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1、工程材料11作业第六章 钢的热处理一、名词解释1、 钢的热处理是采用适当的方式对金属材料或工件进行加热、保温和冷却，以获得预期的组织结构与性能的工艺。2、等温冷却转变工件奥氏体化后，冷却到临界点以下的某一温度区间等温保持时，过冷奥氏体发生的相变。 3、连续冷却转变工件奥氏体化后，以不同冷速连续冷却时过冷奥氏体发生的相变。 4、马氏体碳或合金元素在 Fe 中的过饱和固溶体。 5、退火 将工件加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。 6、正火工件加热奥氏体化后在空气中冷却的热处理工艺。7、淬火工件加热奥氏体化后，以适当方式冷却获得马氏体或（和）贝氏体组织的热处理工艺。 8、回火工件
2、淬硬后，加热到 Ac1 以下的某一温度，保持一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。 9、表面热处理为了改变工件表面的组织和性能，仅对其表面进行热处理的工艺。 10、真空热处理 在低于一个大气压（10 -110 -3Pa）的环境中加热的热处理工艺。 11、渗碳 为了提高工件表面碳的质量分数，并在其中形成一定的碳含量梯度，将工件在渗碳介质中加热、保温，使碳原子渗入的化学热处理工艺。 12、渗氮在一定温度下，与一定介质中，使氮原子渗入工件表面的化学热处理工艺。1.铁素体（F）碳溶于 Fe 中形成的间隙固溶体，用符号 F（或 ）表示。性能：与纯铁相似，强度、硬度低 塑性和韧性好。组织：呈明亮的多边形晶
3、粒，晶界曲折2.奥氏体（A）碳溶于 Fe 中形成的间隙固溶体，用符号 A（或 ）表示 性能：有一定的强度和硬度，塑性和韧性好，适于进行锻压加工。组织：与铁素体相似，晶粒呈多边形，但晶界较铁素体平直3.渗碳体（ Fe3 C ）铁和碳形成的一种具有复杂斜方晶格的间隙化合物，用化学分子式 Fe3 C 表示性能：硬度很高，脆性很大，塑性极差。组织：常以片状、球（粒）状和网状等不同形态存在。4.珠光体铁素体和渗碳体组成的机械混合物，用符号 P 表示。 性能：介于铁素体与珠光体之间，即综合性能良好。5.莱氏体 c=4.3% 的合金，缓慢冷却到 1148时从液相中同时结晶出奥氏体和渗碳体的共晶组织，用符号
4、Ld 表示。性能：与渗碳体相似，即硬度高，塑性差。二、填空题1、整体热处理分为 退火 、 正火 、 淬火 和 回火 等。2、表面淬火的方法有 感应加热 表面淬火、 火焰加热 表面淬火、 接触电阻加热 表面淬火、 电解液 表面淬火等。3、化学热处理包括 渗碳 、 渗氮 、 碳氮共渗 和 渗硼 等。4、热处理工艺过程由 加热 、 保温 和 冷却 三个阶段组成。5、共析钢在等温转变过程中，其高温转变产物有： P(珠光体) 、 S(索氏体) 和 T(托氏体) 。片状珠光体用 p 表示珠光体间片间距较大形成温度 A1650索氏体（s）是过冷奥氏体在 650600内形成的组织间片间距比珠光体小也叫细珠光体
5、托氏体（T） 是过冷奥氏体在 600-550 内形成的组织间片间距更小也叫极细珠光体6、贝氏体分 上贝氏体 和 下贝氏体 两种。7、贝氏体用（B）表示是含碳量过饱和的铁素体与碳化物组成的机械混合物属于半扩散性转变8、 上贝氏体由轻微过饱和的铁素体片和短棒状的碳化物组成程羽毛状9、 下贝氏体碳过饱和的针片状铁素体和内弥散分布的碳化物组成黑色针片状工程材料227、淬火方法有： 单液 淬火、 双液 淬火、 马氏体分级 淬火和 贝氏体等温 淬火等。8、常用的退火方法有： 完全退火 、 球化退火 和 去应力退火 等。9、常用的冷却介质有 油 、 水 、 空气 等。10、常见的淬火缺陷有 过热 与 过烧
6、、 氧化 与 脱碳 、 硬度不足 与 软点 、 变形 与 开裂 等11、感应加热表面淬火，按电流频率的不同，可分为 高频感应加热 、 中频感应加热 和 工频感应加热 三种。而且感应加热电流频率越高，淬硬层越 小 。12、按回火温度范围可将回火分为 低温 回火、 中温 回火和 高温 回火三种。13、化学热处理是由 分解 、 吸收 和 扩散 三个基本过程所组成。14、根据渗碳时介质的物理状态不同，渗碳方法可分为 气体 渗碳、 固体 渗碳和 液体 渗碳三种。15、机械制造过程中常用的时效方法主要有： 自然 时效、 热 时效、 变形 时效和 振动 时效等。三、选择题1、过冷奥氏体是 C 温度下存在，尚
7、未转变的奥氏体。A. Ms B.Mf C.A12、过共析钢的淬火加热温度应选择在 A ，亚共析钢则应选择在 C 。A. Ac1+30-50 B.Accm 以上 C.Ac3+30-503、调质处理就是 C 。A.淬火+低温回火 B.淬火+中温回火 C.淬火+高温回火4、化学热处理与其他热处理方法的基本区别是 C 。 A. 加热温度 B.组织变化 C.改变表面化学成分5、零件渗碳后，一般需经 C 处理，才能达到表面高硬度和耐磨的目的。A. 淬火+低温回火 B.正火 C.调质四、判断题1、淬火后的钢，随回火温度的增高，其强度和硬度也增高。 （ ）2、钢的最高淬火硬度，主要取决于钢中奥氏体的碳的质量分
8、数。 （）3、钢中碳的质量分数越高，其淬火加热温度越高。 （ ）4、高碳钢可用正火代替退火，以改善其可加工性。 （ ）5、钢的晶粒因过热而粗化时，就有变脆的倾向。 （）6、热应力是指钢件加热和（或）冷却时，由于不同部位出现温差而导致热胀和（或）冷缩不均所产生的内应力。 （）五、简答题1、指出 Ac1、Ac3、Accm; Ar1、Ar3、Arcm 及 A1、A3、Acm 之间的关系。答：金属或合金在加热或冷却过程中，发生相变的温度称为相变点或临界点。在铁碳合金状态图中，A 1、A 3、A cm是平衡条件下的临界点。实际加热时的临界点标注为A c1、A c3、A ccm。实际冷却时的临界点标注为
9、Ar1、A r3、A rcm。2、简述共析钢过冷奥氏体在 A1-Mf 温度之间不同温度等温时的转变产物及性能。答：马氏体形成速度很快，但只有当满足冷却速度大于 Vc ；同时冷到 Ms（共析钢220） 点时才开始由奥氏体转变成马氏体，马氏体的转变是有一个温度范围的，也就是到 Mf （共析钢-50）时，马氏体转变结束。工程材料33马氏体是碳或合金元素在 -Fe 中的过饱和固溶体，是单相亚稳组织，硬度较高用符号 M 表示。3、奥氏体、过冷奥氏体与残留奥氏体三者之间有何区别？答：奥氏体晶粒细小，则其转变产物的晶粒也较细小，其性能也较好；反之，转变产物的晶粒则粗大，其性能则较差。将钢加热到临界点以上时，
10、刚形成的奥氏体晶粒都很细小。如果继续升温或延长保温时间，便会引起奥氏体晶粒长大。生产中常采用以下措施来控制奥氏体晶粒的长大。在共析温度以下存在的奥氏体称为过冷奥氏体，也称亚稳奥氏体，它有较强的相变趋势。采用等温转变可以获得单一的珠光体、索氏体、托氏体、上贝氏体、下贝氏体和马氏体组织。采用连续冷却转变时，由于连续冷却转变是在一个温度范围内进行，其转变产物往往不是单一的，根据冷却速度的变化，有可能是 PS、ST 或 TM 等。淬火后的残余奥氏体是不稳定组织，残余奥氏体分解为低碳马氏体和 碳化物，此组织为回火马氏体。4、完全退火、球化退火与去应力退火在加热规范、组织转变和应用上有何不同？答：1）完全
11、退火是将工件完全奥氏体化后缓慢冷却，获得接近平衡组织的退火。完全退火后所得到的室温组织为铁素体和珠光体。完全退火主要用于亚共析钢制作的铸件、锻件、焊件等。2）球化退火是使工件中碳化物球状化而进行的退火，所得到的室温组织为铁素体基体上均匀分布着球状(粒状)渗碳体，即球状珠光体组织。球化退火的目的是降低钢材硬度，改善钢材切削加工性，并为淬火作组织准备。球化退火主要用于过共析钢和共析钢制造的刃具、量具、模具等零件。3）去应力退火是为去除工件塑性形变加工、切削加工或焊接加工过程中造成的内应力及铸件内存在的残余应力而进行的退火。钢材在去应力退火的加热及冷却过程中无相变发生。去应力退火主要用于消除钢制工件
12、在切削加工、铸造、锻造、热处理、焊接等过程中产生的残余应力并稳定其尺寸，钢材在去应力退火的加热及冷却过程中无相变发生。5、正火和退火有何异同？试说明二者的应用有何不同？答：正火主要适用于低碳钢，冷却方式为空气冷却；退火主要适用于中碳钢和高碳钢，冷却方式为炉内冷却。 。6、今有经退火后的 45 钢，组织为 F+P，在 700、760、840加热，保温一段时间后水冷，所得到的组织各是什么？答：在 700加热，保温一段时间后水冷，所得到的组织是 F+P；在 760加热，保温一段时间后水冷，所得到的组织是 F+M；在 840加热，保温一段时间后水冷，所得到的组织是 M。7、淬火的目的是什么？亚共析刚和
13、过共析钢的淬火加热温度应如何选择？答：淬火的目的主要是使钢件得到马氏体（和贝氏体）组织。提高钢的硬度和强度，与适当的回火工艺相配合，更好地发挥钢材的性能潜力。亚共析钢淬火加热温度为 Ac3 以上 3050因为在此温度范围内，可获得全部细小的奥氏体晶粒，淬火后得到均匀细小的马氏体。若加热温度过高，则引起奥氏体晶粒粗大，使钢淬火后的性能变坏；若加热温度过低，则淬火组织中尚有未溶铁素体，使钢淬火后的硬度不足。共析钢和过共析钢淬火加热温度为 Ac1 以上 3050，此时的组织为奥氏体加渗碳体颗粒，淬火后获得细小马氏体和球状渗碳体，能保证钢淬火后得到高的硬度和耐磨性。如果加热温度超过 Accm，将导致渗
14、碳体消失，奥氏体晶粒粗化，淬火后得到粗大针状马氏体，残余奥氏体量增多，硬度和耐磨性降低，脆性增大；如果淬火温度过低，可能得到非马氏体组织，则钢的硬度达不到要求。8、回火的目的是什么？工件淬火后为什么要及时回火？答：回火的目的是消除和减小内应力，稳定组织，调整性能，以获得较好的强度和韧性配合。淬火钢的组织主要由马氏体和少量残余奥氏体组成（有时还有未溶碳化物） ，其内部存在很大的内应力，脆性大，韧性低，一般不能直接使用，如不及时消除，将会引起工件的变形，甚至开裂。9、叙述常见的三种回火方法所获得的组织、性能及应用。答：低温回火温度范围是在250以下。经低温回火后组织为回火马氏体（M） ，低温回火后
15、硬度一般为5862HRC。主要用于高碳钢、合金工具钢制造的刃具、量具、冷作模具、滚动轴承及渗碳件、表面淬火件等。中温回火温度范围是在 250450。淬火钢经中温回火后组织为回火托氏体（T） ，中温回火后硬工程材料44度一般为 3550HRC。主要用于处理弹性元件，如各种卷簧、板簧、弹簧钢丝等。高温回火温度范围是在 500以上。淬火钢经高温回火后组织为回火索氏体（S） ，回火后硬度一般为 200330HBW。另外，钢件淬火加高温回火的复合热处理工艺又称为调质处理，它主要用于处理轴类、连杆、螺栓、齿轮等工件。10、渗碳的目的是什么？为什么渗碳后要进行淬火和低温回火？答：渗碳的目的是提高工件表层碳的质量分数并在其中形成一定的碳含量梯度。渗碳后的工件都要进行淬火和低温回火，目的是为了使工件表面获得高的硬度（5664HRC） 、耐磨性和疲劳强度，面心仍保持一定的强度和良好的韧性。11、用低碳钢和中碳钢制造齿轮，为了获得表面具有高地硬度和耐磨性，心部具有一定的强度和韧性，各需采取怎样的热处理工艺？热处理后，组织和性能有何差别？答：对于低碳钢制造的齿轮，为了使齿轮获得表面具有高硬度和高耐磨性，其心部具有一定的强度和韧
