第六章 钢的热处理参考答案

此外对于同一种钢，因冶炼炉冷不同，其化学成分会在一个限定的范围内波动，对淬透性有一定的影响，因此钢的淬透性曲线并不是一条线，而是一条带，即表现出“淬透性带”。钢的成分波动愈小，淬透性带愈窄，其性能愈稳定，因此淬透性带愈窄愈好。

18、回火的目的是什么？常用的回火操作有哪几种？指出各种回火操作得到的组织、性能及其应用范围。

答：回火的目的是降低淬火钢的脆性，减少或消除内应力，使组织趋于稳定并获得所需要的性能。

常用的回火操作有低温回火、中温回火、高温回火。

低温回火得到的组织是回火马氏体。内应力和脆性降低，保持了高硬度和高耐磨性。这种回火主要应用于高碳钢或高碳合金钢制造的工、模具、滚动轴承及渗碳和表面淬火的零件，回火后的硬度一般为HRC 58-64。

中温回火后的组织为回火屈氏体，硬度HRC35-45，具有一定的韧性和高的弹性极限及屈服极限。这种回火主要应用于含碳0.5-0.7%的碳钢和合金钢制造的各类弹簧。

高温回火后的组织为回火索氏体，其硬度HRC 25-35，具有适当的强度和足够的塑性和韧性。这种回火主要应用于含碳0.3-0.5% 的碳钢和合金钢制造的各类连接和传动的结构零件，如轴、连杆、螺栓等。

19、指出下列组织的主要区别： ⑴ 索氏体与回火索氏体； ⑵ 屈氏体与回火屈氏体； ⑶ 马氏体与回火马氏体。

答：由奥氏体冷却转变而成的屈氏体(淬火屈氏体)和索氏体(淬火索氏体)组织,与由马氏体分解所得到的回火屈氏体和回火索氏体组织有很大的区别,主要是碳化物的形态不同。由奥氏体直接分解的屈氏体及索氏体中的碳化物是片状的,而由马氏体分解的回火屈氏体与回火索氏体中碳化物是颗粒状的。回火索氏体和回火屈氏体相对于索氏体与屈氏体其塑性和韧性较好。马氏体（M）是由A 直接转变成碳在α—Fe中过饱和固溶体。回火马氏体是过饱和的α固溶体（铁素体）和与其晶格相联系的ε碳化物所组成，其淬火内应力和脆性得到降低。

20、表面淬火的目的是什么？常用的表面淬火方法有哪几种？比较它们的优缺点及应用范围。并说明表面淬火前应采用何种预先热处理。

答：表面淬火的目的是使工件表层得到强化，使它具有较高的强度，硬度，耐磨性及疲劳极限，而心部为了能承受冲击载荷的作用，仍应保持足够的塑性与韧性。

常用的表面淬火方法有：感应加热表面淬火和火焰加热表面淬火。

感应加热表面淬火是把工件放入有空心铜管绕成的感应器（线圈）内，当线圈通入交变电流后，立即产生交变磁场，在工件内形成“涡流”，表层迅速被加热到淬火温度时而心

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部仍接近室温，在立即喷水冷却后，就达到表面淬火的目的。

火焰加热表面淬火是以高温火焰为热源的一种表面淬火法。将工件快速加热到淬火温度，在随后喷水冷却后，获得所需的表层硬度和淬硬层硬度。

感应加热表面淬火与火焰加热淬火相比较有如下特点:

⑴感应加热速度极快,只要几秒到几十秒的时间就可以把工件加热至淬火温度,:而且淬火加热温度高(AC3以上80~150℃)。

⑵因加热时间短,奥氏体晶粒细小而均匀,淬火后可在表面层获得极细马氏体,使工件表面层较一般淬火硬度高2~3HRC,且脆性较低。

⑶感应加热表面淬火后,淬硬层中存在很大残余压应力,有效地提高了工件的疲劳强,且变形小,不易氧化与脱碳。

⑷生产率高,便于机械化、自动化,适宜于大批量生产。

但感应加热设备比火焰加热淬火费用较贵,维修调整比较困难,形状复杂的线圈不易制造表面淬火前应采用退火或正火预先热处理。

21、化学热处理包括哪几个基本过程？常用的化学热处理方法有哪几种？

答：化学热处理是把钢制工件放置于某种介质中，通过加热和保温，使化学介质中某些元素渗入到工件表层，从而改变表层的化学成分，使心部与表层具有不同的组织与机械性能。

化学热处理的过程：

⑴分解：化学介质要首先分解出具有活性的原子； ⑵吸收：工件表面吸收活性原子而形成固溶体或化合物；

⑶扩散：被工件吸收的活性原子，从表面想内扩散形成一定厚度的扩散层。 常用的化学热处理方法有：渗碳、氮化、碳氮共渗、氮碳共渗。 22、试述一般渗碳件的工艺路线，并说明其技术条件的标注方法。 答：一般渗碳件的工艺路线为：

下料→锻造→正火→切削加工→渡铜（不渗碳部位）→渗碳→淬火→低温回火→喷丸→精磨→成品

23、氮化的主要目的是什么？说明氮化的主要特点及应用范围。

答：在一定温度(一般在AC1以下)使活性氮原子渗入工件表面的化学热处理工艺称为渗氮。其目的是提高工件表面硬度、耐磨性、耐蚀性及疲劳强度。氮化的主要特点为：

⑴工件经渗氮后表面形成一层极硬的合金氮化物(如CrN、MoN、AIN等)，渗氮层的硬度一般可达950～1200HV(相当于68-72HRC)，且渗氮层具有高的红硬性(即在600～650℃仍有较高硬度)。

⑵工件经渗氮后渗氮层体积增大，造成表面压应力，使疲劳强度显著提高。 ⑶渗氮层的致密性和化学稳定性均很高，因此渗氮工件具有高的耐蚀性。

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⑷渗温度低,渗氮后又不再进行热处理，所以工件变形小,一般只需精磨或研磨、抛光即可。

渗氮主要用于要求耐磨性和精密度很高的各种高速传动的精密齿轮、高精度机床主轴(如锺轴、磨床主轴)、分配式液压泵转子，交变载荷作用下要求疲劳强度高的零件(高速柴油机曲轴)，以及要求变形小和具有一定耐热、抗蚀能力的耐磨零件(阀门)等。

24、试说明表面淬火、渗碳、氮化热处理工艺在用钢、性能、应用范围等方面的差别。 答：表面淬火一般适用于中碳钢（0.4～0.5%C）和中碳低合金钢（40Cr、40MnB等），也可用于高碳工具钢，低合金工具钢以及球墨铸铁等。它是利用快速加热使钢件表面奥氏体化，而中心尚处于较低温度即迅速予以冷却，表层被淬硬为马氏体，而中心仍保持原来的退火、正火或调质状态的组织。应用范围：

⑴高频感应加热表面淬火应用于中小模数齿轮、小型轴的表面淬火。

⑵中频感应加热表面淬火主要用于承受较大载荷和磨损的零件，例如大模数齿轮、尺寸较大的曲轴和凸轮轴等。

⑶工频感应加热表面淬火工频感应加热主要用于大直径钢材穿透加热和要求淬硬深度深的大直径零件，例如火车车轮、轧辘等的表面淬火。

渗碳钢都是含0.15～0.25%的低碳钢和低碳合金钢，如20、20Cr、20CrMnTi、20SiMnVB等。渗碳层深度一般都在0.5～2.5mm。

钢渗碳后表面层的碳量可达到0.8～1.1%C范围。渗碳件渗碳后缓冷到室温的组织接近于铁碳相图所反映的平衡组织，从表层到心部依次是过共析组织，共析组织，亚共析过渡层，心部原始组织。

渗碳主要用于表面受严重磨损，并在较大的冲载荷下工作的零件（受较大接触应力）如齿轮、轴类、套角等。

氮化用钢通常是含Al、Cr、Mo等合金元素的钢，如38CrMoAlA是一种比较典型的氮化钢，此外还有35CrMo、18CrNiW等也经常作为氮化钢。与渗碳相比、氮化工件具有以下特点：

⑴氮化前需经调质处理，以便使心部组织具有较高的强度和韧性。 ⑵表面硬度可达HRC65～72，具有较高的耐磨性。

⑶氮化表面形成致密氮化物组成的连续薄膜，具有一定的耐腐蚀性。 ⑷氮化处理温度低，渗氮后不需再进行其它热处理。

氮化处理适用于耐磨性和精度都要求较高的零件或要求抗热、抗蚀的耐磨件。如：发动机的汽缸、排气阀、高精度传动齿轮等。

25、钢获得马氏体组织的条件是什么？与钢的珠光体相变及贝氏体相变比较，马氏体相变有何特点？

答：钢获得马氏体组织的条件是：钢从奥氏体状态快速冷却，来不及发生扩散分解而发生无扩散型的相变。

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马氏体相变的特点为：

(1)无扩散性。钢在马氏体转变前后，组织中固溶的碳浓度没有变化，马氏体和奥氏体中固溶的碳量一致,仅发生晶格改变，因而马氏体的转变速度极快。

(2)有共格位向关系。马氏体形成时，马氏体和奥氏体相界面上的原子是共有的，既属于马氏体，又属于奥氏体，称这种关系为共格关系。

(3)在通常情况下，过冷奥氏体向马氏体转变开始后，必须在不断降温条件下转变才能继续进行，冷却过程中断，转变立即停止。

26、说明共析钢 C 曲线各个区，各条线的物理意义，并指出影响 C 曲线形状和位置的主要因素。

答：过冷奥氏体等温转变曲线说明：

⑴由过冷奥氏体开始转变点连接起来的曲线称为转变开始线；由转变终了点连接起来的曲线称为转变终了线。A 1线以右转变开始线以左的区域是过冷奥氏体区；A1线以下，转变终了线以右和Ms点以上的区域为转变产物区；在转变开始线与转变终了线之间的区域为过冷奥氏体和转变产物共存区。

⑵过冷奥氏体在各个温度等温转变时，都要经过一段孕育期（它以转变开始线与纵坐标之间的水平距离来表示）。对共析碳钢来说，转变开始线在550℃出现拐弯，该处被称为C曲线的鼻尖，它所对应的温度称为鼻温。

⑶共析碳钢的过冷奥氏体在三个不同温度区间，可发生三种不同的转变：在C曲线鼻尖以上部分,即A1～550℃之间过冷奥氏体发生珠光体转变，转变产物是珠光体，故又称珠光体转变；在C曲线鼻尖以下部分，即550℃～Ms之间，过冷奥氏体发生贝氏体转变，转变产物是贝氏体，故又称贝氏体转变；在Ms点以下，过冷奥氏体发生马氏体转变，转变产物是马氏体，故又称马氏体转变。

亚共析和过共析钢的等温转变C曲线，与共析钢的不同是，亚共析钢的C曲线上多一条代表析出铁素体的线。过共析钢的C曲线上多一条代表二次渗碳体的析出线。

影响 C 曲线形状和位置的主要因素有：

凡是提高奥氏体稳定性的因素，都使孕育期延长，转变减慢，因而使C曲线右移。反之，使C曲线左移。碳钢c曲线的位置与钢的含碳量有关，在亚共析钢中，随着含碳量的增加，钢的C曲线位置右移。在过共析钢中，随着含碳量的增加，C曲线又向左移。除此之外，钢的奥氏体化温度愈高，保温时间愈长，奥氏体晶粒愈粗大，则C曲线的位置愈右移。

四、选择题

1、共析钢加热到Ac1以上时, 将发生( C )的转变。 A、F→A； B、Fe3C→A； C、P→A； 2、钢的过冷A向B转变时( B )。

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