热处理部分析题及答案

热处理部分析题及答案
一、名词解释
1.热处理：热处理是将钢在固态下加热到预定的温度，并在该温度下保持一段时间，然后以一定的速度冷却下来的一种热加工工艺。

2.奥氏体化：钢加热获得奥氏体的转变过程
3.起始晶粒度：奥氏体形成刚结束，其晶粒边界刚刚相互接触时的晶粒大小。

4.本质晶粒度：根据标准试验方法(YB27—64)，经930℃±10℃，保温3~8 小时后测得奥氏体晶粒大小。

5.实际晶粒度：钢在某一具体加热条件下所获得的奥氏体晶粒大小。

6.过冷奥氏体：在临界转变温度以下存在但不稳定，将要发生转变的奥氏体。

7.退火：将钢加热到相变温度Ac1以上或以下，保温以后缓慢冷却（一般随炉冷却）以获得接近平衡状态是将钢件或钢材加热到Ac3以上20℃～30℃，经完全奥氏体化后进行随炉缓慢冷却，以获得近于平衡组织的热处理工艺。

组织的一种热处理工艺。

8.完全退火：将钢件或钢材加热到Ac3以上20℃～30℃，经完全奥氏体化后进行随炉缓慢冷却，以获得近于平衡组织的热处理工艺。

9.不完全退火：将钢件或钢材加热到Ac3以上20℃～30℃，经完全奥氏体化后进行随炉缓慢冷却，以获得近于平衡组织的热处理工艺。

10.扩散退火：将工件加热到略低于固相线的温度（亚共析钢通常为1050℃～1150℃），长时间（一般10～20小时）保温，然后随炉缓慢冷却到室温的热处理工艺。

11.正火：将钢材或钢件加热到临界温度以上，保温后空冷的热处理工艺。

12.淬火：将亚共析钢加热到Ac3以上，共析钢与过共析钢加热到Ac1以上（低于Accm）的温度，保温后以大于临界冷却速度Vk的速度快速冷却，使奥氏体转变为马氏体的热处理工艺。

13.钢的淬透性：指奥氏体化后的钢在淬火时获得马氏体的能力，其大小用钢在一定条件下淬火获得的淬透层深度来表示。

14.回火：淬火后再将工件加热到Ac1温度以下某一温度，保温后再冷却到室温的一种热处理工艺。

15.化学热处理：是将钢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面，改变其化学成分和组织，达到改进表面性能，满足技术要求的热处理过程。

16.表面淬火：仅对钢的表面加热、冷却而不改变成分的热处理淬火工艺。

17.HT100：抗拉强度不低于100MPa的灰铸铁。

18.QT450-10：抗拉强度不低于450MPa，伸长率不低于10%的球墨铸铁。

二、名词辨析
1.奥氏体的起始晶粒度、实际晶粒度与本质晶粒度；
答：奥氏体的起始晶粒度系指奥氏体化过程中，奥氏体转变刚完成时奥氏体晶粒的大小，是一理论值；奥氏体的实际晶粒度指的是在某一具体加热条件下所得到的奥氏体晶粒大小；而奥氏体的本质晶粒度则指在规定的加热条件下(930±10℃，3~8h)评定奥氏体晶粒长大倾向的标准。

2.奥氏体、过冷奥氏体与残余奥氏体
答：奥氏体是指在A1温度以上，处于稳定状态的奥氏体；过冷奥氏体是指处于A1温度以下存在时间很短暂、不稳定的奥氏体；而残余奥氏体(Ar)则指淬火后尚未转变，被迫保留下来的奥氏体。

3. 珠光体、索氏体与托氏体（屈氏体）
答：过冷奥氏体在A1-550℃温度范围内，所形成的粗片状（＞0.4μm）F、Fe3C相间分布的组织为珠光体；较细片状（0.4～0.2μm）的为索氏体；极细片状（＜0.2μm）的就为托氏体。

4. 片状珠光体与粒状珠光体答：片状珠光体组织系在铁素体基体上分布着片状渗碳体；而粒状珠光体则是在铁素体基体上分布着粒状渗碳体所获得的组织。

5.淬透性、淬硬性与淬透层深度
答：淬透性表示钢在一定条件下淬火时获得淬透层深度的能力，主要受奥氏体中的碳含量和合金元素的影响；淬硬性是指钢在淬火后所能达到的最高硬度值，主要取决于碳含量；而淬透层深度则指从钢件表面到半马氏体区的距离。

淬透性可用规定条件下所获得的淬透层深度来表示；但淬透层深度则除了和淬透性有关外，还与试样的尺寸，奥氏体化条件等有关。

三、下列说法对吗，为什么？
1.可锻铸铁能锻造；解：这种说法不对。

可锻铸铁一般不能锻造。

由于灰铸铁脆性大、塑性差，其塑性指标不能直接用ψ、δ表示，间接地用抗弯强度象征性地表示塑性。

而可锻铸铁的出现，明显地改善了塑性，可用伸长率表示塑性，所以称为可锻铸铁，可锻即延展性好。

2. 铸铁经过热处理，改变了基体和石墨形态，从而提高了性能；
解：这种说法不对。

因为热处理只能改变基体组织，并不能改变石墨的形态。

3 石墨化的第三个阶段最易进行。

不对。

因为石墨化的第三个阶段是完全固态转变，由于转变温度低，固态原子的扩散能力有限，所以石墨化的第三个阶段最难进行。

4. 共析钢加热为奥氏体，冷却时所形成的组织主要取决于钢的加热温度；
不对。

钢在冷却时得到何种组织，并非取决于加热温度，而主要取决于钢在冷却过程中的转变温度。

5. 低碳钢或高碳钢为便于进行机械加工，可预先进行球化退火；
高碳钢为便于进行机械加工可预先进行球化退火是正确的。

其目的有两个：一是为了降低硬度，改善切削加工工艺性能；二是为最终热处理淬火做好组织准备。

低碳钢进行球化退火就错了。

因其碳含量本身就低，再经球化退火其硬度更低，切削加工性就更差了，具体表现在粘刀、工件表面粗糙度差、刀具易磨损。

解决的方法是采用正火处理，提高硬度改善切削加工性能。

6. 钢的实际晶粒度主要取决于钢在加热后的冷却速度；
不对。

钢的实际晶粒度实质上指的是奥氏体的实际晶粒度，它除与钢的化学成分和原始组织有关外，主要取决于钢的加热温度和保温时间，而与随后的冷却速度无关。

7.过冷奥氏体的冷却速度越快，钢冷却后的硬度越高；
在一定前提条件下，这种说法正确。

但当冷却速度大于上临界冷速后，冷却速度再快，钢冷却后的硬度就不再提高，因此时组织不发生变化。

8. 钢中合金元素越多，则淬火后硬度越高；
不正确。

合金元素在钢中的作用，一是通过提高淬透性来提高其强度，二是形成合金化合物如碳化物等来提高合金的耐磨性。

而钢的硬度则主要取决于碳含量。

9. 同一钢材在相同的加热条件下，水淬比油淬的淬透性好，小件比大件的淬透性好。

不正确。

因淬透性是钢材本身固有的属性，钢材成分确定，其淬透性亦定，因此不能说水淬比油淬的淬透性好，小件比大件的淬透性好。

应改为; 同一钢材在相同的加热条件下，水淬比油淬所获得的淬透层深度深，小件比大件所获得的淬透层深度深。

四、判断题
１．亚共析钢加热至Ａc1和Ａc3之间将获得奥氏体＋铁素体二相组织，在此区间，奥氏体的含碳量总是大于钢的含碳量。

（∨）
２．所谓本质细晶粒钢，就是说它在任何加热条件下晶粒均不粗化。

（×）
３．马氏体是碳在α- Fe中的固溶体。

（×）
４．４０Cr钢的淬透性与淬硬性都比Ｔ10钢要高。

（×）
５．不论碳含量高低，马氏体的硬度都很高，脆性都很大。

（×）
６．因为过冷奥氏体的连续冷却曲线位于等温冷却转变曲线的右下方，所以连续冷却转变曲线的临界冷速比等温转变曲线的大。

（×）
７．为调整硬度，便于机械加工，低碳钢、中碳钢和低碳合金钢在锻造后应采用正火处理。

（×）
８．化学热处理既改变工件表面的化学成分，又改变其表面组织。

（∨）
９．渗碳后，由于工件表面含碳量提高，所以不需要淬火既可获得高硬度与耐磨性。

（×）
10. 所有的合金元素都阻碍奥氏体晶粒的长大。

（×）
11. Ｔ１２与２０ＣｒＭｎＴｉ相比，淬透性和淬硬性都较低。

（×）
五、填空题
１．碳钢马氏体组织形态主要有板条状、针状两种，其中板条M 强韧性较好。

2．按温度划分，淬火钢的回火可分为低温回火、中温回火和高温回火三类，但低温回火后组织为Ｍ
，性能是保持淬火钢的高硬度、高耐磨性。

回
3．淬火钢在回火时的组织转变过程是由马氏体的分解，残余奥氏体的分解，碳化物类型的转变及碳化物聚集长大与α相的回复再结晶等四个阶段组成。

4.只有在加热或冷却时发生溶解度显著变化或者发生类似纯铁的同素异构转变，即固态相变发生的合金才能进行热处理强化。

5.热处理通常由加热、保温和冷却三个阶段组成。

6.共析钢奥氏体的形成过程包括奥氏体形核、奥氏体晶核的长大、残余Fe3C溶解和奥氏体均匀化。

7.奥氏体和马氏体两相自由能之差达到相变所需的最小驱动力值对应的温度称为Ms点。

8.金相观察发现，20钢淬火后得到板条状马氏体，T10钢得到针状马氏体和残余奥氏体。

9..低碳钢淬火形成的马氏体容易产生自回火，松弛了淬火应力，所以具有较好的韧性。

10.奥氏体由于内部结构在外界条件的影响下发生了某种变化，使其向马氏体转变发生迟滞的现象称为奥氏体稳定化。

11．钢热处理确定其加热温度的依据是变化了的Fe-Fe
C相图，而确定过冷奥氏体冷却转
3
变产物的依据是ＴＴＴ和ＣＣＴ曲线。

12.贝氏体转变的动力学特征和产物的组织形态，兼有扩散型转变和非扩散型转变的特征，称为半扩散型相变。

13.退火是将钢加热到相变温度Ac1以上或以下，保温以后缓慢冷却（一般随炉冷却）以获得接近平衡状态组织的一种热处理工艺。

14．当钢中发生奥氏体向马氏体转变时，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。

15.完全退火是将钢件或钢材加热到Ac3以上20℃～30℃，经完全奥氏体化后进行随炉缓慢冷却，以获得近于平衡组织的热处理工艺。

16．在正常加热条件下，亚共析钢的“Ｃ”曲线随着含碳量增加向右移；过共析钢的“Ｃ”曲线随含碳量的增加向左移。

合金元素除钴以外都使“Ｃ”曲线向右移动，但必须使合金元素溶入奥氏体后方有这样作用。

17．不完全退火将钢加热到Ac1～Ac3(亚共析钢)或Ac1～Accm之间的双相区，保温后缓慢冷却的热处理工艺。

18.扩散退火是将工件加热到略低于固相线的温度，长时间（一般10～20小时）保温，然后随炉缓慢冷却到室温的热处理工艺。

19.将钢材或钢件加热到临界温度以上，保温后空冷的热处理工艺。

亚共析钢的正火加热温度为Ac3＋30℃～50℃；而过共析钢的正火加热温度则为Accm＋30℃～50℃。

20．共析钢加热时奥氏体形成是由奥氏体形核、奥氏体晶核长大、残余渗碳体溶解及奥氏体成分均匀化等四个基本过程所组成。

21.铝的晶体结构为面心立方结构，镁的晶体结构为密排立方结构
22.淬火是将亚共析钢加热到Ac3以上，共析钢与过共析钢加热到Ac1以上（低于Accm）的温度，保温后以大于临界冷却速度快速冷却，使奥氏体转变为马氏体的热处理工艺。

23．钢的淬硬性主要决定于马氏体的碳含量；钢的淬透性主要决定于合金元素含量。

24.钛合金按照退火组织可分为α、β、α＋β三种合金。

25. 图1中I属于不可热处理强化的铝合金、II属于热处理强化的铝合金、III属于铸
图1
造铝合金。

26.钢的淬透性指奥氏体化后的钢在淬火时获得马氏体的能力，其大小用钢在一定条件下淬火获得的淬透层深度来表示。

通常采用从淬火工件表面到半马氏体区距离作为淬透层深度。

27.回火是淬火后再将工件加热到Ac1温度以下某一温度，保温后再冷却到室温的一种热处理工艺。

28．淬火钢一般不在２５０～４００℃温度回火，是为了避免出现第一类回火脆性；而某些合金钢在４５０～６５０℃温度回火时，较快的冷却，目的是防止产生第二类回火脆性。

29.硅可改善压铸镁合金件的热稳定性能和抗蠕变性能，这是因为在晶界处可形成细小弥散的析出相Mg2Si 。

30化学热处理是将钢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面，改变其化学成分和组织，达到改进表面性能，满足技术要求的热处理过程。

31.表面淬火：仅对钢的表面加热、冷却而不改变成分的热处理淬火工艺。

32.化学热处理过程包括分解、吸收、扩散三个基本过程。

33.球化退火的主要目的是①降低硬度、改善切削加工性，②为最终热处理做好组织准备。

它主要适用于共析、过共析钢。

34.钛合金经过高温加热到β相区后进行淬火，β相稳定元素含量少时，转变阻力小，β相可由体心立方晶格直接转变为密排六方晶格，形成α′马氏体。

六、选择题
1.钢在淬火后所获得的马氏体组织的粗细主要取决于（ D）。

Ａ、奥氏体的本质晶粒度；B、加热前的原始组织；Ｃ、奥氏体的起始晶粒度；D、奥氏体的实际晶粒度。

2.影响钢的淬透性的决定性因素是（ B ）。

Ａ、工件尺寸的大小；Ｂ、钢的临界冷却速度；Ｃ、淬火介质冷却能力；Ｄ、钢的含碳量 .
3 ..AZ91属于（ C ）铸造镁合金
A、Mg-RE-Zr系
B、Mg-Zn-Zr系
C、Mg-Al-Zn系
D、Mg-Ag-RE系
4. ZCuZn40Mn3Fe1属于（ D ）。

A、变形黄铜
B、铸造青铜
C、变形青铜
D、铸造黄铜
5.调质处理后可获得综合力学性能好的组织是（D ）。

Ａ、回火马氏体；Ｂ、回火托氏体；Ｃ、索氏体；Ｄ、回火索氏体 .
6.过共析钢的正常淬火加热温度是（B ）。

Ａ、A
cm ＋(30－50℃)；Ｂ、A
c1
＋(30－50℃)；Ｃ、A
c3
＋(30－50℃)；Ｄ、A
c1
－(30
－50℃) .
7.共析钢加热为奥氏体后，冷却时所形成组织主要决定于（B ）。

Ａ、奥氏体的加热温度；Ｂ、奥氏体冷却时的转变温度；Ｃ、奥氏体在加热时的均匀化程度；Ｄ、奥氏体晶粒的大小
8.影响淬火后残余奥氏体量的主要因素是（A ）
Ａ、奥氏体含碳量；Ｂ、钢材本身含碳量；Ｃ、加热时保温时间的长短；Ｄ、加热速度
9.过共析钢正火的目的是（ D）。

Ａ、调整硬度，改善切削加工性；Ｂ、细化晶粒，为淬火作组织准备；
Ｃ、防止淬火变形与开裂； Ｄ、 消除网状二次渗碳体
10.直径为１０mm的４５钢棒，加热至８５０℃投入水中，其显微组织应为（C ）。

Ａ、M+B；Ｂ、M+F；Ｃ、M；Ｄ、M+P
11.YM5表示的是（ A ）
A、压铸镁合金
B、铸造镁合金
C、航空镁合金
D、变形镁合金
12.TC4是（D ）钛合金
A、工业纯钛
B、α B、β D、α＋β
八、画出共析碳钢过冷奥氏体连续冷却转变曲线，并注明其中各条线含义及各区域的组织。

解：共析碳钢的CCT曲线如图示。

线，共析线；
图中A
1
M
线系过冷奥氏体向马氏体转变S
的开始线；
P
线表示过冷奥氏体向珠光体转变的开始线；
S
表示过冷奥氏体向珠光体转变的终了线；
P
f
K（AB）线表示过冷奥氏体向珠光体转变的转变中止（暂停）线。

①区为稳定奥氏体区；②区为过冷奥氏体区；③区为过渡区（过冷A+P型组织）；④区为P
型组织；
⑤区为M+A
区域。

残余
九、在所绘出的连续冷却转变曲线上，示意地绘出共析钢退火、正火、单液淬火、双液淬火、分级淬火与等温淬火的冷却曲线，并标出所得组织。

解：上图中V
1、V
2
、V
4
分别为退火、正火、单液淬火的冷却曲线；
右图所示（2）、（3）、（4）分别为双液淬火、分
级淬火与等温淬火的冷却曲线。

V
1
冷速下，所得P组织；
V
2
冷速下，所得S组织；
V 4冷速下，所得M+A
残
组织；
（2）冷速下，所得M+A
残
组织；
（3）冷速下，所得M+A
残
组织；
（4）冷速下，所得B
下
组织。

十、有一个４５钢制的变速箱齿轮，其加工工序为：下料→锻造→正火→粗机加工→调质→精机加工→高频表面淬火＋低温回火→磨加工→成品，试说明其中各热处理工序的目的及使用状态下的组织。

答：正火：预先热处理，调整硬度，改善切削加工性；
调质：准备赋予齿轮心部良好的综合性能，同时也为表面淬火作组织准备； 高频表面淬火＋低温回火：最终热处理，赋予齿轮表面具有高硬度，高耐磨性，减少残余内应力。

使用态组织：表层Ｍ
回； 心部Ｓ
回。

十一、用１５钢制作一要求耐磨的小轴（直径２０mm），其工艺路线为：下料→锻造→正火→机加工→渗碳→淬火＋低温回火→磨加工。

说明热处理工序的目的及使用状态下的组织。

答：正火：预先热处理，提高硬度，改善切削加工性；
渗碳：化学热处理，使表层获得高Ｃ，为淬火作准备；
淬火＋低温回火：最终热处理，使轴表面具有高硬度、高耐磨性，而心部具有高的强韧性。

使用态组织：表层，Ｍ
＋粒状碳化物＋Ａr（少量）
回
＋Ｆ（少量）
心部，Ｍ
回
十二、指出共析碳钢加热时奥氏体形成的几个阶段。

解: 共析碳钢加热时奥氏体形成大致可分为4个阶段：奥氏体晶核的形成，奥氏体晶核的长大，残余渗碳体的溶解与奥氏体成分的均匀化。

十三、为什么说具有粗大或不均匀晶粒的锻件或铸件可以通过退火或正火使其晶粒细化？ 解:因为退火或正火是一重结晶过程，所以具有粗大或不均匀晶粒的锻件或铸件可以通过退火或正火工艺而重新加热奥氏体化，然后再以缓慢炉冷或在空气中冷却而重新获得细小晶粒的组织。

十四、Ｔ８（共析）钢在题图所示方法冷至室温后的转变组织为何？
答：
冷速①下最终获得组织为Ｐ；
冷速②下最终获得组织为Ｍ＋Ａ
；
R
＋Ｍ＋ＡR
冷速③下最终获得组织为Ｂ
下。

冷速④下最终获得组织为Ｍ＋Ａ
R
十五、指出下列钢件正火后的主要目的及正火后的组织：
1. ２０钢齿轮；
解: 正火的目的主要是为改善切削加工性，正火后的组织为F+S；
2. ４５钢小轴；
解:正火的目的改善切削加工性、均匀组织细化晶粒，正火后的组织为F+S；
3. Ｔ１２钢锉刀。

解:正火的目的主要是为了消除网状二次渗碳体，以利于球化退火，正火后的组织为伪共析S 组织。

十六、为什么用热处理方法强化球墨铸铁零件的效果比其他铸铁要更好些？ 答：在铸铁中，片状石墨对钢基体的割裂作用最严重，致使钢基体强度的利用率仅为30～50％；团絮状石墨对钢基体的割裂作用次之，使钢基体强度的利用率达40～70％；而当石墨呈球状分布时，对钢基体的割裂作用最小，使钢基体强度利用率可达７０～９０％，接近于钢基体，故用热处理方法强化球墨铸铁零件的效果比其他铸铁要更好些．
十八、以石墨的存在形态，可将铸铁分为几种？
解：以石墨的存在形态，可将铸铁分为灰铸铁，可锻铸铁，球磨铸铁和蠕磨铸铁等4种。

十九、分析影响石墨化的主要因素。

解：影响石墨化的因素主要有二个：化学成分和冷却速度。

碳是石墨来源，随含碳量增加，有利于石墨化；硅也是促进石墨化元素，由于硅与铁的亲合力大于碳与铁的亲合力，削弱了铁与碳的结合力而促进石墨化；锰溶于铁素体和渗碳体，起固定碳的作用，阻止石墨化；硫增强了铁与碳的结合力，也阻止石墨化；磷是促进石墨化
不太强烈的元素。

总之，一般碳化物形成元素都阻止石墨化的发生，非碳化物形成元素大都促进石墨化。

、
冷却速度愈大，原子扩散愈困难，则石墨化愈难以充分进行，易获得非稳定相；保温时间愈长，冷速愈慢，原子扩散愈充分，则愈易向稳定相转变，即有利石墨化过程。

二十、灰铸铁与白口铸铁在金相组织上有何区别？性能上有何不同？
解：灰铸铁与白口铸铁在金相组织上的区别在于灰铸铁中的碳以黑色粗大片状石墨形式存在，白口铸铁中的碳则全部以渗碳体形式存在，在共晶白口铁中渗碳体呈白色的基体，而在过共晶白口铁中一次渗碳体呈粗大白色条状。

由于石墨的存在，使得灰铸铁强度、硬度很低，同时塑韧性也差。

而白口铸铁中，由于渗碳体的存在，导致其呈现硬而脆的特性。

二十一、在铸铁的石墨化过程中，如果第一阶段都完全石墨化，第二阶段或完全石墨化，或部分石墨化，或未石墨化，问它们各得何种组织的铸铁？
解：在铸铁的石墨化过程中，如果第一阶段都完全石墨化，第二阶段完全石墨化，将得到F 基体的铸铁；若第二阶段石墨化未进行，将得到P基体的铸铁；若第二阶段石墨化部分进行，将得到F+P基体的铸铁。

二十四、.哪些元素能显著提高钢的淬透性？
答：凡是在钢中引起“c”曲线右移或左移的合金元素，都对淬适性有着极大的影响。

使“c”曲线右移的元素将提高钢的淬透性，如B、Mn、Mo、Cr、Si、Ni。