热处理复习题

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复习题

1.用T12钢(锻后缓冷)做一切削工具,工艺过程为:正火→球化退火→机加工成形→淬火→低温回火。各热处理工艺的目的是什么?得到什么组织?各种组织具有什么性能。

正火:消除网状的二次渗碳体,同时改善锻造组织、消除锻造应力,得到片状的珠光体,片状的珠光体硬度较高,塑性韧性较差。

球化退火:将片状的珠光体变成粒状珠光体,降低硬度,便于机械加工;

组织为粒状珠光体,这种组织塑性韧性较好,强度硬度较低。

淬火:提高硬度、强度和耐磨性;组织为马氏体+粒状碳化物+残余奥氏体;这种组织具有高强度高硬度,塑性韧性差。

低温回火:减少或消除淬火应力,提高塑形和韧性;组织为回火马氏体+粒状碳化物+残余奥氏体。回火组织有一定的塑性韧性,强度、硬度高,耐磨性高。

2.

用T10A钢制造小尺寸手工丝锥,刃部硬度要求59~62HRC,柄部硬度要求30~45HRC。

其工艺路线如下:下料→热处理①→切削加工→热处理②、③→柄部热处理④→切削加工

指出其工艺过程路线中应选用的热处理方法及目的,并说明刃部、柄部的最终热处理组织。

答:

热处理①:球化退火。其目的为:降低硬度,改善切削性能,并为淬火作组织准备。组织:球状P

热处理②:淬火。其目的为:获得M。组织:M + 碳化物+ 残余A。

热处理③:低温回火。其目的为:消除淬火应力及脆性,得到高的硬度和耐磨性

组织:针状回火M + 粒状碳化物+ 少量残余A。

热处理④为高温回火。其目的为:保证柄部具有良好的综合机械性能。组织:回火S

3.机床床头箱传动齿轮,45钢,模锻制坯。要求齿部表面硬度52~56HRC,齿轮心部应具有良好的综合机械性能。其工艺路线为:下料→锻造→热处理①→机械粗加工→热处理②→机械精加工→齿部表面热处理③+低温回火→精磨。指出热处理①、②、③的名称及作用

热处理①:正火。消除锻造应力;调整锻后的硬度,改善切削加工性能; 细化晶粒,为淬火作好组织准备。组织:S

热处理②:调质(或淬火加高温回火)。获得良好的综合机械性能。组织:回火S

热处理③:齿部表面淬火。获得M。

4. 汽车半轴要求具有良好的强韧性,且杆部、花键处硬度要求≥52HRC。现选用40Cr钢制造,其工艺路线如下:下料(棒料)→锻造毛坯→热处理①→校直→粗加工→热处理②→精加工→热处理③、④→磨削。指出其工艺过程路线中应选用的热处理方法及目的,并说明杆部、花键处的最终热处理组织。答:

热处理①:正火。其目的为:消除锻造应力;调整锻后的硬度,改善切削性能;细化晶粒,为淬火作好组织准备。

热处理②:调质。其目的为:获得良好的强韧性,即良好综合力学性能。

热处理③:表面淬火。其目的是:获得M,提高杆部、花键处表面硬度。

热处理④:低温回火。其目的为:消除表面淬火应力及脆性,得到高的硬度和耐磨性,表层为回火M,心部为索氏体(S)

5. 轴承外套材料GCr15钢,技术要求为:HRC60;显微组织,隐晶,细小针状马氏体,均匀分布细小碳化物及少量残余奥氏体;脱碳层深度<0.08mm;淬火、回火后进行磁粉探伤检查不允许有裂纹。

加工工艺流程:下料(热轧未退火圆钢)→锻造成型→热处理1→球化退火→车削加工→热处理2→粗磨→补加回火→细磨→精研→成品。

写出热处理1和热处理2的工艺。

1)正火

轴承外套锻造成型后,抽验金相组织,若发现组织中存在粗大碳化物,退火前需先采用保护气氛箱式炉进行正火,正火温度为950~980℃,保温时间45min,随后出炉吹风冷却(冷速不得小于40-50℃/min)。

2)淬火和回火

经切削加工的轴承外套,淬火、回火工艺曲线如图,加热温度840±10℃,加热时间(箱式炉)为40-60min(总加热时间),在油中淬火。

淬火时零件应在冷却液中上下窜动以防止产生软点。淬火冷却后,用

3%-5%(质量分数)的碳酸钠水溶液清洗,并立即进行回火,回火温度

150-170℃,保温3h。

6. 论述钢材在热处理过程中出现脆化现象的主要原因及解决方法。

答:①过共析钢奥氏体化后冷却速度较慢出现网状二次渗碳体时,使钢的脆性增加,脆性的网状二次渗碳体在空间上把塑性相分割开,使其变形能力无从发挥。解决方法,重新加热正火,增加冷却速度,抑制脆性相的析出。

②淬火马氏体在低温回火时会出现第一类回火脆性,高温回火时有第二类

回火脆性,第一类回火脆性不可避免,第二类回火脆性,可重新加热到原来的回火温度,然后快冷恢复韧性。

③工件等温淬火时出现上贝氏体时韧性降低,重新奥氏体化后降低等温温

度得到下贝氏体可以解解。

④奥氏体化温度过高,晶粒粗大韧性降低。如:过共析钢淬火温度偏高,

晶粒粗大,获得粗大的片状马氏体时,韧性降低;奥氏体晶粒粗大,出现魏氏组织时脆性增加。通过细化晶粒可以解决。

7. 珠光体、贝氏体、马氏体的特征、性能特点是什么?

答:片状P体,片层间距越小,强度越高,塑性、韧性也越好;粒状P 体,Fe3C颗粒越细小,分布越均匀,合金的强度越高。第二相的数量越多,对塑性的危害越大;片状与粒状相比,片状强度高,塑性、韧性差;

上贝氏体为羽毛状,亚结构为位错,韧性差;下贝氏体为黑针状或竹叶状,亚结构为位错,位错密度高于上贝氏体,综合机械性能好;

低碳马氏体为板条状,亚结构为位错,具有良好的综合机械性能;高碳马氏体为片状,亚结构为孪晶,强度硬度高,塑性和韧性差。

8. 比较下贝氏体与高碳马氏体的主要不同点

①显微组织特征不同,下贝氏体为黑针状或竹叶状,高碳马氏体为片状;

②亚结构不同,下贝氏体亚结构为位错,高碳马氏体的亚结构为孪晶;

③性能特点不同,下贝氏体具有良好的综合机械性能,高碳马氏体强度硬

度高,塑性和韧性差;

④相变特点不同,下贝氏体为半扩散型相变,高碳马氏体非扩散型相变。

⑤下贝氏体为复相组织,高碳马氏体为单相组织。

9.奥氏体稳定化概念和奥氏体稳定化规律在生产中的应用

(1)保留一定Ar量,以减少工件变形,方法:

①采用分级淬火,在Ms点以上温度停留,产生奥氏体热稳定化,控制残

留奥氏体量。

②采用等温淬火,控制残留奥氏体量。

③提高A化温度,增加A含碳量,降低Ms点,以增加钢中的Ar含量。(2)尽量减少Ar量,提高硬度、耐磨性、尺寸稳定性

①增加淬火时的冷却速度;

②分级淬火时,选择在Ms点附近,减小A的热稳定化程度,减少Ar

含量。

③淬火后,尽量缩短冷处理工艺的间隔时间,增加冷处理后的M含量。

④淬火后,在一定T回火,使Ar发生反稳定化,在回火冷却过程中转变

为M,以提高钢的强度和硬度

10. 生产上退火和正火有时可以相互替代,在实际选用时间上可以从以下3个方面考虑

1)从切削加工性能上方面

①含C量小于0.4%的钢种应该采用正火来改善切削性能,因正火即可适

当减少F量,并使其呈细小、均匀分布,处理后的硬度又在最佳范围内;

②对于含C量较高的钢,尤其过共析钢,除了硬度高低的因素外,还有碳

化物形态,分布对切削性能的影响,只有球化退火才能有效地改善切削性

能;

③但对于一些合金元素较多的钢,尽管含C量低于4%,仍以退火来提高

切削性能,如30CrMoSi,38CrMoAlA 钢

2)改善热处理工艺性方面

①若考虑的主要因素是减少最终热处理淬火时的变形和开裂倾向,则宜选

用退火而不用正火。因退火冷速更慢,处理后的残余内应力要小一些,对减小变形有利。

②尤其是合金钢,若想促使最终热处理的奥氏体化工程加快及有利于碳化

物的溶解,则应选用正火,因为正火后组织比退火更细小、均匀,有利于

随后奥氏体形核提高

③对于轴承钢和工具钢,由于他们大多数是共析钢和过共析钢,则预备热

处理必需选用球化退火,因为这类钢最终淬火钱的最佳组织就是球化组

织,但在球化退火前往往必须选先进性正火处理,以消除网状碳化物,球化退火无法消除网状碳化物。

3)提高经济效益方面

正火比退火生产周期短得多,这样设备利用率高,能源消耗小,经济效益好,并操作简便,所以在可能的条件下应尽可能利用正火代替退火。

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