工程材料第三章
第三章钢的热处理
单选题（本大题共43小题）
1. 钢的低温回火的温度为（ D ）。
A.550℃
B.450℃
C.350℃
D.250℃
2. 可逆回火脆性的温度范围是（ D ）。
A.150℃～200℃
B.250℃～400℃
C.400℃～500℃
D.500℃～650℃
3. 不可逆回火脆性的温度范围是（ B ）。
A.150℃～200℃
B.250℃～400℃
C.400℃～550℃
D.550℃～650℃
4. 加热是钢进行热处理的第一步，其目的是使钢获得（ B ）。
A.均匀的基体组织
B.奥氏体组织
C.均匀的珠光体组织
D.均匀的马氏体组织
5. 钢的高温回火的温度为（ A ）。
A.500℃
B.450℃
C.400℃
D.350℃
6. 碳钢的中温回火的温度为（ A ）。
A.400℃
B.300℃
C.250℃
D.200℃
7. 碳钢的淬火工艺是将其工件加热到一定温度，保温一段时间，然后采用的冷却方式是（ D ）。
A.随炉冷却
B.在风中冷却
C.在空气中冷却
D.在水中冷却
8. 正火是将工件加热到一定温度，保温一段时间，然后采用的冷却方式是（ C ）。
A.随炉冷却
B.在油中冷却
C.在空气中冷却
D.在水中冷却
9. 完全退火主要用于（ A ）。
A.亚共析钢
B.共析钢
C.过共析钢
D.所有钢种
10. 共析钢在奥氏体的连续冷却转变产物中，不可能出现的组织是（ C ）。
A.P
B.S
C.B
D.M
11. 退火是将工件加热到一定温度，保温一段时间，然后采用的冷却方式是（ A ）。
A.随炉冷却
B.在油中冷却
C.在空气中冷却
D.在水中冷却
12. 钢的本质晶粒度是指（ C ）。
A.钢在加热过程中刚完成奥氏体转变时的奥氏体晶粒大小
B.钢在各种具体热加工后的奥氏体晶粒大小
C.钢在规定加热条件下奥氏体晶粒长大倾向性的高低
D.钢在供应状态下的晶粒大小
13. T8钢加热为奥氏体后，在580℃等温转变完成后的组织为（ B ）。
A.贝氏体
B.托氏体
C.马氏体
D.珠光体
14. 下面几种说法中正确的是（ C ）。
A.软氮化又称低温氮碳共渗，是以渗碳为主的一种热处理工艺。
B.调质处理就是调整钢的成分，从而改变钢的性能的一种热处理工艺。
C.生产中对精密量具用冷处理，即将工件淬火冷却至室温后，随即放在零度以下的冷却介质中冷却的一处理方法。
D.渗碳工件渗碳之后必须进行淬火+高温回火才能保证心部的高韧性和表面的高硬度。
15. 若合金元素能使C曲线右移，钢的淬透性将（ C ）。
A.有时提高有时降低
B.降低
C.提高
D.不变
16. 奥氏体向珠光体的转变是（ B ）。
A.非扩散型转变
B.扩散型转变
C.半扩散型转变
D.切变型转变
17. 钢经调质处理后获得的组织是（ D ）。
A.回火马氏体
B.回火托氏体
C.下贝氏体
D.回火索氏体
18. 下贝氏体是由（ B ）转变来的。
A.珠光体
B.奥氏体
C.马氏体
D.索氏体
19. 马氏体的硬度主要取决于（ C ）。
A.冷却介质
B.加热温度
C.碳含量
D.合金元素含量
20. 亚共析钢的正常淬火加热温度是（ C ）。
A.Ac1以上30-50℃
B.Ac3以下30-50℃
C.Ac3以上30-50℃
D.Accm以上30-50℃
21. 球化退火主要用于（ C ）。
A.低碳钢
B.中碳钢
C.高碳钢
D.各种含碳量的钢
22. 钢在淬火后获得的马氏体组织的粗细主要取决于（ B ）。
A.奥氏体的本质晶粒度
B.奥氏体的实际晶粒度
C.奥氏体的起始晶粒度
D.奥氏体的含碳量
23. 过共析钢的正常淬火加热温度是（ C ）。
A.Accm以上30-50℃
B.Ac1以下30-50℃
C.Ac1以上30-50℃
D.Ac3以上30-50℃
24. T12钢的正火处理就是将钢加热到（ B ）保温，然后空冷的工艺操作。
A.Ac1以上30～50℃
B.Accm以上30～50℃
C.Accm以下30～50℃
D.Ac3以上30～50℃
25. T12钢的淬火处理就是将钢加热到（ D ）保温，然后水冷的工艺操作。
A.Ac1以下30～50℃
B.Accm以上30～50℃
C.Ac3以下30～50℃
D.Ac1以上30～50℃
26. 粗加工前，为改善20钢切削加工性，应进行（ A ）。
A.正火处理
B.退火处理
C.调质处理
D.渗碳处理
27. 共析钢加热到AC1+30～50℃，水冷后组织为（ D ）。
A.马氏体+贝氏体
B.马氏体+铁素体+残余奥氏体
C.贝氏体+残余奥氏体
D.马氏体+残余奥氏体
28. 为消除T12钢中严重的网状Fe3C组织，应进行（ A ）。
A.正火处理
B.球化处理
C.调质处理
D.表面淬火处理
29. 小试样的亚共析钢加热到AC1～AC3之间某温度，水冷后组织为（ D ）。
A.马氏体+珠光体
B.马氏体+残余奥氏体
C.马氏体+渗碳体+残余奥氏体
D.马氏体+铁素体+残余奥氏体
30. 下列材料中，淬硬性高的是（ B ）。
A.45
B.9SiCr
C.12Cr2Ni4WA
D.20CrMnTi
31. 钢的回火处理是在（ C ）。
A.退火后进行
B.正火后进行
C.淬火后进行
D.淬火前进行
32. 共析钢过冷奥氏体在550℃～350℃等温转变时，所形成的组织是（ D ）。
A.索氏体
B.马氏体
C.下贝氏体
D.上贝氏体
33. 钢的淬透性主要决定于（ C ）。
A.冷却介质
B.加热温度
C.淬火临界冷却速
D.工件大小
34. 中碳碳钢淬火后再经560℃的温度下回火，组织为（ A ）。
A.回火索氏体
B.回火托氏体
C.回火马氏体
D.奥氏体
35. 中碳碳钢淬火后再经180℃的回火，组织为（ C ）。
A.回火索氏体
B.回火屈氏体
C.回火马氏体+残余奥氏体
D.回火马氏体+碳化物
36. （ B ）主要用于各种弹簧淬火后的处理。
A.低温回火
B.中温回火
C.高温回火
D.调质处理
37. 渗碳工件最终热处理是（ C ）。
A.淬火+高温回火+渗碳
B.渗碳+淬火+高温回火
C.渗碳+淬火+低温回火
D.淬火+低温回火+渗碳
38. 下列材料中，淬透性高的是（ B ）。
A.38CrMoAl
B.W18Cr4V
C.45钢
D.20钢
39. 在连续冷却和等温冷却中都能获得贝氏体组织的碳钢成分是（ D ）。
A.各种成分的碳钢
B.共析钢
C.过共析钢
D.亚共析钢
40. 直径为10mm的45钢小轴的常规淬火温度大约为（ B ）（Ac3 = 780℃）
A.750℃
B.840℃
C.920℃
D.1270℃
41. 淬硬性好的钢具有（ C ）。
A.高的合金元素含量
B.低的合金元素含量
C.高的含C量
D.低的含C量
42. T8钢加热为奥氏体后，在230℃～350℃的的温度区间等温转变完成后的组织为（ D ）。
A.上贝氏体
B.托氏体
C.马氏体
D.下贝氏体
43. 共析钢的过冷奥氏体在600℃～650℃的温度区间等温转变时，所形成的组织是（ A ）。
A.索氏体
B.下贝氏体
C.上贝氏体
D.马氏体
判断题（本大题共53小题）
1. 完全退火是将低碳钢工件加热到Acm以上30～50℃，保温一定的时间后，随炉缓慢冷却的一种热处理工艺。【X】
2. 渗氮处理是将活性氮原子渗入工件表层，然后再进行淬火和低温回火的一种热处理方法。【X】
3. 马氏体转变温度区的位置主要与钢的化学成分有关，而与冷却速度无关。【 】
4. 淬火临界冷却速度是指过冷奥氏体向马氏体转变的最快的冷却速度。【X】
5. 弹簧经淬火和中温回火后的组织是回火索氏体。【X】
6. 低碳钢和某些低碳合金钢，经正火后能获得合适的硬度，改善切削加工性。【 】
7. 完全退火主要应用于过共析钢。【X】
8. 去应力退火是将工件加热到Ac3线以上，保温后缓慢地冷却下来的热处理工艺。【X】
9. 降低硬度的球化退火主要适用于过共析钢。【 】
10. 在生产中，习惯把淬火和高温回火相结合的热处理方法称为变质处理。【 】
11. 除钴之外，其它合金元素溶于奥氏体后，均能增加过冷奥氏体的稳定性，使C曲线左移。【X】
12. 马氏体硬度主要取决于马氏体中的合金含量。【X】
13. 晶粒度是用来表示晶粒可承受最高温度的一种尺度。【X】
14. 钢件的最终性能既取决于钢的化学成分，又取决于钢的热处理。【 】
15. 钢的热处理是通过加热，保温和冷却，以改变钢的形状，尺寸，从而改善钢的性能的一种工艺方法。【X】
16. 热处理的加热，其目的是使钢件获得表层和心部温度均匀一致。【X】
17. 过共析钢完全退火后能消除网状渗碳体。【X】
18. 淬火钢在某些温度区间回火时，钢的韧性值明显降低，这种现象称为回火脆性。【 】
19. 调质钢经淬火和高温回火后的组织是回火马氏体。【X】
20. 马氏体转变的Ms和Mf温度线，随奥氏体含碳量增加而上升。【X】
21. 钢的淬透性高，则其淬透层的深度一定越大。【X】
22. 当奥氏体向马氏体转变时，体积要膨胀。【 】
23. 当共析成分的奥氏体在冷却发生珠光体转变时，温度越低，则转变产物组织越细。【 】
24. 马氏体的硬度取决于碳含量。【 】
25. 钢的淬透性高，则其淬透层的硬度也越大。【X】
26. 同一种钢材在相同的加热条件下，水淬比油淬的淬透性好，小尺寸零件比大尺寸零件的淬透性好。【X】
27. 渗碳处理后的工件可直接交付使用。【X】
28. 渗碳件经淬火处理后用布氏硬度计测量表层硬度。【X】
29. 在相同的工艺条件下，钢的淬透性高，则其淬透层的深度也越大。【 】
30. 当共析成分的奥氏体在冷却发生珠光体转变时，温度越低，其转变产物组织越粗。【X】
31. 经退火后再高温回火的钢，能得到回火S 组织，具有良好的综合机械性能。【X】
32. 渗碳工件的处理是将活性碳原子渗入工件表层，然后再进行淬火和高温回火。【X】
33. 回火索氏体的组织特征是在铁素体基体上均匀分布着细粒状渗碳体。【 】
34. 马氏体的硬度取决于淬火时的冷却速度。【X】
35. 奥氏体向马氏体的转变是扩散型转变。【X】
36. 淬火变形和开裂是由于热应力和相变应力复合作用的结果。当淬火内应力大于钢的屈服极限时工件发生变形，大于钢的抗拉强度时工件发生开裂。【 】
37. 锻造后的T12钢为了改善切削加工性能，要进行正火处理。【X】
38. 去应力退火一般在A1以下进行，因此该退火过程是没有相变的。【 】
39. 调质处理就是调整钢的成分，从而改变钢的性能的一种热处理工艺。【X】
40. 软氮化又称低温氮碳共渗，是以渗氮为主的一种热处理工艺。【 】
41. 渗碳处理是将活性碳原子渗入工件表层，然后再进行淬火和低温回火的一种热处理方法。【 】
42. 渗氮钢的热处理是将活性氮原子渗入工件表层，然后再进行淬火和高温回火。【X】
43. 表面淬火既能改变钢的表面化学成分，也能改善心部的组织和性能。【X】
44. 钢的热处理是通过加热，保温和冷却，以改变钢的组织,从而改善钢的性能的一种工艺方法。【 】
45. 本质细晶粒钢在加热后的实际晶粒一定比本质粗晶粒钢细。【X】
46. 在室温下，退火态T12钢的强度和硬度比退火态T8钢的强度和硬度高些。【X】
47. 有严重网状Fe3C组织的T12钢为了保证球化退火质量，要进行正火处理。【 】
48. 马氏体是C在α- Fe中的过饱和固溶体。当奥氏体向马氏体转变时，体积要收缩。【X】
49. 当把亚共析钢加热到 Ac1 和 Ac3 之间的某一温度时，将获得由F和A构成的两相组织，在平衡条件下，其中A的含碳量总是大于钢中的含碳量。【 】
50. 经淬火后再高温回火的钢，能得到回火S组织，具有良好的综合机械性能。【 】
51. 完全退火主要应用于亚共析钢。【 】
52. 过共析钢正火后能消除网状渗碳体。【 】
53. 马氏体硬度主要取决于过冷奥氏体的稳定性。【X】
填空题（本大题共19小题）
1.共析钢中奥氏体的形成过程是：（奥氏体晶核的形成），（奥氏体晶核的长大），残余Fe3C溶解，奥氏体均匀化。
2.碳氮共渗是将（碳）和（氮）同时渗入工件表面的一种化学热处理方法，它以渗（碳）为主。
3.软氮化，即氮碳共渗，它是指钢件在渗入（氮）的同时还有少量的（碳）渗入。
4.马氏体是碳在（α-Fe ）中的（过饱和固溶体）组织。
5.钢的中温回火的温度范围在（350～500℃），回火后的组织为（回火托氏体）。
6.共析钢中奥氏体的形成过程是：奥氏体形核，奥氏体长大，（残余渗碳体的溶解），（奥氏体成分均匀化）。
7.钢的低温回火的温度范围在（150～250℃），回火后的组织为（回火马氏体和残余奥氏体）。
8.钢在回火时，随着回火温度的升高，淬火钢的组织转变可以归纳为以下四个阶段：马氏体的分解，残余奥氏体的转变，（回火托氏体的形成），（渗碳体的聚集长大及回火索氏体的形成）。
9.钢的高温回火的温度范围在（500～650℃），回火后的组织为（回火索氏体）。
10.常见钢的退火种类有：完全退火，（球化退火）和（去应力退火）。
11.根据共析钢的C曲线，过冷奥氏体在A1线以下转变的产物类型有（珠光体型），（贝氏体型）和马氏体型组织。
12.材料在一定的淬火剂中能被淬透的（深度）越大，表示（淬透性）越好。
13.钢的热处理是通过钢在固态下（加热）、保温和（冷却）的方法来改变（组织），从而获得所需要的性能的工艺方法。
14.共析钢的马氏体转变温度Ms约为（230℃），马氏体的显微组织与含碳量有关，含碳量高的马氏体呈（片）状，含碳量低的马氏体呈（板条）状。
15.常用淬火冷却介质有（水）、（油）和各种低温盐浴、碱浴等。
16.共析钢的等温转变曲线中，高温转变温度在（A1～550℃），转变产物分别为（珠光体）、（索氏体）和（托氏体）；中温转变温度为（550℃～Ms），转变产物分别为（上贝氏体）和（下贝氏体）。
17.钢的回火按回火温度及所得组织可分为（低温回火）、（中温回火）和（高温回火）三类。
18.钢材切削加工最佳硬度为170~210HB，生产中为提高低碳钢的硬度，往往采用（正火）的热处理工艺；为降低高碳钢的硬度，采用（球化退火）的热处理工艺。
19.钢的热处理包括三个阶段，即（加热）、保温和（冷却）。
简答题（本大题共25小题）
1.现有低碳钢齿轮和中碳钢齿轮各一只，为了使齿轮表面具有高的硬度和耐磨性，应该选择何种热处理方法？并比较热处理后它们在组织和性能上的差异。
【答案】：
低碳钢齿轮可采用渗碳、淬火、低温回火处理。通过渗碳使表面含碳量达到1.0%左右，淬火回火后，表面是高碳的回火马氏体，硬度高，而心部仍然是低碳的组织，韧性好。
中碳钢齿轮可采用表面淬火低温回火处理。淬火低温回火之后，表面是中碳回火马氏体，硬度高耐磨。心部仍然是韧性好的原正火或调质状态的组织。
与表面淬火处理相比较，渗碳的零件表面硬度更高，更耐磨，心部韧性更好，更耐冲击。
2.将Φ10mm的T8钢圆片试样加热至780℃并保温，后经五种不同冷却方式分别得到：① P、② S、③T 、④ B下＋M＋少量AR、⑤ M＋少量AR。在C曲线上分别画出其冷却工艺曲线。
【答案】：
3.直径为10mm的45钢试样在不同热处理条件下得到的硬度如表所示，请将不同热处理条件下的显微组织填入表中的显微组织栏。
【答案】：
4.T8钢经球化退火后得到什么组织？经淬火后得到什么组织？淬火后分别在200℃、400℃、600℃回火又得到什么组织？
【答案】：T8钢经退火后得到球状珠光体。经淬火后得到马氏体+残余奥氏体。淬火后分别在200℃、400℃、600℃回火得到回火马氏体、回火托氏体、回火索氏体。
5.T8钢的C曲线如图所示，若使该钢在570℃等温不同的时间，按图示1、2、3、4的冷却速度冷至室温，试问各获得什么组织？然后再进行高温回火，又各获得什么组织？
【答案】：
冷速1冷至室温：马氏体+残余奥氏体；高温回火后：回火索氏体。
冷速2冷至室温：细片状珠光体（托氏体）+马氏体+残余奥氏体；高温回火后：细片状珠光体+回火索氏体。
冷速3冷至室温：细片状珠光体（托氏体）；高温回火后：细片状珠光体（托氏体）。
冷速4冷至室温：细片状珠光体（托氏体）；高温回火后：细片状珠光体（托氏体）。
6.指出下列工件正火的主要作用及正火后的组织。（1）20CrMnTi制造传动齿轮（2）综合力学性能要求不高的45钢小轴（3）T12钢制造铣刀。
【答案】：（1）目的：预先热处理，细化晶粒，均匀组织，消除内应力，为最终热处理做组织准备。另外，提高硬度，改善切削加工性。组织：晶粒均匀细小的大量铁素体和少量索氏体。
（2）目的：正火使晶粒细化，组织均匀，力学性能较退火高，正火作为力学性能要求不高的小轴的最终热处理。另外，正火可调整硬度，改善切削加工性。组织：晶粒均匀细小的铁素体和索氏体。
（3）目的：细化晶粒，均匀组织，消除内应力，消除网状Fe3CⅡ，为球化退火做组织准备。组织：索氏体。
7.用45钢制造主轴，其加工工艺的路线为：下料——锻造——退火——粗加工——调质处理，试问：（1）调质处理的作用。（2）调质处理加热温度范围。
【答案】：（1）调质处理的作用：获得回火索氏体，使主轴具有良好的综合力学性能，满足使用要求。
（2）调质处理加热温度范围：淬火：840±10℃，高温回火：580-640℃
8.什么叫回火？淬火钢为什么要进行回火处理？
【答案】：回火：将淬火钢重新加热到A1点以下的某一温度，保温一定时间后，冷却到室温的一种操作。
钢淬火后获得的组织是马氏体和残余奥氏体，马氏体和残余奥氏体是不稳定的组织，它们有向较稳定组织转变的趋势，这将影响着零件的尺寸精度及性能稳定；淬火钢的性能特点是硬度高，脆性大，内应力大，直接使用很容易破断损坏。因此，淬火后要进行适当的回火处理，以稳定组织，稳定尺寸，消除或减小钢的残余应力，提高韧性。
9.什么叫淬火？其主要目的是什么？
【答案】：淬火：将钢件加热到Ac3或Ac1以上30～50℃，保温一定时间，然后快速冷却（一般为油冷或水冷），从而得马氏体的一种操作。
淬火的目主要是为了使奥氏体化后的工件获得尽量多的马氏体组织，并配以不同温度回火获得各种需要的性能。
10.淬火钢采用低温、中温和高温回火各获得什么组织？其主要应用在什么场合？
【答案】：（1）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58-64HRC。
（2）中温回火后的组织为回火屈氏体，硬度35-45HRC，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。
（3）高温回火后的组织为回火索氏体，其硬度25-35HRC，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。
11.亚共析碳钢及过共析碳钢淬火加热温度应如何选择？试从获得的组织及性能等方面加以说明。
【答案】：亚共析碳钢淬火加热温度Ac3+（30～50℃），淬火后的组织为均匀而细小的马氏体。如果亚共析碳钢加热温度在Ac1～Ac3之间，淬火组织中除马氏体外，还保留一部分铁素体，使钢的强度、硬度降低。所以，加热温度应在Ac3以上。但温度不能超过Ac3过高，以防奥氏体晶粒粗化，淬火后获得粗大马氏体。
过共析碳钢淬火加热温度Ac1+（30～50℃），淬火后的组织为均匀而细小的马氏体和颗粒状渗碳体及残余奥氏体的混合组织。如果加热温度超过Accm，渗碳体溶解过多，奥氏体晶粒粗大，会使淬火组织中马氏体针变粗，渗碳体量减少，残余奥氏体量增多，从而降低钢的硬度和耐磨性。淬火温度过高，淬火后易得到含有显微裂纹的粗片状马氏体，使钢的脆性增加。
12.何谓球化退火？为什么过共析钢必须采用球化退火而不采用完全退火？
【答案】：（1）将钢件加热到Ac1以上20～40℃，保温一定时间后随炉缓慢冷却至500℃后再出炉空冷。
（2）过共析钢不能采用完全退火，因为加热温度超过A ccm后，过共析钢的组织为单一的奥氏体，如果随后再缓慢地冷却，将得到层片状珠光体+网状二次渗碳体，不仅硬度高，难以切削加工，而且钢的脆性大，容易产生淬火变形及开裂。通过球化退火，使层状渗碳体变为球状渗碳体，以降低硬度，均匀组织、改善切削加工性，并为随后的淬火做好组织准备。
13.确定下列钢件退火方法，并指出退火目的及退火后的组织：
（1）经冷轧后的15钢钢板，要求降低硬度
（2）ZG270-500的铸造齿轮
（3）锻造过热的45钢锻坯
（4）具有片状渗碳体的T12钢坯
【答案】：（1）再结晶退火。目的：使变形晶粒重新转变为等轴晶粒，以消除加工硬化现象，降低了硬度，消除内应力。组织：铁素体和珠光体。
（2）完全退火。因为铸造后的齿轮通常晶粒比较粗大，存在残余内应力。目的：细化晶粒，消除内应力。组织：铁素体和珠光体。
（3）完全退火。目的：细化晶粒，消除过热组织，消除内应力，降低硬度，改善切削加工性。组织：铁素体和珠光体。
（4）球化退火。目的：使层片状渗碳体和少量二次渗碳体变为球状渗碳体，以降低硬度，均匀组织、改善切削加工性，并为随后的淬火做好组织准备。组织：粒状珠光体。
14.某厂模锻锤锤杆，原采用45Cr钢油淬，650℃高温回火，硬度低，冲击韧性高，后改为淬火后450~500℃中温回火后其使用寿命大幅度提高。试分析原因。
【答案】：锻锤锤杆的断裂属于较小能量的多次冲击破坏，其寿命取决于材料的多冲抗力而不是冲击韧性。如图所示，45Cr 钢油淬后经650℃高温回火，其冲击韧性αk值最高，但硬度和多冲抗力却低。45Cr淬火后在450－500℃进行中温回火多冲抗力最大。所以锤杆的寿命得到提高。
15.由于保管员失职，不慎将45钢和T10钢混同当45钢发出，制成一批重要紧固螺钉，螺钉头部需经淬火回火处理，以得50-54HRC。问这批螺钉在使用过程中将可能产生什么后果？试从热处理工艺方面分析原因。
【答案】：按照螺钉头部的硬度要求，45钢的淬火加热温度是840℃，回火温度是280℃，而T10钢的淬火加热温度是780℃，当T10钢按照45钢的工艺参数进行热处理时，淬火加热温度高，奥氏体晶粒粗大，淬火后所得马氏体也粗大，脆性大，易淬裂。回火后的硬度为56-58HRC，韧性低，使用中易出现脆断，造成重大的设备损坏和人身伤亡事故。
16.45钢淬火后硬度为55HRC(约为538HBS），经高温回火后的硬度下降为240HBS，若再进行200℃低温回火，能否使其硬度升高？为什么？淬火后进行低温回火，硬度为53HRC（约为515HBS），若再进行400℃中温回火，能否使其硬度降低？为什么？
【答案】：（1）不能，因为组织决定性能。45钢淬火后硬度为55HRC(538HBS)，经高温回火后的硬度下降为240HBS，其组织为回火索氏体，是稳定的组织，若再进行200℃低温回火，组织不会发生改变,所以硬度不会升高。
（2）能，因为组织决定性能。45钢淬火后进行低温回火，硬度为53HRC（515HBS），其组织为回火马氏体和残余奥氏体，不是稳定的组织，当温度升高时组织会发生转变。所以，再进行400℃中温回火，组织会转变为回火托氏体，硬度会降低。
17.分析45钢得到下列组织的热处理工艺：（1）粗片状珠光体+铁素体；（2）细片状珠光体+少量铁素体；
（3）细小的粒状索氏体；（4）表面是回火马氏体，心部是回火索氏体。
【答案】：（1）因为粗片状珠光体是奥氏体缓慢冷却转变中获得的，所以采用完全退火；（2）细片状珠光体是奥氏体较快的冷却转变中获得的，所以采用正火；（3）粒状索氏体是淬火加高温回火获得，所以采用调质处理；（4）调质处理可获得回火索氏体，而表面淬火只改变表面的组织，使表面成为马氏体，再进行低温回火即可获得表面的回火马氏体。所以采用调质处理+表面淬火+低温回火。
18.共析钢加热到相变点以上，用图1 的冷却曲线冷却，各属于何种热处理方法？各应得到什么组织？
【答案】：a是水冷淬火，组织是马氏体+残余奥氏体；b是分级淬火，组织是马氏体+残余奥氏体；c是油冷淬火，组织是托氏体+马氏体；d是等温淬火，组织是下贝氏体；e是正火，组织是索氏体；f是球化退火，组织是球状珠光体；g是等温球化退火，组织是球状珠光体。
19.T12钢加热到Ac1以上，用图2 的各种方法冷却，分析其所得到的组织。
【答案】：a得到的组织是马氏体+残余奥氏体；b得到的组织是下贝氏体+马氏体+残余奥氏体；c得到的组织是下贝氏体。
20.一批45钢试样（尺寸Φ15*10mm），因其组织、晶粒大小不均匀，需采用退火处理。拟采用以下几种退火工艺；
（1）加热至700℃，保温足够时间，随炉冷却至室温；
（2）加热至840℃，保温足够时间，随炉冷却至室温；
（3）加热至1100℃，保温足够时间，随炉冷却至室温；
问上述三种工艺各得到何种组织？若要得到大小均匀的细小晶粒，选何种工艺最合适？
【答案】：（1）因其未达到退火温度，加热时没有经过奥氏体化，故冷却后依然是组织、晶粒大小不均匀的铁素体和珠光体。
（2）因其在退火温度范围内，加热时全部转化为晶粒细小的奥氏体，故冷却后得到组织、晶粒均匀细小的铁素体和珠光体。（3）因其加热温度过高，加热时奥氏体晶粒剧烈长大，故冷却后得到晶粒粗大的铁素体和珠光体。
要得到大小均匀的细小晶粒，选第二种工艺最合适。
21.有两个含碳量为1.2%的碳钢薄试样，分别加热到780℃和860℃并保温相同时间，使之达到平衡状态，然后以大于VK的冷却速度冷却至室温。试问：
（1）哪个温度加热淬火后马氏体晶粒较粗大？
（2）哪个温度加热淬火后马氏体含碳量较多？
（3）哪个温度加热淬火后残余奥氏体较多？
（4）哪个温度加热淬火后未溶碳化物较少？
（5）你认为哪个温度加热淬火合适？为什么？
【答案】：（1）因为860℃加热温度高，加热时形成的奥氏体晶粒粗大，冷却后得到的马氏体晶粒较粗大。
（2）因为加热温度860℃已经超过了Accm，此时碳化物全部溶于奥氏体中，奥氏体中含碳量增加，而奥氏体向马氏体转变是非扩散型转变，所以冷却后马氏体含碳量较多。
（3）因为加热温度860℃已经超过了Accm，此时碳化物全部溶于奥氏体中，使奥氏体中含碳量增加，降低钢的Ms和Mf点，淬火后残余奥氏体增多。
（4）因为加热温度860℃已经超过了Accm，此时碳化物全部溶于奥氏体中，因此加热淬火后未溶碳化物较少
（5）780℃加热淬火合适。因为含碳量为1.2%的碳钢属于过共析钢，过共析碳钢淬火加热温度Ac1+（30～50℃），而780℃在这个温度范围内，这时淬火后的组织为均匀而细小的马氏体和颗粒状渗碳体及残余奥氏体的混合组织，使钢具有高的强度、硬度和耐磨性，而且也具有较好的韧性。
22.指出下列工件的淬火及回火温度，并说明其回火后获得的组织和大致的硬度：
（1）45钢小轴（要求综合力学性能）；
（2）65钢小弹簧；
（3）T12钢锉刀。
【答案】：（1）工件的淬火温度为830-840℃，回火温度为500℃～650℃，其回火后获得的组织为回火索氏体，大致的硬度270-220HB。
（2）工件的淬火温度为840℃左右，回火温度为500℃左右，其回火后获得的组织为回火托氏体，大致的硬度35～40HRC。（3）工件的淬火温度为780℃左右，回火温度为150℃～250℃，其回火后获得的组织为回火马氏体，大致的硬度60HRC。
23.说明45钢试样（Φ10mm）经下列温度加热、保温并在水冷得到的室温组织：700℃，760℃，840℃，1100℃。
【答案】：700℃：因为它没有达到相变温度，因此没有发生相变，组织为铁素体和珠光体。
760℃：它的加热温度在Ac1～Ac3之间，因此组织为铁素体、马氏体和少量残余奥氏体。
840℃：它的加热温度在Ac3以上，加热时全部转变为奥氏体，冷却后的组织为马氏体和少量残余奥氏体。
1100℃：因它的加热温度过高，加热时奥氏体晶粒粗化，淬火后得到粗大的马氏体和少量残余奥氏体。
24.拟用T10制造形状简单的车刀，工艺路线为：
锻造—热处理—机加工—热处理—磨加工
（1）试写出各热处理工序的名称并指出各热处理工序的作用；
（2）指出最终热处理后的显微组织及大致硬度；
（3）制定最终热处理工艺规范（温度、冷却介质）。
【答案】：（1）工艺路线为：锻造—球化退火—机加工—淬火后低温回火—磨加工。球化退火可细化组织，降低硬度，改善切削加工性并为淬火做组织准备；淬火及低温回火可获得高硬度和耐磨性以及去除内应力。
（2）最终热处理后的显微组织为回火马氏体，大致的硬度60HRC。
（3）T10车刀的淬火温度为780℃左右，冷却介质为水；回火温度为160℃～180℃，保温时间1～2小时，硬度为61～63HRC。
25.选择下列零件的热处理方法，并编写简明的工艺路线（各零件均选用锻造毛坯，并且钢材具有足够的淬透性）：
（1）某机床变速箱齿轮（模数m=3），要求齿面耐磨，心部强度和韧性要求不高，材料选用45钢；
（2）某机床主轴，要求有良好的综合机械性能，轴径部分要求耐磨（HRC 50-55），材料选用45钢；
（3）镗床镗杆，在重载荷下工作，精度要求极高，并在滑动轴承中运转，要求镗杆表面有极高的硬度，心部有较高的综合机械性能，材料选用38CrMoALA。
【答案】：（1）下料→锻造→正火→粗加工→精加工→表面淬火+低温回火→精磨→成品
（2）下料→锻造→正火→粗加工→调质→精加工→轴颈部表面淬火+低温回火→精磨→成品
（3）下料→锻造→退火→粗加工→调质→精加工→氮化→研磨→成品
实验题（本大题共11小题，每小题15分，共165分）
1.实验中对45钢试样进行了一系列热处理操作及硬度测试，试将实验数据填入下表中。
3.识别20钢淬火、65Mn等温淬火和45钢退火金相照片，并用箭头标明图中各组织名称。
【答案】：
4.实验中观察了20钢和45钢退火及20钢淬火的金相组织，其金相照片如下，试指出各照片的钢号，并用箭头标明图中各组织名称。已知珠光体硬度240HB，铁素体硬度80HB，试计算退火状态的45钢硬度比退火状态的20钢高多少。
【答案】：
（1）照片的钢号及各组织名称如图所示：
（2）45钢室温下组织为：珠光体（P）+铁素体（F）
45钢珠光体和铁素体的相对含量为： P%=0.45/0.77*100%=58% ， F%= 1-58%=42% 45钢的大致硬度为： 58%*240+42%*80=173HB
20钢室温下组织为：珠光体（P）+铁素体（F）
20钢珠光体和铁素体的相对含量为：P%=0.20/0.77*100%=26% ， F%= 1-26%=74% 20钢的大致硬度为： 26%*240+74%*80=122HB
（3）计算退火状态的45钢硬度比退火状态的20钢高出多少：173-122=51HB
5.识别T12钢和45钢退火金相照片，并用箭头标明图中各组织名称。
【答案】：
6.实验中观察了退火状态的20钢、45钢和等温淬火的65Mn钢金相组织，其金相照片如下，试指出各照片的钢号，并用箭头标明图中各组织名称。计算退火状态的20钢、45钢组织中珠光体含量，并结合金相照片进行对比分析。
【答案】：1）各照片的钢号及各组织名称如图所示：
（2）45钢室温下组织为：珠光体（P）+铁素体（F）
P%=0.45/0.77*100%=58% F%= 1-58%=42%
20钢室温下组织为：珠光体（P）+铁素体（F）
P%=0.20/0.77*100%=26% F%= 1-26%=74%
7.实验中对退火后的45钢试样进行了一系列热处理操作及硬度测试。试将实验数据填入下表并分析冷却速度对该钢性能的影响。简述测试硬度操作步骤。
（2
（3）测试硬度操作步骤如下：将热处理的试样用粗砂纸磨去两端的氧化皮和脱碳层，在洛氏硬度机上测试硬度，压头是淬火钢球或金刚石。首先施加10公斤力的预载荷，调整刻度盘，对准起点，然后施加主载荷并保持一定时间之后再卸除主载荷，读数。每个试样测三点，取其平均值。
8.识别退火状态的T12钢、20钢和淬火状态的20钢金相照片，指出各照片的钢号，并用箭头标明图中各组织名称；计算T12钢中二次渗碳体的相对含量，并与T12钢金相照片进行对比。
【答案】：（1）各照片的钢号及各组织名称如图所示：
（2）T12钢：T12钢室温下组织为：珠光体（P）+渗碳体（Fe3CⅡ）
珠光体和二次渗碳体的相对含量为：P%=（6.67-1.2）/（6.67-0.77）*100%=93% , Fe3CⅡ= 1-93%=7%
9.实验中观察了20钢、T8钢及亚共晶白口铸铁的金相组织，其金相照片如下。试填写出各照片的材料名称，并用箭头标明图中各组织名称。分析比较三种材料的硬度和塑性。
【答案】：
（1）各照片的钢号为：a）亚共晶白口铸铁，b）20钢，c）T8钢
组织名称如图所示：
（2）三种材料的硬度由大到小依次为：亚共晶白口铸铁， T8钢，20钢
三种材料的塑性由大到小依次为： 20钢，T8钢，亚共晶白口铸铁
10.实验中观察了45钢、T12钢和过共晶白口铸铁金相组织，其金相照片如下。试指出各照片的材料名称，并用箭头标明图中各组织名称。计算T12钢在室温下组织和相的相对含量。
【答案】：（1）各照片的钢号为：a）过共晶白口铸铁，b)T12钢，c)45钢
组织名称如图所示：
（2）T12钢室温下组织为：珠光体（P）和二次渗碳体（Fe3CⅡ）
P%=（6.67-1.2）/（6.67-0.77）*100%=93% Fe3C Ⅱ% = 1-93% =7%
T12钢室温下相为：铁素体（F ）和渗碳体（Fe3C ）
F% =（6.67-1.2）/6.67*100%=82% Fe3C % = 1-82%=18%
11. 实验中观察了退火状态的45钢、T8钢及调质状态的GCr15钢金相组织，其金相照片如下，试指出各照片的钢号，分析比较三种钢的组织形态特征，已知珠光体硬度240HB ，铁素体硬度80HB ，试计算退火状态的45钢硬度并估算强度。
【答案】：（1） 各照片的钢号及组织名称如图所示。
退火状态的T8钢是片状珠光体，调质状态的GCr15钢是细小粒状的碳化物分布在铁素体的基体上，退火状态的45 钢由片状珠光体与铁素体组成。
（2）45钢室温下组织为：珠光体（P ）和铁素体（F ）
P% =0.45/0.77*100%=58% , F%= 1-58%=42%
45钢试样的大致硬度为： 58%*240+42%*80=172.8HB 45钢试样的大致强度为： σb=3.5×172.8=605MPa