复习资料 工程材料学 金属热处理习题与答案详解

一.选择题（10分，每题1分）二.填空题（20分，每空1分）1.奥氏体转变速度的影响因素A形成时，T↗（或过热度△T ↗），始终有利于A的形成。

∴T↗，A形成速度↗影响奥氏体转变速度的因素：温度的影响：T↗，I ↗，G↗，且I ↗> G↗奥氏体起始晶粒度越小。

各种因素中，T的影响作用最强烈原始组织的影响：片状P转变速度>球状P薄片较厚片转变快碳含量的影响：C％↗，A形成速度↗合金元素的影响：改变临界点位置，影响碳在A 中的扩散系数合金碳化物在A中溶解难易程度的牵制，对原始组织的影响合金钢需要更长均匀化时间2.马氏体的转变、亚结构及影响Ms的因素亚结构：位错板条马氏体的亚结构主要为高密度的位错，位错形成位错网络（缠结），位错密度随含碳量增加而增大，常为(0.3～0.9) ×1012㎝/cm3。

故称位错马氏体。

一般情况下残余奥氏体对钢性能的影响很小，精密的零件就不同了，残余奥氏体在常温下仍然可以继续变成马氏体，而马氏体的比容大，会引起零件的体积变大，所以Ms低一些比较好，这时残余奥氏体较少，超高精度的零件可采用低温处理，将残余奥氏体全部会谈为马氏体，以使零件尺寸稳定。

Ms点下降，说明钢的马氏体转变温度降低，钢就越容易得到马氏体组织，钢的淬火硬度就高；反之，Ms点上升，说明钢的马氏体转变温度升高，钢就不容易得到马氏体组织。

3.渗碳后的热处理钢的渗碳：将钢件在碳的活性介质中加热并保温，使碳原子渗入表层的一种表面化学热处理工艺。

目的：提高零件的表面硬度、耐磨性；高的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度；心部保持良好的塑性与韧性。

渗碳后常用热处理方法：1、直接淬火渗碳后，预冷到一定温度，立即进行淬火冷却，这种方法适合于气体或液体渗碳，固体渗碳不适合。

2、一次淬火法工件渗碳后随炉冷却到室温，然后再重新加热到淬火温度，经保温后淬火。

3、两次淬火法将渗碳缓冷到室温的工件进行两次加热淬火。

注意：淬火后需要进行低温回火。

4.球化退火的意义球化退火的作用和目的有：提高钢材的塑性和韧性、改善切削加工性能、减少淬火加热时的过热倾向和变形开裂倾向，使钢件具有足够的强度、硬度、耐磨性、抗接触疲劳性和断裂韧性。

5.粒状P与片状P的区别二.片状珠光体的转变机理1、领先相（a）形核位置：Fe3C形核于奥氏体晶界或奥氏体晶内未溶Fe3C粒子。

珠光体优先在奥氏体晶界上或其他晶体缺陷处形核。

？（b）晶核的形状：薄片。

因表面积大，易接受扩散来的原子，且应变能小。

(2) 长大Fe3C薄片向纵向、横向长大，不断吸收周围碳原子→在Fe3C两侧或奥氏体晶界上贫碳区，形成F核→Fe3C纵向长大(横向已不可能)，F纵向长大、横向长大，于F侧的同一位向形成Fe3C，在同一位向交替形成F与Fe3C，形成一个珠光体团。

在不同位向形成另一个珠光体团→珠光体团互相接触，转变结束。

片状P的长大方式：（1）交替形核、纵向长大；（2）横向长大；（3）分枝形式长大。

6.A的稳定化概念奥氏体由于内部结构在外界条件下发生了某种变化，使其转变为马氏体能力减低的现象，称为奥氏体的稳定化。

表现为Ｍｓ点降低、A R量增多。

7.第一、二类回火脆性的特点第一类回火脆性特征：（1）冲击值显著降低；（2）不可逆性:即不能通过回火冷却方法（快冷）加以改善，无论快冷或慢冷都使a K↓，只有再加热到更高温度回火，可以消除脆性，才能使a K↑。

（3）脆性断口、晶间断裂第二类回火脆性特征：（1）在450～650℃之间加热和缓慢冷却时将产生脆性；（2）与钢材化学成分密切相关（3）具有可逆性。

即把已产生脆性的工件，只要重新加热到650℃并随之快冷，即可消除回火脆性；（4）出现脆性的试样，总是沿奥氏体晶界破断。

8.金属热处理的一般过程钢的热处理是通过钢在固态下的加热、保温和冷却，使其获得所需要的组织与性能的一种工艺方法。

9.淬火时热应力分布淬火应力、变形及开裂1.淬火时工件的内应力产生原因：不同部位的温度差异及组织转变不同，产生原因：不同部位的温度差异及组织转变不同比热变化，当温度下降到M转变点时，发生A向M转变，将使比容增大。

（1）种类热应力：不同部位热胀(或冷缩)的不一致组织应力：不同部位组织转变不同时性根据内应力的存在时间特性还可分：瞬时应力和残余应力淬火内应力是造成工件变形和开裂根本原因。

淬火内应力超过材料屈服强度----引起工件变形;淬火内应力超过材料断裂强度----引起工件断裂。

（2）热应力由于工件心部和表面冷却速度不一致，其冷却收缩不同而造成的内应力。

最终的淬火热应力：表面压应力、心部拉应力。

变化规律：1）冷却速度↑，截面温度差↑→热应力↑；2）冷却介质相同，工件加热温度↑、尺寸↑、热传导系数↓→温差↑，热应力↑。

（3）组织应力由于工件表层和心部发生马氏体转变的不同时性而造成的内应力。

组织应力产生过程：冷却初期，表面发生马氏体相变，表面体积膨胀，产生压应力；心部冷速慢牵制表面膨胀，产生拉应力；冷却后期，心部发生马氏体相变，心部体积膨胀，产生压应力；表面牵制心部膨胀，产生拉应力；最终的淬火组织应力：表面拉应力、心部压应力。

发生相变前主要内应力为热应力；发生相变后主要内应力为组织应力，热应力为辅。

✓但由于组织应力发生在塑性较低的低温阶段，因此是使零件开裂的主要原因。

大小与冷却速度、钢件尺寸、导热性、A的屈服强度、含碳量、M比容和淬透性有关。

10.有物态变化的淬火介质中淬火冷却时钢件冷却过程淬火介质的冷却作用：在冷却过程中，淬火介质是否发生物态变化有物态变化的：水、油、水溶液无物态变化的：熔盐、熔融金属2）钢件冷却过程（有物态变化的淬火介质）（1）蒸汽膜阶段产生大量过热蒸汽，形成连续的蒸汽膜，使工件和液体分开。

冷却主要靠辐射传热，冷却速度较慢。

（2）沸腾阶段随着T工件↓，Q放↓→蒸汽膜厚度减薄并破裂，以致使液体工件直接接触，形成大量气泡溢出液体，带走大量热量，冷却速度较快。

（3）对流阶段当工件表面的温度降低至介质的沸点或分解温度以下时，工件的冷却主要靠介质的对流形成，随着工件与介质的温度降低，冷却速度也逐渐降低。

对无物态变化的介质，淬火冷却主要靠对流散热，在工件温度较高时辐射散热也由很大比例，也存在传导散热。

其冷却能力与其本身物理性质有关外还与工件介质间的温度差有关。

11.钢的回火转变过程1）马氏体分解，得到回火马氏体2）残余奥氏体3）回火托氏体4）回火索氏体12.化学热处理的基本过程表面化学热处理：将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金属的表面，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺。

过程分为：（1）分解：介质在一定温度下发生化学分解，产生可渗入元素的活性原子（2）吸收：活性原子被工件表面吸收（3）扩散;渗入工件表面层的活性原子，由表面向中心迁移的过程。

13.淬透性：是指在规定条件下，钢在淬火冷却时获得马氏体组织深度的能力。

钢的淬透性好坏，取决于该钢的临界冷却速度，临界冷却速度越低，则钢的淬透性越好。

显然，淬透性好的钢更易于整体淬透，所以更适于制造截面尺寸较大的零件。

钢材淬火时获得马氏体的能力的特性。

——和钢的过冷奥氏体的稳定性，或者临界淬火冷却速度。

有关影响淬透性的因素：（1）钢的化学成分：含碳量增大，碳钢临界淬火冷却速度下降，淬透性提高。

含碳量超过1.2%，相反。

除Ti、Zr和Co外，所有合金元素提高淬透性。

（2）奥氏体晶粒度：A晶粒↑，淬透性↑；（3）奥氏体化温度：T↑→A晶粒粗大；碳化物、非金属夹杂物↓，A均匀化↑→过冷奥氏体稳定性↑→淬透性↑；（4）第二相及其分布：奥氏体中未溶的非金属夹杂物和碳化物的存在以及其大小和分布，影响过冷奥氏体的稳定性，从而影响淬透性；14.淬火后回火组织淬火钢回火的组织特征：不同的回火温度，淬火M的转变程度不同，回火后得到的组织也不同。

生产中常按其组织特征将回火组织分为三种：回火马氏体→回火屈氏体→回火索氏体。

淬火钢回火时力学性能变化：淬火钢通过回火，发生组织转变和结构变化，上述强化逐渐减弱、消失。

决定淬火钢回火后性能的主要结构因素有以下方面：低温回火（100＜250℃）时为：α相中的碳含量中温回火（250～450℃）时为：α相中的碳含量、Fe3C分散度高温回火（450～650℃）时为：Fe3C分散度、α相的物理状态及成分15.淬火的方式单介质淬火，双介质淬火，分级淬火，等温淬火，编辑本段表面淬火三.名词解释（20分，每题5分）1.奥氏体稳定化：奥氏体由于内部结构在外界条件下发生了某种变化，使其转变为马氏体能力减低的现象，称为奥氏体的稳定化。

表现为Ｍｓ点降低、A R量增多。

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2.二次淬火：有些高合金钢的A′均稳定，即使在较高温度下回火也不发生分解或不能完全分解，但在回火冷却时转变为M。

主要是回火时由于析出ε，使其C↘，合金元素含量↘，提高了M转变的Ms′，促使它在随后冷却时→M。

当淬火钢中存在残余奥氏体，在回火保温时残余奥氏体没有被分解掉，在随后的冷却过程中，由于催化（又称反稳定化）作用，它很可能发生马氏体转变，这一现象称为二次淬火。

3.二次硬化：是指某些淬火合金钢在500---650℃回火后硬度增高，在硬度—回火温度曲线上出现峰值的现象。

4.回火脆性：淬火钢在某一温度范围回火时，冲击韧性比其在较低温度回火时反而显著下降，这种脆性现象称回火脆性。

5.调幅分解：由一种固溶体分解为结构相同而成分不同的两种固溶体。

成分自动调整，分解产物α1、α2只有溶质富区和贫区，两者没有清晰的相界。

6.表面淬火：是将钢件的表面通过快速加热到临界温度以上，但热量还未来得及传到心部之前迅速冷却，这样就可以把表面层被淬在马氏体组织，而心部没有发生相变，这就实现了表面淬硬而心部不变的目的。

适用于中碳钢。

7.化学热处理：是指将化学元素的原子，借助高温时原子扩散的能力，把它渗入到工件的表面层去，来改变工件表面层的化学成分和结构，从而达到使钢的表面层具有特定要求的组织和性能的一种热处理工艺。

8.脱溶：从过饱和固溶体中析出第二相(沉淀相)、形成溶质原子聚集区以及亚稳定过渡相的过程称为脱溶或沉淀，是一种扩散型相变。

9.调质处理：将钢件淬火，随之进行高温回火，这种复合工艺称调质处理。

四.问答题（24分，每题8分）五.综合体（26分，每题13分）1.奥氏体形成过程及其渗碳体较铁素体溶解慢的原因答：奥氏体的形成——指钢在加热过程中，由加热前的组织转变为奥氏体的过程。

例如：珠光体加热形成奥氏体相转变： F + Fe3C A碳含量：0.02% 6.69% 0.77%点阵结构: bcc 复杂斜方fcc在普通碳钢中，奥氏体存在于共析温度（727℃）以上，最大含碳量为 2.11%（1148℃）。