

D．前者珠光体更粗大，故σb要高些

19．退火态亚共析钢，随W（C）增加D

A．HB、σb减小，δ、αk增加B．HB、σb减小，δ、αk减小

C．HB、σb增加，δ、αk增加D．HB、σb增加，δ、αk减小

20．某钢的淬透性为J45/15，其含义是C。

A15钢的硬度为40HRCB．40钢的硬度为15HRC

C该钢离试样末端15mm处硬度为40HRC,

D该钢离试样末端40mm处硬度为15HRC

21．把W（C）相同的两个过共析碳钢试样分别加热到A区和A+Fe3C区后快速淬火，则前者的淬火组织与后者相比B。

A．残余奥氏体多；硬度高B残余奥氏体多，硬度低

C．残余奥氏体少；硬度高D残余奥氏体少，硬度低

22如果因淬火加热温度不当，产生了过热或过烧，那么C。

A两种都可返修B两种都不可返修

C过热可以返修，过烧只能报废D过热只有报废，过烧可以返修

轻微过热可以延长回火时间来补救，严重的需进行一次细化晶粒退火然后再淬火

（五）问答题

4．指出φ10mm的45钢经下列温度加热并水冷后所获得的组织：

700℃加热，在A1以下，没有相变，水冷仍为F+P

760℃加热，在A1—A3之间，加热组织：

F+A，水冷，F+M

860℃加热，在A3以上，加热组织A，水冷，M

5．45钢在760℃和860℃加热淬火，哪个温度淬火硬度高?

为什么?

760℃加热，在A1—A3之间，加热组织：

F+A，水冷，F+M

860℃加热，在A3以上，加热组织A，水冷，M

6．T12钢在760℃和860℃加热淬火，哪个温度淬火硬度高?

为什么?

T12钢Ac1=730ºCAccm=830ºC

760℃，处于部分奥氏体化区，加热组织为奥氏体+未溶碳化物（阻碍晶粒长大），晶粒细小。

同时控制了奥氏体含碳量，也就控制了马氏体含碳量，降低了马氏体脆性。

淬火组织：

马氏体+未溶碳化物+残余奥氏体，保证了强度、硬度。

860℃>830℃，即加热温度大于AC㎝由于奥氏体晶粒粗大，含碳量提高，使淬火后马氏体晶粒也粗大，且残余奥氏体量增多，使钢的硬度、耐磨性下降，脆性和变形开裂倾向增加。

7．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钢钢板，要求降低硬度②ZG35的铸造齿轮

③锻造过热的60钢锻坯④具有片状渗碳体的T12钢坯

1）经冷轧后的15钢钢板，要求降低硬度；

答：

再结晶退火。

目的：

使变形晶粒重新转变为等轴晶粒，以消除加工硬化现象，降低了硬度，消除内应力。

细化晶粒，均匀组织，消除内应力，降低硬度以消除加工硬化现象。

组织：

等轴晶的大量铁素体和少量珠光体。

2）ZG35的铸造齿轮

答：

完全退火。

经铸造后的齿轮存在晶粒粗大并不均匀现象，且存在残余内应力。

因此退火目的：

细化晶粒，均匀组织，消除内应力，降低硬度，改善切削加工性。

组织：

晶粒均匀细小的铁素体和珠光体。

3）锻造过热后的60钢锻坯；

答：

完全退火。

由于锻造过热后组织晶粒剧烈粗化并分布不均匀，且存在残余内应力。

因此退火目的：

细化晶粒，均匀组织，消除内应力，降低硬度，改善切削加工性。

组织：

晶粒均匀细小的少量铁素体和大量珠光体。

4）具有片状渗碳体的T12钢坯；

答：

球化退火。

由于T12钢坯里的渗碳体呈片状，因此不仅硬度高，难以切削加工，而且增大钢的脆性，容易产生淬火变形及开裂。

通过球化退火，使层状渗碳体和网状渗碳体变为球状渗碳体，以降低硬度，均匀组织、改善切削加工性。

组织：

粒状珠光体和球状渗碳体。

8．淬火的目的是什么?

为什么亚共析钢的正常淬火温度范围选择为Ac3+（30～50）℃；而过共析钢选择Ac1+（30～50）℃?

淬火的目的是使奥氏体化后的工件获得尽量多的马氏体，然后配以不同温度回火获得各种需要的性能。

亚共析钢淬火温度若在Ac1～Ac3，则淬火组织中除马氏体外，还保留一部分铁素体，使钢的硬度和强度降低，但淬火温度亦不能超过Ac3温度过高，以防奥氏体晶粒粗化，淬火后获得粗大马氏体。

过共析钢选择Ac1+（30～50）℃，主要是因为得到细小的奥氏体晶粒，喝保留少量渗碳体质点，淬火后得到隐晶马氏体和其上均匀分布的粒状碳化物，从而不但可使钢具有更高的强度可使钢具有更高的强度、硬度和耐磨性，而且也具有较好的韧性。

如果过共析钢淬火温度超过Accm,碳化物将全部溶入奥氏体中，淬火后残余奥氏体量增多，降低钢的硬度和耐磨性

12．某钢的过冷奥氏体等温转变曲线如图6—3所示，试指出该钢在300℃经不同时间等温后，按（a）、（b）、（c）线冷却后得到的组织。

a）M+A’

b）下贝氏体+M+A’

C）下贝氏体

13．某钢的连续冷却曲线如图6—4所示，试指出该钢按图中（a）、（b）、（c）、（d）速度冷却后得到的室温组织。

A）M+A’

b）B+M+A’

C）F+B+M+A’

d）F+P

14．指出下列钢件经淬火及回火后获得的组织和大致的硬度；并写出热处理加热温度。

①45钢的小轴（要求综合机械性能）；②60钢弹簧；⑧T12钢锉刀。

（1）45钢小轴（要求综合机械性能），工件的淬火温度为850℃左右，回火温度为500℃～650℃左右，其回火后获得的组织为回火索氏体，大致的硬度25～35HRC。

（2）60钢弹簧，工件的淬火温度为850℃左右，回火温度为350℃～500℃左右，其回火后获得的组织为回火屈氏体，大致的硬度40～48HRC。

（3）T12钢锉刀，工件的淬火温度为780℃左右，回火温度为150℃～250℃，其回火后获得的组织为回火马氏体，大致的硬度60HRC。

16．车床主轴要求轴颈部位的硬度为（56～58）HRC，其余地方为（20～24）HRC，其加工路线为：

锻造一正火一机械加工一轴颈表面淬火一低温回火一磨加工。

请指出：

①主轴应选用何种钢材；

②正火、表面淬火、低温回火的目的和大致工艺；

③轴颈表面处的组织和其余地方的组织。

选材设计一个车床主轴。

该主轴受交变弯曲和扭转的复合应力，载荷和转速均不高，冲击载荷也不大，轴颈部要求耐磨。

请选材并设计热处理工序。

需说明各热处理工序的作用，画出工艺曲线，并指出热处理后的组织。

（备选材料45、T8、20CrMnTi）答：

材料选择：

45热处理工艺曲线：

炉水

冷冷

空

冷

热处理工序的作用、热处理后的组织：

1）正火（或完全退火）：

消除锻造应力、调整硬度、细化晶粒；组织：

S+F

2）调质（淬火+高温回火）：

使钢获得综合性能好；组织：

S回

3）表面淬火+低温回火：

提高表面硬度和耐磨性；组织：

表面M回心部S

目的

正火：

对于低、中碳的亚共析钢而言，正火的目的是调整硬度，便于切削加工，细化晶粒，提高力学性能，为淬火作组织准备，消除残作内应力，防止在后续加热或热处理中发生开裂或形变。

使用组织为：

铁素体加索氏体。

调质：

提高力学性能，减少或消除淬火内应力，稳定工件尺寸。

使用组织：

回火索氏体。

高频感应加热表面淬火：

提高表面硬度、强度、耐磨性和搞疲劳极限，获得所需的力学性能，使心部组织具有足够的塑韧性。

使用组织：

表面为回火马氏体或铁素体加索氏体。

低温回火：

减少或消除淬火内应力，稳定工件尺寸，获得工艺所要的力学性能。

使用组织：

回火马氏体。

19．某零件的金相组织是在黑色针状马氏体的基体上分布着有少量球状的渗碳体，问此零件是经过了什么热处理工序?

为什么?

加热到AC1-Accm之间淬火得到

20．一根直径为6mm的45钢圆棒，先经840℃加热淬火，硬度为55HRC（未回火），然后从一端加热，依靠热传导使45钢圆棒上各点达到如图6—5所示温度。

试问：

①各点处的组织是什么?

②各点处自图示各温度缓冷至室温时各点处的组织是什么?

各点处自图示各温度水淬快冷至室温时各点处的组织又是什么?

A

B

C

D

E

各点部位的组织

奥氏体

奥氏体

铁素体+奥氏体

马氏体+奥氏体

马氏体

各温度保温后缓冷至室温后

铁素体+珠光体

铁素体+珠光体

马氏体+铁素体

回火索氏体

回火马氏体

各温度保温后水淬至室温

淬火马氏体

淬火马氏体

马氏体+铁索体

回火索氏体

回火马氏体

21．柴油机的曲轴是一个关键性部件，轴颈部分要求具有高的韧性、高的耐磨性和高的疲劳抗力，你认为经过何种热处理能满足这些要求。

调质

22．生产热轧低碳钢板，有时因W（C）偏低强度不够而不合标准，为了提高强度，可在热轧后采用吹风甚至喷雾冷却。

试解释其原因。

属于正火处理提高硬度

23．某厂铆铝铆钉的铆枪的窝子原采用T8钢制造，要求工作部分硬度（52～56）HRC，尾部硬度（40～45）HRC热处理工艺是：

整体在800℃盐炉中加热，水淬油冷，整体在280℃回火，然后尾部在630℃铅炉中回火。

在工作时，窝子边缘部分经常崩刃，掉碴而报废，寿命很低。

后改用20Cr钢制造，热处理工艺为：

加热温度为920℃在盐水中淬火，160℃回火。

整体硬度在5HRC左右。

使用寿命比T8钢提高了几十倍。

试分析寿命提高的原因。

去应力退火---去除了淬火过程中的应力提高使用寿命

（七）思考题

11．某汽车齿轮选用20CrMnTi材料制作，其工艺路线如下：

下料——锻造——正火①切削加工——渗碳②淬火③低温回火④喷丸——磨削加工。

请分别说明上述①、②、③和④项热处理工艺的目的及组织。

答：

1正火：

对于低、中碳的亚共析钢而言，正火的目的是调整硬度，便于切削加工，细化晶粒，提高力学性能，为淬火作组织准备，消除残作内应力，防止在后续加热或热处理中发生开裂或形变。

使用组织为：

铁素体加索氏体。

2渗碳：

提高工件表面硬度、耐磨性及其疲劳强度，同时保持工件心部良好的韧性和塑性。

使用组织：

表层为高碳回火马氏体+颗粒碳化物+少量残余奥氏体，心部为低碳回火马氏体+铁素体。

3淬火：

获得马氏体组织，提高工件的硬度，获得相应的力学性能。

使用组织：

淬火马氏体。

4低温回火：

减少或消除淬火内应力，稳定工件尺寸，获得工艺所要的力学性能。

使用组织：

回火马氏体。

10.用45钢制造机床齿轮，其工艺路线为：

锻造—正火—粗加工—调质—精加

工—高频感应加热表面淬火—低温回火—磨加工。

说明各热处理工序的目的及使

用状态下的组织。

答：

正火：

对于低、中碳的亚共析钢而言，正火的目的是调整硬度，便于切削加工，细化晶粒，提高力学性能，为淬火作组织准备，消除残作内应力，防止在后续加热或热处理中发生开裂或形变。

使用组织为：

铁素体加索氏体。

调质：

提高力学性能，减少或消除淬火内应力，稳定工件尺寸。

使用组织：

回火索氏体。

高频感应加热表面淬火：

提高表面硬度、强度、耐磨性和搞疲劳极限，获得所需的力学性能，使心部组织具有足够的塑韧性。

使用组织：

表面为回火马氏体或铁素体加索氏体。

低温回火：

减少或消除淬火内应力，稳定工件尺寸，获得工艺所要的力学性能。

使用组织：

回火马氏体。

（）不论含碳量高低，马氏体的硬度都很高，脆性都很大。

错。

马氏体的硬度主要取决于其含碳量，含碳增加，其硬度也随之提高。

合金元素对马氏体的硬度影响不大，马氏体强化的主要原因是过饱和引起的固溶体强化。

五综述题（8分）

用20CrMnTi制造汽车变速箱齿轮，要求齿面硬度HRC58-60，中心硬度HRC30-45，试写出加工工艺路线，并说明各热处理的作用目的。

答：

加工工艺路线为：

下料®锻造®正火®机械粗加工®渗碳+淬火+低温回火®喷丸®磨齿

正火处理可使同批毛坯具有相同的硬度（便于切削加工），并使组织细化，均匀；

渗碳后表面含碳量提高，保证淬火后得到高的硬度，提高耐磨性和接触疲劳强度；

喷丸处理是提高齿轮表层的压力使表层材料强化，提高抗疲劳能力。

如下图所示，T12钢加热到Ac1以上，用图示的各种方法冷却，分析各自得到的组织。

过共析钢，

答:

a水中淬火M＋Fe3C

b分级淬火M＋Fe3C

c油中淬火M＋T＋Fe3C

d等温淬火B下＋Fe3C

e正火S＋Fe3C

f完全退火P＋Fe3C

g等温退火P＋Fe3C

有5根直径为10mm的45钢圆棒，都先经（1.840℃加热淬火、2.760℃加热淬火、3.调质），然后分别加热到

（1）1100℃；

（2）840℃；（3）760℃；（4）550℃；（5）180℃，再水冷至室温后各得到什么组织？

为什么？

答：

1.840℃加热淬火

（1）1100℃粗大M（过热淬火）

（2）840℃M（重新淬火）

（3）760℃M+F（不完全淬火）

（4）550℃S回（淬火后高温回火）

（5）180℃M回（淬火后低温回火）

2.760℃加热淬火

（1）1100℃粗大M（过热淬火）

（2）840℃M（淬火）

（3）760℃M+F（不完全淬火）

（4）550℃S回＋F（淬火后高温回火）

（5）180℃M回＋F（淬火后低温回火）

3.调质

（1）1100℃粗大M（过热淬火）

（2）840℃M（重新淬火）

（3）760℃M+F（不完全淬火）

（4）550℃S回（不变）

（5）180℃S回（不变）