第6章_钢的表面热处理
第六章 热处理简答题
第六章钢的热处理1、什么是钢的热处理？钢的热处理的特点和目的是什么？答：钢的热处理是将固态金属或合金采用适当的方式进行加热、保温和冷却,以获得所需的组织结构和性能的工艺。
钢的热处理的特点是在固态下，通过加热、保温和冷却，来改变零件或毛坯的内部组织,而不改变其形状和尺寸的热加工工艺.钢的热处理的目的是改善零件或毛坯的使用性能及工艺性能.2、从相图上看，怎样的合金才能通过热处理强化?答：通过热处理能强化的材料必须是加热和冷却过程中组织结构能够发生变化的材料，通常是指:（1)有固态相变的材料;(2）经受冷加工使组织结构处于热力学不稳定状态的材料；(3）表面能被活性介质的原子渗入.从而改变表面化学成分的材料.3、什么是退火？其目的是什么？答：退火是将金属或合金加热到适当温度,保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。
其目的可概括为“四化”,即软化(降低硬度适应切削加工和冷冲压要求）；均匀化(消除偏析使成分和组织均匀化)；稳定化（消除内应力、稳定组织保证零件的形状和尺寸）；细化（细化晶粒、提高力学性能）。
4、亚共析钢热处理时,快速加热可显著提高屈服强度和冲击韧性，为什么？答: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。
5、热轧空冷的45钢在正常加热超过临界点A c3后再冷却下来,组织为什么能细化？答:热轧空冷的45钢室温组织为F+P，碳化物弥散度较大,重新加热超过临界点A c3后,奥氏体形核率大,起始晶粒细小，冷却后的组织可获得细化。
7、确定下列钢件的退火方法，并指出退火的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；(2）ZG35的铸造齿轮；（3)改善T12钢的切削加工性能; (4）锻造过热的60钢坯.答:（1)再结晶退火,消除加工硬化及内应力，退火组织为P+F.（2)去应力退火，消除铸造内应力，组织为P+F。
机械工程材料习题答案
第六章 钢的热处理
2、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？
答： wC0.45%碳钢属于低碳钢，室温平衡组织为F+P，其中F和P相对含量分别为：
wF%0.77 0. 77 0.4542%
硬因度此和，伸该长碳率钢等的性硬能度指为标：符合加w合P法%则。 00..747558%
伸长率为：
H 4 5H PV P % H FV F % 1 8 0 5 8 % 8 4 2 % 1 0 4 .4 3 .3 6 1 0 7 .7 6
增加，材料硬度增加、塑性下降，强度在~ wC0.90% 时最高，之后下降。
因此，Rm（ σb）： wC0.20%< wC1.20%< wC0.77% HBW： wC0.20%< wC0.77%< wC1.20% A： wC1.20%< wC0.77%< wC0.20%
4、计算碳含量为wC0.20%的碳钢的在室温时珠光体和铁素体的相对含量。
B 将（ α+β ）II 视为一种组织构成项：
WαI=
W（α+β）II=
61.9-30 61.9-19 30-19 61.9-19
=74.36% =25.64%
WαI= W（α+β）II=
61.9-30 61.9-19 30-19 61.9-19
=74.36% =25.64%
则在（ α+β ）II中含有多少α和多少β相？
2、试述固溶强化、加工硬化和弥散强化的强化原理，并说明三者的区别。
答： 固溶强化：溶质原子溶入后，要引起溶剂金属的晶格产生畸变，进而位错运动时受到阻力增大。 弥散强化：金属化合物本身有很高的硬度，因此合金中以固溶体为基体再有适量的金属间化合物均 匀细小弥散分布时，会提高合金的强度、硬度及耐磨性。这种用金属间化合物来强化合金的方式为 弥散强化。 加工强化：通过产生塑性变形来增大位错密度，从而增大位错运动阻力，引起塑性变形抗力的增加， 提高合金的强度和硬度。 区别：固溶强化和弥散强化都是利用合金的组成相来强化合金，固溶强化是通过产生晶格畸变，使 位错运动阻力增大来强化合金；弥散强化是利用金属化合物本身的高强度和硬度来强化合金；而加 工强化是通过力的作用产生塑性变形，增大位错密度以增大位错运动阻力来强化合金；三者相比， 通过固溶强化得到的强度、硬度最低，但塑性、韧性最好，加工强化得到的强度、硬度最高，但塑 韧性最差，弥散强化介于两者之间。
钢的热处理
第六章（钢的热处理）测试题一.一. 填空题：1．钢的热处理是通过钢在固态下的________、________和______________ ,使其获得所需的________ 与________的一种工艺方法.2.45钢在室温时的组织为__________________ ,当加热到A c1线时, _________转变为________,温度继续升高,________不断转变为_________,直至Ac3线以上,才全部转变成单相的奥氏体组织.3.奥氏体转变为马氏体需很大的过冷度,其冷却速度应大于________________,而且必须过冷到____________温度下.4.马氏体的转变温度范围为_________,其显微组织同含碳量有关.含碳量高的马氏体呈___________ 针状,含碳量低马氏体呈______状.5.常用的退火方法有_____、______和__________等。
6．亚共析钢的淬火加热温度为______以上30~50℃，加热后得_____________组织，快速成冷却后得____________组织，过共析钢的淬火加热温度为_____以上30~50℃，加热后得_______________组织，快速冷却后得到________________________组织。
7．淬火钢在回火时的组织转变可分为__________、______________ 、______________、_______________四个阶段。
8．化学热处理是通过_____________、___________和__________三个基本过程完成的。
9．根据回火温度的不同，回火可分为____________、______________和___________三类，回火后得到的组织分别是_______________、_______________和__________________。
第6章 钢的热处理
保温
普通热处理
退火、正火、淬火、回火。
表面淬火
表面热处理
时间
化学热处理
预备热处理、最终热处理 毛坯成型 → 预备热处理 → 机械加工（粗加工）→ 最终热处理 → 精加工
5 状态图中三条重要线及加热和冷却速度对线的位置的影响
A3 A1 0 0.77 2.11 4.3 6.69
硬度650HB，塑性和韧性差
原因：碳过饱和程度大，晶格畸变大，
淬火内应力大，存在显微裂纹，
容易导致脆性断裂的出现，微 细孪晶存在破坏了滑移系使脆 性增大，塑性和韧性差。
孪晶M
M的硬度主要取决于含碳量
M 转变是在 Ms ～ Mf 进行。
残余A量随含碳量的增多而增多，即C↑ → A残↑
（三）影响C曲线的因素
1 碳的影响
亚共析钢和过共析钢C曲线上部
多出一条先共析相析出线。
A过转变前，亚共析钢析出F，过共析钢析出Fe3C 剩下的Ａ过达到共析成分，再发生Ｐ类型转变。
共析钢C曲线最靠右，所以：共析钢A过最稳定。
亚共析钢随含碳量↑， C曲线向右移， A过稳定性↑。
过共析钢随含碳量↑， C曲线向左移， A过稳定性↓。
A+F F+P
A + Fe3CⅡ P+ Fe3CⅡ
2 冷却介质的选择
保证有足够的冷却速度V冷＞Vk；
V冷↑→ 热应力和组织应力↑ 650 ℃～ 400℃： V冷要快
650℃ 550℃ 400℃
vk
常用淬火介质：水、盐水、矿物油
水：在650℃～400℃冷速很大，对A稳定性较小的碳钢非常有利。 但300 ℃～200 ℃冷速仍很大，组织应力大，易变形和开裂。 盐水：由于NaCl晶体在工件表面析出和爆破，破坏包围在工件表面的 蒸 汽膜，使冷速加快，而且可以破坏加热产生的氧化皮，使其 剥落。盐水淬火容易得到高硬度和光洁表面。但300 ℃～200 ℃ 冷速仍很大，组织应力大，易变形和开裂。 适用于形状简单、硬度要求高、表面要求光洁、变形要求不严格 的碳钢零件，如：螺钉、销钉、垫圈等。 矿物油：冷却能力弱：650℃～550℃，18℃水的冷却强度为1， 则50℃
第六章钢热处理分析
第六章钢的热处理、名词解释1热处理： _______________________________________________________________ 2等温转变： _____________________________________________________________ 3连续冷却转变： _________________________________________________________ 4马氏体： _______________________________________________________________ 5退火： _________________________________________________________________ 6正火： _________________________________________________________________ 7淬火： _________________________________________________________________ 8回火： _________________________________________________________________ 9表面热处理： ___________________________________________________________ 10渗碳：________________________________________________________________二、填空题1、整体热处理分为________ 、____________ 、 _________ 、和___________ 等。
2、根据加热方法的不同，表面淬火方法主要有____________________ 表面淬火、_________________ 表面淬火、______________ 表面淬火、 _______ 表面淬火等。
钢的热处理 西北工业大学 第6章 钢的过冷奥氏体转变图
合金元素的综合作用
多元适量→右移显著 或改变C曲线形状 使C曲线向左或向右移 使C曲线P、B线分开
3、A化条件
温度高、时间长→右移 有第二相存在→左移 对B线影响小
4、塑性变形
在A稳定和亚稳定区域→塑性变形→C、 Fe扩散快→ P线左移 高温区的A稳定区→塑性变形→A晶粒破 碎→B线右移 低温区的A亚稳定区→塑性变形→大量位 错→ B线左移
第六章 钢的过冷奥氏体转变图
转变图
关于转变产物与温度、时间三者之间关系、 规律的图形
意义
制订工艺 选择材料 预测性能
§1等温转变动力学曲线
一、测图方法 1、金相法 原理
一组试样A化后冷却到T1温度等温 停留不同时间t1、t2…… 随即淬火固定高温未转变的A组织(即淬成M的地方) 金相观察确定T1温度转变开始和结束对应的时间 把两个时间标在温度-时间坐标图上 取另一组试样，重复上面的实验， 得到T2……温度转 变开始和结束对应的数据点 分别连接转变开始和结束点
作业
P164：2、4、6
§2 过冷奥氏体连续冷却转变曲线
一、测图方法 1、金相法+硬度法
一组试样A化后以V1速度冷却，分别在T1、 T2……不同温度下淬火（固定未转变的组织） 金相观察哪个温度下淬火出现非M，由此确定 转变开始和结束对应的温度 由以上两个温度与V1相交的点确定转变开始和 结束的时间 取另一组试样，重复以上实验，得到V2……其 它冷却速度下的转变开始和结束的数据点 作图连接相同性质的点
2、端淬法 标样→冷却→测量各点的冷却速度→绘冷却曲线 试样→测以上各点不同冷却时间的组织转变情况 （先喷水冷却τ1，然后整体冷却→ 金相观察是 否转变，如转变，把特征点标在对应的冷却曲线 上） 其它试样重复上述试验 绘图 3、膨胀法） A化→测量不同冷却介质下转变开始、结束的 时间→图
第六章 钢的热处理
第一节 概述
热处理的概念
热处理是将固态金属 或合金在一定介质中加 或合金在一定介质中加 保温和冷却， 热、保温和冷却，以改 变材料整体或表面组织， 变材料整体或表面组织， 从而获得所需性能的工 艺。 热处理工序 预备热处理—为随后的加工（冷拔、冲压、切削） 预备热处理 为随后的加工（冷拔、冲压、切削）或进一步 为随后的加工 热处理作准备的热处理。 热处理作准备的热处理。 最终热处理—赋予工件所要求的使用性能的热处理 最终热处理 赋予工件所要求的使用性能的热处理. 赋予工件所要求的使用性能的热处理
残余Fe3C溶解
4. 奥氏体成分均匀化
延长保温时间， 延长保温时间，让碳原子 充分扩散， 充分扩散，才能使奥氏体 的含碳量处处均匀。 的含碳量处处均匀。
A 均匀化
第二节 钢在加热时的转变 共析钢奥氏体化过程
第二节 钢在加热时的转变
（二）亚共析钢和过共析钢的奥氏体形成过程
亚共析钢和过共析钢与共析钢的区别是有先共析 亚共析钢和过共析钢与共析钢的区别是有先共析 其奥氏体的形成过程是先完成珠光体向奥氏体的 相。其奥氏体的形成过程是先完成珠光体向奥氏体的 转变，然后再进行先共析相的溶解 这个P→A 先共析相的溶解。 P→A的转变 转变，然后再进行先共析相的溶解。这个P→A的转变 过程同共析钢相同，也是经过前面的四个阶段。 过程同共析钢相同，也是经过前面的四个阶段。 对于亚共析钢，平衡组织F+P，当加热到AC1以上温 对于亚共析钢，平衡组织F+P，当加热到A 亚共析钢 F+P 度时，P→A， 的升温过程中，先共析的F 度时，P→A，在AC1～AC3的升温过程中，先共析的F逐 渐溶入A 渐溶入A， 对于过共析钢，平衡组织是Fe +P，当加热到A 对于过共析钢，平衡组织是Fe3CⅡ+P，当加热到AC1 共析钢 以上时，P→A， 的升温过程中， 以上时，P→A，在AC1～ACCM的升温过程中，二次渗碳体 逐步溶入奥氏体中。 逐步溶入奥氏体中。
工程材料练习题钢的热处理练习题
第六章钢的热处理练习题一、填空题1．钢加热时奥氏体形成是由（）、（）、（）和（）四个基本过程所组成。
2．在过冷奥氏体等温转变产物中，珠光体与屈氏体的主要相同点是（ ) ，不同点是（）。
3．用光学显微镜观察，上贝氏体的组织特征呈（）状，而下贝氏体则呈（）状。
4．与共析钢相比，非共析钢C 曲线的特征是（）。
5．马氏体的显微组织形态主要有（）、（）两种，其中（）的韧性较好。
6．钢的淬透性越高，则其C 曲线的位置越（），说明临界冷却速度越（）。
7．钢的热处理工艺是由（）、（）、（）三个阶段组成。
一般来讲，它不改变被处理工件的（），但却改变其（）。
8．利用Fe-Fe3C 相图确定钢完全退火的正常温度范围是（），它只适应于（）钢。
9．球化退火的主要目的是（），它主要适用于（）。
10．钢的正常淬火温度范围，对亚共析钢是（），对过共析钢是（）。
11．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( )，转变后的残余奥氏体量就越（）。
12．在正常淬火温度下，碳素钢中共析钢的临界冷却速度比亚共析钢和过共析钢的临界冷却速度都（）。
13．钢热处理确定其加热温度的依据是（），而确定过冷奥氏体冷却转变产物的依据是（）。
14．淬火钢进行回火的目的是（），回火温度越高，钢的硬度越（）。
15．钢在回火时的组织转变过程是由（）、（）、（）和（）四个阶段所组成。
16．化学热处理的基本过程包括（）、（）和（）三个阶段。
17．索氏体和回火索氏体在形态上的区别是（），在性能上的区别是（）。
18．参考铁碳合金相图，将45 号钢及T10 钢（已经过退火处理）的小试样经850 ℃ 加热后水冷、850 ℃ 加热后空冷、760 ℃ 加热后水冷、720 ℃ 加热后水冷等处理，把处理后的组织填入表3 -3 -1 。
二、不定项选择题1．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 d．奥氏体的最终晶粒度2．奥氏体向珠光体的转变是（）。
钢的热处理原理和工艺
A1—Ac1—Ar1
Acm —Accm —Arcm
钢在加热和冷却时的临界温度
2.奥氏体的形成（以共析钢为例）
(1)奥氏体晶核的形成； (2)奥氏体晶核的长大；
（基本过程）
(3)残余渗碳体的溶解；
(4)奥氏体成分的均匀化。
共析钢中奥氏体形成过程示意图
a)形核；b)长大；c)残余渗碳体溶解；d)奥氏体均匀化
铁素体+渗碳体
组织特征：
铁素体 ——长成针片状，互不平行，有一定角度，形成分枝； 渗碳体 ——呈粒状或细小短条状分布在铁素体片内。
a）形成温度范围
350℃ ~ Ms
b）组织——下贝氏体（B下）
形态呈黑色针叶状
C）性能
硬度可达45 ~ 55HRC 具有较高的强度及
下贝氏体组织 630 ×
良好的塑性和韧性。
奥
4秒
氏
体
6秒
形
成
示
8秒
意
图
15秒
对于亚共析钢、过共析钢的奥氏体ห้องสมุดไป่ตู้过程： 1.亚共析钢：
F+P→F+A→A 2.过共析钢：
Fe3C + P → Fe3C + A → A
3.奥氏体晶粒的长大 晶粒的长大主要是依靠较大晶粒吞并较小
晶粒和晶界迁移的方式进行的。
晶粒的吞并与长大过程 为了防止晶粒长的粗大，严格控制加热温度和保温时间。
一、表面淬火 1.定义
是将钢件的表面层淬透到一定的深度，而心部仍 保持未淬火前状态的一种局部淬火方法。 2.方法（快速加热）
火焰加热、感应加热、电接触加热、激光加热等 表面淬火方法。 目前生产上最常用是：
材料学习题第6章-钢的热处理
第四章钢的热处理一、名词概念解释1、再结晶、重结晶2、起始晶粒度、实际晶粒度、本质晶粒度3、奥氏体、过冷奥氏体、残余奥氏体4、珠光体、索氏体、屈氏体、贝氏体、马氏体5、临界冷却速度6、退火、正火、淬火、回火7、调质处理8、淬透性、淬硬性二、思考题1、何谓热处理? 热处理有哪些基本类型? 举例说明热处理与你所学专业有何联系?2、加热时, 共析钢奥氏体的形成经历哪几个基本过程? 而亚共析钢和过共析钢奥氏体形成有什么主要特点?3、奥氏体形成速度受哪些因素影响?4、如何控制奥氏体晶粒大小?5、珠光体、贝氏体、马氏体组织各有哪几种基本类型? 它们在形成条件、组织形态和性能方面有何特点?6、何谓淬火临界冷却速度VK ? VK的大小受什么因素影响? 它与钢的淬透性有何关系?7、试述退火、正火、淬火、回火的目的, 熟悉它们在零件加工工艺路线中的位置。
8、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?9、常用的淬火方法有哪几种? 说明它们的主要特点及应用范围。
10、常用的淬火冷却介质有哪些? 说明其冷却特性、优缺点及应用范围。
11、为什么工件经淬火后往往会产生变形, 有的甚至开裂? 减少变形及防止开裂有哪些途径?12、常用的回火操作有哪几种? 指出各种回火操作得到的组织、性能及其应用范围。
三、填空题1、钢的热处理是通过钢在固态下＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿的操作来改变其＿＿＿＿＿＿＿, 从而获得所需性能的一种工艺。
2、钢在加热时P A的转变过程伴随着铁原子的＿＿＿＿＿＿, 因而是属于＿＿＿＿＿型相变。
3、加热时, 奥氏体的形成速度主要受到＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿＿＿＿的影响。
4、在钢的奥氏体化过程中, 钢的含碳量越高, 奥氏体化的速度越＿＿＿＿＿, 钢中含有合金元素时, 奥氏体化的温度要＿＿＿＿＿一些, 时间要＿＿＿＿＿一些。
5、珠光体、索氏体、屈氏体均属层片状的＿＿＿＿＿和＿＿＿＿的机械混合物, 其差别仅在于＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
金属工艺第5-7章答案
作业第六章钢的热处理一、名词解释1、钢的热处理—是采用适当的方式对金属材料或工件进行加热、保温和冷却，以获得预期的组织结构与性能的工艺。
2、等温冷却转变—工件奥氏体化后，冷却到临界点以下的某一温度区间等温保持时，过冷奥氏体发生的相变。
3、连续冷却转变—工件奥氏体化后，以不同冷速连续冷却时过冷奥氏体发生的相变。
4、马氏体—碳或合金元素在α—Fe中的过饱和固溶体。
5、退火—将工件加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。
6、正火—工件加热奥氏体化后在空气中冷却的热处理工艺。
7、淬火—工件加热奥氏体化后，以适当方式冷却获得马氏体或（和）贝氏体组织的热处理工艺。
8、回火—工件淬硬后，加热到Ac1以下的某一温度，保持一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。
9、表面热处理—为了改变工件表面的组织和性能，仅对其表面进行热处理的工艺。
10、真空热处理—在低于一个大气压（10-1～10-3Pa）的环境中加热的热处理工艺。
11、渗碳—为了提高工件表面碳的质量分数，并在其中形成一定的碳含量梯度，将工件在渗碳介质中加热、保温，使碳原子渗入的化学热处理工艺。
12、渗氮—在一定温度下，与一定介质中，使氮原子渗入工件表面的化学热处理工艺。
二、填空题1、整体热处理分为退火、正火、淬火和回火等。
2、表面淬火的方法有感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、接触电阻加热表面淬火、电解液表面淬火等。
3、化学热处理包括渗碳、渗氮、碳氮共渗和渗硼等。
4、热处理工艺过程由加热、保温和冷却三个阶段组成。
5、共析钢在等温转变过程中，其高温转变产物有： P(珠光体) 、 S(索氏体) 和 T(托氏体) 。
6、贝氏体分上贝氏体和下贝氏体两种。
7、淬火方法有：单液淬火、双液淬火、马氏体分级淬火和贝氏体等温淬火等。
8、常用的退火方法有：完全退火、球化退火和去应力退火等。
9、常用的冷却介质有油、水、空气等。
10、常见的淬火缺陷有过热与过烧、氧化与脱碳、硬度不足与软点、变形与开裂等11、感应加热表面淬火，按电流频率的不同，可分为高频感应加热、中频感应加热和工频感应加热三种。
第六章 模具材料和热处理技术
3．冷拔模具与成型模具钢性能的要求
成型模具的主要失效形式是磨损，而拉拔模具 除了严重的磨损以外，还会产生胶合现象。 拉拔模的性能要求主要是具有较高的耐磨性， 凸模硬度一般要求是58～62HRC，凹模硬度要求是 62～64HRC，并且还要求具有良好的抗咬合性。成 型模具的耐磨性要求比较低， 通常凸模的硬度为 54～58HRC，凹模的硬度为56～60HRC，但要求韧 性较高。
（2）硬质合金模具材料的种类 普通硬质合金包括YG8、YG15、YG20、 YG25等。钢结硬质合金包括GT23、TLMW50、 DT等。我国生产的钢结硬质合金的热处理规范如 表6-2所示。
6.3 热作模具材料及热处理
热作模具主要用于热变形加工和压力铸 造的模具。热作模具在工作中承受着很大的 冲击力，模腔和高温金属接触后，模具本身 温度达300℃～400℃，局部可达500℃～ 700℃，有的甚至达到1 000℃左右，还要经 受反复的加热和冷却。在时冷时热状态下， 容易使模具的工作表面产生热疲劳裂纹，另 外炽热金属被强制变形时，与模具型腔表面 摩擦，模具极易磨损并且硬度降低。
（2）高强度高耐磨冷作模具钢的种类 包括W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、 W12Mo3Cr4V3N等高速钢。 （3）高强度高耐磨冷作模具钢的实例 例1：W18Cr4V钢 例2：W6Mo5Cr4V2钢
5．高强韧性冷作模具钢及热处理
（1）高强韧性冷作模具钢的性能 高强韧性冷作模具钢的强度、韧性、冲击疲劳 断裂抗力，均优于高速钢或高碳高铬钢，而抗压性 和耐磨性稍逊于前者。使用寿命比高速钢或高碳高 铬钢大幅提高。
6.1.3 模具材料的分类
6.1.4 模具材料的发展趋势
① 由于压力加工工艺迅速发展，新工艺不断 出现，对模具材料的性能要求也越来越高。 ② 模具热处理新技术，特别是表面强化处理 工艺发展很快，在模具中广泛应用。 ③ 根据生产发展需要和本国资源情况，模具钢 号不断筛选精简、补充更新。 ④ 当前模具材料以工具钢为主，也使用高强 度结构钢、粉末冶金材料、有色金属和塑料等。
热处理第6章 钢的过冷奥氏体转变图-40
将A1(或A3)至Ms点的温度范围划分成一定数量的等温 温度间隔，每一等温温度使用一个试样。测定时，将
试样加热奥氏体化，随后迅速转入预先控制好的等温
炉中，作等温停留，由膨胀仪自动记录出等温转变时
所引起的膨胀效应与时间的关系曲线。
冷却收缩
转变结束 转变过程
孕育期
转变开始
图6.4 等温转变时膨胀－时间曲线
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优点：试样少、测试时间短和易于确定各转 变产物达到一定百分数时所需的时间。
缺点：不能测出过共析钢的先共析产物的析 出线和亚共析钢珠光体转变的开始线。
原因—渗碳体的居里点为230oC，在高于该温 度析出时无磁性表现；而铁素体与珠光体都 具有铁磁性，使两者在转变过程中无法区分。
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降低珠光体和贝氏体转变速度，同时 使珠光体转变C曲线移向高温和贝氏体转变 C曲线移向低温。当钢中合金元素含量较高 时，将出现双C曲线的特征。
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Cr 的 影 响 。 Cr 显 著提高过冷奥氏体 的稳定性，使转变 孕育期延长；铬含 量超过3％，两曲线 完全分离；铬对贝 氏体转变的推迟作 用大于对珠光体转 变的推迟作用。当 Cr 含 量 相 近 时 ， 碳 含量高的其孕育期 将更长一些。
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3. 塑性变形 原因：由于中温形变时将
原在化上无氏于因奥亚破体形论：氏结坏亚变在由体构了于晶，晶稳可高高粒这粒定促温温中在取区使(形 产 一 向指)碳变生定的下奥时多程延和对氏将边度续铁奥体原氏稳在而奥有子体定奥促氏利的进氏进体于区扩体碳中贝行)还中原一氏散塑形 子定体是，性成扩的的低因形大散应形温量力核，而变(位状，加指将，错态从之加奥由 性速，珠使光贝氏体体的转转变变时铁，素使形而成加珠速光了转体变的过孕程。育期缩 体减短的慢；共转格变成过长程受。到阻碍而
作业答案
E=
= L
L
带入弹性模量110000MPa，L=2m， △L=3.2mm，计算得：δ =176MPa
5. 零件设计时，是选取δ0.2（δS）还是选取δb，应以什么情况 为依据？
a，机械零件在使用时，一般不允许发生塑性变形，所以屈服强度是 大多数机械零件设计时选材的主要依据，也是评定金属材料承载能力 的重要力学性能指标； b，抗拉强度测量方便，如果单从保证零件不产生断裂的安全角度考 虑，可用作设计依据，但所取的安全系数应该大一点。
2.试述加工硬化对金属材料的强化作用，这些变化有何实际 意义？试举一些有用的例子和有害的例子来说明其利弊。 产生原因是，金属在塑性变形时，晶粒发生滑移，出 现位错的缠结，使晶粒拉长、破碎和纤维化，金属内部产 生了残余应力等。 加工硬化给金属件的进一步加工带来困难。如在冷轧 钢板的过程中会愈轧愈硬以致轧不动，因而需在加工过程 中安排中间退火，通过加热消除其加工硬化。又如在切削 加工中使工件表层脆而硬，从而加速刀具磨损、增大切削 力等。但有利的一面是，它可提高金属的强度、硬度和耐 磨性，特别是对于那些不能以热处理方法提高强度的纯金 属和某些合金尤为重要。如冷拉高强度钢丝和冷卷弹簧等， 就是利用冷加工变形来提高其强度和弹性极限。又如坦克 和拖拉机的履带、破碎机的颚板以及铁路的道岔等也是利 用加工硬化来提高其硬度和耐磨性的。
材料 结合键 性能
金属材料
陶瓷材料 高分子材料
金属键
离子键和共价键 共价键、氢键和分子键
良好的导电导热性，延展性
高熔点，高硬度，脆性大 粘接性、绝缘性、膨胀性和稳定性
3.简述金属常见的三种晶体结构的基本特点。
晶格类型
bcc fcc hcp
形状
立方体 立方体 正六面柱体
第6章 金属热处理及表面处理技术
• （1）奥氏体形核 奥氏体晶核首先在铁素体相界面处形成。 • （2）奥氏体长大 形成的奥氏体晶核依靠铁、碳原子的扩散，
同时向铁素体和渗碳体两个方向长大，直至铁素体消失。 • （3）残余渗碳体溶解 在奥氏体形成过程中，铁素体首先消失，
残余的渗碳体随着加热和保温时间的延长，不断溶入奥氏体， 直到全部消失。 • （4）奥氏体成分的均匀化 刚形成的奥氏体，其中的碳浓度是 不均匀的，在原渗碳体处含碳量较高，而原铁素体处含碳量较 低，只有在继续加热保温过程中，通过碳原子的扩散，才能使 奥氏体中的含碳量趋于均匀，形成成分较为均匀的奥氏体。
第6章 金属热处理及 表面处理技术
6.1概述
• 随着科学技术和生产技术的发展，对钢铁材料的性能也提 出了越来越高的要求，改善钢材的性能，有两个主要途径：
一个是加入合金元素，调整钢的化学成分，即合金化的方 法；另一个则通过钢的热处理，调整钢材内部组织的方法。
• 所谓钢的热处理，就是通过加热、保温和冷却，使钢材内 部的组织结构发生变化，从而获得所需性能的一种工艺方 法。
• 从上述分析可以看出，零件加热后进行适当的保温是很有 必要的。其目的是：能使零件在保温过程中彻底完成相变； 为了得到成分较为均匀的奥氏体组织。
• 亚共析钢和共析钢的奥氏体化过程与共析钢相似，不同的 是，在室温下它们的平衡组织中除珠光体外，还有先共析 相存在，当它们被加热到Ac1以上时，首先是其中的珠光 体转变为奥氏体（这一过程与共析钢相同），而此时还有 先共析相（铁素体或渗碳体）存在，要得到单一的奥氏体， 必须提高加热温度，对亚共析钢来说，加热温度超过Ac3 后，先共析铁素体才逐渐转变为奥氏体；对过共析钢来说， 加热温度超过Arcm后，先共析渗碳体才会全部溶解到奥 氏体中去。因此，亚共析钢和过共析钢在上、下临界点之 间加热时，其组织应该是奥氏体和先共析相组成的两相组 织，这种加热方法称为两相区加热或“不完全奥氏体化”， 它常在过共析钢的加热中使用。
第六章 钢的热处理
第六章钢的热处理一、解释下列名词1、奥氏体、过冷奥氏体、残余奥氏体2、珠光体、索氏体、屈氏体、贝氏体、马氏体3、临界冷却速度4、退火、正火、淬火、回火、冷处理、时效5、调质处理6、淬透性、淬硬性7、回火马氏体、回火索氏体、回火屈氏体8、第一类回火脆性、第二类回火脆性10、表面淬火、化学热处理二、填空题1、钢的热处理是通过钢在固态下、和的操作来改变其，从而获得所需性能的一种工艺。
2、钢在加热时P→A 的转变过程伴随着铁原子的，因而是属于型相变。
3、钢加热时的各临界温度分别用、和表示；冷却时的各临界温度分别用、和表示。
4、加热时，奥氏体的形成速度主要受到、、和的影响。
5、在钢的奥氏体化过程中，钢的含碳量越高，奥氏体化的速度越，钢中含有合金元素时，奥氏体化的温度要一些，时间要一些。
6、一般结构钢的A晶粒度分为级, 级最粗，级最细。
按930℃加热保温 3～8h 后，晶粒度在级的钢称为本质粗晶粒钢，级的钢称为本质细晶粒钢。
7、珠光体、索氏体、屈氏体均属层片状的和的机械混合物，其差别仅在于。
8、对于成分相同的钢，粒状珠光体的硬度、强度比片状珠光体，但塑性、韧性较。
9、影响C曲线的因素主要是和。
10、根据共析钢相变过程中原子的扩散情况，珠光体转变属转变，贝氏体转变属转变，马氏体转变属转变。
11、马氏体的组织形态主要有两种基本类型，一种为马氏体，是由含碳量的母相奥氏体形成，其亚结构是；另一种为马氏体，是由含碳量的母相奥氏体形成，其亚结构是。
12、上贝氏体的渗碳体分布在，而下贝氏体的渗碳体较细小，且分布在，所以就强韧性而言，B下比B上。
13、钢的 C 曲线图实际上是图，也称图，而CCT曲线则为。
14、过冷奥氏体转变成马氏体，仅仅是的改变，而没有改变，所以马氏体是碳在α-Fe 中的。
15、其他条件相同时，A中的C% 愈高，A→M的Ms温度愈，A 量也愈。
16、马氏体晶格的正方度( c/a )表示了，c/a的值随而增大。
金属材料与热处理-答案
《金属材料与热处理》考试大纲（第四学期）注：X：重点；Y：次重点；Z：非重点。
《金属材料与热处理》试卷分值明细表（第四学期）一、填空（将正确答案填在横线上）每格1分。
11AX2 零件图是表述零件的结零件图是表述零件的结零件图是表述零件的结零件图是表述11AX2 1、金属的力学性能包括、、、工地及疲劳强度等。
11AX2 1、金属的力学性能包括强度、塑性、硬度、冲击韧性及疲劳强度等。
11AX1 2、变形一般分为弹性变形和塑性变形两种。
11AX2 3、强度是指金属材料在静载荷的作用下，抵抗塑性变形或断裂的能力。
11AX1 4、衡量金属材料强度的高低（或大小）的常用指标有屈服点或规定残余伸长应力和抗拉强度。
11AX1 5. 如果零件工作时所受的应力低于材料的屈服点或规定残余伸长应力则不会产生过量的塑性变形。
11AX2 6、断裂前金属材料产生永久变形的能力，称为塑性。
金属材料的伸长率和断面收缩率的数值越大，表示材料的塑性越好。
11AX2 7、材料抵抗硬的物体压入自己的表面的能力称为硬度。
常用测定金属材料硬度的方法有布氏硬度试验法、洛氏硬度试验法和维氏硬度试验法。
11AX2 8、45HRC表示用C标尺测定的洛氏硬度值为45。
11AX1 9、金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力，称为冲击韧性。
51CX2 1、碳素钢是含碳量小于2.11%而且不含有特意加入合金元素的铁碳合金。
50AX1 2、碳素钢中除铁、碳外，还常有硅、锰、硫.磷等元素。
其中硅、锰是有益元素，硫、磷是有害元素。
52AX2 3、含碳量小于或等于0.25%的碳钢为低碳钢，含碳量为0.25%~0.60% 的碳钢为中碳钢，含碳量大于或等于0.60% 的碳钢为高碳钢。
53AX2 4、45钢按用途分类属于结构钢，按质量分类属于优质钢，按含碳量分类属于中碳钢。
53AX2 5、T12A钢按用途分类属于工具钢，按含碳量分类属于高碳钢，按质量分类属于高级优质钢。
第六章 钢的奥氏体转变图
●亚共析钢和过共析钢的 C曲线（图 4）
图4 亚共析钢、共析钢及过共析钢的C曲线比较
四. IT图的应用 1.是制定钢材热处理工艺规范的基本依据之一：
①大致估计出工件在某种冷却介质中冷却得到的组织； ②制定等温淬火和分散淬火的工艺； ③估计钢接受淬火的能力。 2 实际热处理中采用连续冷却，其转变规律与等温冷却有 相当大的差异。 因此，IT图只能对连续冷却的热处理工艺提供定性数据， 它的直接应用受到很大的限制。
Fe、C原子扩散速度的制约。
2）过冷A在不同温度范围内的转变产物各不相同 从图6-1可见有三个相变区域: P相变区、B相变区和M
相变区。以T8钢为例，同温度的转变产物如图 2所示：
图2 T8钢 过冷 奥氏 体等 温转 变图
①P转变区域（高温转变） 从A1～550℃范围内，A等温分解为片状F＋片状
五.过冷奥氏体连续转变图
IT图的主要反映了过冷A等温转变的规律，主要用于
研究相变机理、
组织形态等。在一般热处理生产中，多为连续冷却，
所以难以直接应用，CCT图（连续转变图，Continuous、
Cooling、Fransformation）能比较接近实际热处理冷却
条件，应用更方便有效。
（一）共析碳钢的连续冷却转变图 (图6)
图1 共析碳钢IT 曲线测试示意图
图1 共析碳钢IT 图
二、过冷A等温转变图的基本形式
1. 结构: 1）A1是临界点； 2）转变开始线左方是过冷 A区； 3）转变结束线右方是转变结束区（ P或B）； 4）两线之间是转变过渡区：
A→P转变的 A＋P区； A→B转变的 A＋B区。
5）水平线 Ms为马氏体转变开始温度， 其下方为马氏体转变区。这是一幅比 较简单的过冷 A等温转变图。
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• 定义：仅对工件表层进行热处理以改变其 组织和性能的工艺称为表面热处理。 • 分类： 表面淬火和化学热处理
• 目的： 生产中常常 采用表面热处理的 方法，以达到强化 工件表面的目的。 • 应用： 1.某些在冲击载荷、 交变载荷及摩擦条 件下工作的机械零 件，如主轴、齿轮、 曲轴等，
2.某些工作表面要承受较高的应力，要 求工件的这些表面层具有高的硬度、 耐磨性及疲劳强度，而工件的心部要 求具有足够的塑性和韧性。
6.7.1 钢的表面淬火 • 定义：将工件的表层迅速加热到淬火温度进 行淬火的工艺方法称为表面淬火(surface hardening)。 • 性能：工件经表面淬火后，表层得到马氏体 组织，具有高的硬度和耐磨性，而心部仍为 淬火前的组织，具有足够的强度和韧性。 • 分类：感应加热表面淬火、火焰加热表面淬 火、激光加热表面淬火、电接触加热表面淬 火
（3）渗碳后的组织
• 成分：工件经渗碳后，含碳量从表面到心 部逐步减少，表面碳的质量分数可达 0.80%～1.05%，而心部仍为原来的低碳成 分。 • 组织：若工件渗碳后缓慢冷却，从表面到 心部的组织为珠光体+网状二次渗碳体、珠 光体、珠光体+铁素体
（4）渗碳后的热处理 工件渗碳后的热 处理工艺通常为淬火及低温回火。
• 气体渗氮：在专门的氮化炉中进行，是利用氨在 500～600℃的温度下分解，产生活性氮原子，分 解反应如下： 2NH3→3H2+2［N］ • 分解出的活性氮原子被工件表面吸收并向内层扩 散，形成一定深度的渗氮层。
（3）渗氮的特点与应用
• 特点： 渗氮后工件无需淬火便具有高的硬度、耐 磨性和热硬性，良好的抗蚀性和高的疲劳强度， 渗氮温度低，工件的变形小。 • 缺点：渗氮的生产周期长。一般要得到0.3～ 0.5mm的渗氮层，气体渗氮时间约需30～50小时， 成本较高；渗氮层薄而脆，不能承受冲击。 • 应用：要求表面高硬度，耐磨、耐蚀、耐高温的 精密零件，如精密机床主轴、丝杆、镗杆、阀门 等。
（1）渗氮用钢
• 对于以提高耐蚀性为主的渗氮，可选用优质碳素 结构钢，如20、30、40钢等； • 对于以提高疲劳强度为主的渗氮，可选用一般合 金结构钢，如40Cr、42CrMo等； • 对于以提高耐磨性为主的渗氮，一般选用渗氮专 用钢38CrMoAlA。
（2）渗氮方法 常用的渗氮方法有气体 渗氮和离子渗氮等
5 喷丸强化技术的应用（1） 汽车板簧喷丸强化处理后可延长寿命5倍。
渗碳齿轮喷丸处理后可提高使用寿命4倍。
20CrMnTi 钢渗碳淬火回火后进行喷丸处理，残余 压应力为－ 880Mpa ，寿命从 55 万次提高到 150 ～ 180 万次； 40CrNiMo 钢调质后再经喷丸处理，残余压应力为 －880MPa，寿命从4.6×105次提高到1.04×107次以上； 铝合金 LD2 ，经喷丸处理后，寿命从 1.1×106 次提 高到1×108次以上。
2．火焰加热表面淬火
• 定义：火焰加热表面淬火是采用氧-乙炔(或其它 可燃气体)火焰，喷射在工件的表面上，使其快速 加热，当达到淬火温度时立即喷水冷却，从而获 得预期的硬度和有效淬硬层深度的一种表面淬火 方法 。
• 应用：
中碳钢（如35、40、45钢等）和中碳低合金钢 （如40Cr、45Cr等）。 ② 还可用于对铸铁件（如灰铸铁、合金铸铁等） 进行表面淬火。 ③ 适用于单件或小批量生产的大型工件，以及需 要局部淬火的工具或工件，如大型轴类、大模 数齿轮、锤子等。
• 由于感应电流的集肤效应(电流集中分布在工件表 面)和热效应，使工件表层迅速加热到淬火温度， 而心部则仍处于相变点温度以下，随即快速冷却， 从而达到表面淬火的目的。
•
分类及应用：高频感应加热、中频感应加 热和工频感应加热 ① 高频感应加热表面淬火：常用频率为 200～300kHz，淬硬层深度.2 钢的化学热处理 • 定义：化学热处理（chemico-thermal
treatment）是将工件置于一定温度的活性介质中 保温，使一种或几种元素渗入它的表层，以改变 其化学成分、组织和性能的热处理工艺。
• 方法分类：渗碳、渗氮、碳氮共渗以及渗金属
等。
• 三个基本过程
（1）分解 化学介质在一定的温度下发生分解， 产生能够渗入工件表面的活性原子。 （2）吸收 吸收就是活性原子进入工件表面溶于 铁形成固溶体或形成化合物。 （3）扩散 渗入的活性原子由表面向中心扩散， 形成一定厚度的扩散层。
喷丸强化对表面形貌和性能的影响（2）
（2）硬化层的深度：
弹丸越硬或弹丸动能越大， 硬化层越深，硬化效果越好。
喷丸强化对表面形貌和性能的影响（3） （3）疲劳强度：喷丸后在金属表层生成数百兆帕的 残余压应力，有利于提高金属的疲劳强度。
表 6—6 不同弹丸材料对残余应力的影响 弹丸材料 弹丸直径 残余应力／Mpa ／mm 表面 剥层(0.09mm) 剥层(0.12mm) 0.5~1.0 500 900 325 铸钢丸 0.5~1.0 500 1100 400 切割钢丸 0.5~1.0 600 1150 550 铸铁丸 1000 陶瓷丸 片状
适用：中、小模数的齿轮及中、小尺寸的轴类 零件的表面淬火
② 中频感应加热表面淬火:常用频率为
2500～8000Hz，淬硬层深度为2～10mm。
• 适用：较大尺寸的轴类零件和大模数齿轮的表 面淬火；
③ 工频感应加热表面淬火:电流频率为50Hz，
淬硬层深度为10～20mm。
• 适用：较大直径 机械零件的表面淬火，如轧辊、 火车车轮等。
•
①
热处理后的组织：
表层组织为回火马氏体和细粒状碳化物，表 面硬度可高达58～64HRC； ② 心部组织 常为为低碳马氏体或珠光体+铁素体 组织，硬度较低，
2．钢的渗氮
• 定义：渗氮也称氮化，是在一定温度下 使 活性氮原子渗入工件表面（得AlN、CrN、 MoN、VN、TiN）的化学热处理工艺。 • 渗氮的目的：提高工件的表面硬度、耐磨 性以及疲劳强度和耐蚀性。
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。
4 喷丸强化对表面形貌和性能的影响（1） （1）喷丸增加金属表面的粗糙度。
表 6－2 弹丸直径对表面粗糙度的影响 弹丸粒度 弹丸名义直径/mm 表面粗糙度 Ra/μ m 0.2 4.4 ~ 5.5 S—70 0.3 6.0 ~ 7.0 S—110 0.6 7.0 ~ 8.5 S—230 0.8 8.0 ~ 10.0 S—330
1．感应加热表面淬火
• 定义：利用感应电流通过 工件所产生的热效应，使 工件表面迅速加热并进行 快速冷却的淬火工艺称为 感应加热表面淬火。 （1）感应加热表面淬火的基 本原理 工件放入用空心 紫铜管绕成的感应器内， 给感应器通入一定频率的 交流电，周围便存在同频 率的交变磁场，于是在工 件内部产生同频率的感应 电流(涡流)。
（2）感应加热表面淬火的特点与应用 • 优点： ① 与普通加热淬火相比，感应加热表面淬火加热速 度快，加热时间短； ② 淬火质量好，淬火后晶粒细小，表面硬度比普通 淬火高，淬硬层深度易于控制； ③ 劳动条件好，生产率高，适于大批量生产。 • 缺点：感应加热设备较昂贵，调整、维修比较困 难，对于形状复杂的机械零件，其感应圈不易制 造，且不适合于单件生产。 • 应用：碳的质量分数为0.4%～0.5%的碳素钢与 合金钢 ，如45钢、40Cr等。也可以用于高碳工 具钢、低合金工具钢以及铸铁等材料。
适合处理形状简单、批量 较大的工件。
喷丸强化方法
（2） 压缩空气式：利用压缩空气将弹丸喷向工件， 弹丸的飞行速度取决于压缩空气的压力。喷丸有干喷 和湿喷两种。
吸入式喷砂枪
3 喷丸材料
常用弹丸材料有铸铁、不锈钢、钢丝、玻璃、 陶瓷等，选择时主要考虑被处理工件材料的硬度、 表面粗糙度、强化深度、残余应力等。
第七节 一、 喷丸强化技术
表面形变强化技术
1 喷丸强化技术原理
小弹丸高速射向金属工件表面， 使金属表层发生塑性变形并产生大 量的位错和较大的残余压应力，从 而提高金属表面的硬度、强度、抗 疲劳强度和抗应力腐蚀能力。 喷丸强化层深度一般在0.1~0.8mm之间。
2 喷丸强化方法
（1） 叶轮抛丸式：利用高速 旋转的叶轮产生的离心力将弹 丸高速射向工件。
1．钢的渗碳 • 定义：渗碳(carburizing)是为了增加钢件表层
的含碳量和一定的碳浓度梯度，将钢件在渗碳介 质中加热并保温使碳原子渗入表层的化学热处理 工艺。
• 渗碳目的：提高工件表面的碳成分，以便热处
理淬火后获得硬度、耐磨性及疲劳强度，并使其心 部保持良好的塑性和韧性。
（1）渗碳用钢 为0.1%～0.25%的低碳钢和 低碳合金钢。 （2）渗碳方法 分为固体渗碳、液体渗碳和 气体渗碳三种。
• 气体渗碳： 工件在气体渗碳介质中 进行渗碳的工艺。
加热温度： 900～950℃ ② 设备： 密封的渗碳炉内，温度测控设备 ③ 渗碳剂：滴入煤油、丙酮或甲醇。 ④ 机理：渗碳剂在高温下分解，产生的活性碳原 子渗入工件表面并向内部扩散（每小时0.10～ 0.15mm）形成渗碳层
①
• 固体渗碳方法： 把工件和固体渗碳剂装入 渗碳箱中，用盖子和耐火泥封好后，送入 炉中加热到900～950℃，保温一定的时间 后出炉，零件便获得了一定厚度的渗碳层。 • 固体渗碳剂：由一定粒度的木炭和少量的 碳酸盐（BaCO3或Na2CO3）混合组成。 木炭提供渗碳所需要的活性碳原子，碳酸 盐只起催化作用。