1、1/工件淬火时常出现的缺陷有 表面缺陷、性能缺陷、组织缺陷、形状缺陷。2 退火的目的主要是降低硬度，便于切削加工：消除或改善钢在铸造、轧制、锻造和焊接过程中所造成的各种组织缺陷；细化晶粒，改善组织，为最终热处理做准备；还有为了消除应力，防止变形和开裂。3 正火的目的和退火基本相同，但正火后得到细片状珠光体组织，对低碳钢来说讲，正火组织易进行机械加工；能降低工件切削加工的表面粗糙度；正火还可以消除过共析钢中的渗碳体网。4 淬火的目的是把奥氏体化的钢件淬成马氏体，然后和不同回火温度相配合,获得所需的力学性能。5 热应力是由于工件加热或冷却时，各部温度不同，使之热胀冷缩 不同而产生的应力叫热应力。减
2、少变形与防止开裂的方法很多，但主要的是靠正确的选材、合理的结构设计、冷热加工工艺的密切配合以及正确的热处理制度来保证。1 将同一棒料上切割下来的 4 块 45#试样，同时加热到 850，然后分别在水、油、炉和空气中冷却，说明：各是何种热处理工艺？各获得何种组织？排列一下硬度大小：答：（1）水冷：淬火 M（2）油冷：淬火 M+T（3）炉冷：退火 P+F（4）空冷：正火 S+F硬度（1）（2） （4）（ 3）2.两个碳质量分数为 1.2%的碳钢薄试样，分别加热到 780C 和 900C，保温相同时间奥氏体化后，以大于淬火临界冷却速度的速度冷却至室温。试分析：（1）哪个温度加热淬火后马氏体晶粒较粗大
3、？（2）哪个温度加热淬火后马氏体碳含量较多？（3）哪个温度加热淬火后残余奥氏体较多？（4）哪个温度加热淬火后未溶渗碳体较多？（5）你认为哪个温度加热淬火合适？为什么？答：（1）900C （2）900C （ 3）900C（4）780C（5）780C ，综上所述此温度淬火后得到的均匀细小的 M+颗粒状 Cm+AR 的混合组织，使钢具有最大的硬度和耐磨性。3.用 T10 钢制造形状简单的车刀，其工艺路线为：锻造热处理机加工热处理磨加工。（1）写出其中热处理工序的名称及作用。（2）制定最终热处理（磨加工前的热处理）的工艺 规范，并指出车刀在使用状态下的显微组织和大致硬度。答:(1)球化退火，作用：利于
4、切削加工。得到球状珠光体，均匀组织，细化晶粒，为后面淬火处理作组织准备。淬火+低温回火，作用：使零件获得较高的硬度、耐磨性和韧性，消除淬火内应力，稳定组织和尺寸。（2）工艺规范：760C 水淬+200C 回火；显微组织：M 回+Cm，大致硬度：60HRC.4.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。A：水中淬火 M+Fe3CB：分级淬火 M+Fe3CC：油中淬火 M+T+Fe3CD：等温淬火 B 下+Fe3CE：正火 S+Fe3CF：完全退火 P+Fe3CG：等温退火 P+Fe3C5 为改善可加工性，确定下列钢件的预备热处理方法，并指出所得到组织：
5、（1）20 钢钢板（2）T8 钢锯条（3）具有片状渗碳体的 T12 钢钢坯答：（1）20 钢钢板：正火 S+F（2）T8 钢锯条：球化退火 球状 P;（3）具有片状渗碳体的 T12 钢钢坯：球化退火 球状 P+Cm6 指出下列工件的淬火及回火温度，并说明其回火后获得的组织和大致的硬度：（1）45 钢小轴（要求综合机械性能） ；（2）60 钢弹簧；（3）T12 钢锉刀。答：（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 500650左右，其回火后获得的组织为回火索氏体 ，大致的硬度 2535HRC。（2）60 钢弹簧，工件的淬火温度为 850左右，回火温度为
6、350500左右，其回火后获得的组织为回火屈氏体 ，大致的硬度 4048HRC。（3）T12 钢锉刀，工件的淬火温度为 780左右，回火温度为 150250，其回火后获得的组织为回火马氏体 ，大致的硬度 60HRC。7 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显微组织：（1）20 钢齿轮 （2）45 钢小轴 （3）T12 钢锉刀答：（1）目的：细化晶粒，均匀组织，消除内应力，提高硬度，改善切削加工性。组织：晶粒均匀细小的大量铁素体和少量索氏体。（2）目的：细化晶粒，均匀组织，消除内应力。组织：晶粒均匀细小的铁素体和索氏体。（3）目的：细化晶粒，均匀组织，消除网状Fe3C ，为球化退火
7、做组织准备，消除内应力。组织：索氏体和球状渗碳体。8 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；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
8、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。9 何谓钢的热处理？钢的热处理操作有哪些基本类型？试说明热处理同其它工艺过程的关系及其在机械制造中的地位和作用。 答：（1）为了改变钢材内部的组织
9、结构，以满足对零件的加工性能和使用性能的要求所施加的一种综合的热加工工艺过程。（2）热处理包括普通热处理和表面热处理；普通热处理里面包括 退火、正火、淬火和回火，表面热处理包括表面淬火和化学热处理，表面淬火包括火焰加热表面淬火和感应加热表面淬火，化学热处理包括渗碳、渗氮和碳氮共渗等。（3）热处理是机器零件加工工艺过程中的重要工序。一个毛坯件经过预备热处理，然后进行切削加工，再经过最终热处理，经过精加工，最后装配成为零件。热处理在机械制造中具有重要的地位和作用，适当的热处理可以显著提高钢的机械性能，延长机器零件的使用寿命。热处理工艺不但可以强化金属材料、充分挖掘材料潜力、降低结构重量、节省材料和
10、能源，而且能够提高机械产品质量、大幅度延长机器零件的使用寿命，做到一个顶几个、顶十几个。此外，通过热处理还可使工件表面具有抗磨损、耐腐蚀等特殊物理化学性能。10为什么要对钢件进行热处理？答：通过热处理可以改变钢的组织结构，从而改善钢的性能。热处理可以显著提高钢的机械性能，延长机器零件的使用寿命。恰当的热处理工艺可以消除铸、锻、焊等热加工工艺造成的各种缺陷，细化晶粒、消除偏析、降低内应力，使钢的组织和性能更加均匀。11退火的主要目的是什么？生产上常用的退火操作有哪几种？指出退火操作的应用范围。 答：（1）均匀钢的化学成分及组织，细化晶粒，调整硬度，并消除内应力和加工硬化，改善钢的切削加工性能并为
11、随后的淬火作好组织准备。（2）生产上常用的退火操作有完全退火、等温退火、球化退火、去应力退火等。（3）完全退火和等温退火用于亚共析钢成分的碳钢和合金钢的铸件、锻件及热轧型材。有时也用于焊接结构。球化退火主要用于共析或过共析成分的碳钢及合金钢。去应力退火主要用于消除铸件、锻件、焊接件、冷冲压件（或冷拔件）及机加工的残余内应力。12 何谓球化退火？为什么过共析钢必须采用球化退火而不采用完全退火？答：（1）将钢件加热到 Ac1以上 3050，保温一定时间后随炉缓慢冷却至 600后出炉空冷。（2）过共析钢组织若为层状渗碳体和网状二次渗碳体时，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
12、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。13 正火与退火的主要区别是什么？生产中应如何选择正火及退火？答：与退火的区别是加热温度不同，对于过共析钢退火加热温度在 Ac1以上 3050而正火加热温度在 Accm以上 3050。冷速快，组织细，强度和硬度有所提高。当钢件尺寸较小时，正火后组织：S，而退火后组织：P。选择：（1）从切削加工性上考虑切削加工性又包括硬度，切削脆性，表面粗糙度及对刀具的磨损等。一般金属的硬度在 HB170230 范围内，切削性能较好。高于它过硬，难以加工，且刀具磨损快；过低则切屑不易断，造成刀具发热和磨损，加工后
13、的零件表面粗糙度很大。对于低、中碳结构钢以正火作为预先热处理比较合适，高碳结构钢和工具钢则以退火为宜。至于合金钢，由于合金元素的加入，使钢的硬度有所提高，故中碳以上的合金钢一般都采用退火以改善切削性。（2）从使用性能上考虑如工件性能要求不太高，随后不再进行淬火和回火，那么往往用正火来提高其机械性能，但若零件的形状比较复杂，正火的冷却速度有形成裂纹的危险，应采用退火。（3）从经济上考虑正火比退火的生产周期短，耗能少，且操作简便，故在可能的条件下，应优先考虑以正火代替退火。14 一批 45 钢试样（尺寸 15*10mm） ，因其组织、晶粒大小不均匀，需采用退火处理。拟采用以下几种退火工艺；（1）缓
14、慢加热至 700，保温足够时间，随炉冷却至室温；（2）缓慢加热至 840，保温足够时间，随炉冷却至室温；（3）缓慢加热至 1100，保温足够时间，随炉冷却至室温；问上述三种工艺各得到何种组织？若要得到大小均匀的细小晶粒，选何种工艺最合适？答：（1）因其未达到退火温度，加热时没有经过完全奥氏体化，故冷却后依然得到组织、晶粒大小不均匀的铁素体和珠光体。（2）因其在退火温度范围内，加热时全部转化为晶粒细小的奥氏体，故冷却后得到组织、晶粒均匀细小的铁素体和珠光体。（3）因其加热温度过高，加热时奥氏体晶粒剧烈长大，故冷却后得到晶粒粗大的铁素体和珠光体。要得到大小均匀的细小晶粒，选第二种工艺最合适。15
15、淬火的目的是什么？亚共析碳钢及过共析碳钢淬火加热温度应如何选择？试从获得的组织及性能等方面加以说明。答：淬火的目的是使奥氏体化后的工件获得尽量多的马氏体并配以不同温度回火获得各种需要的性能。亚共析碳钢淬火加热温度 Ac3+（3050） ，淬火后的组织为均匀而细小的马氏体。因为如果亚共析碳钢加热温度在 Ac1Ac 3之间，淬火组织中除马氏体外，还保留一部分铁素体，使钢的强度、硬度降低。但温度不能超过 Ac3点过高，以防奥氏体晶粒粗化，淬火后获得粗大马氏体。过共析碳钢淬火加热温度 Ac1+（3050） ，淬火后的组织为均匀而细小的马氏体和颗粒状渗碳体及残余奥氏体的混合组织。如果加热温度超过 Acc
16、m，渗碳体溶解过多，奥氏体晶粒粗大，会使淬火组织中马氏体针变粗，渗碳体量减少，残余奥氏体量增多，从而降低钢的硬度和耐磨性。淬火温度过高，淬火后易得到含有显微裂纹的粗片状马氏体，使钢的脆性增加。16 常用的淬火方法有哪几种？说明它们的主要特点及其应用范围。答：常用的淬火方法有单液淬火法、双液淬火法、等温淬火法和分级淬火法。单液淬火法：这种方法操作简单，容易实现机械化，自动化，如碳钢在水中淬火，合金钢在油中淬火。但其缺点是不符合理想淬火冷却速度的要求，水淬容易产生变形和裂纹，油淬容易产生硬度不足或硬度不均匀等现象。适合于小尺寸且形状简单的工件。双液淬火法：采用先水冷再油冷的操作。充分利用了水在高温
17、区冷速快和油在低温区冷速慢的优点，既可以保证工件得到马氏体组织，又可以降低工件在马氏体区的冷速，减少组织应力，从而防止工件变形或开裂。适合于尺寸较大、形状复杂的工件。等温淬火法：它是将加热的工件放入温度稍高于 Ms的硝盐浴或碱浴中，保温足够长的时间使其完成 B转变。等温淬火后获得 B 下 组织。下贝氏体与回火马氏体相比，在碳量相近，硬度相当的情况下，前者比后者具有较高的塑性与韧性，适用于尺寸较小，形状复杂，要求变形小，具有高硬度和强韧性的工具，模具等。分级淬火法：它是将加热的工件先放入温度稍高于Ms的硝盐浴或碱浴中，保温 25min，使零件内外的温度均匀后，立即取出在空气中冷却。这种方法可以减
18、少工件内外的温差和减慢马氏体转变时的冷却速度，从而有效地减少内应力，防止产生变形和开裂。但由于硝盐浴或碱浴的冷却能力低，只能适用于零件尺寸较小，要求变形小，尺寸精度高的工件，如模具、刀具等。17 说明 45 钢试样（10mm）经下列温度加热、保温并在水中冷却得到的室温组织：700，760，840，1100。答：温度 加热后组织水冷后组织700C P+F P+F760C A+F M+F840C A M1100C A M700：因为它没有达到相变温度，因此没有发生相变，组织为铁素体和珠光体。760：它的加热温度在 Ac1Ac 3之间，因此组织为铁素体、马氏体和少量残余奥氏体。840：它的加热温度在
19、 Ac3以上，加热时全部转变为奥氏体，冷却后的组织为马氏体和少量残余奥氏体。1100：因它的加热温度过高，加热时奥氏体晶粒粗化，淬火后得到粗片状马氏体和少量残余奥氏体。18 有两个含碳量为 1.2%的碳钢薄试样，分别加热到780和 860并保温相同时间，使之达到平衡状态，然后以大于 VK的冷却速度至室温。试问：（1）哪个温度加热淬火后马氏体晶粒较粗大？答;因为 860加热温度高，加热时形成的奥氏体晶粒粗大，冷却后得到的马氏体晶粒较粗大。（2）哪个温度加热淬火后马氏体含碳量较多？答；因为加热温度 860已经超过了 Accm，此时碳化物全部溶于奥氏体中，奥氏体中含碳量增加，而奥氏体向马氏体转变是非
20、扩散型转变，所以冷却后马氏体含碳量较多。（3）哪个温度加热淬火后残余奥氏体较多？答：因为加热温度 860已经超过了 Accm，此时碳化物全部溶于奥氏体中，使奥氏体中含碳量增加，降低钢的 Ms和 Mf点，淬火后残余奥氏体增多。（4）哪个温度加热淬火后未溶碳化物较少？答：因为加热温度 860已经超过了 Accm，此时碳化物全部溶于奥氏体中，因此加热淬火后未溶碳化物较少（5）你认为哪个温度加热淬火后合适？为什么？答：780加热淬火后合适。因为含碳量为 1.2%的碳钢属于过共析钢，过共析碳钢淬火加热温度Ac1+（3050） ，而 780在这个温度范围内，这时淬火后的组织为均匀而细小的马氏体和颗粒状渗碳
21、体及残余奥氏体的混合组织，使钢具有高的强度、硬度和耐磨性，而且也具有较好的韧性。19 为什么工件经淬火后往往会产生变形，有的甚至开裂？减小变形及防止开裂有哪些途径？答：淬火中变形与开裂的主要原因是由于淬火时形成内应为。淬火内应力形成的原因不同可分热应力与组织应力两种。工件在加热和(或)冷却时由于不同部位存在着温度差别而导致热胀和(或)冷缩不一致所引起的应力称为热应力。热应力引起工件变形特点时：使平面边为凸面，直角边钝角，长的方向变短，短的方向增长，一句话，使工件趋于球形。钢中奥氏体比体积最小,奥氏体转变为其它各种组织时比体积都会增大,使钢的体积膨胀;工件淬火时各部位马氏体转变-先后不一致,因而
22、体积膨胀不均匀。这种由于热处理过程中各部位冷速的差异使工件各部位相转变的不同时性所引起的应力,称为相变应力(组织应力)。组织应力引起工件变形的特点却与此相反：使平面变为凹面，直角变为钝角，长的方向变长；短的方向缩短，一句话，使尖角趋向于突出。工件的变形与开裂是热应力与组织应力综合的结果，但热应力与组织应力方向恰好相反，如果热处理适当，它们可部分相互抵消，可使残余应力减小，但是当残余应力超过钢的屈服强度时，工件就发生变形，残余应力超过钢的抗拉强度时，工件就产生开裂。为减小变形或开裂，出了正确选择钢材和合理设计工件的结构外，在工艺上可采取下列措施：1.采用合理的锻造与预先热处理锻造可使网状、带状及
23、不均匀的碳化物呈弥散均匀分布。淬火前应进行预备热处理(如球化退火与正火),不但可为淬火作好组织准备,而且还可消除工件在前面加工过程中产生的内应力。2.采用合理的淬火工艺；正确确定加热温度与加热时间,可避免奥氏体晶粒粗化。对形状复杂或导热性差的高合金钢,应缓慢加热或多次预热,以减少加热中产生的热应力。工件在加热炉中安放时,要尽量保证受热均匀,防止加热时变形;选择合适的淬火冷却介质和洋火方法(如马氏体分级淬火、贝氏体等温淬火),以减少冷却中热应力和相变应力等。3.淬火后及时回火淬火内应力如不及时通过回火来消除,对某些形状复杂的或碳的质量分数较高的工件,在等待回火期间就会发生变形与开裂。4.对于淬火
24、易开裂的部分，如键槽，孔眼等用石棉堵塞。20 淬透性与淬硬层深度两者有何联系和区别？影响钢淬透性的因素有哪些？影响钢制零件淬硬层深度的因素有哪些？答：淬透性是指钢在淬火时获得淬硬层的能力。不同的钢在同样的条件下淬硬层深不同，说明不同的钢淬透性不同，淬硬层较深的钢淬透性较好。淬硬性：是指钢以大于临界冷却速度冷却时，获得的马氏体组织所能达到的最高硬度。钢的淬硬性主要决定于马氏体的含碳量，即取决于淬火前奥氏体的含碳量。影响淬透性的因素： 化学成分C 曲线距纵坐标愈远，淬火的临界冷却速度愈小，则钢的淬透性愈好。对于碳钢，钢中含碳量愈接近共析成分，其 C 曲线愈靠右，临界冷却速度愈小，则淬透性愈好，即亚
25、共析钢的淬透性随含碳量增加而增大，过共析钢的淬透性随含碳量增加而减小。除Co 和 Al（2.5%）以外的大多数合金元素都使 C 曲线右移，使钢的淬透性增加，因此合金钢的淬透性比碳钢好。 奥氏体化温度温度愈高，晶粒愈粗，未溶第二相愈少，淬透性愈好。21 回火的目的是什么？常用的回火操作有哪几种？指出各种回火操作得到的组织、性能及其应用范围。答：回火的目的是降低淬火钢的脆性，减少或消除内应力，使组织趋于稳定并获得所需要的性能。常用的回火操作有低温回火、中温回火、高温回火。低温回火得到的组织是回火马氏体。内应力和脆性降低，保持了高硬度和高耐磨性。这种回火主要应用于高碳钢或高碳合金钢制造的工、模具、滚
26、动轴承及渗碳和表面淬火的零件，回火后的硬度一般为HRC 58-64。中温回火后的组织为回火屈氏体，硬度 HRC35-45，具有一定的韧性和高的弹性极限及屈服极限。这种回火主要应用于含碳 0.5-0.7%的碳钢和合金钢制造的各类弹簧。高温回火后的组织为回火索氏体，其硬度 HRC 25-35，具有适当的强度和足够的塑性和韧性。这种回火主要应用于含碳 0.3-0.5% 的碳钢和合金钢制造的各类连接和传动的结构零件，如轴、连杆、螺栓等22 表面淬火的目的是什么？常用的表面淬火方法有哪几种？比较它们的优缺点及应用范围。并说明表面淬火前应采用何种预先热处理。答：表面淬火的目的是使工件表层得到强化，使它具有
27、较高的强度，硬度，耐磨性及疲劳极限，而心部为了能承受冲击载荷的作用，仍应保持足够的塑性与韧性。常用的表面淬火方法有：1.感应加热表面淬火；2.火焰加热表面淬火。感应加热表面淬火是把工件放入有空心铜管绕成的感应器（线圈）内，当线圈通入交变电流后，立即产生交变磁场，在工件内形成“涡流”，表层迅速被加热到淬火温度时而心部仍接近室温，在立即喷水冷却后，就达到表面淬火的目的。火焰加热表面淬火是以高温火焰为热源的一种表面淬火法。将工件快速加热到淬火温度，在随后喷水冷却后，获得所需的表层硬度和淬硬层硬度。感应加热表面淬火与火焰加热淬火相比较有如下特点:1)感应加热速度极快,只要几秒到几十秒的时间就可以把工件
28、加热至淬火温度,:而且淬火加热温度高 (AC3以上 80150)。2)因加热时间短,奥氏体晶粒细小而均匀 ,淬火后可在表面层获得极细马氏体,使工件表面层较一般淬火硬度高 23HRC,且脆性较低。3）感应加热表面淬火后,淬硬层中存在很大残余压应力,有效地提高了工件的疲劳强,且变形小,不易氧化与脱碳。4)生产率高,便于机械化、自动化 ,适宜于大批量生产。但感应加热设备比火焰加热淬火费用较贵,维修调整比较困难,形状复杂的线圈不易制造表面淬火前应采用退火或正火预先热处理。23 化学热处理包括哪几个基本过程？常用的化学热处理方法有哪几种？答：化学热处理是把钢制工件放置于某种介质中，通过加热和保温，使化学
29、介质中某些元素渗入到工件表层，从而改变表层的化学成分，使心部与表层具有不同的组织与机械性能。化学热处理的过程：1 分解：化学介质要首先分解出具有活性的原子；2 吸收：工件表面吸收活性原子而形成固溶体或化合物；3 扩散：被工件吸收的活性原子，从表面想内扩散形成一定厚度的扩散层。常用的化学热处理方法有：渗碳、氮化、碳氮共渗、氮碳共渗。24 试述一般渗碳件的工艺路线，并说明其技术条件的标注方法。答：一般渗碳件的工艺路线为：下料锻造正火切削加工渡铜（不渗碳部位）渗碳淬火低温回火喷丸精磨成品25 氮化的主要目的是什么？说明氮化的主要特点及应用范围。答：在一定温度(一般在 AC1 以下) 使活性氮原子渗入
30、工件表面的化学热处理工艺称为渗氮。其目的是提高工件表面硬度、耐磨性、耐蚀性及疲劳强度。氮化的主要特点为：1)工件经渗氮后表面形成一层极硬的合金氮化物(如 CrN、MoN 、AIN 等), 渗氮层的硬度一般可达 9501200HV(相当于 68-72HRC),且渗氮层具有高的红硬性(即在 600650仍有较高硬度) 。2)工件经渗氮后渗氮层体积增大,造成表面压应力,使疲劳强度显著提高。3)渗氮层的致密性和化学稳定性均很高,因此渗氮工件具有高的耐蚀性。4)渗温度低,渗氮后又不再进行热处理,所以工件变形小,一般只需精磨或研磨、抛光即可。渗氮主要用于要求耐磨性和精密度很高的各种高速传动的精密齿轮、高精
31、度机床主轴(如锺轴、磨床主轴)、分配式液压泵转子,交变载荷作用下要求疲劳强度高的零件(高速柴油机曲轴 ),以及要求变形小和具有一定耐热、抗蚀能力的耐磨零件(阀门) 等。26 试说明表面淬火、渗碳、氮化热处理工艺在用钢、性能、应用范围等方面的差别。答：表面淬火一般适用于中碳钢（0.40.5%C）和中碳低合金钢（40Cr、40MnB 等） ，也可用于高碳工具钢，低合金工具钢（如 T8、 9Mn2V、GCr 15等） 。以及球墨铸铁等。它是利用快速加热使钢件表面奥氏体化，而中心尚处于较低温度即迅速予以冷却，表层被淬硬为马氏体，而中心仍保持原来的退火、正火或调质状态的组织。应用范围：（1）高频感应加热
32、表面淬火应用于中小模数齿轮、小型轴的表面淬火。（2）中频感应加热表面淬火主要用于承受较大载荷和磨损的零件,例如大模数齿轮、尺寸较大的曲轴和凸轮轴等。(3)工频感应加热表面淬火工频感应加热主要用于大直径钢材穿透加热和要求淬硬深度深的大直径零件,例如火车车轮、轧辘等的表面淬火。渗碳钢都是含 0.150.25%的低碳钢和低碳合金钢,如 20、20Cr、20CrMnTi、20SiMnVB 等。渗碳层深度一般都在 0.52.5mm。钢渗碳后表面层的碳量可达到 0.81.1%C 范围。渗碳件渗碳后缓冷到室温的组织接近于铁碳相图所反映的平衡组织，从表层到心部依次是过共析组织，共析组织，亚共析过渡层，心部原始
33、组织。渗碳主要用于表面受严重磨损，并在较大的冲载荷下工作的零件（受较大接触应力）如齿轮、轴类、套角等。氮化用钢通常是含 Al、Cr、Mo 等合金元素的钢，如38CrMoAlA 是一种比较典型的氮化钢，此外还有35CrMo、18CrNiW 等也经常作为氮化钢。与渗碳相比、氮化工件具有以下特点：1）氮化前需经调质处理，以便使心部组织具有较高的强度和韧性。2）表面硬度可达 HRC6572，具有较高的耐磨性。3）氮化表面形成致密氮化物组成的连续薄膜，具有一定的耐腐蚀性。4）氮化处理温度低，渗氮后不需再进行其它热处理。氮化处理适用于耐磨性和精度都要求较高的零件或要求抗热、抗蚀的耐磨件。如：发动机的汽缸、
34、排气阀、高精度传动齿轮等。27 拟用 T10 制造形状简单的车刀，工艺路线为：锻造热处理机加工热处理磨加工（1（ 试写出各热处理工序的名称并指出各热处理工序的作用；（2（ 指出最终热处理后的显微组织及大致硬度；（3（ 制定最终热处理工艺规定（温度、冷却介质）答：（1）工艺路线为：锻造退火机加工淬火后低温回火磨加工。退火处理可细化组织，调整硬度，改善切削加工性；淬火及低温回火可获得高硬度和耐磨性以及去除内应力。（2）终热处理后的显微组织为回火马氏体 ，大致的硬度 60HRC。（3）T10 车刀的淬火温度为 780左右，冷却介质为水；回火温度为 150250。28 选择下列零件的热处理方法，并编写
35、简明的工艺路线（各零件均选用锻造毛坯，并且钢材具有足够的淬透性）：（1）某机床变速箱齿轮（模数 m=4） ，要求齿面耐磨，心部强度和韧性要求不高，材料选用 45 钢；（2）某机床主轴，要求有良好的综合机械性能，轴径部分要求耐磨（HRC 50-55） ，材料选用 45 钢；（3）镗床镗杆，在重载荷下工作，精度要求极高，并在滑动轴承中运转，要求镗杆表面有极高的硬度，心部有较高的综合机械性能，材料选用 38CrMoALA。答：（1）下料锻造正火粗加工精加工局部表面淬火+低温回火精磨成品（2）下料锻造正火粗加工调质精加工局部表面淬火+低温回火精磨成品（3）下料锻造退火粗加工调质精加工氮化研磨成品29
36、某型号柴油机的凸轮轴，要求凸轮表面有高的硬度（HRC50） ，而心部具有良好的韧性（Ak40J） ，原采用 45 钢调质处理再在凸轮表面进行高频淬火，最后低温回火，现因工厂库存的 45 钢已用完，只剩15 钢，拟用 15 钢代替。试说明：（1）原 45 钢各热处理工序的作用；（2）改用 15 钢后，应按原热处理工序进行能否满足性能要求？为什么？（3）改用 15 钢后，为达到所要求的性能，在心部强度足够的前提下采用何种热处理工艺？答：（1）正火处理可细化组织，调整硬度，改善切削加工性；调质处理可获得高的综合机械性能和疲劳强度；局部表面淬火及低温回火可获得局部高硬度和耐磨性。（2）不能。改用 15
37、 钢后按原热处理工序会造成心部较软，表面硬，会造成表面脱落。（3）渗碳。30 解释下列现象：（1）在相同含碳量情况下，除了含 Ni 和 Mn 的合金钢外，大多数合金钢的热处理加热温度都比碳钢高；答：在相同含碳量情况下，除了含 Ni 和 Mn 的合金钢外，大多数合金钢的热处理加热温度都比碳钢高，其主要原因是合金元素的加入而改变了碳在钢中的扩散速度所致。非碳化物形成元素如 Ni、Co,可降低碳在奥氏体中的扩散激活能,增加奥氏体形成速度。相反,强碳化物形成元素如 v、Ti、w、Mo 等,与碳有较大的亲合力,增加碳在奥氏体中的扩散激活能,强烈地减缓碳在钢中的扩散,大大减慢了奥氏体化的过程。奥氏体形成后
38、,尚未固溶的各种类型的碳化物,其稳定性各不相同。稳定性高的碳化物,要使之完全分解和固溶于奥氏体中,需要进一步提高加热温度,这类合金元素将使奥氏体化的时间增长。合金钢中奥氏体化过程还包括均匀化的过程。它不但需要碳的扩散,而且合金元素也必需要扩散。但合金元素的扩散速度很慢,即使在 1000的高温下,也仅是碳扩散速度的万分之几或干分之几。因此,合金钢的奥氏体成分均匀化比碳钢更缓慢。以保证合金元素溶入奥氏体并使之均匀化,从而充分发挥合金元素的作用。（2） 在相同含碳量情况下，含碳化物形成元素的合金钢比碳钢具有较高的回火稳定性；答：当温度超过 150以后,强碳化物形成元素可阻碍碳的扩散,因而提高了马氏体
39、分解温度。与碳钢相比,合金钢中的残余奥氏体要在更高的回火温度才能转变。在高合金钢中残余奥氏体十分稳定,甚至加热到 500600并保温一段时间仍不分解。合金元素的扩散慢并阻碍碳的扩散,阻碍了碳化物的聚集和长大，使回火的硬度降低过程变缓,从而提高钢的回火稳定性。由于合金钢的回火稳定性比碳钢高,若要得到相同的回火硬度时,则合金钢的回火温度就比同样含碳量的碳钢要高,回火时间也长。而当回火温度相同时,合金钢的强度、硬度都比碳钢高。33W18Cr4V 钢的 Ac1约为 820，若以一般工具钢Ac1+30-50常规方法来确定淬火加热温度，在最终热处理后能否达到高速切削刃具所要求的性能？为什么？W18Cr4V
40、 钢刀具在正常淬火后都要进行 560三次回火，又是为什么？答：若以一般工具钢 Ac1+30-50常规方法来确定W18Cr4V 钢淬火加热温度，在最终热处理后不能达到高速切削刃具所要求的性能。因为若按常规方法来确定淬火加热温度，则合金碳化物不易溶解，不能满足在高速切削时刀具应保持红硬性、高耐磨性的要求。为使奥氏体得到足够的合金化，必须加热到远远大于 Ac1的温度，既 1280左右。18Cr4V 钢刀具在正常淬火后都要进行 560三次回火，这是为消除残余奥氏体。34.钢的淬硬层深度通常是怎规定的？用什么方法测定结构钢的淬透性？怎样表示钢的淬透性值。答：为了便于比较各种钢的淬透性，常利用临界直径Dc
41、 来表示钢获得淬硬层深度的能力。所谓临界直径就是指圆柱形钢棒加热后在一定的淬火介质中能全部淬透的最大直径。对同一种钢 Dc 油 D c 水 ，因为油的冷却能力比水低。目前国内外都普遍采用“顶端淬火法”测定钢的淬透性曲线，比较不同钢的淬透性。“顶端淬火法”国家规定试样尺寸为25100mm；水柱自由高度 65mm；此外应注意加热过程中防止氧化，脱碳。将钢加热奥氏体化后，迅速喷水冷却。显然，在喷水端冷却速度最大，沿试样轴向的冷却速度逐渐减小。据此，末端组织应为马氏体，硬度最高，随距水冷端距离的加大，组织和硬度也相应变化，将硬度随水冷端距离的变化绘成曲线称为淬透性曲线。不同钢种有不同的淬透性曲线，工业
42、上用钢的淬透性曲线几乎都已测定，并已汇集成册可查阅参考。由淬透性曲线就可比较出不同钢的淬透性大小。此外对于同一种钢，因冶炼炉冷不同，其化学成分会在一个限定的范围内波动，对淬透性有一定的影响，因此钢的淬透性曲线并不是一条线，而是一条带，即表现出“淬透性带” 。钢的成分波动愈小，淬透性带愈窄，其性能愈稳定，因此淬透性带愈窄愈好。35 有一 10mm 的 20#钢制工件，经渗碳热处理后空冷，随后进行正常的淬火、回火处理，试分析工件在渗碳空冷后以及淬火回火后，由表面到心部的组织。答：1）渗碳空冷后：由表及里：表面：网状渗碳体+珠光体 相当于 T12 平衡组织次层：100% 珠光体 相当于 T8 平衡组
43、织再次层：珠光体+少量先共析铁素体 相当于 45#钢 平衡组织心部： 大量先共析铁素体+少量珠光体 相当于 20#钢 平衡组织由表及里是逐渐过渡的。2）渗碳淬火+回火处理：表面：断续网状渗碳体+马氏体相当于 T12 淬火组织次层：马氏体+少量碳化物+残余奥氏体 相当于 T8 淬火组织再次层：混合马氏体组织 相当于 45#钢 亚温淬火组织心部：先共析铁素体+马氏体 相当于 20#钢 亚温淬火组织由表及里是逐渐过渡的。1 化学热处理的基本过程有哪些？2 什么叫纯扩散？什么叫反应扩散？3 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
44、）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？4 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，且选用 45 钢；（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（5055HRC） ，材料选用 45 钢；（3）柴油机凸轮轴，要求凸轮表面有较高的硬度（HRC60） ，心部有较好的韧性（Ak50J),材料选用15 钢；（4）镗床和镗杆，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。
