2018热处理工艺复习题
一、 填空题 二、
填空题
1.钢的热处理工艺由 加热 、 保温 、 冷却 三个阶段所组成。 2.热处理工艺基本参数： 加热速度、恒温温度、恒温时间 。
3.钢完全退火的正常温度范围是 Ac3+20-30℃ ，它只适应于 亚共析 钢。
4.球化退火的主要目的是 使钢中的碳化物球化，获得粒状珠光体 ，它主要适用于 共析钢、过共析钢、合金工具钢 。
5.钢的正常淬火温度范围，对亚共析钢是 Ac3+30-50℃ ，对过共析钢是 Ac1+30-50℃ 。 6.当钢中发生奥氏体向马氏体的转变时，原奥氏体中碳含量越高，则MS点越 低 ，转变后的残余奥氏体量就越 多 。
7.改变钢整体组织的热处理工艺有 退火 、 正火 、 淬火（固溶处理） 、 回火（时效） 四种。
8.淬火钢进行回火的目的是 减少或消除淬火应力，保证相应的组织转变，提高钢的塑性和韧性，获得强度、硬度、塑性和韧性的适当配合，稳定工件尺寸，以满足各种用途工件的性能要求 ，回火温度越高，钢的强度与硬度越 低 。
9.化学热处理的基本过程包括 介质的分解 、 表面吸收 、 原子扩散 等三个阶段。
10.欲消除过共析钢中大量的网状渗碳体应采用 正火、球化退火 ，欲消除铸件中枝晶偏析应采用 均匀化退火 。
11.低碳钢为了便于切削，常预先进行 正火 处理；高碳钢为了便于切削，常预先进行 完全退火 处理；
12.感应加热表面淬火，按电流频率的不同，可分为 高频电子管式加热装置 、 中频发电机或可控硅中频发生器、和工频发电机三种。而且感应加热电流频率越高，淬硬层越 薄 。
13.钢的淬透性主要取决于 钢的淬火临界冷却速度的大小，也就是钢的过冷奥氏体的稳定性 ，马氏体的硬度主要取决于 碳的含量 ，钢的表层淬火，只能改变表层的 机械性能 ，而化学热处理既能改变表层的 机械性能 ，又能改变表层的 化学成分 。
14.钢在一定条件下淬火后，获得一定深度的淬透层的能力，称为钢的淬透性。淬透层通常以 半马氏体组织 的深度来表示。
15.中温回火主要用于处理 弹簧 零件，回火后得到 回火屈氏体 组织。
16.45钢正火后渗碳体呈 片 状，调质处理后渗碳体呈 粒 状。
17.形变热处理是将塑性变形的 形变 强化与热处理时的 热处理 强化结合，使成型工艺与获得最终性能统一起来的一种综合工艺。 二、单选题
1. 电阻炉空载功率小，说明炉子热损失： A）小 ；B）大；C）厉害；D）可忽略不计。
2. 检测氮碳共渗零件的硬度时应选用：A）洛式硬度计；B）维氏硬度计；C）布氏硬度计；
D）肖氏硬度计。
3. 可控气氛炉渗碳时排出的废气：A）必须燃烧后排放；B）不燃烧直接排放；C）通入水中排
放；D）通入碱水中排放。
4. 在生产中，用来消除过共析钢中的网状渗碳体最常用的热处理工艺是：A）完全退火；
B）正火；C）不完全退火；D）回火。
5. 气体渗氮的主要缺点是：A）周期太长；B）劳动强度大；C）硬度低；D）渗层浅。 6. 镗床主轴通常采用38CrMoA1钢进行：A）氮碳共渗；B）渗碳；C）渗氮；D）渗硫。
7. 确定碳钢淬火加热温度的基本依据是：A）Fe-Fe3C相图；B）“C”曲线；C）“CCT”曲线；
D）淬透性曲线图。
8. 为获得良好的综合力学性能，38CrMoAl钢制造的氮化件预先热处理应采用：A）退火；B）
正火；C）调质；D）渗碳。
9. 高速钢淬火冷却时，常常在580～600℃停留10～15分钟，然后在空气中冷却，这种操作
方法叫做：A）双介质淬火；B）等温淬火；C）分级淬火；D）亚温淬火。
10.某零件调质处理以后其硬度偏低，补救的措施是：A）重新淬火后，选用低一点的温度回火；
B）再一次回火，回火温度降低一点；C）重新淬火后，选用高一点的温度回火；D）再一次回火，回火温度提高一点。
11.钢感应加热表面淬火的淬硬层深度，主要取决于：A）钢的含碳量；B）冷却介质的冷却能
力；C）感应电流频率；D）感应电流电压。
12.为增加T12钢的强韧性，希望控制淬火马氏体的含碳量，减少孪晶马氏体的相对量及获得
部分板条马氏体，可以采取的措施是：A）加热到接近Accm，充分保温后淬火；B）快速加
热到稍高于Ac1，保温较短时间后淬火；C）加热到Accm以上，充分保温后淬火。D）加热到Ac1以上，Ac3以下充分保温后淬火。
13.齿轮进行渗碳处理+淬火回火，获得表面组织如下：A）低碳马氏体（LM）；B）回火高碳隐
晶马氏体（PM）； C）PM + 残余奥氏体（A?）；D）M+A?+粒状渗碳体。
14.铸钢件一般要进行均匀化退火（扩散退火），处理温度较高，是为了：A）促进扩散过程，
加速转变；B）抑制扩散过程，保持稳定；C）提高元素偏聚程度；D）与上述过程无关。 15.中碳结构钢调质处理后得到回火索氏体组织，具有优良的综合力学性能，主要热处理工序
是：A）正火+中温回火；B）正火+高温回火；C）正火+低温回火；D）淬火+高温回火。 16.工件在水中淬火冷却的过程中会依次出现：A、蒸汽膜、沸腾、对流 ；B、蒸汽膜、沸腾、
传导；C、沸腾、蒸汽膜、传导；D、沸腾、蒸汽膜、对流。
17.在热处理生产中应尽可能避免在钢的组织中出现的组织是：A、上贝氏体；B、下贝氏体；
C、过冷奥氏体；D、马氏体。
18.低碳钢为便于加工，常预先进行：A、淬火；B、正火；C、球化退火；D、回火。 19.亚共析碳钢亚温淬火常用的最佳温为：A）Ac1＋10~20℃；B）Ac3＋10~20℃；C）比Ac3略
低；D）比Ar3略低。
20.调质处理就是：A．淬火＋低温回火；B．淬火＋中温回火；C．淬火＋高温回火。 21.化学热处理与其他热处理方法的基本区别是：A．加热温度；B．组织变化；C．改变表面化
学成分。
22.渗氮零件在渗氮后应采取：A.淬火+低温回火；B.淬火+中温回火；C.淬火+高温回火；
D.不需热处理。
23.直径为10mm的40钢其整体淬火温度大约为：A．750℃；B.850℃；C.920℃。
24.T12钢消除网状渗碳体应采用：A. 正火；B. 球化退火；C. 去应力退火；D. 完全退火。 25.T12钢改善切削加工性应采用：A. 正火；B. 球化退火；C. 去应力退火；D. 完全退火。 26.20钢锻件改善切削加工性应采用：A.完全退火；B. 球化退火；C. 去应力退火；D. 正火。 27.用于1300℃以上的热电偶材料是： A）铜-康铜；B）铂铑-铂铑；C）镍铬-镍铝；D）铁-康铜。
28.钢在淬火后获得的马氏体组织的粗细主要取决于：a.奥氏体的本质晶粒度；b.奥氏体的实
际晶粒度；c.奥氏体的起始晶粒度。
29.钢经调质处理后获得的组织是：a.回火马氏体；b.回火屈氏体；c.回火索氏体。
30.过共析钢的正常淬火加热温度是：a.Ac1+30—50℃；b.Accm+30—50℃；c.Ac3+30—50℃. 31.影响碳钢淬火后残余奥氏体量的主要因素是：a.钢材本身的碳含量；b.钢中奥氏体的碳含
量；c.钢中碳化物的含量。
32.若合金元素能使C曲线右移，钢的淬透性将：a.降低；b.提高；c.不改变。 33.马氏体的硬度取决于：a.冷却速度；b.转变温度；c.碳含量。
34.对形状复杂，截面变化大的零件进行淬火时，应选用：a.高淬透性钢；b.中淬透性钢；c.
低淬透性钢。
35.对形状复杂，截面变化大的零件进行淬火时，应采用：a.水中淬火；b.油中淬火c.盐水中
淬火。
36.若要提高淬火时淬硬层深度，应采取：a.选择高淬透性钢；b.增大零件的截面尺寸；c.选
用比较缓和的冷却介质。
37.45钢为得到回火索氏体组织，应进行a.淬火+低温回火；b.等温淬火；c.淬火+高温回火。 38.完全退火主要适用于：a.亚共析钢；b.共析钢；c.过共析钢。
39.扩散退火的目的是：a.消除和改善晶内偏析；b.消除冷塑变形后产生的加工硬化；C.降低
硬度以便于加工。
40.钢的渗碳温度范围是：a.600—650℃；b.800—850℃；c.900—950℃。 三、问答题
1. 为什么要对钢件进行热处理？
热处理的目的是改变钢的内部组织结构，以改善钢的性能，通过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、充分挖掘材料性能潜力、降低结构重量、节省和能源，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。
2. 零件加热时的入炉方式有哪些，对热应力和加热效率分别如何影响？ ①阶梯加热②随炉升温③到温入炉④高温入炉 热应力：①<②<③<④ 加热效率：①<②<③<④
3. 退火的目的是什么？生产上常用的退火有哪几种？指出每种退火工艺的应用范围。 PPT上有，3.1.1 （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。
4. 对于25#钢，有哪些工艺可以获得F+P的组织？ 不完全退火、完全退火、亚温淬火+高温回火、正火。 5. 确定下列钢件的退火工艺，并指出退火目的及退火后的组织：
（1）经冷轧后的15钢板；
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的铸钢齿轮；
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。组织：晶粒均匀细小的铁素体和珠光体。
（3）具有片状珠光体的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。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。
（4）弹簧钢丝（强化的）经冷卷成的弹簧； 去应力退火 回火马氏体？屈氏体？ （5）消除60钢锻件的过热组织；
完全退火。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。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。
（6）低碳钢钢丝多次冷拉之间；
再结晶退火 钢丝在多次冷拉之间，因冷变形产生了加工硬化。通过再结晶退火，使
其再结晶而恢复塑性，利于随后再变形获得稳定组织。
（7）T10刚车床顶尖锻造以后。 球化退火 粒状渗碳体
6.指出下列钢件正火的主要目的以及正火后的显微组织？ 20钢齿轮；45钢小轴；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。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Fe3CⅡ，为球化退火做组织准备，消除内应力。组织：索氏体和球状渗碳体。
7.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。
8. 为什么亚共析钢经正火后，可获得比退火高的强度与硬度？
退火和正火所得到的均是珠光体型组织，或者说是铁素体和渗碳体的机械混合物。但是正火和退火比较时，正火的珠光体是在较大的过冷度下得到的，因而对亚共析钢来说，析出的先共析铁素体体较少，珠光体数量较多（伪共析），珠光体片间距较小。此外，由于转变温度较低，珠光体成核率较大，因而珠光体团的尺寸较小。由于组织上的差异，故性能上不同。正火与退火相比较，正火的强度与硬度较高。
9. 在生产中常用增加珠光体数量的方法来提高亚共析钢的强度，为此应采用何种热处理工艺，为什么?
应该采用正火工艺。原因：亚共析钢过冷奥氏体在冷却过程中会析出先共析铁素体，冷却速度越慢，先共析铁素体的含量越多，从而导致珠光体的含量变少，降低亚共析钢的硬度和强度。而正火工艺的实质就是完全奥氏体化加上伪共析转变，可以通过增大冷却速度降低先共析铁素体的含量，使亚共析成分的钢转变成共析组织，即增加了珠光体的含量，从而可以提高亚共析钢的强度和硬度。
10.下列零件应选用何种热处理工艺：
（1）Wc=0.2%，要求适当提高硬度，改善切削加工性能。 正火 （2）Wc=1.2%，要求降低硬度，改善切削加工性能。 球化退火 （3）Wc=1.2%，要求提高硬度和耐磨性。 淬火+低温回火
（4）Wc=0.45%，要求具有好的综合力学性能。 调质 （5）Wc=0.6%，要求具有好的弹性。 淬火+中温回火
（6）钢丝冷拉后硬度高，要求降低硬度，消除内应力。 去应力退火 11.何谓去氢退火?其工艺特点如何?
溶解于固溶体中的H是造成钢中出现白点缺陷的主要危险。而存在于亚晶界、位错、晶粒边界及宏观区城的分子氢.不易自钢中扩散逸出，也不会造成白点，这类分子态的H可在以后的热轧、锻造等压力加工过程中消除。用退火的方法可使溶入固溶体中的H脱溶，这种退火工艺称为去氢退火。
1、以氢含量为第一依据，内应力为第二依据，设计在铁素体状态下的去氢工艺。关键是搞好退火保温或缓冷。2、去氢要贯彻全程概念，充分利用能源，在A1~150℃温度范围内进行（如上图）。3、退火保温时间以钢液中的原始氢含量[H]为第一依据，锻轧材尺寸为第二依据，分等级设计。当钢锭中的氢含量在2.5X10-6以下时，可以大大缩短退火保温时间。某些锻轧材直径小于200mm时，也可以轧后在缓冷坑中冷却。4、等温后要缓慢冷却，一是为了继续脱氢，二是为避免内应力促生白点。冷却速度根据锻轧材的有效直径在10~40℃/h范围内选择。
12.亚共析钢热处理时快速加热可显著地提高屈服强度和冲击韧性，是何道理？
快速加热可获得较大的过热度，使奥氏体形核率增加，得到细小的奥氏体晶粒，冷却后的组织晶粒也细小。细晶粒组织可显著提高钢的屈服强度和韧性。
13.热轧空冷的45钢钢材在重新加热到超过临界点后再空冷下来时，组织为什么能细化？
热轧空冷，相当于经过一次正火处理，发生了重新形核和核长大过程，获得了S，组织得到细化。
14.常用的淬火介质有哪些？说明其冷却特性、优缺点及应用范围。 ⑴水
特点:最常用、经济,化学确定性高,热春量较大。
优点:冷却能力强,清洁，安全、价格低,不需要清洗，在可能情况下应广泛使用缺点:M转变区冷速大,易开裂。
适用：形状简单,尺寸不大的碳件。 ⑵盐水、碱水溶液(5-10%盐、碱）
冷却特点:蒸汽膜阶段极短,特性温度(指蒸汽模破裂,进入沸腾阶段的温度)高。 缺点:①低温冷速仍程大②对工件有腐蚀作用,淬火后必须清洗。
③碱水对皮肤有刺激作用,且易于老化变质，所以碱水使用受到一定限制。 透用范围：用于形状简单,尺寸较大的碳素结构钢件淬火,还可对大截面的碳素工具钢，
低合金工件用盐-油介质淬火 (3)油(主要用矿物油)
特点:①低温冷速低。(油沸点150-300℃,进入对流阶段开始T比水高。对流阶范围比较宽。 ②油高温冷却能力很小,只有水的1/3-1/6。
③ 提高高温,可降低粘度,流动性上升→油的冷却能力上升，油温一般在60-80℃,过高,达到闪点,易着火
④油易老化。需要定期过滤或更换。 ⑤油淬后表面易玷污，不够光洁
适用:“C”鼻尖处冷速较低面较大的C钢及低合金钢不易淬硬，适用于形状复杂的中小型合金钢或尺寸小的碳钢。
(二)无物态变化的淬火介质 熔盐及融化金属
共同特点:1传导和对流带走热量
2冷却能力取决于:介质本身的物性（比热,导热性、流动性等）,介质与工件温差。
适用：分级淬火和等温淬火。
冷却特点,①工件温度高时,冷速很高,工件温度接近介质温度时,冷速迅速降低。 ②缺点：a)腐蚀性大,b)蒸发的碱气对人体有害,e)有些碱浴原料太贵 ③硝盐浴对钢件有氧化腐蚀倾向。
凡有硝盐的工件,夹具必须注意清洁,如处理不净,放入盐浴会发生爆炸。
15. 共析钢加热到相变点以上，用图1所示的冷却曲线冷却，各应得到什么组织？各属于何种热处理方法？
a—M+A'，单液淬火；b—M+A'，分级淬火；c—T+M+A'，油中淬火；d—B下，等温淬火；e—S，正火；f—P，退火；g—P，等温退火。
图1
16. 有四个碳素钢试样进行淬火：（1）Wc=0.3%，加热至Ac1与Ac3之间；（2）Wc=0.45%，加热至Ac3以上（30—50℃）；（3）Wc=1.2%，加热至Ac1以上（20—30℃）；（4）Wc=1.2%，加热至Accm以上（30—50℃）。适当保温后水中淬火，哪个试样硬度最高？哪个试样硬度最低？说明其原因。
（3）高 组织中会保留少量二次渗碳体，而有利于钢的硬度和耐磨性。并且，由于降低了奥氏体中的碳含量，不但可以改变马氏体形态（减少粗片状），降低脆性，而且还可以减少淬火后残余奥氏体量，有利于钢的硬度提高和减少变形 （1）低 C少 而且铁素体含量多
17.简述冷却介质的选择原则
（1）保证制品所需的冷却速率，且冷却均匀，使金属材料获得所需的组织和性能
（2）尽量减少制品在冷却时产生的内应力，制品不变形或变形不超过允许的限度，尤其不能开裂
（3）冷却介质与金属材料不发生或少发生有害的氧化、还原反应或其他物理化学反应，制品表面不被污染或少被污染
（4）操作方便，无毒，成本低，易回收处理。
18.用45钢制造一根Φ10的轴和一根Φ100的轴，用相同淬火工艺淬火，试问两根轴的表面硬度是否相同？淬透层深度是否相同？
表面硬度相同，10的淬透层深度要深一些
19.淬透性和淬透层深度有何联系与区别？影响钢件淬透层深度的主要因素是什么？ 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： 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，使钢的淬透性增加，因此合金钢的淬透性比碳钢好。 ② 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。
19.分析图2的实验曲线中硬度随碳含量变化的原因。图中曲线1为亚共析钢加热到AC3
以上，过共析钢加热到ACCM以上淬火后，随钢中碳含量增加钢的硬度变化曲线；曲线2为亚共析钢加热到AC3以上，过共析钢加热到AC1以上淬火后，随钢中碳含量增加钢的硬度变化曲线；曲线3表示随碳含量增加，马氏体硬度的变化曲线。
曲线1：亚共析钢加热到Ac3以上，属正常的淬火加热温度范围，所以淬火后获得的M组织硬度随含C%增加而提高，但过共析钢加热到Accm以上温度，已完全A化，淬火后将获得较粗的M和较多的残余A，使钢的硬度降低。
曲线2：过共析钢加热到Ac1以上温度，属正常的淬火加热温度范围，淬火后的组织为细M、Fe3CⅡ和少量残余A。少量未溶的Fe3CⅡ可阻止A晶粒长大，有利于提高钢的硬度。 曲线3：M是C在α-Fe中形成的过饱和间隙固溶体。M的溶碳量越高，过饱和度越大，固溶强化效果越明显，其硬度值越大。
图2 图3
21. T12钢加热到AC1以上，用图3所示的各种方法冷却，分析其所得到的组织。 (a)——M+粒状Fe3C+A'；(b)——B下+M+粒状Fe3C+A'；(c)——B下+粒状Fe3C。 22.简述淬火硬度不足的可能原因。
（1）淬火冷速不够。可能是淬火介质选择不当,淬火介质的温度升高或混入较多杂质而使冷却能力下降,或是工件尺寸过大,难以获得足够的冷速。
（2）淬火加热温度过低或保温时问过短。淬火组织中还残存着珠光体或铁素体,引起硬度不足。
（3）操作不当。（4）表面脱碳。
23.淬火介质（以水为例）冷却过程经历哪几个阶段？ P166
24.表面淬火的目的是什么？常用的表面淬火方法有哪些？比较它们的优缺点及应用范围。 1.目的：提高材料的表面硬度、强度，从而提高耐磨性。兼具提高耐疲劳性能。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
2.常用表面淬火方法：感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火
（1）感应加热表面淬火利用电磁感应加热原理，使工件表面快速加热后急冷而获得一定厚度表面硬化层的热处理工艺方法，也叫感应加热表面淬火。
（2）火焰加热表面热处理，亦称火焰加热表面淬火，是用可燃气体燃烧产生的火焰快速加热钢件表面，当达到淬火温度时立即喷水冷却，从而获得预期的硬度和淬硬层深度的表面热处理工艺。
3.感应加热表面淬火与火焰加热表面淬火相比较具有如下特点：
（1）感应加热时相变速度极快，一般只需几秒或几十秒就可以把工件加热至淬火温度，而且淬火加热温度高（Ac3以上80~150oC）
（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2~3HRC，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度，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
25.激光淬火的主要优点有哪些?
（1）由于加热速度快，奥氏体化温度高，奥氏体晶粒很细，因此马氏体组织极细 （2）由于奥氏体化时间很短，奥氏体成分很不均匀，且往往有未溶碳化物
（3）急冷急热导致工件表层产生较大的残余压应力及高密度的位错等晶体缺陷。这些特征使激光加热表面淬火层硬度、耐磨性及抗疲劳性能提高。
（4）采用激光淬火工艺，对经过切削加工好的构件进行淬硬时产生的局部淬火变形是很小的，由此可使后续加工减少到最低程度或者完全免去这种加工，从而使模具在淬硬后可立即投入生产应用。
26.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。组织：晶粒均匀细小的铁素体和珠光体
3）锻造过热的60钢锻坯；
完全退火。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。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）改善T12钢的切削加工性能。
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。
27.说明直径为10mm的45钢试样经下列温度加热、保温并在水中冷却得到的室温组织：700C，760C，840C，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。
28.指出下列工件的淬火及回火温度，并说出回火后获得的组织。 1）45钢小轴（要求综合机械性能好）； 2）60钢弹簧；
3）T12钢挫刀。
（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。
29. 两根45钢制造的轴，直径分别为10mm和100mm，在水中淬火后，横截面上的组织和硬度是如何分布的？
1：10mm的能够淬透，组织应该都是马氏体，2：100mm的表面应该是马氏体，淬透深度往内的中间的结构是还有些贝氏体、珠光体、过冷的奥氏体，硬度都是从里到外变大。
四、综合分析题
1. 用T10钢制造形状简单的车刀，其工艺路线为：锻造一热处理一机加工一热处理一磨加工。 l）写出其中热处理工序的名称及作用。
2）制定最终热处理（即磨加前的热处理）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。
(1)球化退火，作用：利于切削加工。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：760°C水淬+200°C回火； 显微组织：M回+Cm，大致硬度：60HRC. 2. 将ф5mm的T8钢加热到760℃并保温足够的时间，问采用什么热处理方法可以得到下列组
织：珠光体，索氏体，下贝氏体，屈氏体+马氏体，马氏体+少量残余奥氏体。
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。
索氏体：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。 屈氏体：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。
3. 某型号柴油机的凸轮轴,要求凸轮表面有高的硬度（HRC>50），而心部具有良好的韧性
(Ak>40J)，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？ （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。因为15钢时低碳钢，渗碳法可以提高钢件的表面硬度、耐磨性及抗疲劳性能，可以满足柴油机凸轮所需要求。
4. 用20CrMnTi为材料制造汽车变速箱齿轮，试制定其热处理生产工艺。请采用调质和渗碳两
种方法，并比较两者区别。
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 低碳钢的渗碳，调质钢的氮化
5. 由T12材料制成的丝锥，硬度要求为HRC60～64。生产中混入了45钢料，如果按T12钢进
行淬火＋低温回火处理，问其中45钢制成的丝锥的性能能否达到要求？为什么？ 不能，45钢属于中碳钢，而T12钢属于高碳钢，从硬度和耐磨性角度来看45钢都是较差的 6. 某工厂生产车床齿轮，要求齿面有较好的硬度与耐磨性，心部有较好的塑韧性。原图纸设
计用40Cr 钢制造，因材料缺乏，工厂决定改用20Cr钢生产，试说明：
（1）原40Cr钢为满足齿轮性能要求，应如何安排热处理工艺？试画出热处理规范图。 （2）改用20Cr钢后，热处理工艺是否需改变？如需改变，试画出修改后的工艺规范图。 （3）试分析两种钢，经不同工艺处理后，齿面与心部组织有何不同？
7. 从下列材料中选择一种材料制造车刀（60Mn、40Cr、HT150和9SiCr），其工艺路线为：锻
造—热处理1—机加工—热处理2—磨加工。写出热处理1、2的工艺名称及热处理2获得的组织。
（1）1——退火 2——淬火后低温回火，终热处理后的显微组织为回火马氏体 ，大致的硬度60HRC。T10车刀的淬火温度为780℃左右，冷却介质为水；回火温度为150℃～250℃。
（2）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。
8. 为下列材料的热处理工艺选择合适的加热范围，并说明理由。（1）20钢淬火；（2）20
钢正火；（3）40钢高温回火；（4）T10钢淬火；（5）T10钢正火；（6）T10钢低温回火(温度选择用Ac1,Acm等代号表示)
9. 甲、乙两厂生产同一种零件，均选用45钢，硬度要求220—250HB，甲厂采用正火，乙厂采用调质处
理，均能达到硬度要求，试分析甲、乙两厂产品的组织和性能差别。
选用45钢生产同一种零件，甲厂采用正火，其组织为铁素体+索氏体，乙厂采用调质处理，其组织为回火索氏体，索氏体为曾片状组织，即片状渗碳体平行分布在铁素体基体上，回火索氏体是细小的粒状渗碳体弥散的分布在铁素体基体上，由于粒状渗碳体比片状渗碳体对于阻止断裂过程的发展有利，即两者强度，硬度相近，但是回火索氏体的韧性，塑性要好很多，所以乙厂生产的零件性能要好。
9. 试说明表面淬火、渗碳、氮化处理工艺在选用钢种、性能、应用范围方面的差别。 表面淬火一般适用于中碳钢（0.4~0.5%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、GCr15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0.15~0.25%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0.5~2.5mm。钢渗碳后表面层的碳量可达到0.8～1.1%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HRC65～72，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、排气阀、高精度传动齿轮等。
10.两个45钢工件，一个用电炉加热（加热速度约为0.3℃／S），另一个用高频感应电流加
热（加热速度约为400℃／S），问两者淬火温度有何不同？淬火后组织和机械性能有何差别？
11.低碳钢（0.2%C）小件经930℃，5h渗碳后，表面碳含量增至1.0%，试分析经以下处理后
表层和心部的组织： （1）渗碳后慢冷；
（2）渗碳后直接水淬并低温回火；
（3）由渗碳温度预冷到820℃（>Ar3和Acm），保温后水淬，再低温回火； （4）渗碳后慢冷至室温，再加热到780℃( 12.钢制表面淬火工件的工艺路线一般如何安排？在高频淬火前为什么要进行预备热处理？其 常用的预备热处理有哪几种？ 下料——锻造——正火或退火——机加工（粗）——调质——机加工（细）——感应淬火——低回——磨削 （1）消除热加工缺陷（2）改善金属加工成型性、切削加工性和热处理工艺性 调质或正火 13.某拖拉机上的连杆是用0.4%C的钢制成，其工艺路线如下：锻造→正火→切削→调质→精 加工。最后要求：硬度217HB~241HB,试说明两次热处理的目的及其组织变化情况，并确定其加热温度和冷却方式。 正火：预备热处理，组织细化，获得一定力学性能，改善钢的可加工性。减少钢中先共析铁素 体，获得细片状珠光体。 （平衡冷却：45%F+55%P；正火：30%F+70%P） Ac3+30~50℃ 空冷 调质：使钢的强度、塑性、韧性配合恰当，具有良好的综合力学性能。调质处理后得到有F基体和弥散分布于其上的细粒状组成的回火索氏体组织。 500~650℃ 空冷 14.以渗碳为例，简要说明化学热处理的三个基本过程。 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。 15.试述真空渗碳零件的工艺路线。 零件清洗一零件装料、进炉—抽真空—升温及均热——渗碳与扩散一淬火——回火 16.氮化的主要目的是什么？说明氮化的主要特点及应用范围。 在一定温度(一般在AC1以下)使活性氮原子渗入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 950~1200HV(相当于68-72HRC),且渗氮层具有高的红硬性(即在600~650℃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。 17.有一批35钢制成的螺钉，要求其头部在处理后硬度为35HRC~40HRC。现在材料里混入少量 T10钢和10钢。问由T10钢和10钢制成的螺钉若仍按35钢进行淬火处理时，能否达到要求？为什么？ 若仍按35钢热处理时，不能达到要求，10钢硬度不足，T10钢太硬，35钢是优质碳素调质钢，其正常的调质处理淬火加热温度是840~850℃，回火580~600℃.10钢属于低碳钢，用于冲压或渗碳处理，由于含碳量低，加热到840~850℃时还没有进入完全奥氏体区，属于不完全奥氏体化，因此，淬火后一是由于没有完全奥氏体化，二是含碳量低，所以得到马氏体量很少，硬度基本上不发生大的变化，再在高温回火，最终硬度不足，完全达不到要求。T10钢属于优质碳素工具钢，含碳量高，其加热温度是770~790，如果把它加热到840~850℃淬火，硬度可达58~62HRC,即使高温回火后，由于碳化物的析出硬度也是很高，最终硬度指标也达不到 要求。 18.为了提高耐磨性，下列零件、工具应选择何种热处理工艺（包括预备热处理）？并画出各 自的热处理工艺曲线：（1）15钢制离合器摩擦片；（2）45钢制凸轮轴；（3）T9钢制收割机刀片。 19.钢材生产中的热处理多数情况下是哪种热处理工艺？在目的上与机械零件的热处理有何不 同？实际生产中应更多地注意什么？ 20.根据机械零件的加工工艺路线:下料→锻造→热处理（1）→粗加工→热处理（2）→精加工 →热处理（3）→精磨,对下列零件设计出适当的热处理工艺。 （1）在低载荷下工作，要求耐磨性好的齿轮，选用15钢，要求硬度HRC58-63. （2）高速、中等载荷，要求齿面硬度高的齿轮，选用45钢，要求硬度HRC54-60。 （3）高速、重载荷、形状复杂，要求改性变形小的齿轮，选用38CrMoAl钢，要求硬度Hv850以上。 （4）C620车床主轴，与滑动轴承配合（要求较好的耐磨性，HRC52-58），承受一定冲击载荷，选用45钢。 22.现有下列零件及可供选择的材料，给各零件选择合适的材料，试制定其热处理生产工艺，并说明理由。零件名称：载重汽车变速箱齿轮、捆绑用丝、弹簧所用丝、高精密机床主轴；可选材料：20CrMnTi、65Mn、40Cr、45、38CrMoAlA、20。 （1）载重汽车变速箱齿轮，要求齿面耐磨，心部强度和韧性要求不高，材料选用45钢；工艺路线：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）捆绑用丝， （3）弹簧所用丝， （4）高精密机床主轴，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；工艺路线：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 23.某学生在研究一种含Mn、Mo、Ni的低合金压力容器钢时，采用如下工艺处理：铸锭→1200℃×14hr处理→热加工→900℃×1hr处理→水冷→900℃×1hr处理→20℃/min连续冷却→660℃×10hr。 （1）试分析在此工艺流程中各种热处理的作用及可能的组织变化； （2）若该合金钢板坯出现过热现象，怎么补救？ 1200℃X14hr： 均匀化退火 900℃X1hr： 合金奥氏体化 水冷： 第一次淬火，马氏体转变 900℃X1hr： 重结晶，细化奥氏体晶粒 20℃/min连续冷却，660℃X10hr： 等温退火，组织转变P+F 该合金可以通过正火处理补救。 24.DP800是一种高强度、高塑性的钢，主要含有铁素体和马氏体两相，其成分大体为Fe-0.14C-0.4Si-1.87Mn-1.0(Cr+Mo)-0.05(Nb+Ti)-0.037。参考Fe-C相图，试设计该合金含F+M两相组织的板材的大致生产工艺（从铸锭开始），并简单分析每道热处理工艺后的组织变化。（参考：均匀化退火+轧制+亚温淬火。） 25.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。 （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） 26.为改善可加工性，确定下列钢件的预备热处理方法，并指出所得到的组织： （1）20钢钢板； （2）T8钢锯条； （3）具有片状渗碳体的T12钢钢坯。 （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+Cm 27.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）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？ 20钢渗碳淬火和低温回火工艺较为合理。由于齿轮要求具有高的耐磨性，并承受一定的冲击载荷，这就使得材料表面具有较高的硬度和耐磨性，而心部具有足够的强度和韧性，因此采用合金渗透钢。 45钢属于调质钢，用于制造轴类零件，淬火后采用低温回火，并不是调质状态， 材料的抗冲击载荷性能性。45钢在高频感应淬火，只能使材料表层一定深度的距离产生淬硬层，达不到高耐磨性的要求。 T8钢的含碳量虽然高，但是在中温回火后组织为回火索氏体，只是保证零件具有良好的弹性及屈服强度和一定的韧性，但是其硬度并不高，耐磨性达不到要求。 20钢虽然属于低碳钢，并不能直接淬火，但是经过渗碳后，能达到淬火的要求。渗碳+淬火+低温回火热处理工艺，能满足材料具有高耐磨性，和一定的冲击载荷的要求。 28. 为什么机床齿轮一般选用45或40Cr钢等材料制造，而汽车齿轮一般选用20CrMnTi、20CrMnMo钢等材料制造，请给出两类材料的加工路线，并指出采用不同热处理工艺的目的是什么？ 用20CrMnTi制造汽车变速箱齿轮，要求齿面硬度HRC58-60，中心硬度HRC30-45，试写出加工工艺路线，并说明各热处理的作用目的。 答：加工工艺路线为：下料→锻造→正火→机械粗加工→渗碳+淬火+低温回火→喷丸→磨齿 正火处理可使同批毛坯具有相同的硬度（便于切削加工），并使组织细化，均匀； 渗碳后表面含碳量提高，保证淬火后得到高的硬度，提高耐磨性和接触疲劳强度； 喷丸处理是提高齿轮表层的压力使表层材料强化，提高抗疲劳能力。