金属热处理工艺学课后习题答案及资料精品文档5页

1.热处理工艺：通过加热，保温和冷却的方法使金属和合金内部组织结构发生变化，以获得工
件使用性能所要求的组织结构，这种技术称为热处理工艺。

2.热处理工艺的分类：
（1）普通热处理（退火、正火、回火、淬火）(2)化学热处理（3）表面热处理（3）复合热处理
3.由炉内热源把热量传给工件表面的过程，可以借辐射，对流，传导等方式实现，工件表面获
得热量以后向内部的传递过程，则靠热传导方式。

4.影响热处理工件加热的因素：（1）加热方式的影响，加热速度按随炉加热、预热加热、到温
入炉加热、高温入炉加热的方向依次增大；（2）加热介质及工件放置方式的影响：①加热介质的影响；②工件在炉内排布方式的影响直接影响热量传递的通道；③工件本身的影响：工件的几何形状、表面积与体积之比以及工件材料的物理性质等直接影响工件内部的热量传递及温度场。

5.金属和合金在不同介质中加热时常见的化学反应有氧化，脱碳；物理作用有脱气，合金元素
的蒸发等。

6.脱碳：钢在加热时不仅表面发生氧化，形成氧化铁，而且钢中的碳也会和气氛作用，使钢的
表面失去一部分碳，含碳量降低，这种现象称为脱碳
钢脱碳的过程和脱碳层的组织特点：
①钢件表面的碳与炉气发生化学反应（脱碳反应），形成含碳气体逸出表面，使表面碳浓
度降低②由于表面碳浓度的降低，工件表面与内部发生浓度差，从而发生内部的碳向表面扩散的过程。

半脱碳层组织特点;自表面到中心组织依次为珠光体加铁素体逐渐过渡到珠光体，再至相当于该钢件未脱碳时的退火组织。

(F+P—P+C—退火组织)
全脱碳层组织特点：表面为单一的铁素体区，向里为铁素体加珠光体逐渐过渡到相当于钢原始含碳量缓冷组织
在强氧化性气体中加热时，表面脱碳与表面氧化往往同时发生。

在一般情况下，表面脱碳现象比氧化现象更易发生，特别是含碳量高的钢。

7.碳势：即纯铁在一定温度下于加热炉气中加热时达到既不增碳也不脱碳并与炉气保持平衡时
表面的含碳量。

8.退火：将组织偏离平衡状态的金属或合金加热到适当的温度，保持一定时间，然后缓慢冷却
以达到接近平衡状态组织的热处理工艺称为退火。

退火的目的在于均匀化学成分，改善机械性能及工艺性能，消除或减少内应力，并为零件最终热处理准备合适的内部组织。

9.钢件退火工艺按加热温度分类：（1）在临界温度以上的退火，又称相变重结晶退火，包括完
全退火，不完全退火。

扩散退火和球化退火。

（2）在临界温度以下的退火，包括软化退火，再结晶退火及去应力退火。

按冷却方式可分为连续冷却退火及等温退火。

10.正火：是将钢材或钢件加热到Ac3(或Accm)以上适当温度，保温适当时间后在空气中冷却，
得到珠光体类组织的热处理工艺。

目的是获得一定的硬度，细化晶粒，并获得比较均匀的组织和性能。

11.扩散退火: 将金属铸锭，铸件或锻坯，在略低于固相线的温度下长期加热，消除或减少化学
成分偏析及显微组织（枝晶）的不均匀性，以达到均匀化目的的热处理工艺称为扩散退火，又称均匀化退火。

12.完全退火：将钢件或钢材加热到Ac3点以上，使之完全奥氏体化，然后缓慢冷却，获得接近
于平衡组织的热处理工艺称为完全退火。

13.不完全退火：将钢件加热到Ac1和Ac3之间，经保温并缓慢冷却，以获得接近平衡组织。

14.球化退火：使钢中的碳化物球状化，或获得“球状珠光体”退火工艺称为球化退火。

球化退
火的目的：①降低硬度，改善切削性能。

②获得均匀组织，改善热处理工艺性能③经淬火，回火后获得良好的综合机械性能。

15.各类铸件在机械加工前应进行消除应力处理。

一般正火加热温度为Ac1+(30-50℃)。

16.正火时应考虑的问题：（1）低碳钢正火的目的之一是为了提高切削性能（2）中碳钢的正火
应该根据钢的成分及工件尺寸来确定冷却方式（3）过共析钢正火，一般是为了消除网状碳化物，故加热时必须保证碳化物全部溶入奥氏体中（4）双重正火，有些铸件的过热组织或铸件粗大铸造组织，一次正火不能达到细化组织的目的，为此采用二次正火。

17.退火和正火的缺陷：过烧，黑脆，粗大魏氏组织（>Ac3加热，快冷或慢冷，严重时双重正
火），反常组织（重新退火），网状组织（重新正火），球化不均匀（正火和一次球化退火），
硬度过高（退火）。

18.淬火：把钢加热到临界点Ac1或Ac3以上，保温并随之以大于临界冷却速度冷却，以得到介
稳状态的马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺方法称为淬火。

目的:①提高工具，渗碳零件和其他高强度耐磨机器零件等的硬度，强度和耐磨性；②结构钢通过淬火和回火之后获得良好的综合机械性能；③改善钢的物理和化学性能。

19.实现淬火过程的必要条件：（1）加热温度必须高于临界点以上，以获得奥氏体组织（2）其
后的冷却速度必须大于临界冷却速度，而淬火得到的组织是马氏体或下贝氏体，（低碳钢水冷得到P，称水冷正火，高速钢空冷得到M,称淬火）
20.最常用的淬火介质是液态介质，液态淬火介质分成两类，有物态变化的和无物态变化的。

常
用淬火介质有水及其溶液，油，水油混合物以及低熔点熔盐。

21.在有物态变化的淬火介质中淬火冷却时，钢件冷却过程分为3个阶段：蒸气膜阶段，沸腾阶
段，对流阶段。

22.淬火介质的冷却能力最常用的表示方法使用淬火烈度H ，他实质上反映了该种淬火介质的
冷却能力。

23.钢的淬透性是指钢材被淬透的能力，或者说钢的淬透性是指表征钢材淬火时获得马氏体能力
的特性，主要取决于钢的临界淬火冷速的大小。

钢的淬硬性是指钢在理想条件下淬火所能达到的最高硬度来表征的材料特征，它主要与淬火加热时固溶于A中的碳含量有关。

可硬性指淬成M可能得到的硬度，主要和钢中含碳量有关。

24.影响钢的淬透性的因素：（1）钢的化学成分（除Ti,Zr,Co外，所有合金元素都提高钢的淬
透性）（2）奥氏体晶粒度（增大，增大）（3）奥氏体化温度（增大，晶粒增大，淬透性增大）（4）第二相的存在和分布（5）钢的原始组织，应变和外力场等对钢的淬透性也有影响。

25.在淬火冷却过程中可能产生两种内应力：一种是热应力，即工件在加热或冷却时，由于不同
部位的温度差异，导致热涨或冷缩的不一致所引起的应力，另一种是组织应力，即由于工件不同部位组织转变不同时性而引起的内应力。

26.影响淬火应力的因素：①含碳量的影响②合金元素的影响③工件尺寸的影响
27.淬火时，工件发生的变形有两类，一种是翘曲变形，一是体积变形。

28.工件淬火冷却时，如其瞬时内应力超过该时钢材的断裂强度，则将发生淬火裂缝。

①纵向裂
缝，②横向裂缝和弧形裂缝，③表面裂缝
29.淬火加热温度，主要根据钢的相变点来确定。

对亚共析钢，一般选用淬火加热温度为Ac3+
（30-50℃），过共析钢则为Ac1+（30-50℃）。

确定淬火加热温度时，尚应考虑工件的形状，尺寸，原始组织，加热速度，冷却介质和冷却方式等因素。

30.一般情况下把升温和保温两段时间通称为淬火加热时间。

31.分级淬火法：把工件由奥氏体化温度淬入高于该种钢马氏体开始转变温度的淬火介质中，在
其中冷却直至工件各部分温度达到淬火介质的温度，然后缓冷至室温，发生马氏体转变。

32.等温淬火法：工件淬火加热后，若长期保持在下贝氏体转变区的温度，使之完成奥氏体的等
温转变，获得下贝氏体组织，这种淬火称为等温淬火。

进行等温淬火的目的是为了获得变形少，硬度较高并兼有良好韧性的工件。

33.当钢全淬成马氏体再加热回火时，随着回火温度升高，按其内部组织结构变化，分四个阶段
进行：马氏体的分解，残余奥氏体的转变，碳化物的转变，相状态的变化及碳化物的聚集长大。

34.回火的目的是减少或消除淬火应力，提高韧性和塑性，获得硬度，强度，塑性和韧性的适当
配合，以满足不同工件的性能要求。

35.低温回火一般用于以下几种情况：（1）工具和量具的回火（2）精密量具和高精度配合的结
构零件在淬火后进行120-150℃（12h,甚至几十小时）回火。

（3）低碳马氏体的低温回火（4）渗碳钢淬火回火
36.中温回火得到回火屈氏体组织，主要用于处理弹簧钢
37.高温回火，这一温度区间回火的工件，常用的有如下几类：（1）调质处理。

即淬火加高温回
火，以获得回火索氏体组织。

这种处理称为调质处理，主要用于中碳碳素结构钢或低合金结构钢以获得良好的综合机械性能。

一般调质处理的回火温度选在600℃以上。

（2）二次硬化型钢的回火（3）高合金渗碳钢的回火。

38.钢件淬火时最常见的缺陷有淬火变形，开裂，氧化，脱碳，硬度不足或不均匀，表面腐蚀，
过烧，过热及其他按质量检查标准规定金相组织不合格。

39.39、常见的回火缺陷有硬度过高或过低，硬度不均匀，以及回火产生变形及脆性等。

40.40、表面淬火是指被处理工件在表面有限深度范围内加热至相变点以上，然后迅速冷却，在
工件表面一定深度范围内达到淬火目的的热处理工艺。

41.表面淬火的目的：在工件表面一定深度范围内获得马氏体组织，而其心部仍保持着表面淬火
前的组织状态（调质或正火状态），以获得表面层硬而耐磨，心部又有足够塑性，韧性的工件。

42.表面淬火的分类：（1）感应加热表面淬火（2）火焰淬火（3）电接触加热表面淬火（4）电
解液加热表面淬火（5）激光加热表面淬火（6）电子束加热表面淬火（7）等离子束加热表面淬火。

其他还有红外线聚焦加热表面淬火等一些表面淬火方法。

43.感应加热表面淬火是利用感应电流通过工件产生的热效应，使工件表面局部加热，继之快速
冷却，获得马氏体组织的工艺。

44.火焰淬火可用下列混合气体作为燃料：（1）煤气和氧气（2）天然气和氧气（3）丙烷和氧气
（4）乙炔和氧气。

不同混合气体所能达到的火焰温度不同，最高为氧乙炔焰，可达3100，最低为氧丙烷焰，可达2650，通常用氧乙炔焰，简称氧炔焰。

火焰分为焰心，还原区和全燃区，其中还原区温度最高，应尽量利用这个高温区加热工件。

45.化学热处理：金属制件放在一定的化学介质中，使其表面与介质相互作用，吸收其中某些化
学元素的原子或离子并通过加热，使该原子自表面向内部扩散的过程称为化学热处理。

化学热处理的结果是改变了金属表面的化学成分和性能。

简言之，所谓金属的化学热处理就是改变金属表面层的化学成分和性能的一种热处理工艺。

常见的化学热处理方法有渗碳，渗氮，碳氮共渗，渗硫等
46.一般固体表面对气相的吸附分成两类，即物理吸附和化学吸附。

在化学热处理时，有两种情
况，一种是被渗元素渗入很快，表面浓度很快达到界面反应平衡浓度，这时化学热处理过程主要取决于扩散过程，称为扩散控制型。

另一种是化学热处理过程中表面不能立即达到平衡浓度，此时渗层的增长速度取决于界面的反应速度和金属中该元素的扩散速度，这种化学热处理过程称为混合控制型的。

47.加速化学热处理过程的途径：（1）物理催渗法1.高温化学热处理2.高压或负压化学热处理
3.高频化学热处理
4.采用弹性振荡加速化学热处理（2）化学催渗法1.卤化物催碳法2.提
高渗剂活性的催渗方法。

48.钢的渗碳就是钢件在渗碳介质中加热和保温，使碳原子渗入表面，获得一定的表面含碳量和
一定碳浓度梯度的工艺。

渗碳的目的是使机器零件获得高的表面硬度，耐磨性及高的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度。

根据所用渗碳剂在渗碳过程中聚集状态的不同，渗碳方法可以分为固体渗碳法，液体渗碳法及气体渗碳法三种。

49.渗碳缺陷组织：黑色组织，反常组织，粗大网状碳化物组织，渗碳层深度不均匀，表层贫碳
或脱碳，表面腐蚀和氧化
50.氮化：向金属表面渗入氮元素的工艺称为渗氮，通常也称为氮化。

常见的渗氮缺陷有：变形，
脆性和渗氮层剥落，渗氮层硬度不足及软点，抗腐蚀渗氮后质量检查。

51.碳氮共渗：在钢的表面同时渗入碳和氮的化学热处理工艺称为碳氮共渗。

52.渗硼：将钢的表面渗入硼元素以获得铁的硼化物的工艺称为渗硼。

渗硼的目的能显著提高钢
件表面硬度和耐磨性，以及具有良好的红硬性及耐蚀性，故获得了很快的发展。

53.在机械零件设计时，除了考虑使所设计零件能满足服役条件外，还必须考虑通过何种工艺方
法才能制造出合乎需要的零件，以及他们的经济效果如何（即该零件的工艺性和经济性）。

54.齿轮钢: 齿轮钢是对可用于加工制造齿轮的钢材的统称。

一般有低碳钢如20#钢，低
碳合金钢如：20Cr、20CrMnTi等，中碳钢：35#钢、45#钢等，中碳合金钢：40Cr、42CrMo、35CrMo等，都可以称为齿轮钢。

这类钢材通常按照使用要求经过热处理之后都具备良好的强度、硬度、和韧性，或者是表面耐磨而心部有良好的韧性耐冲击。

淬透性是齿轮钢的重要性能指标之一，它主要是保证不同大小齿轮的心部硬度，且有利于控制齿轮热处理变形。

晶粒大小是齿轮钢的一项重要指标。

齿轮钢中细小均匀的奥氏体晶粒，淬火后得到细马氏体组织，明显改善齿轮的疲劳性能，同时减少齿轮热处理后的变形量。

55.常见热处理工艺，热处理缺陷和改善方法：
几种常见热处理工艺
A 正火：指将钢材或钢件加热到Ac3 或Acm（钢的上临界点温度）以上30～50℃，
保持适当时间后，在静止的空气中冷却（得到珠光体类组织）的热处理的工艺。

正火的
目的：主要是提高低碳钢的力学性能，改善切削加工性，细化晶粒，消除组织缺陷，为
后道热处理作好组织准备等。

（获得一定硬度，细化晶粒，并获得较均匀的组织和性能） B.退火：指金属材料（或合金）加热到适当的温度，保持一定的时间，然后缓慢冷却(以达到接近平衡状态组织)的热处理工艺。

常见的退火工艺有：软化退火，再结晶退火，去应力退火；球化退火，完全退火，不完全退火，扩散退火等。

退火的目的：主要是降低金属材料的硬度，提高塑性，以利切削加工或压力加工，减少残余应力，提高组织和成分的均匀化，或为后道热处理作好组织准备等。

（均匀化学成分，改善机械性能及工艺性能，消除或减少内应力，并为零件最终热处理准备合适的内部组织。

）
C.淬火：指将钢件加热到Ac3 或Ac1（钢的下临界点温度）以上某一温度，保持一定的时间，然后以适当的冷却速度，获得马氏体（或贝氏体）组织的热处理工艺。

常见的淬火工艺有盐浴淬火，马氏体分级淬火，贝氏体等温淬火，表面淬火和局部淬火等。

淬火的目的：使钢件获得所需的马氏体组织，提高工件的硬度，强度和耐磨性，为后道热处理作好组织准备等。

D.回火：将经过淬火的工件加热到临界点AC1以下的适当温度保持一定时间，随后用符合要求的方法冷却，以获得所需要的组织和性能的热处理工艺
E.固溶热处理：将合金加热至高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中，然后快速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺
F.时效：合金经固溶热处理或冷塑性形变后，在室温放置或稍高于室温保持时，其性能随时间而变化的现象。

G.时效处理：在强化相析出的温度加热并保温，使强化相沉淀析出，得以硬化，提高强度
H. 化学热处理：指金属或合金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。

常见的化学热处理工艺有：渗碳，渗氮，碳氮共渗，渗铝，渗硼等。

化学热处理的目的：主要是提高钢件表面的硬度，耐磨性，抗蚀性，抗疲劳强度和抗氧化性等。

I.调质处理：一般习惯将淬火加高温回火相结合的热处理称为调质处理。

调质处理广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。

调质处理后得到回火索氏体组织，它的机械性能均比相同硬度的正火索氏体组织为优。

它的硬度取决于高温回火温度并与钢的回火稳定性和工件截面尺寸有关，一般在HB200―350之间。

退火---淬火---回火
一．退火的种类
A. 完全退火和等温退火完全退火又称重结晶退火，一般简称为退火，这种退火主要用于亚共析成分的各种碳钢和合金钢的铸，锻件及热轧型材，有时也用于焊接结构。

一般常作为一些不重工件的最终热处理，或作为某些工件的预先热处理。

B. 球化退火球化退火主要用于过共析的碳钢及合金工具钢（如制造刃具，量具，模具所用的钢种）。

其主要目的在于降低硬度，改善切削加工性，并为以后淬火作好准备。

C.去应力退火去应力退火又称低温退火（或高温回火），这种退火主要用来消除铸件，锻件，焊接件，热轧件，冷拉件等的残余应力。

如果这些应力不予消除，将会引起钢件在一定时间以后，或在随后的切削加工过程中产生变形或裂纹。

二．淬火方法：
最常用的冷却介质是盐水，水和油。

盐水淬火的工件，容易得到高的硬度和光洁的表面，不容易产生淬不硬的软点，但却易使工件变形严重，甚至发生开裂。

而用油作淬火介质只适用于过冷奥氏体的稳定性比较大的一些合金钢或小尺寸的碳钢工件的淬火。

三．钢回火的目的
A.降低脆性，消除或减少内应力，钢件淬火后存在很大内应力和脆性，如不及时回火往往会使钢件发生变形甚至开裂。

B获得工件所要求的机械性能，工件经淬火后硬度高而脆性大，为了满足各种工件的不同性能的要求，可以通过适当回火的配合来调整硬度，减小脆性，得到所需要的韧性，塑性。

C稳定工件尺寸
D对于退火难以软化的某些合金钢，在淬火（或正火）后常采用高温回火，使钢中碳化物适当聚集，将硬度降低，以利切削加工
热处理缺陷及改善方法
一、过热现象
我们知道热处理过程中加热过热最易导致奥氏体晶粒的粗大，使零件的机械性能下降。

A.一般过热：加热温度过高或在高温下保温时间过长，引起奥氏体晶粒粗化称为过热。

粗大的奥氏体晶粒会导致钢的强韧性降低，脆性转变温度升高，增加淬火时的变形开裂倾向。

而导致过热的原因是炉温仪表失控或混料（常为不懂工艺发生的）。

过热组织可经退火、正火或多次高温回火后，在正常情况下重新奥氏化使晶粒细化。

B断口遗传：有过热组织的钢材，重新加热淬火后，虽能使奥氏体晶粒细化，但有时仍现粗大颗粒状断口。

产生断口遗传的理论争议较多，一般认为曾因加热温度过高而使MnS 之类的杂物溶入奥氏体并富集于晶接口，而冷却时这些夹杂物又会沿晶接口析出，受冲击时易沿粗大奥氏体晶界断裂。

C.粗大组织的遗传：有粗大马氏体、贝氏体、魏氏体组织的钢件重新奥氏化时，以慢速加热到常规的淬火温度，甚至再低一些，其奥氏体晶粒仍然是粗大的，这种现象称为组织遗传性。

要消除粗大组织的遗传性，可采用中间退火或多次高温回火处理。

二、过烧现象
加热温度过高，不仅引起奥氏体晶粒粗大，而且晶界局部出现氧化或熔化，导致晶界弱化，称为过烧。

钢过烧后性能严重恶化，淬火时形成龟裂。

过烧组织无法恢复，只
三、脱碳和氧化
钢在加热时，表层的碳与介质（或气氛）中的氧、氢、二氧化碳及水蒸气等发生反应，降低了表层碳浓度称为脱碳，脱碳钢淬火后表面硬度、疲劳强度及耐磨性降低，而且表面形成残余拉应力易形成表面网状裂纹。

加热时，钢表层的铁及合金与元素与介质（或气氛）中的氧、二氧化碳、水蒸气等发生反应生成氧化物膜的现象称为氧化。

高温（一般570度以上）工件氧化后尺寸精度和表面光亮度恶化，具有氧化膜的淬透性差的钢件易出现淬火软点。

为了防止氧化和减少脱碳的措施有：工件表面涂料，用不锈钢箔包装密封加热、采用盐浴炉加热、采用保护气氛加热（如净化后的惰性气体、控制炉内碳势）、火焰燃烧炉（使炉气呈还原性）
四、氢脆现象
高强度钢在富氢气氛中加热时出现塑性和韧性降低的现象称为氢脆。

出现氢脆的工件通过除氢处理（如回火、时效等）也能消除氢脆，采用真空、低氢气氛或惰性气氛加热可避免氢脆。