热处理复习题

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。