第十章 鋼的熱處理工藝(金屬學與熱處理崔忠圻課后答案)

1、第十章鋼的熱處理工藝10-1何謂鋼的退火？退火種類及用途如何？答：鋼的退火：退火是將鋼加熱至臨界點AC1以上或以下溫度，保溫一定時間以后隨爐緩慢冷卻以獲得近于平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝。退火種類：根據加熱溫度可以分為在臨界溫度AC1以上或以下的退火，前者包括完全退火、不完全退火、球化退火、均勻化退火，后者包括再結晶退火、去應力退火，根據冷卻方式可以分為等溫退火和連續(xù)冷卻退火。退火用途：完全退火：完全退火是將鋼加熱至AC3以上20-30弋，保溫足夠長時間，使組織完全奧氏體化后隨爐緩慢冷卻以獲得近于平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝。其主要應用于亞共析鋼其目的是細化晶粒、消除內應力和加工硬化、提高塑韌性、均勻

2、鋼的化學成分和組織、改善鋼的切削加工性能，消除中碳結構鋼中的魏氏組織、帶狀組織等缺陷。不完全退火：不完全退火是將鋼加熱至AC1-AC3（亞共析鋼）或AC1-ACcm（過共析鋼）之間，保溫一定時間以后隨爐緩慢冷卻以獲得近于平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝。對于亞共析鋼，如果鋼的原始組織分布合適，則可采用不完全退火代替完全退火達到消除內應力、降低硬度的目的。對于過共析鋼，不完全退火主要是為了獲得球狀珠光體組織，以消除內應力、降低硬度，改善切削加工性球化退火：球化退火是使鋼中碳化物球化，獲得粒狀珠光體的熱處理工藝。主要用于共析鋼、過共析鋼和合金工具鋼。其目的是降低硬度、改善切削加工性能，均勻組織、為淬火做組

3、織準備。均勻化退火又稱擴散退火;它是將鋼錠、鑄件或鍛軋坯加熱至略低于固相線的溫度下長時間保溫，然后緩慢冷卻至室溫的熱處理工藝。其目的是消除鑄錠或鑄件在凝固過程中產生的枝晶偏析及區(qū)域偏析，使成分和組織均勻化。再結晶退火：將冷變形后的金屬加熱到再結晶溫度以上保持適當時間撚后緩慢冷卻至室溫的熱處理工藝。其目的是使變形晶粒重新轉變?yōu)榫鶆虻容S晶粒，同時消除加工硬化和殘留內應力，使鋼的組織和性能恢復到冷變形前的狀態(tài)。去應力退火：在冷變形金屬加熱到再結晶溫度以下某一溫度，保溫一段時間然后緩慢冷卻至室溫的熱處理工藝。其主要目的是消除鑄件、鍛軋件、焊接件及機械加工工件中的殘留內應力（主要是第一類內應力），以提高

4、尺寸穩(wěn)定性，減小工件變形和開裂的傾向。10-2何謂鋼的正火？目的如何？有何應用？答：鋼的正火：正火是將鋼加熱到AC3或Accm以上適當溫度，保溫適當時間進行完全奧氏體化以后，以較快速度（空冷、風冷或噴霧）冷卻，得到珠光體類組織的熱處理工藝。正火過程的實質是完全奧氏體化加偽共析轉變。目的：細化晶粒、均勻成分和組織、消除內應力、調整硬度、消除魏氏組織、帶狀組織、網狀碳化物等缺陷，為最終熱處理提供合適的組織狀態(tài)。應用：改善低碳鋼的切削加工性能。消除中碳鋼的熱加工缺陷（魏氏組織、帶狀組織、粗大晶粒）。消除過共析鋼的網狀碳化物，便于球化退火，為淬火做好組織準備。作為最終熱處理，提高普通結構件的力學性能。

5、10-3在生產中為了提高亞共析鋼的強度，常用的方法是提高亞共析鋼中珠光體的含量，問應該采用什么熱處理工藝？答：應該采用正火工藝。原因：亞共析鋼過冷奧氏體在冷卻過程中會析出先共析鐵素體，冷卻速度越慢，先共析鐵素體的含量越多，從而導致珠光體的含量變少，降低亞共析鋼的硬度和強度。而正火工藝的實質就是完全奧氏體化加上偽共析轉變，可以通過增大冷卻速度降低先共析鐵素體的含量，使亞共析成分的鋼轉變成共析組織，即增加了珠光體的含量，從而可以提高亞共析鋼的強度和硬度。10-4淬火的目的是什么？淬火方法有幾種？比較幾種淬火方法的優(yōu)缺點？答：淬火的目的：獲得盡量多的馬氏體，可以顯著提高鋼的強度、硬度、耐磨性，與各種

6、回火工藝相配合可以使鋼在具有高強度高硬度的同時具有良好的塑韌性將鋼加熱至臨界點AC3或AC1以上一定溫度，保溫適當時間后以大于臨界冷卻速度的冷速冷卻得到馬氏體（或下貝氏體）的熱處理工藝叫做淬火。淬火方法：按冷卻方式可以分為：單液淬火法、雙液淬火法、分級淬火法、等溫淬火法優(yōu)缺點比較：淬火方法優(yōu)點缺點單液淬火法操作簡單、應用廣泛1、只適用于小尺寸且形狀簡單的工件2、淬火應力大3、不容易選擇冷卻能力和冷卻特性較合適的冷卻介質雙液淬火法降低組織應力，減小工件變形、開裂的傾向適用于尺寸較大的工件操作不容易控制，需要求豐富的經驗和熟練的技術分級淬火法1、降低熱應力和組織應力，減小工件變形、開裂的傾向2、操

7、作相對容易控制只適用于尺寸較小的工件等溫淬火法降低熱應力和組織應力顯著減小工件變形、開裂傾向適宜處理形狀復雜、尺寸要求精密的工件只適用于尺寸較小的工件10-5試述亞共析鋼和過共析鋼淬火加熱溫度的選擇原則。為什么過共析鋼淬火加熱溫度不能超過Accm線？答：淬火加熱溫度選擇原則：以得到均勻細小的奧氏體晶粒為原則，以便獲得細小的馬氏體組織。亞共析鋼通常加熱至AC3以上30-50°C,過共析鋼加熱至AC1以上30-50°C.原因：1、過共析鋼的淬火加熱溫度超過Accm線，碳化物全部溶入奧氏體中，使奧氏體的含碳量增加，降低鋼的Ms和Mf點，淬火后殘留奧氏體量增多，會降低鋼的硬度和耐磨

8、性2、過共析鋼淬火溫度過高，奧氏體晶粒粗化、含碳量又高，淬火后易得到有顯微裂紋的粗針狀馬氏體，降低鋼的塑韌性3、高溫淬火時淬火熱應力大，氧化脫碳嚴重，也增大鋼件變形和開裂的傾向。10-6何謂鋼的淬透性、淬硬性？影響鋼的淬透性、淬硬性及淬透層深度的因素？答：1=1.淬透'性：鋼的淬透性是指奧氏體化后的鋼在淬火時獲得馬氏體的能力,它反映過冷奧氏體的穩(wěn)定性，與鋼的臨界冷卻速度有關。其大小以鋼在一定條件下淬火獲得的淬透層深度和硬度分布來表示。淬硬'性：鋼的淬硬性是指奧氏體化后的鋼在淬火時硬化的能力注要取決于馬氏體中的含碳量,用淬火馬氏體可能達到的最高硬度來表示。淬透層深度：淬透層深度是

9、指鋼在具體條件下淬火時測定的半馬氏體區(qū)至工件表面的深度。它與鋼的淬透性、工件形狀尺寸、淬火介質的冷卻能力有關。10-7有一圓柱形工件，直徑35mm，要求油淬后心部硬度大于45HRC，能否采用40Cr鋼？答：解答此題需用到40Cr的淬透性曲線圖（端淬曲線圖）根據手冊可以查到40Cr端淬曲線圖直徑35mm圓柱工件在油淬后的心部硬度范圍為34-50HRC（鋼的淬透性受化學成分、晶粒度、冶煉情況等因素素影響，一條淬透性曲線實際上是一條淬透性帶），也就是是說心部硬度有可能大于45HRC，也有可能小于45HRC，所以不建議使用40Cr鋼。10-8有一40Cr鋼圓柱形工件，直徑50mm，求油淬后其橫截面的硬

10、度分布？答：解答此題需用到40Cr的淬透性曲線圖（端淬曲線圖）根據手冊可以查到40Cr端淬曲線圖，查圖可得：油淬后中心硬度范圍：28-43.5HRC油淬后距中心3/4R硬度范圍：33.5-50HRC油淬后表面硬度范圍：45-57HRC10-9何謂調質處理？回火索氏體比正火索氏體的力學性能為何較優(yōu)越？答：調質處理:習慣上將淬火加高溫回火稱為調質處理，其目的是為了獲得既有較高的強度、硬度，又有良好的塑性及沖擊韌性的綜合力學性能。性能比較:在相同硬度條件下，回火索氏體和正火索氏體抗拉強度相近，但回火索氏體的屈服強度、塑性、韌性等性能都優(yōu)于正火索氏體。這是因為，回火索氏體是由淬火馬氏體分解而得到，其組

11、織為鐵素體加顆粒狀碳化物。而正火索氏體是由過冷奧氏體直接分解而來，其組織為鐵素體加片狀碳化物。正火索氏體受力時，立錯的運動被限制在鐵素體內，當位錯運動至片狀碳化物界面時形成很大的平面位錯塞積群，吏基體產生很大的應力集中，易使碳化物脆斷或形成微裂紋。而粒狀碳化物對鐵素體的變形阻礙作用大大減弱，塑性和韌性得到提高，當粒狀碳化物均勻地分布在塑性基體上是，由于位錯和第二相粒子的交互作用產生彌散強化或沉淀強化，提高鋼的塑性變形抗力，從而提高強度。因此相比較正火索氏體，回火索氏體具有更好的強度、塑性、韌性等性能。10-10為了減少淬火冷卻過程中的變形和開裂，應當采取什么措施？答：變形和開裂原因:由于冷卻過

12、程中工件內外溫度的不均勻性以及相變的不同時性造成工件中產生的內應力，卒火內應力分為熱應力和組織應力兩種。當淬火應力超過材料的屈服強度時，就會產生塑性變形，當淬火應力超過材料的斷裂強度時，工件則發(fā)生開裂。應采取的措施（工藝角度）:控制淬火加熱溫度不宜過高：加熱溫度高，奧氏體晶粒粗化，卒火后得到粗大的馬氏體應力和脆性均顯著增大。而且高溫加熱，氧化脫碳嚴重，也增大鋼件變形和開裂傾向。選擇適當的冷卻方法：降低馬氏體轉變時的冷卻速度可以降低馬氏體的轉變速度減少淬火應力，降低工件變形和開裂的傾向。選擇合適的淬火冷卻介質：具有理想冷卻特性（珠光體轉變點以上冷速較慢，快速通過C曲線鼻尖，在Ms點以下緩慢冷卻）

13、的冷卻介質可以在獲得馬氏體組織前提下減少淬火應力，降低工件變形和開裂的傾向。10-11現(xiàn)有一批45鋼普通車床傳動齒輪，其工藝路線為鍛造-熱處理-機械加工-高頻感應加熱淬火-回火。試問鍛后應進行何種熱處理？為什么？答：鍛后熱處理：完全退火或不完全退火原因：中碳結構鋼鑄件、鍛軋件中，可能存在魏氏組織、帶狀組織、晶粒粗大等缺陷，粗大的魏氏組織顯著降低鋼的塑性和韌性，帶狀組織使鋼的性能具有方向性。完全退火可以細化晶粒，肖除內應力，肖除魏氏組織和帶狀組織缺陷。如果其鍛造工藝正常，原始組織分布合適，只是珠光體片間距小、硬度偏高、內應力較大，則可以用不完全退火代替完全退火。10-12有一直徑10mm的20鋼

14、制工件，經滲碳熱處理后空冷，隨后進行正常的淬火、回火處理，試分析滲碳空冷后及淬火、回火后，由表面到心部的組織。答：表層組織：高碳細針狀回火馬氏體及少量殘余奧氏體心部組織：先共析鐵素體和珠光體10-13設有一種490柴油機連桿，直徑12mm,長77mm,材料為40Cr,調質處理。要求淬火后心部硬度大于45HRC,調質處理后心部硬度為22-33HRC。試制定熱處理工藝。答：解答此題需要40Cr臨界相變點AC3和淬透性曲線（通過查手冊：AC3=782°C）熱處理工藝：奧氏體化溫度二AC3+（30-50C）,取820°C保溫時間二KD=15min,K=1.5mm/min根據40Cr

15、的淬透性曲線可以得出，直徑12mm的40Cr鋼油淬后的心部硬度最低為47HRC。查手冊可以發(fā)現(xiàn)40Cr在650C回火，其硬度為25-30HRC,符合心部硬度要求?；鼗饡r間二KD=24min,K=2mm/min，為防止產生回火脆性回火后冷卻可采用空冷或水冷。熱處理工藝為：將連桿加熱至820C保溫15min，油淬至室溫，再加熱至650C保溫24min，空冷至室溫。10-14寫出20Cr2Ni4A鋼重載滲碳齒輪的冷、熱加工工序安排,并說明熱處理所起的作用。答：冷、熱加工工序安排：冶煉-鑄造-擴散退火-鍛造-完全退火-粗加工-滲碳-（淬火+回火）-精加工熱處理所起作用：擴散退火：消除凝固過程的枝晶偏析

16、和區(qū)域偏析，均勻化學成分和組織。完全退火：細化晶粒、均勻鋼的化學成分和組織、消除內應力和加工硬化、消除魏氏組織和帶狀組織等缺陷、改善鋼的切削加工性能。滲碳：使活性碳原子滲入齒輪表面，獲得一定深度高碳滲層（一般碳含量：0.85-1.05%，滲層深度：0.5-2mm）淬火-回火：使齒輪表面獲得高碳細針狀回火馬氏體組織+少量殘留奧氏體，具有高硬度、良好的耐磨性以及接觸疲勞強度；使心部獲得低碳板條回火馬氏體+少量鐵素體組織，具有較高的強度和良好的塑韌性。10-15指出直徑10mm的45鋼（退火狀態(tài)），經下列溫度加熱并水冷所獲得的組織：700°C、760°C、840°C。答

17、:解答此題需找到45鋼的臨界相變點AC1和AC3（可查手冊得知AC1=724°C,AC3=780°C）700C：將45鋼加熱至700C未發(fā)生珠光體組織向奧氏體轉變,因此水冷時無奧氏體向馬氏體轉變，所以水冷后的組織仍為退火狀態(tài)的組織：珠光體+塊狀鐵素體760C:760C介于AC1和AC3之間，在此溫度加熱保溫，珠光體組織轉變?yōu)閵W氏體，但保留一部分先共析鐵素體和未熔的滲碳體顆粒，水冷時發(fā)生奧氏體向馬氏體的轉變，所以水冷后的組織為：馬氏體+塊狀鐵素體+粒狀碳化物840°C:在此溫度下保溫，鐵素體+珠光體組織將全部轉變?yōu)閵W氏體，水冷后的組織為馬氏體+殘留奧氏體10-16T10鋼經過何種熱處理能