材料热处理基础知识

材料热处理基础知识

1、回火注意事项

回火必须及时，淬火后零件在4h内进行回火。常用回火方法有自行回火、炉中回火和感应回火。

2、感应加热电参数的调整

目的是使高、中频电源的工作处于谐振状态，使设备发挥较高的效率。

1）高频加热电参数的调整，（在7-8kv的低电压负载条件下，调整耦合，反馈手轮位置使栅极电流与阳极电流之比1:5-1:10，然后再将阳极电压升到使用电压，进一步调整电参数，使槽路电压调整到所需值，匹配最佳。）

2）中频加热电参数调整，根据零件大小、形状硬化区长短及感应器结构选择合适的淬火变压器匝数比和适当电容量，使其处于谐振状态下工作。

3、常用冷却介质有哪些

水、盐水、碱水、机械油、硝盐、聚乙烯醇、三硝水溶液、水溶性淬火剂、专用淬火油等。

4、试分析影响钢淬透性的因素？

①含碳量的影响：亚共析钢随含碳量的增加A的稳定性增加C曲线右移；过共析钢随含碳量的增加，未熔碳化物的增加，A的稳定性降低，C曲线右移

②合金元素的影响：除Co外固溶态的金属元素均是Ｃ曲线右移

③Ａ化温度和保温时间：Ａ化温度越高，保温时间越长碳化物溶解越完全Ａ晶粒越粗大，C曲线右移

④原始组织的影响：原始组织越细，越容易得到均匀Ａ，使Ｃ曲线右移，并使Ms下移

⑤应力应变的影响：使C曲线左移。

5、量具为什么要进行稳定化处理？常规的量具稳定化处理工艺是怎样的？

通过处理可以减少M的正方度，成为较稳定的M，使为转变的A’陈化；降低淬火和深冷处理后的残余应力，对尺寸稳定有良好的作用。

6、轴承超细化处理有哪二种方法，目的是什么？

①锻热淬火预处理目的：可使A’11.9％~12.1％残留K为7.11％，A晶粒度9~10级

②轴承双细化处理目的：处理后可比原始晶粒细化1.5~2.0级碳化物颗粒尺寸小于

0.6μm有利于提高淬火后获得细小针状的M组织，并可以提高韧度、耐磨性和疲劳强度。

7、在制定热处理加热工艺时应考虑哪些问题?

①工艺的先进性充分采用新的工艺方法及热处理新技术及新型工艺材料

②工艺的可靠、合理可行采用工艺要十分可靠、稳定

③工艺的经济性工艺应合理利用能源，采用节能工艺设备要充分利用现有设备采用辅助工装的方法，满足不同零件的工艺要求

④工艺的安全性工艺要安全可靠采取必要的安全防范措施

⑤尽量采用机械化，自动化程度高的工艺装备，不仅可以提高劳动生产率，也有利于工艺过程的控制，保证热处理的质量可靠。

8、何谓球化退火？其工艺特点是什么？

所谓钢的球化退火是使钢中的碳化物球化而进行的退火工艺。

1）普通球化退火钢中碳化物球状化加热温度Ac1+20-30℃保温时间取决于工件透烧时间，但不宜长。冷却速度一般在炉内以10-20℃/H冷却，冷到550℃以下出炉空冷。

2）等温球化退火主要用于高碳工具钢合金工具钢。该工艺球化充分易控制，周期较短，事宜大件。加热温度为Ac1+20-30℃，保温时间取决于工件透烧时间。保温温度为Ac1+20-30℃，等温时间取决于TTT曲线。

9、为什么亚共析钢经正火后可获得比退火高的强度和硬度？

退火和正火所得到的都是珠光型组织。但是正火和退火比较时，正火的珠光体是在较大的过冷度下得到的，因而对亚共析钢来说，析出的先共析铁素体较少，珠光体数量较多，珠光体片间距较小。此外，由于转变温度较低，珠光体成核率较大，因而珠光体团的尺寸较小。由于组织上的差异，故性能不同。正火与退火相比，正火的强度与硬度较高，塑性相仿。

10、什么是马氏体分级淬火？

分级淬火是将工件从淬火温度直接冷却至Ms点以上某一温度，经适当时间的保温，取出空冷以获得马氏体组织。一般温度在200℃左右（高于该材料的Ms点）适用于有效尺寸较小，形状尺寸比较复杂的碳钢和合金钢工件。有时还采用Ms点以下的分级淬火，分级温度为130-160℃，适用于低淬透性而尺寸较大的工件。

11、什么是贝氏体等温淬火？

钢材或钢件加热奥氏体化，随之快冷至贝氏体转变温度区间（260-400℃）等温保持，使奥氏体转变为贝氏体的淬火工艺。是常见的淬火工艺的一种。

12、什么是喷丸强化？对材料表面形貌与性能有什么影响？

利用高速喷射的细小弹丸在室温下撞击受喷工件的表面，使表层材料在再结晶温度下产生弹性塑性变形，并呈现较大的残余压应力，从而提高工件表面强度，疲劳强度和抗应力腐蚀能力。使工件表面产生塑性流变和加工硬化，大幅度提高材料表面的硬度。降低材料表面粗糙度同时使工件表面保留残余压应力，因而可大幅度提高材料的疲劳强度，疲劳寿命和抗应力腐蚀能力。

13、常用的淬火都有哪些?说说选用淬火方法的原则。

1）单介质淬火：形状简单的碳钢工件用水冷，合金钢和合金工具钢用油冷；

2）双介质；形状复杂易变性的工件；

3）预冷淬火用于工具磨具刚，可减少其变形和开裂；

4）分级淬火用于工具钢，以减少变形和开裂；

5）等温淬火；用于要求变形小，强韧性高的合金钢工件。

14、何谓钢的本质晶粒度?

本质晶粒度是指按标准试验方法在930℃左右保温足够时间（3-8h后）测定的晶粒大小。

15、钢加热时为获得细小奥氏体晶粒应采取哪些措施?

措施：降低温度，减小保温时间，提高加热速度，向钢中加入强碳、氮化物形成元素16、低合金钢中的魏氏组织是怎样形成的?它的组织特征是什么?

对于含碳量Wc低于0.6%的碳钢或低碳合金钢在奥氏体晶粒较粗和一定冷却速度下，先共析铁素体呈片状或粗大羽毛状析出，即所谓魏氏体组织。

17、魏氏组织对钢的性能有什么影响?怎样在热处理中避免产生魏氏组织?

1）力学性能下降，如韧性下降。

2）采用“降温等温”工艺，保证一定温度范围内的冷却速度和奥氏体的过冷度

18、分析轴类零件、长板状零件、截面零件相差较大零件、套筒和薄壁圆环状零件、有凹面的工件的淬火操作方法。

轴类零件应垂直淬入冷却剂。长板状工件应横向侧面淬入冷却剂。截面零件相差较大零件应将截面大的部分先淬入冷却剂。套筒和薄壁圆环状零件应沿轴向淬入冷却剂。有凹面的工件应将凹面向上淬入冷却剂。

19、感应加热的基本原理是什么？怎样根据零件要求的淬硬层深度选择最佳电流频率？

感应加热表面淬火它是利用通入交流电的加热感应器在工件中产生一定频率的感应电流，感应电流的集肤效应使工件表面层被快速加热到奥氏体区后，立即喷水冷却，工件表层获得一定深度的淬硬层。电流频率愈高，淬硬层愈浅。

一般情况，硬化层深度在0.5～2mm时，宜选用10kHz以上的高频电源：硬化层深度在1.0～4.0nm时，宜选用8～3kHz电源；硬化层深度在4.0mm以上，可选用1～2.5kHz电源。当零件面积或直径较大时，可选用较低的频率：反之，加热面积或直径较小的零件可选用较高的频率。

20、球墨铸铁等温淬火目的是什么? 等温温度及等温淬火后的组织是什么?

目的：球墨铸铁奥氏体化后在贝氏体转变区进行等温进淬火的求获得良好的力学性能和小的畸变。

等温温度:下贝氏体等温淬火的等温温度为260～300℃：上贝氏体等温淬火的等温温度为350-400℃。

21、简述透射电子显微镜成像的原理和特点

透射电镜的结构及成像原理与光学显微镜基本相同，只是用电子束代替可见光，用电磁透镜代替光学透镜。由电子枪发射的电子束经加速后，通过聚光镜会聚成一束很细

的高能量电子束斑，电子束穿过试样，将其上的细节通过由物镜、中间镜及投影镜组成的成像系统成像，成像最终投射在荧光屏上形成可见的图像供观察或照像。电镜的辅助系统比较复杂，包括真空、稳压、气动循环、控制及计算机等系统。

22、与钢相比,铸铁的相变有哪些特点?

与钢不同，铸铁在相变过程中，碳常需作远距离的扩散，其扩散速度受温度和化学成分等因素的影响，并对相变过程及相变产物的碳含量产生相当大的影响。

23、减少零件热处理畸变的主要措施和工艺方法有哪些?

减小应力集中；减缓加热、冷却速度；零件合理码放；选择合适工装。

24、试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。

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。

25、试指出渗碳件热处理后常出现的三种缺陷，并分析其原因及防止措施。

1）淬火后硬度偏低：主要是深层表层碳浓度较低或表面脱碳而致；淬火工艺不合理，没淬上火或有过多的残余奥氏体。

2）渗层深度不够：主要是炉温低，时间短，或炉内气氛循环不良，零件表面不清洁，碳势过高工件表面积碳；提高渗碳的温度和时间，装炉前清洁工件表面，合理控制碳势。

3）渗层出现大块状王庄碳化物；主要是渗碳时表面碳浓度过高，降低渗剂活性，严格控制碳势。

26、汽车、拖拉机齿轮选用20CrMnTi材料，其加工工艺路线为：下料、锻造、正火、机加工、渗碳、淬火+低温回火、喷丸、磨削成品，试分析各热处理工序的作用。正火——消除锻造应力，使组织均匀，调整硬度改善切削加工性。

渗碳——提高齿面碳的浓度，（0.8~1.05%C）

淬火——提高齿面硬度并获得一定淬硬层深度，使表面得到M回火+合金碳化物+γ具有高硬度（58~62HRC）、高耐磨、较高强度和一定的韧性。提高齿面耐磨性和接触疲劳强度，齿的心部得到M回火+F，具有较高的强韧性。

低温回火——消除淬火应力，防止磨削裂纹，提高冲击抗力。

27、何谓钢的淬火？

钢的淬火是将钢加热到临界温度Ac3(亚共析钢)或Ac1(过共析钢)以上温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体化，然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms以下(或Ms 附近等温)进行马氏体(或贝氏体)转变的热处理工艺。

28、以碳钢为例，分别指出钢在淬火过程中可能获得的组织及他们的形成温度范围，组织形态，亚结构和性能。

亚共析钢：加热温度Ac3+(30~50)℃，组织为A+未溶K，快冷至550℃以下，350℃以上获得正常组织为位错，性能：强度、硬度高，塑性韧性好。

过共析钢：加热温度Ac1+(30~50)℃，组织为A+未溶K，快冷至200℃以下，获得正常组织为：片状M+残余A+未溶K，其亚结构为孪晶，性能：硬度高，脆性大。29、马氏体分级淬火

钢材或工件加热奥氏体化，随之浸入稍高或稍低于钢的上马氏体点的液态介质（盐浴或碱浴）中，保持适当时间，待钢件的内外层都达到介质温度后取出空冷，以获得马氏体组织的淬火工艺，也称为分级淬火。用于合金工具钢及小截面碳素工具钢，可减少变形和开裂。

30、热浴淬火

工件只浸入150~180℃的硝盐火碱中冷却，停留时间等于总加热时间的三分之一到二分之一，最后取出在空气中冷却。