金属热处理与工艺期末总结Word文档格式.docx

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3）奥氏体、过冷奥氏体、残余奥氏体；

奥氏体:

碳在 

中形成的间隙固溶体.

过冷奥氏体:

处于临界点以下的不稳定的将要发生分解的奥氏体称为过冷奥氏体。

残余奥氏体：

m转变结束后剩余的奥氏体。

4）退火、正火、淬火、回火、冷处理、时效处理（尺寸稳定处理）；

退火：

将工件加热到临界点以上或在临界点以下某一温度保温一定时间后，以十分缓慢的冷却速度（炉冷、坑冷、灰冷）进行冷却的一种操作。

正火：

将工件加热到ac3或accm以上30～80℃，保温后从炉中取出在空气中冷却。

淬火：

将钢件加热到ac3或ac1以上30～50℃，保温一定时间，然后快速冷却（一般为油冷或水冷），从而得马氏体的一种操作。

回火：

将淬火钢重新加热到a1点以下的某一温度，保温一定时间后，冷却到室温的一种操作。

冷处理：

把冷到室温的淬火钢继续放到深冷剂中冷却，以减少残余奥氏体的操作。

时效处理：

为使二次淬火层的组织稳定，在110~150℃经过6~36小时的人工时效处理，以使组织稳定。

5）淬火临界冷却速度（vk），淬透性,淬硬性；

淬火临界冷却速度（vk）：

淬火时获得全部马氏体组织的最小冷却速度。

淬透性：

钢在淬火后获得淬硬层深度大小的能力。

淬硬性：

钢在淬火后获得马氏体的最高硬度。

6）再结晶、重结晶；

再结晶：

金属材料加热到较高的温度时，原子具有较大的活动能力，使晶粒的外形开始变化。

从破碎拉长的晶粒变成新的等轴晶粒。

和变形前的晶粒形状相似，晶格类型相同，把这一阶段称为“再结晶”。

重结晶：

由于温度变化，引起晶体重新形核、长大，发生晶体结构的改变，称为重结晶。

7）调质处理、变质处理。

调质处理：

淬火后的高温回火。

变质处理：

在液态金属结晶前，特意加入某些难熔固态颗粒，造成大量可以成为非自发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率，细化晶粒。

3.指出 

a1、a3、acm；

ac1、ac3、 

accm 

；

ar1、ar3、arcm 

各临界点的意义。

a1：

平衡状态下共析转变线，含碳量在0.02～6.69%的铁碳合金冷却到727℃时都有共析转变发生，形成p。

a3：

平衡状态下奥氏体析出铁素体的开始线。

acm：

平衡状态下碳在奥氏体中的溶解度曲线。

ac1：

实际加热时的共析转变线。

ac3：

实际加热时奥氏体析出铁素体的开始线。

accm：

实际加热时碳在奥氏体中的溶解度曲线。

ar1：

实际冷却时的共析转变线。

ar3：

实际冷却时奥氏体析出铁素体的开始线。

arcm：

实际冷却时碳在奥氏体中的溶解度曲线。

4.何谓本质细晶粒钢？

本质细晶粒钢的奥氏体晶粒是否一定比本质粗晶粒钢的细？

（1）本质细晶粒钢：

加热到临界点以上直到930℃，随温度升高，晶粒长大速度很缓慢，称本质细晶粒钢。

（2）不一定。

本质晶粒度只代表钢在加热时奥氏体晶粒长大倾向的大小。

本质粗晶粒钢在较低加热温度下可获得细晶粒，而本质细晶粒钢若在较高温度下加热也会得到粗晶粒。

5.珠光体类型组织有哪几种？

它们在形成条件、组织形态和性能方面有何特点？

（1）三种。

分别是珠光体、索氏体和屈氏体。

（2）珠光体是过冷奥氏体在550℃以上等温停留时发生转变，它是由铁素体和渗碳体组成的片层相间的组织。

索氏体是在650～600℃温度范围内形成层片较细的珠光体。

屈氏体是在600～550℃温度范围内形成片层极细的珠光体。

珠光体片间距愈小，相界面积愈大，强化作用愈大，因而强度和硬度升高，同时，由于此时渗碳体片较薄，易随铁素体一起变形而不脆断，因此细片珠光体又具有较好的韧性和塑性。

6.贝氏体类型组织有哪几种？

（1）两种。

上贝氏体和下贝氏体。

（2）上贝氏体的形成温度在600～350℃。

在显微镜下呈羽毛状，它是由许多互相平行的过饱和铁素体片和分布在片间的断续细小的渗碳体组成的混合物。

其硬度较高，可达hrc40～45，但由于其铁素体片较粗，因此塑性和韧性较差。

下贝氏体的形成温度在350℃～ms，下贝氏体在光学显微镜下呈黑色针叶状，在电镜下观察是由针叶状的铁素体和分布在其上的极为细小的渗碳体粒子组成的。

下贝氏体具有高强度、高硬度、高塑性、高韧性，即具有良好的综合机械性能。

7.马氏体组织有哪几种基本类型？

它们在形成条件、晶体结构、组织形态、性能有何特点？

马氏体的硬度与含碳量关系如何？

（1）两种，板条马氏体和片状马氏体。

（2）奥氏体转变后，所产生的m的形态取决于奥氏体中的含碳量，含碳量＜0.6%的为板条马氏体；

含碳量在0.6—1.0%之间为板条和针状混合的马氏体；

含碳量大于1.0%的为针状马氏体。

低碳马氏体的晶体结构为体心立方。

随含碳量增加，逐渐从体心立方向体心正方转变。

含碳量较高的钢的晶体结构一般出现体心正方。

低碳马氏体强而韧，而高碳马氏体硬而脆。

这是因为低碳马氏体中含碳量较低，过饱和度较小，晶格畸变也较小，故具有良好的综合机械性能。

随含碳量增加，马氏体的过饱和度增加，使塑性变形阻力增加，因而引起硬化和强化。

当含碳量很高时，尽管马氏体的硬度和强度很高，但由于过饱和度太大，引起严重的晶格畸变和较大的内应力，致使高碳马氏体针叶内产生许多微裂纹，因而塑性和韧性显著降低。

（3）随着含碳量的增加，钢的硬度增加。

8.何谓等温冷却及连续冷却？

试绘出奥氏体这两种冷却方式的示意图。

等温冷却：

把奥氏体迅速冷却到ar1以下某一温度保温，待其分解转变完成后，再冷至室温的一种冷却转变方式。

连续冷却：

在一定冷却速度下，过冷奥氏体在一个温度范围内所发生的转变

9．为什么要对钢件进行热处理？

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。

10.试比较共析碳钢过冷奥氏体等温转变曲线与连续转变曲线的异同点。

首先连续冷却转变曲线与等温转变曲线临界冷却速度不同。

其次连续冷却转变曲线位于等温转变曲线的右下侧，且没有c曲线的下部分，即共析钢在连续冷却转变时，得不到贝氏体组织。

这是因为共析钢贝氏体转变的孕育期很长，当过冷奥氏体连续冷却通过贝氏体转变区内尚未发生转变时就已过冷到ms点而发生马氏体转变，所以不出现贝氏体转变。

11.淬火临界冷却速度 

vk 

的大小受哪些因素影响？

它与钢的淬透性有何关系？

（1）化学成分的影响：

亚共析钢中随着含碳量的增加，c曲线右移，过冷奥氏体稳定性增加，则vk减小，过共析钢中随着含碳量的增加，c曲线左移，过冷奥氏体稳定性减小，则vk增大；

合金元素中，除co和al（>

2.5%）以外的所有合金元素，都增大过冷奥氏体稳定性，使c曲线右移，则vk减小。

（2）一定尺寸的工件在某介质中淬火，其淬透层的深度与工件截面各点的冷却速度有关。

如果工件截面中心的冷速高于vk，工件就会淬透。

然而工件淬火时表面冷速最大，心部冷速最小，由表面至心部冷速逐渐降低。

只有冷速大于vk的工件外层部分才能得到马氏体。

因此，vk越小，钢的淬透层越深，淬透性越好。

12.将?

5mm的t8钢加热至760℃并保温足够时间，问采用什么样的冷却工艺可得到如下组织：

珠光体，索氏体，屈氏体，上贝氏体，下贝氏体，屈氏体+马氏体，马氏体+少量残余奥氏体；

在c曲线上描出工艺曲线示意图。

（1）珠光体：

冷却至线~550℃范围内等温停留一段时间，再冷却下来得到珠光体组织。

冷却至650～600℃温度范围内等温停留一段时间，再冷却下来得到索光体组织。

冷却至600～550℃温度范围内等温停留一段时间，再冷却下来得到屈氏体组织。

上贝氏体：

冷却至600～350℃温度范围内等温停留一段时间，再冷却下来得到上贝氏体组织。

下贝氏体：

冷却至350℃～ms温度范围内等温停留一段时间，再冷却下来得到下贝氏体组织。

屈氏体+马氏体：

以大于获得马氏体组织的最小冷却速度并小于获得珠光体组织的最大冷却速度连续冷却，获得屈氏体+马氏体。

马氏体+少量残余奥氏体：

以大于获得马氏体组织的最小冷却速度冷却获得马氏体+少量残余奥氏体。

（2）

13．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。

（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。

14.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？

（1）将钢件加热到ac1以上30～50℃，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。

15.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；

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

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。

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；

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。

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；

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。

粒状珠光体和球状渗碳体。

16.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？

与退火的区别是①加热温度不同，对于过共析钢退火加热温度在ac1以上30～50℃而正火加热温度在accm以上30～50℃。

②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hb170～230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。

17.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

（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。

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。

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fe3cⅱ，为球化退火做组织准备，消除内应力。

索氏体和球状渗碳体。

18.一批45钢试样（尺寸φ15*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？

（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。

19. 

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。

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+（30～50℃），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ac1～ac3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+（30～50℃），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accm，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。

20.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。

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2～5min，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，防止产生变形核开裂。

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。

21.说明45钢试样（φ10mm）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℃。

700℃：

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ac1～ac3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。

22.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？

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？

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？

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+（30～50℃），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。

23.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。

（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。

24.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？

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.对于淬火易开裂的部分，如键槽，孔眼等用石棉堵塞。

25.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？

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。

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：

① 

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