热处理新工艺试题模板.docx

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热处理新工艺试题模板

热处理新工艺复习题

一、基本概念

1、何为钢的正火?

目的如何?

有何作用?

正火与退火的主要区别是什么?

答:

钢的正火:

将钢材加热到Ac3或Acm以上适当温度,保温适当时间后在空气中冷却,得到珠光体类组织的热处理工艺。

目的:

获得一定的硬度,细化晶粒,获得比较均匀的组织和性能。

作用:

消除某处理缺陷,提供适宜的组织状态或得到适宜的机械性能。

正火与退火的区别:

冷却方式不同即冷却速度不同正火的冷却速度更快且正火温度更高

2、何为钢的淬透性?

何为钢的淬硬性?

影响淬透性、淬硬性的因素有哪些?

答:

淬透性:

指钢件被淬透的能力或者说淬透性是指表征钢材淬火时获得马氏体的能力的特性。

淬硬性:

指淬成马氏体可能得到的硬度。

影响因素:

1钢的化学成分2奥氏体晶粒度3奥氏体化温度4第二相的存在和分布

3、淬火的目的是什么?

淬火的方法有几种?

比较几种淬火方法的优缺点?

答:

目的:

1提高工具、渗碳零件和其它高强度耐磨机器零件等的硬度、强度和耐磨性

2经过淬火回火获得良好的机械性能

3改进了钢的物理和化学性能

方法:

单液淬火法:

最简单的,只能用于小型工具,

中断淬火法:

获得较高的淬硬层深度,防止淬火开裂,但很难确定在快冷介质的冷却时间,

喷射淬火法:

不会形成蒸汽膜,可获得更深的淬硬层,但主要用于局部淬火

分级淬火法:

减小了热应力,较少了马氏体转变不同时的现象,用于尺寸较小的工件,

等温淬火法:

可获得变形少,硬度较高,并兼有良好韧性的工件

4、何谓透入式加热和传导式加热?

是比较它们的优缺点?

如何选择这两种加热方式?

答:

透入式加热:

当零件加热时,电流热透入深度大于淬硬层深度的方式

传导式加热:

当零件加热时,电流热透入深度小于淬硬层深度的方式

透入式加热较传导式加热有如下优点

（a）表面的温度超过A2点以后,最大密度的涡流流向内层,表层加热速度开始变慢,不易过热,而传导式加热随着加热时间的延长,表面继续加热容易过热。

（b）加热迅速,热损失小,热效率高。

（c）热量分布较陡,淬火后过渡层较窄,使表面压应力提高。

如何选择:

（1）在大量生产条件下应选择透入式加热

（2）透人式加热电能消耗少,淬火成本低。

（3）传导式加热时,随着淬硬层深度的增加,热的有效利用率更加降低,淬火成本更趋增高。

5、何为碳势?

何谓氮势?

其本质有何异同点?

答:

碳势:

即纯铁在一定温度下与加热炉气中加热时达到既不增碳也不脱碳不予炉气保持平衡时表面的含碳量。

氮势:

温度一定时,与炉气平衡的钢中氮的活度成正比,故可作为这气氛渗氮能力的度量,并把它定义为氮势。

6、何为钢的退火?

退火的种类及用途如何?

退火:

将组织偏离平衡状态的金属或合金加热到适当的温度,保温一段时间,人后缓慢冷却以达到接近平衡组织的热处理工艺

退火的种类:

完全退火:

用于完全奥氏体化

不完全退火:

获得平衡组织

扩散退火:

消除成分偏析及组织不均匀

球化退火:

均匀组织,降低硬度,获得良好综合性能

7、分级淬火与等温淬火的主要区别是什么?

举例说明她们的应用。

答:

主要区别:

等温淬火获得的是下贝氏体组织而分级淬火获得的是马氏体组织。

分级淬火用于小工件,薄件如齿轮等,等温淬火获得的综合性能比较好。

8、何谓淬硬层深度?

影响淬硬层深度有哪些?

答:

淬硬层深度:

延垂直于硬化层表面的方向进行测量,当硬度值下降到规定的数值是,只一点距离表面的深度就是淬硬层深度,她是衡量钢材淬透性好坏的重要依据,一般以含50%马氏体的组织测量。

影响因素:

钢材的淬透性,冷却介质的冷却特性和冷却速度,钢件尺寸,加热方式。

9、渗碳和氮化各应用什么场合?

工件经渗碳和氮化化学热处理后,工件的性能有何特点?

答:

渗碳的应用:

主要适用于承受磨损,交变接触应力和冲击载荷的机器零件,如轴,活塞销,齿轮,凸轮轴等,亦即表面要求有很高的硬度及心部要求有足够的强度和韧性。

氮化的应用:

适合用于任何需要结局耐摩擦、抗啮合、耐磨损以及防腐蚀性能等问题的工件。

钢件的特点:

有很高的表面硬度,耐磨性及高的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度,提高工件的耐腐蚀能力。

10、在渗碳和氮化过程中,怎样调整炉内的碳势与氮势?

调节:

①改变两种液体的滴入比例来调节。

②使用几种渗碳能力不同的液体,经过改变液滴来调节。

11、化学热处理的基本过程有哪些?

答:

一般为渗剂中的反应,渗剂中的扩散,渗剂与被渗金属表面的界面反应,被渗元素的扩散和扩散过程中相变等过程。

12、什么叫纯扩散?

什么叫反应扩散?

答:

纯扩散:

渗入元素原子在母相金属中形成固溶体,在扩散过程中不发生相变或化合物的形成或分解。

反应扩散:

与渗剂平衡的浓度高于该温度固溶体的饱和极限时的一种情况,有溶解度较低的固溶体转变成浓度更高的化合物。

13、为什么淬火后的钢一般都要进行回火?

答:

减少或消除淬火应力。

提高韧性和塑性,获得硬度、强度、塑性和韧性的适当配合,以满足不同工件的性能要求。

14、什么是热处理?

常见的热处理工艺方法有哪些?

答:

热处理:

经过加热,保温和冷却的方法是金属盒合金内部组织结构发生变化,以获得工件使用性能所要求的组织结构。

常见方法:

退火,正火,淬火,回火,感应热处理,化学热处理。

15、钢在加热过程中所形成的奥氏体晶粒的大小对冷却转变后钢的组织和性能有何影响?

答:

奥氏体晶粒细小,则冷却转产物的晶粒细小,气其强度、硬度、塑性、韧性、会较好,若晶粒粗大,转变产物晶粒粗大,强度、塑性较差,特别是冲击韧性显著降低。

二、试分析下列说法是否正确（正确打√,错误打×）

1、钢中碳含量愈高,则淬火后的硬度愈高。

（√）

2、同一钢材在相同加热条件下,10％的食盐水溶液（20℃）淬火比20号机油（20℃）淬火的淬透性好。

（×）

3、所有合金元素都能提高钢的淬透性。

（×）

4、多种合金元素同时加入钢中,其对钢的淬透性影响是单个合金元素作用的迭加。

（×）

5、工件在液体淬火介质中的冷却过程大致分为三个阶段:

蒸汽膜阶段、沸腾阶段、对流阶段。

其中沸腾阶段是三个阶段中冷却最快阶段。

（√）

6、感应加热表面热处理时,表面层淬得马氏体后,由于体积膨胀在工件表面层造成较大的残余压应力,显著提高工件的疲劳强度。

（√）

7、淬火过程中零件的热应力是在加热和冷却过程中,零件内外层组织转变时间不同造成的内应力。

（×）

8、马氏体的硬度取决于冷却速度。

（×）

9、20钢经充分渗碳后缓冷下来的显微组织是表层为P,心部为原始亚共析钢组织（P+F）,中间为过渡组织。

（×）

10、合适的碳、氮含量进行碳、氮共渗时,快冷后得到的共渗层具有比渗碳层更高的

拉应力,因而疲劳强度更高,耐蚀性较好。

（×）

11、同一钢材在相同加热条件下,水淬比机床冷却液淬火的淬透性好、小件比大件的淬透性好。

（×）

12、马氏体硬而脆。

（×）

13、过冷奥氏体的冷却速度越快,冷却后钢的硬度越高。

（×）

14、钢中合金元素的含量越高,淬火后的硬度也越高。

（×）

15、本质细晶粒钢加热后的实际晶粒一定比本质粗晶粒钢细。

（√）

16、淬火时变形和开裂都是由零件的外部应力引起的,零件的外应力分为热应力和组织应力。

（×）

17、淬火过程中零件的组织应力是在加热和冷却过程中,零件内外层加热和冷却速度不同造成的内应力。

（×）

18、淬火过程中零件的组织应力是在加热或冷却过程中,由于零件内部组织发生转变的时间不一致造成的内应力。

（√）

19、淬火钢经回火获得的托氏体和索氏体组织与过冷奥氏体直接分解所得到的托氏体和索氏体相比,具有较优的性能;在硬度相同时,前者具有较高的屈服强度、塑性和韧性。

这主要是因为组织形态不同所致。

（×）

20、一般将化学热处理过程看成由渗剂的分解、工件表面对活性原子的吸收和渗入工件表面的原子向内部扩散三个基本过程组成。

（√）

三、简述题

1、确定下列钢件的预备热处理方法?

并指出预备热处理的目的与处理的后的显微组织。

⑴球磨机用大型ZG40Cr的铸造齿圈。

答:

正火提高切削性能P+F

⑵锻造过热的55钢坯。

要求消除魏氏组织。

答:

完全退火消除魏氏组织P+F

⑶具有网状渗碳体的T13工具钢坯。

答:

正火消除网状渗碳体P+Fe3C

⑷改进T12工具钢锉刀的切削加工性能。

答:

球化退火改进切削性能球化P+Fe3C

⑸经冷轧后的20钢板,要求消除带状组织、提高切削加工性。

答:

扩散退火消除带状组织、提高切削加工性P+F

2、将T12钢（Ac1=730℃,Acm=820℃,G点910℃）工件在极强的氧化气氛及气氛碳势极低的气氛中分别在950℃和840℃长时间加热,试述加热后表层缓冷至室温后的平衡组织及形成过程。

答:

950℃从表层到心部依次是:

氧化铁--F--F+P--P--P+Fe3C

840℃从表层到心部依次是:

氧化铁--F+P--P--P+Fe3C（要结合铁碳相图进行说明）

3、指出下列零件的锻造毛坯进行正火的主要目的及正火后的组织

⑴20钢齿轮⑵45钢小轴⑶T12钢锉刀

答:

⑴20钢齿轮均匀化组织提高切削性能F+P

⑵45钢小轴均匀化组织提高强韧性F+P

⑶T12钢锉刀消除网状KP+Fe3C

4、试述亚共析钢和过共析钢淬火加热温度的选择原则,为什么过共析钢淬火加热温度不能超过Acm线?

答:

亚共析钢:

Ac3+30~50℃过共析钢:

Ac1+30~50℃

过共析钢淬火加热温度若超过Acm线,会使碳化物完全溶入奥氏体中,碳含量增加,Ms点降低,残余奥氏体量增加,温度过高会使奥氏体晶粒粗大,淬火后得到粗大马氏体,使钢件脆性增加。

5、指出φ10㎜的45钢（退火态）经下列温度加热并水冷后获得的组织:

710℃、750℃、850℃（已知Ac1=724℃,Ac3=780℃,D水冷=20㎜）。

答:

710℃P+F

750℃F+M+残余奥氏体

840℃M+残余奥氏体（要有简要说明）

6、两个含碳量为1.2％的碳钢薄试样（T12）,分别加热到780℃和920℃并保温相同的时间,奥氏体化后（Ac1=730℃,Acm=820℃）以大于临界冷却速度冷至室温,试分析,试样经淬火后:

⑴马氏体晶粒大小?

⑵马氏体含量多少?

⑶残于奥氏体量多少?

⑷未溶碳化物多少?

⑸哪个温度淬火合适?

为什么?

答:

⑴780℃M正常大小920℃M粗大

⑵马氏体含量:

780℃

7、确定下列零件的热处理工艺,并制定简明的工艺路线:

（1）某机床变速箱齿轮,要求齿面耐磨,心部强度和韧性要求不高,选用45钢。

答:

正火--表面淬火--回火

（2）某机床主轴,要求有良好的综合机械性能,轴颈部要求耐磨（50～55HRC）,材料选用45钢。

答:

调质--颈部淬火--回火

（3）柴油机凸轮轴,要求凸轮表面有较高的硬度（HRC>60）,心部有较好的韧性（Ak>50J）,材料选用15钢。

答:

表面渗碳--淬火--回火

（4）镗床用镗杆,在重载荷作用下工作,并在滑动轴承中运转,要求镗杆表面有极高的硬度,心部有较高的综合力学性能,材料选用38CrMoAlA。

答:

调质--表面渗氮--淬火--回火

四、分析题

1、今有一批20CrMnMo（Ac1=730℃,Ac3=820℃）汽车传动齿轮,其工艺路线为;下料→锻造→-热处理⑴→-切削加工→热处理⑵→-热处理⑶→热处理⑷→喷丸→磨加工。

试问:

a、热处理⑴、热处理⑵、热处理⑶、热处理⑷采用什么热处理工艺?

b、画出热处理工艺曲线（保温时间略）,标明工艺参数。

C、说明四种热处理工艺的目的与热处理后组织。

答:

a热处理

（1）:

正火热处理

（2）:

表面渗碳热处理（3）:

淬火热处理（4）:

低温回火

b见下图

T/℃

渗碳920~940℃

正火850~870℃炉冷

空冷810~850℃

油冷

150~200℃

T/h

C热处理

（1）:

正火便于切削P+F热处理

（2）:

表面渗碳增加表面耐磨性,韧性及硬度

P+Fe3C热处理（3）:

淬火增加表面及心部的硬度强度M+残余奥氏体热处理（4）:

低温回火

回火M+残余奥氏体

2、现有60Si2Mn（Ac1=724℃,Ac3=745℃）钢用做弹簧,40Cr钢（Ac1=735℃,Ac3=780℃）用做传动轴（要求有良好机械性能）,T13A（Ac1=730℃,Acm=820℃）钢用做简单车刀。

请分别针对这三种钢回答:

⑴、淬火温度的选择原则。

⑵、加热方式、保温时间的选择原则及加热后显微组织、淬火后组织。

⑶、回火温度的选择原则?

⑷、回火后的组织。

⑸、画出热处理工艺曲线（保温时间略）,标明工艺参数。

答:

（1）60Si2Mn和40Cr淬火温度选择原则:

Ac3以上30~50℃

T13淬火温度选择原则:

Ac1以上30~50℃

60Si2Mn油淬T=870℃马氏体中温回火T=480℃回火屈氏体

T/℃

850~890℃

油淬460~480℃

空冷

t/h

40Cr油淬T=850℃马氏体高温回火T=500℃回火索氏体

T/℃

840~860℃

油淬500~520℃

空冷

t/h

T13水冷T=780℃M低温回火T=150℃回火马氏体

T/℃

790~820℃

水冷150~200℃

空冷t/h

3、已知某机床主轴的材料为40Cr（Ac1=720℃,Ac3=775℃）钢,其生产工艺路线为:

下料→锻造→正火→-粗车→调质→精车-→锥部整体淬火→回火（HRC43）→粗磨→人工时效→精磨

要求:

⑴说明每道热处理工序的作用。

⑵分析组织变化的全过程。

⑶画出热处理工艺曲线

答:

（1）正火:

消除成分偏析易于切削

调质:

得到良好的综合性能

锥部整体淬火:

是锥部获得良好的耐磨性,并有一定的强度。

回火:

消除内应力

（2）P—回火S—S—回火S

T/℃

850℃840~850℃

830~850℃

油冷油冷

500℃500℃

空冷回火回火

空冷

空冷

4、某齿轮要求具有高的耐磨性,并承受一定的冲击载荷,拟采用下列材料和热处理工艺:

（1）45钢的淬火和低温回火;

（2）45钢的高频淬火和低温回火;

（3）T8钢淬火和中温回火;

（4）20钢渗碳淬火和低温回火。

你认为哪种工艺比较合适?

为什么?

答:

（2）（4）都能够

5、用20钢制造的20mm的小轴,经930℃,5小时渗碳后,表面碳的质量分数增加至1.2％分析经下列热处理后表面及心部的组织:

（20钢Ac3为855℃,Ar3为835℃;T12钢Acm为820℃）

（1）渗碳后缓冷到室温。

（2）渗碳后直接淬火,然后低温回火。

（3）渗碳后预冷到820℃,保温后淬火,低温回火。

（4）渗碳后缓冷到室温,再加热到880℃后淬火,低温回火。

（5）渗碳后缓冷到室温,再加热到780℃后淬火,低温回火。

答:

（1）由表至心:

P+Fe3C—P—P+F

（2）由表至心:

片状M+残余奥氏体—半条M+残余奥氏体

（3）由表至心:

K+回火M+残余奥氏体

（4）由表至心:

回火M+K+残余奥氏体--F+回火M+残余奥氏体

（5）由表至心:

回火M+K—F+K