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1、一、简答1. 碳和氮同时在钢中的扩散特点 共渗温度不同，共渗层中碳氮含量不同。氮含量随着共渗温度的提高而降低，而碳含量则起先增加，至一定温度后反而降低。渗剂增碳能力不同，达到最大碳含量的温度也不同。 碳、氮共渗时碳氮元素相互对钢中溶解度及扩散深度有影响。由于 N 使 g 相区扩大，且 Ac3点下降，因而能使钢在更低的温度增碳。氮渗入浓度过高，在表面形成碳氮化合物相，因而氮又障碍着碳的扩散。碳降低氮在、相中的扩散系数，所以碳减缓氮的扩散。 碳氮共渗过程中碳对氮的吸附有影响碳氮共渗过程可分成两个阶段：第一阶段共渗时间较短(1 3 小时)，碳和氮在钢中的渗入情况相同；若延长共渗时间，出现第二阶段，此
2、时碳继续渗入而氮不仅不从介质中吸收，反而使渗层表面部分氮原子进入到气体介质中去2. 渗氮的工艺方法根据渗氮目的不同，渗氮工艺方法分成两大类：一类是以提高工件表面硬度、耐磨性及疲劳强度等为主要目的而进行的渗氮，称为强化渗氮，一段渗氮（等温氮化）二段渗氮三段渗氮；另一类是以提高工件表面抗腐蚀性能为目的的渗氮，称为抗腐蚀渗氮，也称防腐渗氮。3. 加速化学热处理过程的途径物理催渗法：基本方法：A) 高温化学热处理； B) 高压或负压化学热处理； C)高频化学热处理；D) 采用弹性振荡加速。化学催渗法：分类：A) 卤化物催渗法； B）提高渗剂活性的催渗方法。4. 怎样确定感应加热表面淬火工艺设备（频率和
3、功率）：依据零件尺寸、硬化层深度要求合理选择设备。比功率的选择:比功率的选择主要取决于频率和要求硬化层的深度。淬火加热温度和方式感应淬火加热温度：（快速加热）一般比普通淬火加热温度高30-200摄氏度。已获得较均匀的组织。感应加热方式：同时加热淬火、连续加热淬火。冷却方式和冷却介质最常用的冷却方式：喷射冷却和浸液冷却法。最常用冷却介质：水、聚乙烯醇水溶液、聚丙烯醇水溶液、乳化液和油。回火工艺：感应加热淬火后一般只进行低温回火，用以降低残余应力和脆性，而不降低硬度。5. 表面淬火的组织与性能、表面淬火的金相组织：淬火前为退火状态的共析钢表面淬火后的组织：表层：马氏体M；向内：珠光体 P马氏体 M
4、；心部：原始组织珠光体。淬火前为正火状态的45 钢表面淬火后的组织：表层：马氏体M；向内：铁素体F马氏体 M；再向内：铁素体F珠光体 P马氏体 M；心部：原始组织铁素体F珠光体 P 。表面淬火后性能：表面硬度：快速加热，激冷淬火后表面硬度比普通淬火高。耐磨性：工件的耐磨性比普通淬火的高。疲劳强度：采用正确的表面淬火工艺，可以显著地提高零件的抗疲劳性能，降低缺口敏感性。6. 钢在非加热平衡时的相变特点特点在一定的加热速度范围内，临界点随加热速度的增加而提高。在快速加热时，珠光体向奥氏体转变是在一个温度范围内完成的。特点奥氏体成分不均匀性随加热速度的增加而增大。特点提高加热速度可显著细化奥氏体晶粒
5、。特点快速加热对过冷奥氏体的转变及马氏体回火有明显影响。7. 淬火缺陷及其预防、补救 淬火变形、开裂 : 尽量做到均匀加热及正确加热正确选择冷却方法和冷却介质正确选择淬火工件浸入淬火介质的方式和运行方向进行及时、正确的回火。氧化、脱碳、表面腐蚀及过烧硬度不足: 由于加热温度过高或过低引起的硬度不足，除对已出现缺陷进行回火，再重新加热淬火补救外，应严格管理炉温测控仪表，定期按计量传递系统进行校正及检馅。硬度不均匀 : 可以进行一次回火，再次加热，在恰当的冷却介质及冷却方法的条件下淬火补救 ; 对尚未成型加工的工件，为了消除碳化物偏析或粗大，可用不同方向的锻打来改变其分布及形态。对粗大组织可再进行
6、一次退火或正火，使组织细化及均匀化。组织缺陷: 在淬火前应采用退火等办法消除过热组织。8. 淬火方法及其应用单液淬火法：把已加热到淬火温度的工件淬入一种淬火介质，使其完全冷却。应用：适用于形状简单的碳钢，合金钢工件；对碳钢直径大于35mm的工件水中淬火，更小的可采用油淬；各类合金钢则以油为常用淬火介质。双液淬火法：把加热到淬火温度的工件，先在冷却能力强的淬火介质中冷却至接近MS点，然后转入冷却能力弱的淬火介质中冷却至室温。应用：尺寸较大的碳素钢工件。喷射淬火法：向工件喷射水流的淬火方法。应用：主要用于局部淬火分级淬火法：把工件由奥氏体化温度淬入高于该钢种的马氏体开始转变温度的淬火介质（盐浴或碱
7、浴炉）中，在其中冷却直至工件各部分温度达到淬火介质的温度，然后缓冷至室温，发生马氏体转变。应用：只适用于尺寸较小的工件。等温淬火法：工件淬火加热后，若长期保持在下贝氏体转变区的温度使之完成奥氏体的等温转变，获得下贝氏体组织，这种淬火方法称等温淬火法。9. 退火、正火后钢的组织和性能的比较组织比较：相同点：均是珠光体型组织。不同点：正火得到的珠光体，过冷度较大，片间距细小；完全退火得到的珠光体片间距较大。性能比较：亚共析钢，正火的强度、硬度、韧性较高，塑性相仿；过共析钢，退火后强度、硬度、韧性均低于正火的，只有球化退火的，因其所得组织为球状珠光体，故其综合性能优于正火的。总之，对于含碳量相同的工
8、件，正火后的强度和硬度要高于的退火的。10. 淬火加热方式及加热温度的确定原则加热方式 :保护气氛或盐浴加热。装炉方式：一般是热炉装料。对尺寸较大，形状复杂高合金钢件采用预热（预热炉）或分段式加热炉加热。淬火加热温度 : 主要根据钢的相变点确定。在工件尺寸大，加热速度快的情况下，淬火温度可取 Ac3+5080；另外，加热速度快，起始晶粒细，也允许采用较高的加热温度，细晶粒钢 Ac3+100 。形状复杂件，易变形工件，加热速度较慢，淬火温度取下限。考虑原始组织时，如果先共析铁素体比较大或珠光体片间距较大，为加速奥氏体的均匀化过程，淬火温度取高一些 ;对合金含量较高的钢，为加速合金碳化物的溶解，合
9、金元素（均匀化）,采用较高的淬火加热温度。11. 淬火冷却过程中工件内部热应力和组织应力的变化规律热应力变化规律：冷却前期，表层受拉，心部受压；冷却后期，表层受压，心部受拉；淬火冷却时，由于热应力引起的残余应力表面为压应力，心部为拉应力。淬火冷却时产生的热应力系由于冷却过程中截面温度差造成的，冷却速度越快，界面温度愈大，则产生的热应力愈大，在相同冷却介质条件下，工件加热温度愈高，尺寸愈大，钢材热传导系数愈小，工件内温差愈大，热应力愈大。组织应力的变化规律：冷却初期，表层受压，心部受拉；冷却后期，表层受拉，心部受压；在心部完全淬透的情况下，组织应力使工件最终应力表现为：表面呈现拉应力，心部呈现压
10、应力。组织应力的大小与钢在马氏体相变温度范围有关，截面上温度愈大，组织应力增加，相变时体积膨胀量愈大，则组织应力就愈大，钢的淬透性愈好，零件尺寸愈大，则淬火后组织应力愈大。12. 在有物态变化的淬火介质中淬火冷却时，钢件冷却过程分为那三个阶段蒸气膜阶段：工件表面产生大量过热蒸汽，紧贴工件形成连续的蒸汽膜；冷却主要靠辐射传热，冷却速度较缓慢。沸腾阶段：进一步冷却时，工件放出的热量减少，蒸汽膜厚度减薄并在越来越多的地方破裂，使工件与液体直接接触，并形成大量气泡逸出。对流阶段：当工件表面的温度降至介质的沸点或分解温度以下时，工件的冷却主要靠介质的对流进行。二、综合1. 常用淬火介质及其冷却特性水：水
11、的冷却速度：在650400温度范围内的冷却速度较小；在马氏体转变温度区的冷却速度特别快。水温对冷却特性影响很大：随水温提高，水的冷却速度降低。循环水的冷却能力大于静止水的冷却能力。碱或盐的水溶液：水中溶入盐、碱等物质，减少了蒸汽膜的稳定性，使蒸汽膜阶段缩短，特性温度提高从而加速冷却速度。食盐水溶液在食盐浓度较低时随食盐浓度的增加而提高，冷速均大于纯水的。碱溶液也具有很高的冷却能力，随温度提高冷却能力降低，工件表面银白色、好的外观，但腐蚀严重。油：在高温区冷却速度低；油在500 350 间冷却速度最快。油在低温区（350 下）冷速较慢。油在20 80 使用，对工件冷速影响不大。有机物的水溶液及乳
12、化液：有机物的水溶液是较理想的淬火介质，即在水中加入有机物或矿物盐，改变（降低）水的冷却性能。常用的有聚乙二醇水溶液，并加入一定的防蚀剂。工业生产中常用乳化液，是矿物油与水经强烈搅拌及振动而成。冷却能力可通过调配浓度来调节。常用于表面淬火。2. 影响钢淬透性的因素钢的化学成分：过共析钢在正常淬火温度区间（低于Accm温度）加热 :含碳量低于 1%的钢，随含碳量的升高，临界冷速降低，淬透性提高；含碳量高于1% 的钢，随含碳量的增加，单调下降 ,淬透性降低。 钢在高于 Ac3或 Accm加热:随着含碳量的增加，临界冷速降低，淬透性增加。合金元素的影响:除 Co、Ti、Zr 以外，大多数合金元素溶入
13、奥氏体后使C 曲线右移，提高钢的淬透性。奥氏体晶粒度的影响 :奥氏体晶粒尺寸增大，淬透性提高，奥氏体晶粒尺寸对珠光体转变的延迟作用比贝氏体的大。奥氏体化温度 :不仅可以促进奥氏体晶粒增大，而且可以促使碳化物及其它非金属夹杂物溶入，并使奥氏体成分均匀化，这将提高过冷奥氏体的稳定性，从而提高淬透性。第二相的存在和分布 : 奥氏体中未溶的非金属夹杂物和碳化物的存在，以及大小和分布，影响过冷奥氏体的稳定性，从而影响淬透性。钢的原始组织的影响:钢的原始组织中，由于珠光体的类型（片状或粒状）及弥散度的不同，在奥氏体化时，将会影响到奥氏体的均匀性，从而影响到钢的淬透性。碳化物愈细小，溶入奥氏体愈迅速，从而有
14、利于提高钢的淬透性。3. 回火温度的选择和确定低温回火：回火温度： 150250用于各种高碳钢工具、模具、滚动轴承以及渗碳和表面淬火的零件，是降低淬火应力，提高工件的韧性，保证淬火后的高硬度和高耐磨性。中温回火 ：回火温度： 350-500主要用于处理各种弹簧及需要高屈服强度的零件。获得回火托氏体。高温回火：回火温度： 500-650适用于承受各种复杂载荷的重要的机械零件。获得良好的综合机械性能。3、45 号钢的表面淬火的金相组织与性能淬火前为正火状态的45 钢表面淬火后的组织：表层：马氏体M；向内：铁素体F马氏体 M；再向内：铁素体F珠光体 P马氏体 M；心部：原始组织铁素体F珠光体 P 。
15、表面淬火后性能：表面硬度：快速加热，激冷淬火后表面硬度比普通淬火高。耐磨性：工件的耐磨性比普通淬火的高。疲劳强度：采用正确的表面淬火工艺，可以显著地提高零件的抗疲劳性能，降低缺口敏感性。4、化学热处理的吸附过程及其影响因素固体表面对气相的吸附作用按其作用力的性质不同可分为物理吸附和化学吸附两类。物理吸附：没有电子转移和化学键生成的吸附现象。这种吸附能迅速达到平衡，并在较低温度下发生。温度升高时吸附量下降，温度下降时吸附量又增加。化学吸附：当气体（吸附质）与金属表面（吸附剂）接触时二者以高速发生反应形成化学键，即发生电子交换，组成离子键结合或共价键结合叫化学吸附。化学吸附在低温时速度较小，随温度
16、升高明显增大，这种吸附可以使分子解离。5、渗碳缺陷及控制黑色组织：防止措施：保持渗碳炉的密封性能，降低炉气中含氧量。渗层中出现粗大块状或网状碳化物组织：防止措施：降低渗碳剂的活性；对已形成的网状碳化物需在Acm 以上重新加热淬火或正火。渗碳层深度不均匀。表面贫碳或脱碳：在碳势较高的渗碳介质中补渗，脱碳层小于0.02mm情况下，可采用磨去或喷丸处理。表面腐蚀和氧化：防止方法：控制渗碳剂盐浴成分，及时清洗清理工件表面。三、填空1. 加热介质与工件表面的传热过程有：对流传热、辐射传热、传导传热、综合传热。2. 常用的退货工艺方法有：扩散退火、完全退火、不完全退火、球化退火、再结晶退火、消除应力退火。3. 退火、正火的缺陷有：过烧、黑脆、粗大魏氏组织、反常组织、网状组织、球化不均匀、硬度过高。4. 淬透性的实验测定方法有：临界值经法、端淬法。5. 表面淬火的分类：感应加热表面淬火、火焰淬
