第十一章 钢的表面淬火
金属工艺学(山东理工大学)知到章节答案智慧树2023年
金属工艺学（山东理工大学）知到章节测试答案智慧树2023年最新第一章测试1.伸长率的数值与试样尺寸有关，因而试验时应对所选定的试样尺寸作出规定，以便进行比较。
参考答案:对2.布氏硬度测试简单、压痕小。
参考答案:错3.疲劳断口由两部分组成，疲劳裂纹的产生及扩展区和最后断裂区。
参考答案:对4.冲击韧度在判别金属材料抵抗大能量冲击能力方面有一定的作用，但对小能量多次冲击不够准确。
参考答案:对5.判断韧性的依据是参考答案:冲击韧6.在金属的力学性能中，σb代表金属的参考答案:抗拉强度7.在金属的力学性能中，50HRC代表金属的参考答案:洛氏硬度8.引起疲劳断裂的应力很低，常常低于参考答案:屈服极限9.下列属于金属材料工艺性能的是参考答案:焊接;可锻性10.金属材料常用的塑性指标是参考答案:断面收缩率;伸长率第二章测试1.一般来说，同一成分的金属，晶粒愈细，其强度、硬度愈高，而且塑性和韧性也愈好。
参考答案:对2.共析钢等温转变时，等温温度越低，则珠光体层片间距越粗大参考答案:错3.完全退火主要用于过共析钢。
参考答案:错4.钢的表面淬火是通过改变表面成分使其表面组织发生变化。
参考答案:错5.莱氏体是一种参考答案:机械混合物6.铁碳合金的共析转变温度是参考答案:727℃7.弹簧钢的热处理为淬火加参考答案:中温回火8.铁碳合金中，过共析钢在平衡条件下冷却，其室温组织为参考答案:珠光体加二次渗碳体9.大部分金属的晶格结构类型为以下三种参考答案:体心立方;密排六方;面心立方10.按照组元间相互作用形式的不同，合金中的基本相有（）两种形式。
参考答案:固溶;金属化合物第三章测试1.国家标准GB/T13304-2008《钢分类》中，按照化学成分将钢分为非合金钢、低合金钢、合金钢三大类参考答案:对2.正确的选材，应该是在满足使用性能要求的前提下，具有良好的经济性和加工工艺性能。
参考答案:对3.选材时，零件所要求的力学性能数据，要同手册、书本中所给出的完全相同。
第十一章 蜗轮蜗杆课堂练习-答案
《蜗杆传动》课堂练习一、是非题1．蜗杆传动的正确啮合条件之一是蜗杆的端面模数与蜗轮的端面模数相等。
( F ) 2．在蜗杆传动中，由于蜗轮的工作次数较少，因此采用强度较低的有色金属材料。
( F )3．蜗杆传动中，其他条件相同，若增加蜗杆头数，则齿面相对滑动速度提高。
( T )4．蜗杆传动中，如果模数和蜗杆头数一定，增加蜗杆分度圆直径，将使传动效率降低，蜗杆刚度提高。
( T )5．采用铸铝青铜ZCuAll0Fe3作蜗轮材料时，其主要失效方式是胶合。
( T ) 6．设计蜗杆传动时，为了提高传动效率，可以增加蜗杆的头数。
( T )7．在蜗杆传动比i=z2／z1，中，蜗杆头数z1相当于齿数，因此其分度圆直径d1=z1m。
( F )8．蜗杆传动中，蜗轮法面模数和压力角是标准值。
( T )9．为提高蜗杆轴的刚度，应增大蜗杆的直径系数q。
( T )10．对于各种材料(ZCuSnl0P1、ZCuAll0Fe3、HT300)制成的闭式蜗轮，都是按接触疲劳强度和弯曲疲劳强度两个公式进行计算。
( T )11．不计摩擦力时，蜗轮的圆周力为F t2=2T1/d1。
( F )12．制造蜗轮的材料，其主要要求是具有足够的强度和表面硬度，以提高其寿命。
( F )13．闭式蜗杆传动的主要失效形式是磨损。
( F )14．蜗杆传动设计需作蜗杆轮齿的强度计算。
( F )二、填空题1．在润滑良好的情况下，减摩性好的蜗轮材料是青铜类，蜗杆传动较理想的材料组合是蜗杆选用碳素钢或合金钢，蜗轮选用青铜类或铸铁。
2．有一标准普通圆柱蜗杆传动，已知zl=2，q=8，z2=42，中间平面上模数m=8 mm，压力角a=20°，蜗杆为左旋，则蜗杆分度圆直径d1= 64 mm，传动中心距a= 200 mm。
蜗杆分度圆柱上的螺旋线升角γ=arctan 0.25 。
蜗轮为左旋，蜗轮分度圆柱上的螺旋角β= 14.036°。
3．限制蜗杆的直径系数q是为了限制蜗轮滚刀的数目，便于滚刀的标准化。
第十一章 钢的表面淬火
第一节 感应加热表面淬火 (1)第二节 火焰加热表面淬火 (2)第三节 激光热处理 (3)第十一章 钢的表面淬火概念：表面淬火是采用快速加热的方法使工件表面奥氏体化，然后快冷获得表层淬火组织的一种热处理工艺。
关键：使零件表面迅速加热到淬火温度，当热量尚未充分传到工件内部时就急冷，使表面获得高硬度高耐磨性的马氏体组织，而心部仍是塑性韧性较好的调质或正火的原始组织。
预先热处理：工件表面淬火前要进行预先热处理(调质或正火)，以保证心部的性能要求和为表面淬火作好组织准备。
出现原因：很多承受弯曲、扭转、摩擦和冲击的零件，其表面要比心部承受更高的应力。
因此，要求零件表面应具有高的强度、硬度和耐磨性，而心部在保持一定强度、硬度的条件下，应具有足够的塑性和韧性。
显然，采用表面淬火的热处理工艺，能使工件达到这种表硬心韧的性能要求。
种类：表面淬火是表面强化的方法之一，由于其具有工艺简单、生产率高、热处理缺陷少等优点，因而在工业生产中获得了广泛的应用。
根据加热方法的不同，表面淬火可分为感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、电接触加热表面淬火、电解液加热表面淬火及激光加热表面淬火等。
其中应用最广泛的是感应加热与火焰加热表面淬火方法。
与化学热处理区别：钢的表面淬火是仅对钢件表层进行热处理以改变其组织和性能的工艺，不改变表面的化学成分，而是依靠表面加热淬火达到表面强化的目的。
第一节 感应加热表面淬火一、感应加热的基本原理利用电磁感应，使工件表面产生很高的感应电流，将工件表层迅速加热。
图11-1是感应加热表面淬火示意图。
将工件放入(用铜管制成的)感应圈内，向感应圈中通以一定频率的交流电，其周围即产生交变磁场，则工件(导体)会感应产生同频率的感应电流。
由于感应电流沿工件表面形成封闭回路，故通常称为涡流。
这是感应加热的主要热源。
涡流在工件中的分布是不均匀的，由表面到心部呈指数规律衰减。
因此，涡流主要集中在工件表层，内部电流密度几乎为零，这种现象称为集肤效应。
表面淬火
表 4—3 40Cr 钢不同处理工艺对缺口敏感度的影响 － 试样形式 疲劳强度 σ 1 N／mm2 调质 调质+表面淬火 450~480 630 Φ = 20mm 光滑试样 140 600 Φ = 20mm 缺口试样
第二节 感应加热淬火技术 一、感应加热淬火基本原理 铁制零件在高频交变磁场中， 铁的内部将产生很大的感应电流。 电流在金属体内自行闭合，称为 涡流。由于工件阻抗很小，涡流 很大。受集肤效应的影响，越靠 近工件表面电流越大。感应电流 快速将零件的表面加热到 Ac3 或 Acm以上，快速冷却后即可在零 件表层获得马氏体组织。
5 火焰加热表面淬火的优缺点（1） 硬化层较厚，硬度梯度较平缓，耐磨性好；
5 火焰加热表面淬火的优缺点（2）
投资少，简单易行，处理费用低； 大小零件均可处理，能实现自动化操作；
温度均匀性差，难以控温，质量波动大。
因有软带的问题，只能进行局部淬火。
表面淬火中的软带问题
特大轴承表面淬火的软带问题
2 激光淬火设备
工业上常用的激光发生器有横流CO2和YG两种。
3 材料表面预处理
（1）与基体力学性能有关的热处理：被处理金属的原始 组织对激光淬硬层的硬度和深度都有影响。 （2） 提高零件表面激光吸收率的黑化处理：~80％的激光 被平整金属表面反射，黑化处理可以增加激光吸收率。
黑化处理的方法有：涂碳素墨汁、磷化处理、氧化处理 或激光专用黑色涂料。
二、 感应加热表面淬火工艺流程 以齿轮加工为例 锻打毛坯→正火处理(~220HB)→粗加工→调质处理（~250HB） →精加工（滚齿）→感应加热淬火→回火（~55HRC）→磨削
齿轮高频淬火
三、感应加热的优缺点 热效率高、加热时间短； 工件表面氧化、脱碳比较轻，变形小； 比普通热处理具有更优异的机械性能；
金属材料与热处理课后习题
第一章金属材料基础知识1、什么是强度？材料强度设计的两个重要指标分别是什么？2、什么是塑性？塑性对材料的使用有何实际意义？3、绘出简化后的Fe-Fe3C相图。
4、根据Fe-Fe3C相图，说明下列现象的原因。
（1）含碳量1%的铁碳合金比含碳量0.5%的铁碳合金的硬度高。
（2）一般要把钢材加热到1000~1250℃高温下进行锻轧加工。
（3）靠近共晶成分的铁碳合金的铸造性能好。
5、随着含碳量的增加，钢的组织性能如何变化？6、铁碳相图中的几个单相分别是什么？其本质及性能如何？第二章钢的热处理原理1、何谓奥氏体？简述奥氏体转变的形成过程及影响奥氏体晶粒长大的因素。
奥氏体晶粒的大小对钢热处理后的性能有何影响？2、什么是过冷奥氏体与残余奥氏体。
3、为什么相同含碳量的合金钢比碳素钢热处理的加热温度要高、保温时间要长？4、画出共析钢过冷奥氏体等温转变动力学图。
并标出：（1）各区的组织和临界点（线）代表的意义；（2）临界冷却曲线；，S，T＋M组织的冷却曲线。
（3）分别获得M、P、B下5、什么是第一类回火脆性和第二类回火脆性？如何消除？6、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℃，780℃，860℃，1100℃。
7、马氏体的本质是什么？它的硬度为什么很高？是什么因素决定了它的脆性？8、简述随回火温度升高，淬火钢在回火过程中的组织转变过程与性能的变化趋势。
第三章钢的热处理工艺1、简述退火的种类、目的、用途。
2、什么是正火？正火有哪些应用？3、什么是淬火，淬火的主要目的是什么？4、什么是临界冷却速度？它与钢的淬透性有何关系？5、什么是表面淬火？表面淬火的方法有哪几种？表面淬火适应于什么钢？简述钢的表面淬火的目的及应用。
6、有一具有网状渗碳体的T12钢坯，应进行哪些热处理才能达到改善切削加工性能的目的？试说明热处理后的组织状态。
7、简述化学热处理的几个基本过程。
渗碳缓冷后和再经淬火回火后由表面到心部是由什么组织组成？8、什么是钢的淬透性和淬硬性？影响钢的淬透性的因素有哪些？如何影响？9、过共析钢一般在什么温度下淬火？为什么？10、将共析钢加热至780℃，经保温后，请回答：（1）若以图示的V1、V2、V3、V4、V5和V6的速度进行冷却，各得到什么组织？（2）如将V1冷却后的钢重新加热至530℃，经保温后冷却又将得到什么组织？力学性能有何变化？11、甲、乙两厂生产同一种零件，均选用 45 钢，硬度要求 220 ～ 250HBS 。
金属学与热处理课后习题第十一章-参考答案
第十一章参考答案11-1试述影响材料强度的因素及提高强度的方法答：（1）影响材料强度的因素：化学成分、组织织构、加工工艺、形变温度、应变速率等。
以钢为例，合金元素的加入可能产生固溶强化、沉淀强化、细晶强化，对提高钢材的强度有利。
对于同一化学成分的合金而言，组织结构不同，其力学性能也不相同。
为了提高其强度，可通过改变热处理工艺或加工工艺来实现。
一般情况下，降低形变温度或提高应变速率，合金的强度会增大。
（2）提高材料强度的途径：加工硬化/形变强化、固溶强化、第二相强化（沉淀强化和弥散强化）、细晶强化/晶界强度（较低温度）。
11-2试述影响材料塑性的因素及提高塑性的方法答：（1）影响材料塑性的因素：化学成分、组织织构、加工工艺、形变温度、应变速率等。
杂质元素通常对塑性不利，合金元素的加入一般对提高材料的强度有贡献，在等强温度下，只有晶界强化可以提高强度的同时，提高其韧性，使材料获得细晶组织结构可提高其塑性。
一般而言，形变温度的降低或应变速率的提高对强度有利，而对提高塑性不利。
（2）提高材料塑性的途径：降低材料中杂质的含量、细化晶粒、加入韧化元素、加入细化晶粒元素、提高变形温度、降低应变速率。
11-4试就合金元素与碳的相互作用进行分类，指出1）哪些元素不形成碳化物2）哪些元素为弱碳化物形成元素，性能特点如何3）哪些元素为强碳化物形成元素，性能特点如何4）何谓合金渗碳体，与渗碳体相比，其性能如何答：1）非碳化物形成元素：Ni、Si、Co、Al、Cu等。
2）Mn为弱碳化物形成元素，除少量可溶于渗碳体中形成合金渗碳体外，几乎都溶于铁素体和奥氏体中。
3）Zr、Nb、V、Ti为强碳化物形成元素，与碳具有极强的亲和力，只要有足够的碳，就形成碳化物，仅在缺少碳的情况下，才以原子状态融入固溶体中。
4）合金元素溶入渗碳体中即为合金渗碳体，它是合金元素溶入渗碳体中并置换部分铁原子而形成的碳化物，合金渗碳体比一般渗碳体稳定，硬度高，可以提高耐磨性。
《钢的淬火与回火》课件
03
02
01
03
新型环保介质开发
研发新型环保的淬火介质和回火材料，降低对环境的污染和破坏。
01
减少能源消耗
研究节能型的淬火与回火工艺，降低能源消耗和碳排放，实现绿色生产。
02
废弃物资源化利用
对淬火与回火过程中产生的废弃物进行资源化利用，减少对环境的负担。
目的
淬火的方法包括单液淬火、双液淬火、分级淬火和等温淬火等。
方法
淬火过程包括加热、保温和冷却三个阶段。加热阶段是将钢加热到奥氏体化温度；保温阶段是为了保证奥氏体化充分进行；冷却阶段是将钢迅速冷却至室温，使奥氏体转变为马氏体。
过程
淬火后的组织主要包括马氏体、残余奥氏体和少量未转变的铁素体。马氏体的形态和分布对钢的性能有重要影响。
淬火后的钢具有较高的硬度和强度，但同时也存在较大的脆性。为了获得良好的综合性能，通常需要对淬火后的钢进行回火处理。
性能
组织
CHAPTER
钢的回火
02
定义
回火是钢淬火后加热到低于临界点某一温度，并保温一定时间，然后冷却到室温的一种热处理工艺。
目的
消除淬火产生的内应力，提高钢的塑性和韧性，获得良好的力学性能和稳定组织。
组织：回火后钢的组织转变为多相混合组织，包括铁素体、奥氏体和碳化物。
CHAPTER
淬火与回火的关系
03
淬火的目的是通过快速冷却使钢的内部组织转变为马氏体，从而提高钢的硬度和强度。
回火的目的是通过加热使钢的内部组织进行转变，消除淬火过程中产生的内应力，提高钢的韧性和塑性。
淬火与回火是钢铁热处理工艺中的两个重要环节，二者相互关联，相互影响。淬火是回火的基础，回火的质量直接影响淬火的效果。
《钢的表面淬火》课件
表面淬火的原理
钢的相变点
钢的相变点：钢在加热过程中，从固态转变为液态的温度点
相变点温度：钢的相变点温度通常在1300-1500摄氏度之间
相变点影响：相变点温度对钢的淬火效果有重要影响
淬火原理：钢的表面淬火是通过快速冷却，使钢的表面达到相变点温度，形成马氏 体组织，提高钢的硬度和耐磨性。
钢的加热过程
添加项标题
钢的相变主要包括奥氏体相变、马氏体相变和贝氏体相变
添加项标题
马氏体相变是指钢在冷却过程中，其内部组织结构由奥氏体 转变为马氏体的过程
添加项标题
钢的相变是表面淬火的基础，通过控制钢的相变过程，可以 实现钢的表面淬火，提高钢的硬度和耐磨性。
表面淬火的工艺 方法
火焰加热法
原理：利用火焰的高温对 钢的表面进行加热
加热温度：根据钢的种类和淬 火要求，选择合适的加热温度
加热时间：根据钢的种类和淬 火要求，选择合适应加热、电阻加热等
加热过程中的温度控制：确保 钢的温度均匀，避免局部过热 或过冷
钢的冷却过程
加热：将钢加热到 一定温度，使钢内 部达到奥氏体状态
冷却：将钢迅速冷 却到临界温度以下， 使钢内部形成马氏 体组织
回火：将钢加热到 一定温度，使马氏 体组织转变为回火 马氏体组织
冷却：将钢冷却到 室温，使回火马氏 体组织保持稳定
钢的相变
添加项标题
钢的相变是指钢在加热或冷却过程中，其内部组织结构发生 变化的现象
添加项标题
奥氏体相变是指钢在加热过程中，其内部组织结构由铁素体 转变为奥氏体的过程
添加项标题
贝氏体相变是指钢在冷却过程中，其内部组织结构由奥氏体 转变为贝氏体的过程
离子注入技术： 通过离子注入 改变材料表面 成分和结构， 实现表面淬火
第十一章 钢的表面淬火
7
第11章 钢的表面淬火
加热速度与奥氏体转变温度范围
在快速加热条件下非平衡相图
8
第11章 钢的表面淬火
二、表面淬火的组织与性能
1、表面淬火的金相组织 其金相组织与钢种，淬火前的原始组织及淬火 加热时沿截面温度分布有关。
9
第11章 钢的表面淬火
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第11章 钢的表面淬火
调质状态的45钢， 回火索氏体，会造 成回火组织的不均 匀，在C区温度低于 Ac1，但高于原调质 温度，因此发生进 一步回火，表面淬 火导致这一区域硬 度下降。
23
第11章 钢的表面淬火
导磁率μ和电阻率ρ随温度而变， ρ随温升而增大， 极值为10－4Ωcm， μ在A2点突变。 在20℃时， 20 20 f mm 冷态电流透入深度 800 500 f mm 在800℃时， 热态透入深度 感应加热时，由于表层高温区导磁率下降，涡流 移向内侧，使电流密度发生变化。
19
第11章 钢的表面淬火
感应电动势： 涡流：
d e d
R ~~ 电阻 X L ~~ 感抗
e e If 2 2 I R XL
热量：
2 f
Q 0.24I Rt( J )
20
第11章 钢的表面淬火
2)、集肤效应
电流沿截面的分布是不均匀的，电流主要沿工件表面 通过，交变电流的频率越高，这种不均匀性越严重， 电流的密度集中于表面越多，这种现象称为集肤效应 通入交变电流之导体截面上电流密度的 分布可由电磁场微分方程解得：
37
第11章 钢的表面淬火
38
第11章 钢的表面淬火
3、火焰淬火工艺： 1）同时加热淬火； 2）旋架淬火法； 3）摆动淬火法； 4）推进淬火法 5）旋转连续淬火法 6）周边连续淬火法
《钢的表面淬火》PPT课件
由于低碳区的存在，使Ms升高，淬火钢中的 板条M量增多。在快速加热淬火时，可以获得两 种不同形态的马氏体及未溶碳化物的复合组织。
§3高频感应淬火的组织和性能 一、高频淬火后的组织 第1层 淬硬层
温度＞Ac3 组织：M+AR 第2层 过渡层 温度在Ac1~Ac3之间， 组织：M+AR+F 第3层 心部原始组织。 温度：<Ac1
η感─感应器的效率(≈0.8)
P总─设备的最大输出功率(kW)
Po─另件加热所需的单位功率(kW/cm2)
设备允许的最大加热面积
设备型号
DGF-C-108 DGF-200/2.5 GP60-CR13-1 GP100-C2
设备功率
(kW)
100 200 60 100
最大加热面积(cm2)
一次加热 连续加热
2、疲劳强度
高频淬火后，表面处于压应力状态，提高了 另件的疲劳强度。
疲劳强度和淬硬层深度有一定的关系。 3、耐磨性
高频淬火后工件的耐磨性比普通淬火高。这 主要是由于淬硬层中马氏体极为细小，碳化物 弥散度高，以及硬度较高，且表面的压应力状 态综合作用的结果。 4、多冲抗力
随淬硬层深度的增加而增加，但有一极限值。
➢快速加热时的相变特点
★
➢高频感应淬火的组织和性能 ★
➢高频感应加热淬火工艺
➢高频淬火后的回火
➢高频感应淬火的应用
➢其它表面淬火方法
§1感应加热的基本原理
1、电磁感应产生感应电流
2、感应电流的表面效应
距表面X厘米处的感应电流 强度为：
Ix=Io×exp(-X/△)安培
当X=0时，Ix=Io
钢的化学热处理
30
㈢ 固体渗碳和液体渗碳简介
⑴ 固体渗碳
固体渗碳是将工件和固体 渗碳剂装入渗碳箱中;用盖 子和耐火泥封好;然后放在 炉中加热至900～950 ℃; 保温足够长时间;得到一定 厚度的渗碳层
固体渗碳剂通常是一定粒度的木炭与10%左右的碳
酸盐BaCO3或Na2CO3的混合物 木炭提供渗碳所需
⑴ 提高零件的耐磨性
➢在表面形成高硬层 ➢在钢件表面形成减磨抗粘结薄膜 ➢在钢件表面同时形成高硬层与抗粘或减磨薄膜
4
在表面形成 高硬层
在表面形成减磨 抗粘结薄膜
在表面同时形 成高硬层与抗 粘或减磨薄膜
钢件渗碳淬火可获得高碳 M硬化表层；合金钢件渗 氮可获得合金氮化物的弥 散硬化表层。
蒸汽表面处理产生的Fe3O4 薄膜有抗粘结的作用，表 面硫化获得的FeS薄膜可兼 有减磨与抗粘结的作用。
一般地;由于扩散缓慢;渗碳时间不需精确控制
28
29
⑷ 工艺参数的综合选择
由于各参数间相互影响较大;同时为了缩短渗碳 的总时间;通常对各参数进行综合调节：
升温阶段 高速渗碳阶段
扩散阶段 预冷阶段
采用低碳势
在正常温度或更高温度下采用高于 所需表面碳含量的碳势，时间较长
在正常渗碳温度下采用与所需表面 碳含量相等的碳势，时间较短
21
㈡ 渗碳工艺参数
渗碳前
除去表面油污、锈斑或其它脏物； 对不需要渗碳的局部加以防护； 零件在料盘内必须均匀放置。
渗碳中
控制气氛的碳势、温度和时间，以 保证技术条件规定的表面碳含量、 渗层深度和较平缓的碳浓度梯度。
渗碳后
根据炉型选取适当的热处理方式进 行热处理，以获得预期的性能。
第11章 钢的表面淬火
1. 2.
3.
二、表面淬火工艺原理
1、钢在非平衡加热时的相变特点：
1.
在一定的加热速度范围内，相变临界点Ac3、 Accm随加热速度的增加而提高，当加热速度达 到一定值时，亚共析钢转变温度均为1130°C。 奥氏体成分不均匀性随着加热速度的增加而增 大； 奥氏体转变是在一个温度范围内完成的。随着 加热速度的增大，转变温度提高，转变温度范 围扩大。
2 2 L
d
A
涡流分布于工件表面，并产生热量： Q=0.24If2R
说
明：
感生电流的方向在每一瞬间和感应器中的电流 方向相反； 如感应器与工件间隙非常小，无漏磁，磁能全 部为工件表面所吸收，此时涡流与通过感应器 的交变电流大小相等、方向相反。这种理想条 件下，在高为1cm的单匝感应圈中加热的工件 所吸收的功率为：
特点：热效率高，加热迅速，工件表面不易氧化、 脱碳，加热速度快，晶粒细化，设备简单，变形 小，自动化程度高，应用广泛。
1.1、感应加热的基本原理
（1）电磁感应
工件在交变电流的感应圈中产生感应电动势： d V d d ：磁通变化率，与电流频率成正比。
e
感应电势产生感应电流，即涡流：
If e Z e R X
1.2、感应加热表面淬火工艺
（1）根据零件尺寸及硬化层深度的要求，合理 选择设备：
设备频率的选择： 主要根据硬化层深度x来选择，
f
f
2500
x2
150
…………………上限频率 ……………..…下限频率
所选用的频率不宜过低。
最佳频率： f最佳= 600/x2
பைடு நூலகம்
2 x
金属学与热处理第十一章铸铁习题与思考题
金属学与热处理第十一章铸铁习题与思考题(一)填空题1．碳在铸铁中的存在形式有和2．影响铸铁石墨化最主要的因素是和3．根据石墨形态，铸铁可分为、、和4根据生产方法的不同，可锻铸铁可分为和5球墨铸铁是用一定成分的铁水经和后获得的石墨呈的铸铁。
6HT350是的一个牌号，其中350是指为7KTH300－06是的一个牌号，其中300是指为；06是指为8．QT1200—01是的一个牌号，其中1200是指为；01是指为9普通灰口铸铁按基体的不同可分为、、其中以的强度和耐磨性最好。
10．可锻铸铁按基体的不同可分为和11球墨铸铁按铸态下基体的不同可分为、和12．球墨铸铁经等温淬火其组织为13铸铁（除白口铸铁外）与钢相比较，其成分上的特点是和高，其组织上的特点是14球墨铸铁的强度、塑性和韧性较普通灰口铸铁为高，这是因为15生产变质铸铁常选用和作为变质剂。
16．生产球墨铸铁常选用和作为球化剂。
17生产可锻铸铁的方法是18灰口铸铁铸件薄壁处（由于冷却速度快）出现组织，造成困难，采用克服之。
19铸铁具有优良的性、性、性和性。
20普通灰口铸铁软化退火时，铸铁基体中的全部或部分石墨化，因而软化退火也叫做退火。
21．球墨铸铁等温淬火的目的，是提高它以及和22铸铁件正火的目的是提高和，并为表面淬火做好组织准备。
23灰口铸铁经正火处理，所获得的组织为24球墨铸铁的淬透性比较好，一般件采用淬，形状简单硬度要求较高时采用淬。
25．普通灰口铸铁软化退火的主要目的是和（二)判断题1．可锻铸铁在高温状态下可以进行锻造加工2．铸铁可以经过热处理来改变基体组织和石墨形态3．可以通过热处理的方法获得球墨铸铁4．共析反应时形成共析石墨(石墨化)不易进行5．利用热处理方法来提高普通灰口铸铁的机械性能其效果较显著6．可以通过热处理方法提高球墨铸铁的机械性能其效果较显著7．灰口铸铁的抗拉强度、韧性和塑性均较钢低得多，这是由于石墨存在，不仅割裂了基体的连续性，而且在尖角处造成应力集中的结果8．碳全部以渗碳体形式存在的铸铁是白口铸铁9．由于石墨的存在，可以把铸铁看成是分布有空洞和裂纹的钢10．含石墨的铸铁具有低的缺口敏感性11．含石墨的铸铁切削加工性比钢差，所以切削薄壁、快冷的铸铁零件毛坯时容易崩刃。
钢铁是怎样炼成的第十一章读书笔记
钢铁是怎样炼成的第十一章读书笔记第十一章主要讲述了钢铁冶炼工艺方面的内容，从钢铁的基本成分以及矿石的提炼，到冶炼、成型、淬火等工艺流程，每一个工艺环节都是构成钢铁的关键环节，每一步都是重要的。
钢铁的基本成分是铁，由于各种原因，在钢铁中添加了碳、硅等元素，经过一系列的复杂工序，可以达到最终要求的合格产品。
首先，要制造钢铁，就必须对矿石进行提炼，在提炼过程中，将铁精矿、亚铁精矿以及硅精矿提取出来，这些精矿在钢铁中起着重要的作用，经过熔融分离、去脏过程，可以获得钢铁的基础原料。
接着，就是冶炼，这是整个钢铁工艺的核心环节，是将原料转化成钢铁最重要的步骤。
在冶炼过程中，首先将精矿熔融，然后通过添加碳来控制钢铁的组成，有的钢铁需要加硅，加硫，加锰等原料，以调整钢铁的储存性能。
在冶炼过程中，也会进行成型，也就是将钢铁熔融后压成不同形状，如型材、型钢、钢板等，这是钢铁最终用来制造一些机械零部件和产品的基础。
最后，就是钢铁最重要也是最关键的一个步骤淬火，即将刚才熔融冶炼出来的钢铁以冷却的方式进行处理，以使钢铁结晶结构更加紧密，达到更高的硬度，以及增加其储存性能的目的，而使钢铁具备良好的韧性。
总而言之，从提炼原料、冶炼、成型到淬火，钢铁工艺庞杂，它涉及了物理、化学和机械等一系列复杂科学知识，从采矿到最终成品，每一个步骤都是构成钢铁的关键环节，每一步都是重要的。
钢铁的历史可以追溯到六七千年前的新石器时代，据说古代的钢铁是出于天然火山熔岩中，民间用火攻击山石，将熔岩里的铁矿提取出来，加炭、生火冶炼出来的，据史学家的研究，钢铁冶炼工艺更早可以追溯到三四千年前，至今，钢铁冶炼工艺也经历了无数次改革，技术更加成熟，可以生产出各种不同比例的钢铁产品。
钢铁是我们现代社会发展的动力，它在我们的生活中的存在是难以割舍的，它的成型工艺也是复杂的，只有把每一个环节做好，才能保证钢铁的可靠性和品质，而在钢铁生产中，绝对不能忽视它的主要核心技术冶炼、成型、淬火等工艺流程，才能产出优质的钢铁产品。
【钢铁知识】钢的淬火知识大全分析讲解很全面！
【钢铁知识】钢的淬火知识大全分析讲解很全面！淬火的定义与目的将钢加热到临界点Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上某一温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体化，然后以大于临界淬火速度的速度冷却，使过冷奥氏体转变为马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺称为淬火。
淬火的目的是使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变，得到马氏体或下贝氏体组织，然后配合以不同温度的回火，以大幅提高钢的强度、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，从而满足各种机械零件和工具的不同使用要求。
也可以通过淬火满足某些特种钢材的铁磁性、耐蚀性等特殊的物理、化学性能。
钢件在有物态变化的淬火介质中冷却时，其冷却过出一般分为以下三个阶段：蒸汽膜阶段、沸腾阶段、对流阶段。
钢的淬透性淬硬性和淬透性是表征钢材接受淬火能力大小的两项性能指标，它们也是选材、用材的重要依据。
1.淬硬性与淬透性的概念淬硬性是钢在理想条件下进行淬火硬化所能达到的最高硬度的能力。
决定钢淬硬性高低的主要因索是钢的含碳量，更确切地说是淬火加热时固溶在奥氏体中的含碳量，含碳量越离，钢的淬硬性也就越高。
而钢中合金元素对淬硬性的影响不大，但对钢的淬透性却有重大影响。
淬透性是指在規定条件下，决定钢材淬硬深度和硬度分布的特性。
即钢淬火时得到淬硬层深度大小的能力，它是钢材固有的一种属性。
淬透性实际上反映了钢在淬火时，奥氏体转变为马氏体的容易程度。
它主要和钢的过冷奥氏体的稳定性有关，或者说与钢的临界淬火冷却速度有关。
还应指出：必须把钢的淬透性和钢件在具体淬火条件下的有效淬硬深度区分开来。
钢的淬透性是钢材本身所固有的属性，它只取决于其本身的内部因素，而与外部因素无关；而钢的有效淬硬深度除取决于钢材的淬透性外，还与所采用的冷却介质、工件尺寸等外部因索有关，例如在同样奥氏体化的条件下，同一种钢的淬透性是相同的，但是水淬比油淬的有效淬硬深度大，小件比大件的有效淬硬深度大，这决不能说水淬比油淬的淬透性髙。
也不能说小件比大件的淬透性高。
金属学与热处理课后习题第十一章-参考答案
第十一章参考答案11-1试述影响材料强度的因素及提高强度的方法答：（1）影响材料强度的因素：化学成分、组织织构、加工工艺、形变温度、应变速率等。
以钢为例，合金元素的加入可能产生固溶强化、沉淀强化、细晶强化，对提高钢材的强度有利。
对于同一化学成分的合金而言，组织结构不同，其力学性能也不相同。
为了提高其强度，可通过改变热处理工艺或加工工艺来实现。
一般情况下，降低形变温度或提高应变速率，合金的强度会增大。
（2）提高材料强度的途径：加工硬化/形变强化、固溶强化、第二相强化（沉淀强化和弥散强化）、细晶强化/晶界强度（较低温度）。
11-2试述影响材料塑性的因素及提高塑性的方法答：（1）影响材料塑性的因素：化学成分、组织织构、加工工艺、形变温度、应变速率等。
杂质元素通常对塑性不利，合金元素的加入一般对提高材料的强度有贡献，在等强温度下，只有晶界强化可以提高强度的同时，提高其韧性，使材料获得细晶组织结构可提高其塑性。
一般而言，形变温度的降低或应变速率的提高对强度有利，而对提高塑性不利。
（2）提高材料塑性的途径：降低材料中杂质的含量、细化晶粒、加入韧化元素、加入细化晶粒元素、提高变形温度、降低应变速率。
11-4试就合金元素与碳的相互作用进行分类，指出1）哪些元素不形成碳化物？2）哪些元素为弱碳化物形成元素，性能特点如何？3）哪些元素为强碳化物形成元素，性能特点如何？4）何谓合金渗碳体，与渗碳体相比，其性能如何？答：1）非碳化物形成元素：Ni、Si、Co、Al、Cu等。
2）Mn为弱碳化物形成元素，除少量可溶于渗碳体中形成合金渗碳体外，几乎都溶于铁素体和奥氏体中。
3）Zr、Nb、V、Ti为强碳化物形成元素，与碳具有极强的亲和力，只要有足够的碳，就形成碳化物，仅在缺少碳的情况下，才以原子状态融入固溶体中。
4）合金元素溶入渗碳体中即为合金渗碳体，它是合金元素溶入渗碳体中并置换部分铁原子而形成的碳化物，合金渗碳体比一般渗碳体稳定，硬度高，可以提高耐磨性。
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第一节 感应加热表面淬火 (1)
第二节 火焰加热表面淬火 (2)
第三节 激光热处理 (3)
第十一章 钢的表面淬火
概念：表面淬火是采用快速加热的方法使工件表面奥氏体化，然后快冷获得表层淬火组织的一种热处理工艺。
关键：使零件表面迅速加热到淬火温度，当热量尚未充分传到工件内部时就急冷，使表面获得高硬度高耐磨性的马氏体组织，而心部仍是塑性韧性较好的调质或正火的原始组织。
预先热处理：工件表面淬火前要进行预先热处理(调质或正火)，以保证心部的性能要求和为表面淬火作好组织准备。
出现原因：很多承受弯曲、扭转、摩擦和冲击的零件，其表面要比心部承受更高的应力。
因此，要求零件表面应具有高的强度、硬度和耐磨性，而心部在保持一定强度、硬度的条件下，应具有足够的塑性和韧性。
显然，采用表面淬火的热处理工艺，能使工件达到这种表硬心韧的性能要求。
种类：表面淬火是表面强化的方法之一，由于其具有工艺简单、生产率高、热处理缺陷少等优点，因而在工业生产中获得了广泛的应用。
根据加热方法的不同，表面淬火可分为感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、电接触加热表面淬火、电解液加热表面淬火及激光加热表面淬火等。
其中应用最广泛的是感应加热与火焰加热表面淬火方法。
与化学热处理区别：钢的表面淬火是仅对钢件表层进行热处理以改变其组织和性能的工艺，不改变表面的化学成分，而是依靠表面加热淬火达到表面强化的目的。
第一节 感应加热表面淬火
一、感应加热的基本原理
利用电磁感应，使工件表面产生很高的感应电流，将工件表层迅速加热。
图11-1是感应加热表面淬火示意图。
将工件放入(用铜管制成的)感应圈内，向感应圈中通以一定频率的交流电，其周围即产生交变磁场，则工件(导体)会感应产生同频率的感应电流。
由于感应电流沿工件表面形成封闭回路，故通常称为涡流。
这是感应加热的主要热源。
涡流在工件中的分布是不均匀的，由表面到心部呈指数规律衰减。
因此，涡流主要集中在工件表层，内部电流密度几乎为零，这种现象称为集肤效应。
由于工件本身的阻抗使电能转变成热能而迅速加热表层，几秒钟内就可上升到800℃以上，而心部仍接近室温，当表层温度升高至淬火温度时，立即喷液冷却使工件表面淬火。
二、种类
感应电流透入工件表层的深度主要取决于电流频率，电流频率越高，电流透入深度越浅，则工件表层被加热的厚度越薄，即淬透深度越浅。
感应电流透入工件表层的深度δ(mm)与电流频率f(Hz)之间有如下关系：
)20( f
2020℃冷态=δ )(800 f 500
800℃热态=
δ δ800远大于δ20，这是因为钢被加热到磁性转变点以上温度时，失去磁性，磁导率急剧下降，导致电流透入深度急剧增加。
根据所用电流频率的不同，感应加热表面淬火可分为三类：
1、高频感应加热表面淬火 最常用电流频率为200~300kHz ，可获淬硬层深度为0.5~2.0mm ，主要适用于中、小模数齿轮及中、小尺寸轴类零
件。
2、中频感应加热表面淬火电流频率为500~10000Hz，最常用频率为1~8kHz。
可获得淬硬层深度为3~5mm。
主要用于曲轴、凸轮轴和大中模数齿轮。
3、工频感应加热表面淬火电流频率为50Hz，不需要变频设备。
可获得淬硬层深度为10~15mm适用于冷轧辊、火车车轮等。
三、特点
与普通加热淬火相比，感应加热表面淬火有以下主要特点：
1、感应加热速度极快，一般不进行加热保温，为保证奥氏体质量，感应加热表面淬火可采用较高的淬火加热温度，一般可比普通淬火温度高100~200℃。
2、由于感应加热速度极快，钢的奥氏体化温度明显升高，奥氏体化时间显著缩短，仅为几秒或十几秒。
3、感应加热表面淬火通常采用喷射介质冷却。
工件经表面淬火后，一般应在180~200℃进行回火，以降低残余应力和脆性。
4、由于感应加热时间短、过热度大，使奥氏体形核多，且不易长大，因此淬火后表面得到细小的隐晶马氏体，硬度比普通淬火高HRC2~3，韧性也明显提高。
5、表面淬火后，不仅工件表层强度高，而且由于马氏体转变产生的体积膨胀，在工件表面造成了有利的残余压应力，从而有效地提高了工件的疲劳强度并降低了缺口敏感性。
6、感应加热速度快、时间短，工件一般不会发生氧化和脱碳；同时由于心部未被加热，淬火变形小。
7、生产效率高，便于实现机械化和自动化；但因设备费用昂贵，不宜用于单件生产。
四、主要应用的钢种
主要适用于中碳和中碳低合金结构钢，如40、45、40Cr、40MnB等。
这类钢经表面淬火后，既可以保证工件表面的硬度、耐磨性和疲劳强度，又可以保证心部的强韧性。
通常，工件在表面淬火前都要进行一次调质处理或正火处理。
感应加热也可用于高碳工具钢和低合金工具钢的表面淬火。
第二节火焰加热表面淬火
一、概念
火焰加热表面淬火是用乙炔氧或煤气氧等混合气体的火焰直接加热工件表面，当达到奥氏体化要求时立即喷水冷却，以获得要求的表面硬度和淬硬深度的一种表面淬火方法。
图11-2是火焰加热表面淬火的示意图。
二、淬硬深度的改变
通过调节烧嘴与工件表面及喷水管间的距离，改变烧嘴与工件间的相对移动速度，可以获得不同深度的淬硬层。
火焰加热表面淬火的淬硬深度一般为2~6mm。
三、应用
火焰加热表面淬火常用于中碳钢和中碳低合金结构钢零件。
若含碳量过低，则淬火后硬度较低；若碳及合金元素的含量过高，则易在工件表面产生淬火裂纹。
火焰加热表面淬火法也可用于某些铸铁件的表面淬火。
四、与感应加热表面淬火的比较
火焰加热表面淬火具有设备简单、成本低、灵活性大等优点，可满足单件或小批量生产的大型零件局部表面淬火的需要。
但火焰加热表面淬火
较易引起过热，淬火质量难以控制，因此限制了它在机械制造工业中的广泛应用。
若能采用各种有效形式的火焰淬火机床，则可稳定并改善零件的火焰加热表面淬火质量。
第三节激光热处理
激光是一种亮度极高、单色性和方向性极强的光源。
利用激光加热金属表面进行热处理，始于70年代。
一、原理
激光由激光器产生，激光器主要由激活媒质、激发装置和光学谐振腔组成。
热处理用的激光源通常是CO2激光器。
作为激活媒质的受到外界激发后(光或电激发)，经过光学谐振形成光振荡形成激光。
当激光照射到金属表面时，将其能量传输给金属表面变成热能加热金属。
激光加热与一般加热方式不同，它是以激光束扫描的方式进行，通过控制扫描速度和功率密度则可控制工件表面温度和加热深度。
一般是当功率密度大时，加热时间短，淬硬层浅。
反之，则淬硬层深。
用激光加热表面时，为了使表面不受损伤(过热或烧伤)，表面温度一般不应超过1200℃，并规定最大淬硬层深度是从表面向内到900℃处。
激光具有较强的反射能力，吸收率仅为10%左右，为了提高表面吸收率，在激光热处理前需对零件表面进行黑化处理，如氧化、磷化、涂石墨等。
二、特点
加热速度极快，在十分之几秒到千分之几秒范围内就可使工件表面达到淬火温度，且不用淬火介质，靠自自冷淬火。
激光淬火能获得极细的马氏体组织，淬火应力及变形极小，且无污染，易实现自动化。
其缺点是激光器价格昂贵，生产成本高。
图11-1连续感应加热表面淬火示意图
图11-2 感应加热表面淬
火(一次加热淬火、同时加
热淬火)示意图
图11-3火焰加热表面淬火示意图。