模塊六鋼的熱處理

模塊六鋼的熱處理（P126）

一、解釋下列名詞

1.奧氏體的起始晶粒度、實際晶粒度、本質(zhì)晶粒度。

答：起始晶粒度：奧氏體起始晶粒度是指奧氏體形成剛結(jié)束、晶粒邊界剛剛相互接觸時的晶

粒大小。

實際晶粒度：在具體加熱條件下得到的奧氏體晶粒大小。

本質(zhì)晶粒度：根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)實驗方法，經(jīng)930℃±10℃保溫3～8h后測得的奧氏體晶粒大小。2.珠光體、細(xì)珠光體、極細(xì)珠光體、貝氏體、馬氏體。

答：珠光體：過冷奧氏體在A1～650℃等溫，由共析鐵素體和共析滲碳體（或碳化物）有

機結(jié)合的整合組織，兩相具有一定的比例和相對量。滲碳體呈層片狀分布在鐵素體基體上，片層較厚，500倍光鏡下可辨，用符號P表示。

細(xì)珠光體：過冷奧氏體在650～600℃等溫，形成的珠光體，片層較薄，800～1000倍光

鏡下可辨，用符號S表示。

極細(xì)珠光體：過冷奧氏體在600～550℃等溫，形成片層極薄的珠光體，電鏡下可辨，用符

號T表示。

貝氏體：過冷奧氏體在550℃～Ms等溫形成的組織，屬于中溫轉(zhuǎn)變。由于轉(zhuǎn)變溫度降低，

只有部分碳擴散出，還有部分碳留在鐵素體內(nèi)，因此也稱為半擴散型轉(zhuǎn)變。貝氏體用符號B表示。

馬氏體：過冷奧氏體在Ms～Mf之間等溫形成的組織，，屬于低溫轉(zhuǎn)變。由于轉(zhuǎn)變溫度低，

鐵原子和碳原子

都不擴散，因此又稱為非擴散型轉(zhuǎn)變。是碳在α-Fe中的過飽和固溶體，

用M表示。

3.奧氏體、過冷奧氏體、殘余奧氏體。

答：奧氏體：碳在γ-Fe中形成固溶體。

過冷奧氏體：冷卻到臨界轉(zhuǎn)變溫度以下而未發(fā)生相變的奧氏體。

殘余奧氏體：由于馬氏體型轉(zhuǎn)變的不完全性，與馬氏體室溫共存的奧氏體。

二、填空題

鋼的熱處理工藝曲線包括加熱、保溫和冷卻三個階段。

鋼的普通熱處理包括退火、正火、淬火、回火。

高碳鋼淬火后低溫回火的組織是回火馬氏體，其硬度一般很高。

三、判斷題

20鋼與60鋼淬火后，在馬氏體量相同處（如50%），其硬度應(yīng)相同。（×）

對高溫回火后的工件再進行低溫回火，可使其硬度提高。（×）

鋼的回火硬度除取決于回火溫度和保溫時間外，還與回火的冷卻速度有關(guān)，冷卻速度越大，回火后硬度越高。（×）

高速鋼淬火后在560℃進行高溫回火，也屬于調(diào)質(zhì)處理。（×）

生產(chǎn)中通常根據(jù)硬度要求來選擇回火溫度。（√）

高溫滲碳、低溫滲氮，滲后不需要熱處理。（×）

四、選擇題

1.完全退火（B）。

A.不能用于亞共析鋼

B.不能用于過共析鋼

C.亞共析鋼和過共析鋼皆可

D.亞共析鋼和

過共析鋼皆不可

2.在鋼的普通熱處理過程中，常用來作為預(yù)先熱處理的是（D）。

A.正火和淬火

B.正火和回火

C.淬火和回火

D.退火和正火

3.球化退火前有嚴(yán)重網(wǎng)狀二次滲碳體的鋼件，可在球化退火前先進行（

B）。

A.退火

B.正火

C.淬火

D.回火

4.熱卷彈簧硬度要求45HRC左右，最終熱處理選用（

B）。

A.淬火+低溫回火

B.淬火+中溫回火

C.淬火+高溫回火

D.調(diào)質(zhì)處理

5.滾動軸承要求硬度≥60HRC，最終熱處理選用（

A）。

A.淬火+低溫回火

B.淬火+中溫回火

C.淬火+高溫回火

D.調(diào)質(zhì)處理

6.回火工藝參數(shù)中，（

A）是決定回火后硬度的主要因素。

A.回火溫度

B.回火時間

C.回火后的冷卻速度

D.回火零件的尺寸

7.高溫回火后得到的組織是（

D）。

A.馬氏體

B.貝氏體

C.回火托氏體

D.回火索氏體

8.為保證較好的綜合力學(xué)性能，對軸、絲杠、齒輪、連桿等重要零件，一般采用的熱處理方

式是（

A.淬火

D）。

B.退火

C.正火

D.調(diào)質(zhì)

9.感應(yīng)淬火工件一般要求高的表面硬度，多采用（C）。

A.高溫回火

B.中溫回火

C.低溫回火

D.調(diào)質(zhì)處理

10.滲碳鋼件常采用的熱處理工藝是（

A）。

A.淬火+低溫回火

B.淬火+中溫回火

C.淬火+高溫回火

D.不用再進行熱處理

11.滲氮后的鋼材常采用的熱處理工藝是（D）。

A.淬火+低溫回火

B.淬火+中溫回火

C.淬火+高溫回火

D.不用再進行熱處理

12.工作中有強烈摩擦并承受沖擊載荷或交變載荷的零件，廣泛采用的熱處理方法是（A）。

A.滲碳B.滲氮C.調(diào)質(zhì)五、簡答題

D.淬火

1.什么是熱處理?其有何實際意義?

答：鋼的熱處理是指鋼在固態(tài)下，通過加熱、保溫、冷卻的手段，改變其內(nèi)部或表面的組織

狀態(tài)或成分，從而獲得所需性能的一種熱加工工藝。熱處理是提高和改善鋼性能的有效手段。

通過熱處理可以改善組織，獲得人們所需要的性能，還可以大幅度提高金屬材料的力學(xué)性能，充分發(fā)揮材料性能的潛力，延長機器零件的使用壽命。

2.指出A1、A3、Acm;Ac1、Ac3、Accm;Ar1、Ar3、Arcm各臨界點的意義。

答：A1線：是鐵碳相圖中的PSK線，為共析轉(zhuǎn)變線，凡是碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過0.0218%的

鐵碳合金，緩慢冷卻到PSK線上時均或多或少地發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，生成一定量的珠光體。

A3線：是鐵碳相圖中的GS線，該線是冷卻時將會發(fā)生γ-Fe（奧氏體A）向α-Fe（鐵

素體F）的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，所以GS線是奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體的開始線。同樣，在加熱過程

中，當(dāng)加熱到GS線時，α-Fe（鐵素體F）將全部轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Fe（奧氏體A），所以GS線也是鐵素體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的終了線。

Acm線：是鐵碳相圖中的ES線，是碳在γ-Fe（奧氏體A）中的飽和溶解度曲線。加熱時需要過熱，故A1、A3、Acm分別表示為Ac1、Ac3、Accm。

冷卻時需要過冷，故A1、A3、Acm分別表示為Ar1、Ar3、Arcm。

3.簡述奧氏體化的過程及影響奧氏體形成速度的因素。

答：共析鋼的奧氏體形成包括奧氏體的形核、奧氏體晶粒長大、殘余滲碳體的溶解及奧氏體成分均勻化等四個階段。

影響奧氏體形成速度的因素主要有：

（1）加熱溫度和保溫時間的影響

隨著溫度的升高，相變驅(qū)動力增大，原子擴散速度增加，

形核率和長大速度大大提高，轉(zhuǎn)變完成所需的時間顯著縮短，即奧氏體形成速度加快。在影

響奧氏體形成速度的諸多因素中，溫度的作用最為顯著，因此控制奧氏體的形成溫度非常重

要。在較低溫度下長時間保溫和較高溫度下短時間保溫都可以得到相同的奧氏體狀態(tài)，所以

在制定加熱工藝時應(yīng)綜合考

慮加熱溫度和保溫時間的影響。

（2）原始組織的影響

原始組織越細(xì)小，相界面越多，形核率越高，奧氏體形成速度越快，

因此片狀珠光體比粒狀珠光體更易奧氏體化。

（3）化學(xué)成分的影響

碳對奧氏體化速度的影響如下:對于亞共析鋼，隨著含碳量的增加，A3點下降，珠光體的量

增加，鐵素體和滲碳體的相界面增多而形核率增大，碳原子擴散距離減小，擴散速度提高，

但滲碳體溶解及奧氏體均勻化的時間增加;對于過共析鋼，隨著含碳量的增加，Acm點升高，

滲碳體的量增加，珠光體的量減少，鐵素體和滲碳體的相界面減少而形核率降低，碳原子擴散距離增大，擴散速度減慢，奧氏體形成速度變慢。

合金元素主要從以下幾個方面影響奧氏體的形成速度:首先，合金元素影響碳在奧氏體中的

擴散速度，鈷（Co）、鎳（Ni）等合金元素使其擴散系數(shù)增大，擴散速度提高;鎳（Ni）、錳

（Mn）、銅（Cu）等合金元素使其形核率和長大速度都增加，從而促進奧氏體形成;強碳化

物形成元素如鉻（Cr）、錳（Mn）、鎢（W）、釩（V）等減慢殘余滲碳體的溶解及奧氏體成

分的均勻化速度，降低奧氏體長大速度。其次，合金元素改變了鋼的臨界點和碳在奧氏體中

的溶解度，從而改變了鋼的過熱度和碳在奧氏體中的擴散速度，進而影響奧氏體的形成速度。

最后，鋼中的合金元素在鐵素體和碳化物中的分布是不均勻的，在平衡組織中碳化物形成元

素

集中在碳化物中，而非碳化物形成元素集中在鐵素體中，因此在含有合金元素的鋼中除

了碳的均勻化之外，還有合金元素的均勻化過程。

4.幾種奧氏體晶粒度對生產(chǎn)實際有何意義?影響奧氏體晶粒大小的因素是什么?如何控制奧氏體晶粒大小?

答：鋼在奧氏體化后，奧氏體晶粒大小對冷卻后鋼的組織和性能有重要的影響。晶粒細(xì)化，

鋼熱處理后的力學(xué)性能大為提高，晶粒粗大，會使其性能惡化，尤其當(dāng)晶粒大小不均勻時，還會顯著降低鋼的結(jié)構(gòu)強度，引起應(yīng)力集中，易產(chǎn)生脆性斷裂。

影響奧氏體晶粒大小的因素：

加熱溫度和保溫時間：加熱溫度越高，保溫時間越長，形核率越高，長大速度也越快，奧氏體晶界遷移的速度越快，因此奧氏體晶粒越粗大。

加熱速度：加熱速度越快，奧氏體實際形成溫度越高，形核率提高，由于時間短晶粒

來不及長大，所以可獲得細(xì)小的起始晶粒。生產(chǎn)中常用的快速加熱淬火、超快速加熱及脈沖加熱淬火都是依據(jù)此原理來細(xì)化或超細(xì)化奧氏體晶粒的。

（3）化學(xué)成分：在一定的含碳量范圍內(nèi)，隨著奧氏體中含碳量的增高，碳在奧氏體中的擴

散速度以及鐵的自擴散速度均增大，奧氏體晶粒長大傾向增加，但當(dāng)含碳量超過一定量時，

由于形成二次滲碳體，會阻礙奧氏體晶粒的長大。合金元素鈦、鋯、釩、鎢、鈮等形成的碳

化物熔點較高，彌散分布

在奧氏體中，阻礙奧氏體晶粒長大;非碳化物形成元素硅、鎳等

對奧氏體長大速度影響不大;而錳、磷、氧等元素會增加奧氏體晶粒長大的傾向。

控制奧氏體晶粒大?。寒?dāng)鋼的化學(xué)成分一旦確定，則通過控制加熱溫度、保溫時間和加熱速度來控制奧氏體晶粒大小。

5.影響過冷奧氏體等溫冷卻轉(zhuǎn)變的因素有哪些?過冷奧氏體等溫和連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線有什么不同?

答：影響過冷奧氏體等溫冷卻轉(zhuǎn)變的因素有轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變溫度和冷卻速度。因為其轉(zhuǎn)變產(chǎn)物隨轉(zhuǎn)變溫度和冷卻速度不同而不同，性能也有很大的差別。

過冷奧氏體等溫和連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線的不同之處是前者等溫冷卻轉(zhuǎn)變規(guī)律，后者是連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變規(guī)律。

6.珠光體型組織有哪幾種?它們在形成條件、組織形態(tài)和性能方面有何特點?

答：珠光體型組織根據(jù)轉(zhuǎn)變溫度和層間距分為珠光體、細(xì)珠光體（索氏體）和極細(xì)珠光體（屈氏體或托氏體）三種。三種組織無本質(zhì)區(qū)別，只是形態(tài)上的粗細(xì)之分。

珠光體形成溫度為Ar1～650℃，片層較厚，500倍光鏡下可辨，用符號P表示;

細(xì)珠光體形成溫度為650～600℃，片層較薄，800～1000倍光鏡下可辨，用符號S表示;極細(xì)珠光體形成溫度為600～550℃，片層極薄，電鏡下可辨，用符號T表示。

珠光體型組織的性能主要取決于片間距，片間距越小，相界面越多，塑性變形越困難，鋼的強度、硬度越高，而塑性和韌性略有改善。

7.貝氏體型組織有哪幾種?它們在形成條件、組織形態(tài)和性能方面有何特點?

答：貝氏體型轉(zhuǎn)變溫度為550℃～Ms，屬于中溫轉(zhuǎn)變。由于轉(zhuǎn)變溫度降低，只有部分碳擴

散出，還有部分碳留在鐵素體內(nèi)，因此也稱為半擴散型轉(zhuǎn)變。貝氏體用符號B表示。根據(jù)其組織形態(tài)不同，分為上貝氏體（B）和下貝氏體（B）。

上下

過冷奧氏體在350～550℃溫度范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物稱為上貝氏體。上貝氏體在光鏡下呈羽毛

狀，在電鏡下為不連續(xù)棒狀的滲碳體，分布于自奧氏體晶界向晶內(nèi)平行生長的鐵素體條之間。

其形成溫度較高，條狀或片狀鐵素體從奧氏體晶界開始向晶內(nèi)以同樣方向平行生長，隨著鐵

素體的伸長和變寬，其中的碳原子向條間的奧氏體中富集，當(dāng)濃度足夠高時，便在鐵素體內(nèi)

間斷續(xù)地析出滲碳體短棒，奧氏體消失，形成典型的羽毛狀上貝氏體，上貝氏體中的鐵素體

片較寬，塑性變形抗力較低，且滲碳體分布在鐵素體片之間，易引起脆斷，強度和韌性都較差。

過冷奧氏體在350℃～Ms溫度范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物稱為下貝氏體。下貝氏體在光鏡下呈竹

葉狀，即黑色針狀，在電鏡下為細(xì)片狀碳化物，分布于鐵素體針上，并與鐵素體針長軸方向

呈55°～60°，其形成溫度較低，碳原子擴散能力更差，鐵素體在奧氏體的晶界或某些晶面

上長成針狀，碳原子在鐵素體內(nèi)一定的晶面上以斷續(xù)碳化物小片的形式析出，從而形成了下

貝氏體。下貝氏體中鐵素體針細(xì)小，無方向性，碳過飽和度大，碳化物分布均勻，彌散度大，位錯密度高，所以硬度高，韌性好，有實際應(yīng)用價值。

8.馬氏體型組織有哪幾種?它們在形成條件、晶體結(jié)構(gòu)、組織形態(tài)和性能方面有何特點?馬氏體的硬度與含碳量的關(guān)系如何?

答：馬氏體型轉(zhuǎn)變溫度在Ms～Mf之間，屬于低溫轉(zhuǎn)變。由于轉(zhuǎn)變溫度低，鐵原子和碳原

子都不擴散，因此又稱為非擴散型轉(zhuǎn)變。馬氏體是碳在α-Fe中的過飽和固溶體，用M表示。

馬氏體型轉(zhuǎn)變時，奧氏體中的碳全部保留到α-Fe中。馬氏體型轉(zhuǎn)變是強化鋼的重要途徑之

一。晶體結(jié)構(gòu)仍為體心立方結(jié)構(gòu)，但由于碳的溶入使原體心立方結(jié)構(gòu)變成體心正方結(jié)構(gòu)，即

c軸伸長，因此馬氏體具有體心正方晶格（a=b≠c），軸比c/a稱為馬氏體的正方度。馬氏體中的含碳量越高，正方度越大，晶格畸變越嚴(yán)重。

馬氏體常見的形態(tài)分為兩類：

第一種是板條馬氏體，其立體形態(tài)為細(xì)長的扁棒狀，在光學(xué)顯微鏡下為一束束的細(xì)條組織，

每束內(nèi)條與條之間尺寸大致相同并呈平行排列，一個奧氏體晶粒內(nèi)可形成幾個取向不同的馬

氏體束，板條內(nèi)的亞結(jié)構(gòu)主要是高密度的位錯，又稱為位錯馬氏體，其含碳量低，也叫作低碳馬氏體。

第二種是片狀馬氏體，其立體形態(tài)為雙凸透鏡形的片狀，與試樣磨面相截則呈針狀或竹葉狀，

所以又稱為針狀馬氏體，其含碳量較高，也叫作高碳馬氏體。在電鏡下，其亞結(jié)構(gòu)主要是孿晶，

馬氏體的形態(tài)主要取決于其含碳量。當(dāng)W<0.2%時，幾乎全部是板條馬氏體;

C

當(dāng)

W>1.0%時，幾乎全部是片狀馬氏體;當(dāng)0.2%≤W≤1.0%時，為板條馬氏體與片狀馬氏體CC

的混合組織。

馬氏體型組織是一種高強度、高硬度的組織，由于馬氏體型組織中碳過飽和度很大，晶格畸

變非常嚴(yán)重，所以其強度大大提高。含碳量越高，強度、硬度越高。

9.將5mm的T8鋼加熱至760℃并保溫足夠時間，問采用什么樣的冷卻工藝可得到如下組織:

珠光體，細(xì)珠光體，極細(xì)珠光體，上貝氏體，下貝氏體，極細(xì)珠光體+馬氏體，馬氏體+少量殘余奧氏體;在“C”曲線上描出工藝曲線示意圖。

答：T8鋼含碳量接近共析鋼，得到相應(yīng)組織的工藝曲線示意圖如圖示：

10.什么是退火?退火的種類和目的各是什么?

答：退火是指將鋼加熱到適當(dāng)?shù)臏囟?，保溫一定時間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。

根據(jù)鋼的成分和退火目的的不同，退火可分為完全退火、等溫退火、球化退火、去應(yīng)力退

火

和擴散退火等

（1）完全退火：完全退火是指將鋼件完全奧氏體化（加熱至Ac3+（30～50）℃）后，保

溫一段時間，在爐內(nèi)緩慢冷卻以獲得接近平衡狀態(tài)組織的退火工藝。生產(chǎn)中為提高生產(chǎn)率，

實際操作時，工件

隨爐緩慢冷卻至500～600℃時出爐空冷。

完全退火主要用于各種亞共析成分的碳鋼和合金鋼的鑄、緞件，熱軋型材及一些焊接結(jié)構(gòu)件

的退火，目的是細(xì)化并均勻組織，消除組織缺陷和內(nèi)應(yīng)力，降低硬度，為切削加工或后續(xù)熱

處理做組織準(zhǔn)備。

（2）等溫退火：等溫退火是指將鋼件加熱至Ac3+（30～50）℃或Ac1+（20～40）℃，

保溫一定時間后，以較快的速度冷卻到稍低于Ar1某一溫度進行等溫轉(zhuǎn)變，以獲得珠光體組織，然后在空氣中冷卻的工藝方法。

等溫退火用于高碳鋼、中碳合金鋼、合金滲碳鋼、合金工具鋼和某些高合金鋼的大型鑄鍛件

及沖壓件等，目的與完全退火相同，但轉(zhuǎn)變較易控制，所用時間比完全退火縮短約1/3，并可獲得均勻的組織和性能。

（3）球化退火：球化退火是指將共析鋼或過共析鋼加熱至Ac1+（10～20）℃，保溫一定

時間后，隨爐緩冷至室溫（或冷卻至略低于Ar1再保溫一定時間后出爐空冷），使鋼中碳

化物球狀化的退火

工藝。

球化退火主要適用于共析鋼、過共析鋼的鍛軋件，其目的是降低硬度，提高塑性，改善工件

的切削加工性能，并為后續(xù)熱處理做組織準(zhǔn)備。對于存在嚴(yán)重網(wǎng)狀二次滲碳體的鋼，可在球化退火前先進行一次正火，使?jié)B碳體網(wǎng)破碎。

（4）去應(yīng)力退火：去應(yīng)力退火是指把鋼件加熱到Ac1以下某一溫度，保溫一定時間后緩慢

冷卻的工藝方法。其目的是去除由于變形加工、機械加工、鑄造、鍛造、熱處理、焊接等所產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。

（5）擴散退火：擴散退火又稱為均勻化退火，是將鑄錠或鑄件加熱至Ac3+（150～300）℃，

長時間保溫（10h以上）后隨爐冷卻的工藝。主要用于合金鋼鑄錠和鑄件，以消除枝晶偏析，使成分均勻化。

11.何謂正火?正火與退火有何區(qū)別?

答：正火是指將鋼件加熱到Ac3或Accm+（30～50）℃，保溫適當(dāng)時間后在空氣中冷卻，得到珠光體組織的工藝。

正火與退火的不同之處在于，正火的冷卻速度較快，過冷度稍大，因此正火后得到的組織比

退火細(xì)小，強度、硬度略高于退火，通常獲得索氏體組織。正火與退火相比，不但力學(xué)性能高，而且操作簡單、生產(chǎn)周期短、成本低，因此一般普通結(jié)構(gòu)件應(yīng)盡量采用正火。

12.指出下列零件正火的主要目的和正火后的組織。（1）20鋼齒輪;（2）45鋼小軸;（3）T12鋼銼刀。

答：（1）目的：提高硬度，改善切削加工性。組織：細(xì)小的珠光體組織

目的：消除熱加工時帶來的缺陷，改善切削加工性，減少零件的變形與開裂傾向?？纱嬲{(diào)質(zhì)處理，為以后高頻感應(yīng)表面淬火做準(zhǔn)備。組織：細(xì)小的珠光體組織。

目的：消除網(wǎng)狀二次滲碳體，為球化退火做組織準(zhǔn)備。組織：細(xì)小的珠光體組織+滲碳體。

13.淬火的目的是什么?亞共析鋼和過共析鋼的淬火加熱溫度應(yīng)如何確定?為什么?

常用淬

火方法有哪些?

答：.淬火的目的是獲得馬氏體或貝氏體組織，是鋼最經(jīng)濟、最有效的強化手段之一。

亞共析鋼的淬火加熱溫度為：Ac3+（30～50）℃，可得到全部細(xì)晶粒的奧氏體組織，淬火后為均勻、細(xì)小的馬氏體組織。

過共析鋼的淬火加熱溫度為：Ac1+（30～50）℃，淬火后得到細(xì)小、均勻的馬氏體和少量

殘余奧氏體（共析鋼），或細(xì)小的馬氏體、少量粒狀滲碳體和殘余奧氏體，使鋼具有高的硬度、耐磨性及一定韌性。

常用淬火方法有：單液淬火、雙液淬火、分級淬火、等溫淬火和局部淬火等。

14.將45鋼和T12鋼分別加熱到700℃、770℃、840℃淬火，試問這些淬火溫度是否正確?為什么45鋼在770℃淬火后的硬度遠(yuǎn)低于T12鋼在770℃淬火后的硬度?

答：45鋼加熱到840℃淬火正確，T12鋼加熱到770℃淬火正確，其他的都不正確。

45鋼加熱到770℃是在F+A兩相區(qū)，只有A才可能轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，因此，淬火后留有大量

的質(zhì)軟的鐵素體，因此，硬度較低，而T12鋼加熱到770℃是在A+滲碳體兩相區(qū)，這樣淬火后得到馬氏體+滲碳體，因此，硬度很高。，遠(yuǎn)遠(yuǎn)關(guān)于45鋼。

15.為什么淬火后的鋼一般都要進行回火?按回火溫度不同，回火分為哪幾種?指出各種回火后得到的組織、性能及應(yīng)用范圍。

答：鋼在淬火后的組織主要是馬氏體和少量殘余奧氏體。淬火馬氏體內(nèi)部微觀缺陷較多，內(nèi)

應(yīng)力和脆性很大，如果不及時回火會使鋼件發(fā)生變形甚至開裂;馬氏體和殘余奧氏體處于不

穩(wěn)定狀態(tài)，都有向穩(wěn)定的鐵素體和滲碳體轉(zhuǎn)變的趨勢，通過對其回火，使組織轉(zhuǎn)變到一定程

度成為穩(wěn)定組織，從而保證工件在使用中不發(fā)生尺寸和形狀的改變；通過調(diào)整回火溫度，可

獲得不同的硬度，減小脆性，滿足各種工件的不同性能要求。所以回火是降低脆性，消除或減小內(nèi)應(yīng)力;獲得工件所要求的力學(xué)性能；穩(wěn)定工件的尺寸必備工藝。

根據(jù)回火時的加熱溫度不同，可將回火分為下面三種:

①低溫回火（<250℃）?；鼗鸷蟮慕M織是回火馬氏體。它基本上保持了馬氏體的高硬度、高

強度及耐磨性，同時使鋼的內(nèi)應(yīng)力和脆性有所降低。主要用于刃具、量具、冷沖模具、滾動軸承、滲碳及表面淬火件。

中溫回火（350～500℃）?；鼗鸷蟮闹饕M織為回火托氏體。其性能是具有較高的彈性極限和屈服點以及一定的韌性。主要用于各種彈性件和熱鍛模等。

高溫回火（500～650℃）?；鼗鸷蟮慕M織為回火索氏體。其性能是具有強度、硬度、塑性

和韌性都較好的綜合力學(xué)性能。廣泛適用于各種機械零件，如曲軸、連桿、螺栓、半軸、齒輪等。通常將淬火和高溫回火相結(jié)合的熱處理稱為調(diào)質(zhì)處理。

16.為什么工件經(jīng)淬火后會產(chǎn)生變形甚至開裂?減少淬火變形和防止開裂有哪些措施?

答：淬火時，工件截面上各處的冷卻速度是不同的。表面的冷卻速度最大，中心處的冷卻速

度最小。為獲得馬氏體組織，淬火的冷卻速度必須大于臨界冷卻速度，而快冷總是不可避免

地使工件產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，而奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體會引起體積膨脹，產(chǎn)生組織應(yīng)力，這些

應(yīng)力的作用如果超過鋼的屈服強度就會變形，超過抗拉強度就會開裂，所以，淬火不當(dāng)會引起變形甚至開裂。

減少淬火變形和防止開裂的措施有：采用預(yù)冷減少溫差，在保證淬透性的前提下，盡量采用

緩和的淬火介質(zhì)，及時回火，采用適宜的雙液淬火、分級淬火、等溫淬火等措施，這樣能保證在實現(xiàn)馬氏體轉(zhuǎn)變的同時又能減小淬火應(yīng)力和變形開裂傾向。

17.指出下列工件的淬火及回火溫度，并說明回火后得到的組織和大致硬度。（1）45鋼軸（要求綜合力學(xué)性能好）;（2）60鋼彈簧;（3）T12鋼銼刀。

答：（1）45鋼屬于亞共析鋼，其淬火溫度為Ac3+（30～50）℃,查45鋼的Ac3為790℃，

故淬火加熱溫度為820～840℃。回火采用600±10℃高溫回火（調(diào)質(zhì)處理），最后硬度約為210～250HBW或20～30HRC。

（2）60鋼彈簧;屬于亞共析鋼，其淬火溫度為Ac3+（30～50）℃,查60鋼的Ac3為766℃，

故淬火加熱溫度為800～820℃，回火采用350～450℃。最后硬度約為38～42HRC。

（3）T12鋼屬于過共析鋼，其淬火溫度為Ac1+（30～50）℃,查T12鋼的Ac3為730℃，

故淬火加熱溫度為760～780℃，回火采用180±10低溫回火，最后硬度約為58～62HRC。

18.甲、乙兩廠同時生產(chǎn)一種45鋼零件，硬度要求為220～250HBS。甲廠采用正火處理，，都達到硬度要求。試分析甲、乙兩廠產(chǎn)品的組織和性能的差異。

答：乙廠采用調(diào)質(zhì)處理的鋼不僅強度較高，而且塑性、韌性遠(yuǎn)高于甲廠采用正火處理的鋼。

這是因為調(diào)質(zhì)后鋼的組織是回火索氏體，其滲碳體呈球粒狀，而正火后的組織是索氏體（或托氏體），其滲碳體呈薄片狀，組織決定了性能。

19.什么是淬透性?影響淬透性的因素是什么?

答：淬透性是表征鋼淬火冷卻時獲得馬氏體組織的能力。影響淬透性的因素主要是鋼的化學(xué)成分。

20.什么是滲碳?滲碳后的零件為什么必須淬火和回火?

答：滲碳是指將工件在滲碳介質(zhì)中加熱、保溫，使活性碳原子滲入表層的化學(xué)熱處理工藝。

滲碳的目的是提高工件表層的含碳量，并在其中形成一定的含碳量梯度，只有經(jīng)淬火和低溫回火后工件表面的硬度和耐磨性才提高，同時使心部保持良好的韌性。

21.現(xiàn)有20鋼和40鋼制造的齒輪各一個，為提高齒面的硬度和耐磨性，宜采用何種熱處理工藝?熱處理后在組織和性能上有何不同?

答：20鋼采用滲碳的化學(xué)熱處理，心部由于含碳量低韌性好，表層經(jīng)淬火+低溫回火后獲得回火馬氏體，硬度高而耐磨。

40由于含碳量較高，采用調(diào)質(zhì)處理，獲得回火索氏體組織，使心部綜合力學(xué)性能高，表面

采用中頻或高頻表面淬火+低溫回火后獲得回火馬氏體，硬度高而耐磨，與20鋼的工藝相

比，40鋼工藝的強度高，能夠傳遞大載荷，但表面硬度不如20鋼的滲碳處理，耐磨性要差一些。

22.現(xiàn)有三個形狀、尺寸、材質(zhì)（低碳鋼）完全相同的齒輪，分別進行普通整體淬火、滲碳淬火和高頻感應(yīng)淬火，試用最簡單的方法將它們區(qū)分開。

答：由于進行了不同的熱處理工藝，所以得到的組織不同，組織決定了性能，因此，可以用

力學(xué)性能中的硬度差異區(qū)分開來：滲碳淬火硬度最高，高頻感應(yīng)淬火次之，整體淬火硬度最低。

23.某廠用20鋼制造齒輪，其加工路線為:下料→鍛造→正火→粗加工、半精加工→滲碳→淬火、低溫回火→磨削。試回答下列問題:

（1）說明各熱處理工序的作用;

制定最終熱處理工藝規(guī)范（溫度、冷卻介質(zhì)）;

說明最終熱處理后表面組織和性能。

答：（1）鍛造后正火是為了提高硬度，便于后續(xù)的切削加工。半精加工后滲碳+淬火+低溫回火是為了提高表面含碳量，并通過熱處理來達到表面高硬度，提高耐磨性。

930℃滲碳，預(yù)冷到820℃淬火，由于形狀復(fù)雜采用油淬，然后經(jīng)過180±10℃低溫回火后空冷。

表面的組織為高碳回火馬氏體+碳化物，性能硬而脆，耐磨。

24.用T10鋼制造形狀簡單的刀具，其加工路線為:鍛造→熱處理→切削加工→熱處理→磨削。試回答下列問題:

說明各熱處理工序的名稱及作用;

制定最終熱處理工藝規(guī)范（溫度、冷卻介質(zhì)）;

說明各熱處理后的顯微組織。

答：（1）鍛造后熱處理采用球化退火，降低硬度，便于后續(xù)的切削加工。切削加工后的熱處理采用淬火+低溫回火，保持高硬度和耐磨性。

（2）最終熱處理采用淬火+低溫回火，淬火加熱溫度為Ac1+（30～50）℃,查T10鋼的

Ac3為730℃，故淬火加熱溫度為760～780℃，由于是形狀簡單的刀具，采用水淬，回火采用180±10低溫回火，回火后空冷。最后硬度約為58～62HRC。

（3）球