表面淬火与化学热处理工艺异同点
工程材料习题集
工程材料习题集绪论1．一铜棒的最大拉应力为70MPa，若要承受2000kgf的载荷，它的直径是多少？2．有一直径15mm的钢棒所能承受的最大载荷为11800kgf，问它的强度是多少。
3．一根2米长的黄铜棒温度升高80℃，伸长量是多少？要使该棒有同样的伸长，问需要作用多少力？（黄铜线膨胀系数为20×10－6/℃，平均弹性模量为110000MPa）4．一根焊接钢轨在35℃时铺设并固定，因此不能发生收缩。
问当温度下降到9℃时，钢轨内产生的应力有多大？（钢的线膨胀系数为12×10－6/℃，弹性模量为206000MPa）5．零件设计时，选取σ0.2（σS）还是选取σb，应以什么情况为依据？6．δ与ψ这两个指标，哪个能更准确地表达材料的塑性？并说明以下符号的意义和单位：σe；σs(σ0.2)；σb；δ；ψ；σ-1；ɑk7．常用的测量硬度的方法有几种？其应用范围如何？8．有一碳钢制支架刚性不足，有人要用热处理强化方法；有人要另选合金钢；有人要改变零件的截面形状来解决。
哪种方法合理？为什么？参考答案：1．18.9mm 2．871MPa 3．3.2mm，176MPa 4．64.3MPa第一章金属的结构与结晶1．金属中常见的晶体结构类型有哪几种?α-Fe、γ-Fe、A1、Cu、Ni、Pb、Cr、V、Mg、Zn 各属何种晶体结构?2．单晶体与多晶体有何差别？为什么单晶体具有各向异性，而多晶体材料通常不表现出各向异性？3．简述金属常见的三种晶体结构的基本特点。
4．晶体缺陷有哪些？对材料有哪些影响？对所有的材料都有影响吗？5. 分别说明以下概念：晶格；晶胞；晶格常数；致密度；配位数；晶面；晶向；单晶体；多晶体；晶粒；晶界；各向异性；同素异构。
6.在立方晶格中，如果晶面指数和晶向指数的数值相同，该晶面与晶向间存在着什么关系？7. 何谓过冷度?为什么结晶需要过冷度?它对结晶后晶粒大小有何影响?8. 何谓同素异构转变?纯铁在常压下有哪几种同素异构体?各具有何种晶体结构?1．金属结晶的基本规律是什么？结晶过程是怎样进行的？2．过冷度与冷却速度有何关系？它对金属结晶后的晶粒大小有何影响？3．如果其它条件相同，试比较在下列条件下，铸件晶粒的大小：（1）砂型铸造与金属铸造；（2）厚壁铸件与薄壁铸件；（3）加变质剂与不加变质剂；（4）浇注时振动与不振动。
钢的表面热处理
第八章钢的表面热处理知识要点：表面热处理的目的、分类；常用的表面热处理工艺（感应加热表面淬火和渗碳）；了解表面热处理的典型零件。
一、表面热处理的目的1．提高零件的表面性能，具有高硬度、高耐磨和高的疲劳强度。
→保证高精度2．使零件心部具有足够高的塑性和韧性。
→防止脆性断裂。
“表硬心韧”二、表面热处理的分类及工艺特点主要有两大类：表面淬火和化学热处理。
（一）表面淬火1．工艺：将工件表面快速加热到奥氏体区，在热量尚未达到心部时立即迅速冷却，使表面得到一定深度的淬硬层，而心部仍保持原始组织的一种局部淬火方法。
工艺特点：（1）不改变工件表面化学成分，只改变表面组织和性能；（2）表面与心部的成分一致，组织不同。
2．所用材料一般多用中碳钢、中碳合金钢，也有用工具钢、球墨铸铁等。
典型零件:如用40、45钢制作的机床齿轮齿面的强化、主轴轴颈处的硬化等。
3．常用表面淬火方法主要有：感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火和激光加热表面淬火。
（1）感应加热表面淬火原理：通以一定频率交变电流的感应线圈，产生的交变磁场在工件内产生一定频率的感应电流（涡流），利用工件的电阻而将工件加热；由于感应电流的集肤效应，使工件表层被快速加热至奥氏体化，随后立即快速冷却，在工件表面获得一定深度的淬硬层。
感应线圈→交变磁场→感应电流→工件电阻→加热，集肤效应→表层加热，快冷→淬硬层。
工件淬硬层的深度与频率有关：A. 0.2～2mm，高频感应加热（100—500KHz），适用于中小型齿轮、轴等零件；B．2～10mm，中频感应加热（0.5—10KHz），大中型齿轮、轴；C．〉10—15mm，工频感应加热（50Hz），用于大型轴、轧辊等零件。
特点：淬火质量好，表层组织细密、硬度高、脆性小、疲劳强度高；生产频率高、便于自动化，但设备较贵，不适于单件和小批量生产。
应用：主要零件类型是轴类、齿轮类、工模具，最常见的有：齿轮，如机床和精密机械上的中、小模数传动齿轮，蒸汽机车、内燃机车、冶金、矿山机械等上的大模数齿轮。
工程材料试卷及答案
工程材料试卷及答案1复习要点一、名词解释：晶格（空间点阵）P15，同素异构现象（多形性）/同素异构转变（多形性转变）P33，单晶体P19，多晶体，过冷现象/过冷度P28，自发形核P30，非自发形核P30，变质处理P31，合金P22，固溶体P23（置换固溶体，间隙固溶体，金属化合物/中间相），固溶强化P24，铁碳合金，铁素体P43，奥素体P43，渗碳体，莱氏体，珠光体，热处理P65（完全退火，球化退火，正火，淬火，回火P70），加工硬化。
二、比较异同点：晶体—非晶体，凝固与结晶，相—组织组成物，共晶反应—共析反应，淬透性/可淬性—淬硬性/可硬性，表面淬火—化学热处理，结晶—再结晶三、单一选择题1. T10A 钢室温下的平衡组织为 B。
(a) F+ Fe3C (b) P+ Fe3CII(c)F+P (d) P+Fe3C2. 下列材料中不能锻造的材料是( A)；(a)灰口铸铁； (b)钢材； (c)铜合金； (d)铝合金3. 形变铝合金的强韧化措施是（ D）。
(a) 淬火+回火 (b) 钠盐变质处理 (c) 固溶处理 (d) 淬火+时效4. 可选择（ b ）材料制造化工管道。
(a) 尼龙 (b) 聚四氟乙烯 (c) 聚碳酸脂 (d) 聚苯乙烯5. 比较45、40Cr 和40CrNi 三种牌号结构钢淬透性时，下列说法有误的是（ C）。
(a) 40CrNi 钢淬透性最好 (b) 45 钢淬透性最差(c) 40CrNi 钢淬透性最差 (d) 40CrNi 钢淬透性优于40Cr 钢6. 卧式铣床加工齿轮时，分度手柄转一周，则工件转(B )(a)40 周； (b)1/40 周； (c)1 周； (d) 10 周7. 车床钻孔时，其主运动是( A)；(a)工件的旋转；(b)钻头的旋转；(c)钻头的纵向运动；(d) 工件的纵向运动8. 普通车床C6136 中数字36 表示(A )；(a) 最大车削直径的1/10； (b) 最大车削半径的1/10；(c) 最大车削长度的1/10； (d) 最大车削直径9．减速机壳体是灰口铸铁制造的，它的毛坯生产方式是( A)；(a)砂型铸造； (b)自由锻造； (c)模锻； (d)冲压10.用10mm 厚度的钢板焊接一个压力容器，应选择( B)；(a)氧－乙炔焊； (b)交流弧焊； (c)钎焊； (d)缝焊11. 关于低碳钢正火目的说法错误的是 D。
退火,正火,淬火,回火有什么相同点与不同点
金属热处理是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中保持一定时间后，又以不同速度冷却的一种工艺方法。
金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其它加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。
其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的。
为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。
钢铁是机械工业中应用最广的材料，钢铁显微组织复杂，可以通过热处理予以控制，所以钢铁的热处理是金属热处理的主要内容。
另外，铝、铜、镁、钛等及其合金也都可以通过热处理改变其力学、物理和化学性能，以获得不同的使用性能。
在从石器时代进展到铜器时代和铁器时代的过程中，热处理的作用逐渐为人们所认识。
早在公元前770～前222年，中国人在生产实践中就已发现，铜铁的性能会因温度和加压变形的影响而变化。
白口铸铁的柔化处理就是制造农具的重要工艺。
公元前六世纪，钢铁兵器逐渐被采用，为了提高钢的硬度，淬火工艺遂得到迅速发展。
中国河北省易县燕下都出土的两把剑和一把戟，其显微组织中都有马氏体存在，说明是经过淬火的。
随着淬火技术的发展，人们逐渐发现冷剂对淬火质量的影响。
三国蜀人蒲元曾在今陕西斜谷为诸葛亮打制3000把刀，相传是派人到成都取水淬火的。
这说明中国在古代就注意到不同水质的冷却能力了，同时也注意了油和尿的冷却能力。
中国出土的西汉(公元前206～公元24)中山靖王墓中的宝剑,心部含碳量为0.15～0.4%，而表面含碳量却达0.6%以上，说明已应用了渗碳工艺。
但当时作为个人“手艺”的秘密，不肯外传，因而发展很慢。
1863年，英国金相学家和地质学家展示了钢铁在显微镜下的六种不同的金相组织，证明了钢在加热和冷却时，内部会发生组织改变，钢中高温时的相在急冷时转变为一种较硬的相。
四大热处理工艺
四大热处理工艺
热处理工艺是一种通过改变材料的物理结构、化学成分和性质来改善其性能的技术。
在热处理工艺中，有四项主要的工艺，分别是退火、淬火、回火以及表面处理。
这四种热处理工艺都具有不同的特点和应用范围，并被广泛应用于现代工业生产中。
1. 退火工艺
退火工艺是将金属材料加热到一定温度，然后缓慢冷却至室温的工艺。
此工艺可以减少材料中的残余应力和提高硬度，改善材料的延展性和韧性，提高材料的加工性能，适用于铸造、锻造和变形加工等多种材料加工领域。
退火的最佳温度和持续时间会因材料不同而异。
2. 淬火工艺
淬火是将金属材料加热到一定温度后，通过迅速冷却来改变材料的组织结构和性质的工艺。
此工艺可以提高材料的硬度、强度和耐磨性，适用于制造各种机械零部件、工具等。
淬火温度、冷却速度和时间会对最终的材料性能产生显著的影响。
3. 回火工艺
回火工艺是在淬火后，将已经变硬的材料重新加热到一定温度，然后缓慢冷却的工艺。
此工艺可以减轻材料的脆性，并使其具有较好的延展性和韧性，适用于制造各种高强度零部件，如弹簧、轴承、齿轮等。
回火的最佳温度、时间和冷却速度也会因材料不同而异。
4. 表面处理工艺
表面处理工艺是将材料表面进行改性的工艺，包括氮化、硬化、镀膜等多种方法。
通过这些方法可以改善材料表面硬度、抗腐蚀性、耐磨性和抗疲劳性等，适用于制造各种高性能零部件和设备。
综上所述，四种热处理工艺在现代工业中都具有广泛的应用。
不同材料和加工要求会产生不同的需要，因此选择合适的热处理工艺不仅可以改善材料的性能，也可以提高生产效率，实现工业生产的可持续发展。
表面淬火和化学热处理
时效1、概念：金属材料经过冷加工、热加工或固溶处理后，在室温下放置或适当升温加热时，发生的力学和物理性能能随着时间而变化的现象，称为时效。
2、机械制造过程中常用的时效方法主要有自然时效、热时效、变形时效、振动时效和沉淀时效等。
3、自然时效在室温下发生性能随着时间而变化的现象。
利用自然时效可以部分消除工件内的部分残余应力，稳定工件的形状和尺寸。
，但工件的内部残余应力不能完全消除。
4、热时效是指随着温度的不同，a—Fe中碳的溶解度发生变化，从而使钢的性能发生改变的过程。
5、变形时效是指钢在冷变形后进行的时效。
6、振动时效是指通过机械振动的方式来消除、降低或均匀工件内残余应力的工艺。
（抗疲劳性能）表面热处理与化学热处理需要考虑对零件进行表面热处理或化学热处理，以满足上述“表里不一”的性能要求。
一、表面热处理1、概念：是为改变工件表面的组织和性能，仅对其表面进行热处理的工艺。
表面淬火是最常用的表面热处理工艺之一。
2、分类：按加热放法的不同：表面淬火主要有感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、接触电阻加热表面淬火、电解液加热表面淬火等。
目前生产中最多的是感应加热表面淬火。
表面淬火不改变工件表面的化学成分。
3、根据交流电流频率不同，感应加热表面淬火可分为三类：高频感应加热表面淬火应用范围：中小型轴、销、套等圆柱形零件，小模数齿轮。
●中频感应加热表面淬火应用范围：尺寸较大的轴类零件，大、中模数齿轮。
●工频感应加热表面淬火应用范围：大型零件表面淬火或棒料穿透加热。
三、化学热处理1、概念：式将工件置于适当的活性介质中加热、保温，使一种或几种元素渗入到它表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺。
2、特点：化学热处理与表面淬火相比，其特点是表层不仅有组织的变化，而且还有化学成分的变化。
3、自身特点：由于渗入元素的不同，工件表面处理后获得的性能也不相同。
渗碳、渗氮、碳氮工渗的主要目的是提高工件表面的硬度和耐磨性；渗金属的主要目的是提高工件表面的耐腐蚀性和抗氧化性等。
《金属材料热处理》思考题
《金属材料热处理》思考题（成型09级）第1章绪论第2章固态相变概论1. 金属固态相变的主要类型、特点2. 金属固态相变按（1）相变前后热力学函数、（2）原子迁移情况、（3）相变方式分为哪几类？3. 金属固态相变主要有哪些变化？4. 金属固态相变有哪些特点？5. 固态相变的驱动力和阻力包括什么？加以说明。
6. 固态相变的过程中形核和长大的方式是什么？加以说明。
7. 何谓热处理？热处理的目的是什么？热处理在机械加工过程中作用有那些？热处理与合金相图有何关系？8. 说明下列符号的物理意义及加热速度和冷却速度对他们的影响？Ａc1、Ａr1、Ａc3、Ａr3、Ａccm、Ａrcm9. 一些概念：固态相变、热处理、平衡转变、不平衡转变、同素异构转变、多形性转变、共析转变、包析转变、平衡脱溶沉淀、调幅分解、有序化转变、伪共析转变、马氏体转变、贝氏体转变、块状转变、不平衡脱溶沉淀、一级相变、二级相变、扩散型相变、非扩散型相变、半扩散型相变、共格界面、半共格界面、非共格界面、惯习面、位向关系、应变能、界面能、过渡相、均匀形核、非均匀形核、晶界形核、位错形核、空位形核、界面过程、传质过程、协同型方式长大、非协同型方式长大、切变机制、台阶机制第3章钢的热处理原理与工艺第1节1、奥氏体的组织、结构和性能特点。
2、从成分和工艺角度说明如何细化奥氏体晶粒?3．以碳扩散的观点说明奥氏体的长大机理。
4、共析钢的奥氏体的形成包括哪几个过程？为什么说奥氏体形成是受碳扩散控制的？非共析钢的奥氏体的形成与共析钢的奥氏体的形成有何异同？为什么有剩余渗碳体溶解过程？5、影响奥氏体转变速度的因素有哪些？如何影响？合金钢的奥氏体转变的有什么特点？6、影响奥氏体晶粒度的因素有哪些？如何影响？注意合金元素的影响。
第2节1．试设计一种采用金相硬度法测定共析钢TTT图的方法。
（测定TTT图的原理和方法。
）2.请绘制含碳量为0.77%的钢的过冷奥氏体等温转变图，并回答下列问题：（1）说明图中各线、区的意义。
正火退火淬火回火的区别与联系
正火退火淬火回火的区别与联系退火是将工件加热到适当温度，根据材料和工件尺寸采用不同的保温时间，然后进行缓慢冷却，缓冷是退火的主要特点，一般是将工件随炉缓冷到小于550℃时出炉空冷。
对于要求内应力较小的工件应随炉冷却到小于350℃出炉空冷。
目的是降低材料硬度，以利切削加工；消除各类应力，防止零件变形；细化粗大晶粒，改善内部组织，使金属内部组织达到或接近平衡状态，获得良好的工艺性能和使用性能，或为进一步淬火或最终热处理做好准备。
一．退火的种类完全退火、等温退火、球化退火、均匀化退火、去应力退火和再结晶退火、光亮退火等。
1．完全退火和等温退火完全退火又称重结晶退火，一般简称为退火，这种退火主要用于亚共析成分的各种碳钢和合金钢的铸，锻件及热轧型材，有时也用于焊接结构。
一般常作为一些不重工件的最终热处理，或作为某些工件的预先热处理。
将工件完全奥氏体化后缓慢冷却，获得接近平衡组织的退火。
加热温度为Ac3+(30~50)℃1）目的细化组织，降低硬度，改善切削加工性能，消除内应力。
组织与性能完全退火后可获得接近平衡状态的组织，一般为铁素体加珠光体。
用途主要用于中碳非合金钢和中碳合金钢铸、焊、锻、轧制件等。
也可用于高速钢、高合金钢淬火、返修前的退火2．球化退火球化退火主要用于过共析的碳钢及合金工具钢（如制造刃具，量具，模具所用的钢种）。
其主要目的在于降低硬度，改善切削加工性，并为以后淬火作好准备。
为使工件中的碳化物球状化而进行的退火，加热温度一般为Ac1+(20~30)℃，保温一定时间，再冷至Ar1以下20℃左右等温一定时间，然后出炉空冷。
目的降低硬度，改善组织，提高塑性和改善切削加工性能等。
组织与性能球化退火时，网状渗碳体在加热保温过程中将部分溶解而断开，成为许多细小点状渗碳体弥散分布在奥氏体基体上。
再随后缓冷过程中，以细小渗碳体质点为核心，形成颗粒状渗碳体，均匀分布在铁素体基体上，形成球状（或粒状）珠光体组织。
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表面淬火与化学热处理工艺异同点
摘要：介绍表面淬火与化学热处理的工艺的不同以及各自的分类、加工方法。
关键词：表面淬火化学热处理异同点
表面淬火只对工件的表面或部分表面进行热处理，所以只改变表层的组织。
而心部或其它部分的组织仍保留原来的低硬度、高塑性和高韧性的性能，这样工件截面上由于组织不同性能也就不同。
表面淬火便于实现机械化、自动化，质量稳定，变形小，热处理周期短，费用少，成本低，还可用碳钢代替一些台金钢。
化学热处理是将工件表面渗进了某些化学元素的原子，改变了表层的化学成份，使表面能得到高硬度或某些特殊的物理、化学性能。
而心部组织成份不变，仍保留原来的高塑性。
高韧性的性能，这样在工件截面上就有截然不同的化学成份与组织性能。
化学热处理生产周期长，不便于实现机械化、自动化生产，工艺复杂，质量不够稳定，辅助材料消耗多、费用大、成本高，许多情况下还需要贵重的合金钢。
化学热处理只在获得表面层的更高硬度与某些特殊性能及心部的高韧性等方面优于表面淬火。
表面淬火：
钢的表面淬火
有些零件在工件时在受扭转和弯曲等交变负荷、冲击负荷的作用下，它的表面层承受着比心部更高的应力。
在受摩擦的场合，表面层还不断地被磨损，因此对一些零件表面层提出高强度、高硬度、高耐磨性和高疲劳极限等要求，只有表面强化才能满足上述要求。
由于表面淬火具有变形小、生产率高等优点，因此在生产中应用极为广泛。
根据供热方式不同，表面淬火主要有感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、电接触加热表面淬火等。
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感应加热表面淬火
感应加热就是利用电磁感应在工件内产生涡流而将工件进行加热• 感应加热的基本原理
将工件放在感应器中，当感应器中通过交变电流时，在感应器周围产生与电流频率相同的交变磁场，在工件中相应地产生了感应电动势，在工件表面形成感应电流，即涡流。
这种涡流在工件的电阻的作用下，电能转化为热能，使工件表面温度达到淬火加热温度，可实现表面淬火。
感应表面淬火后的性能三维|cad|机械|汽车|技术|catia|pro/e|ug|inventor|solidedge|solidworks|caxa6 _/ }% H% H. `( y
1.表面硬度：经高、中频感应加热表面淬火的工件，其表面硬度往往比普通淬火高 2～3 个单位（HRC）。
2.耐磨性：高频淬火后的工件耐磨性比普通淬火要高。
这主要是由于淬硬层马氏体晶粒细小，碳化物弥散度高，以及硬度比较高，表面的高的压应力等综合的结果。
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3.疲劳强度：高、中频表面淬火使疲劳强度大为提高，缺口敏感性下降。
对同样材料的工件，硬化层深度在一定范围内，随硬化层深度增加而疲劳强度增加，但硬化层深度过深时表层是压应力，因而硬化层深度增打疲劳强度反而下降，并使工件脆性增加。
一般硬化层深δ＝（10～20）％D。
较为合适，其中D。
为工件的有效直径。
化学热处理的主要方法有渗碳、渗氮、渗金属。
渗碳法之种类渗碳法按使用之渗碳剂而可分为如下三大类：
（1）固体渗碳法：以木炭为主剂的渗碳法。
（2）液体渗碳法：以氰化钠为主剂之渗碳法。
（3）气体渗碳法：以天然气、丙烷、丁烷等气体为主剂的渗碳法。
固体渗碳法：将表面渗碳钢作成的工件，连同渗碳剂装入渗碳箱而密闭，装入加热炉，加热成沃斯田铁状态，使碳从钢表面侵入而扩散，处理一定时间后，连同渗碳箱冷却，只取出渗碳处理工件，进行一次淬火、二次淬火、施行回火。
液体渗碳法：
液体渗碳法为将工作件浸渍于盐浴中行渗碳之方法。
因盐浴之淬火性良好，因此可减少工作件之变形，并可使处理件加热均匀。
升温迅速，操作简便，便于多种少量的生产。
尤其在同一炉，可同时处理不同渗碳深度的处理件。
液体渗碳是以氰化钠为主成分，所以同时能渗碳亦能氰化，所以亦称为渗碳氮化，有时亦称为氰化法。
处理温度约以700℃界，此温度以下以氮化为主，渗碳为辅，700℃以上则渗碳为主，氮化为辅，氮化之影响极低。
一般工业上使用时，系以渗碳作用为主。
气体渗碳法：
气体渗碳，由于适合大量生产化，作业可以简化，品质管制容易算特点，目前最普遍被采用。
此法有变成气体（或称发生气体）及滴注式之两种。
变成气体方式之方法是将碳
化气体（C4H10，C3H8，CH4等）和空气相混合后送入变成炉，在炉内1000～1100℃之高温下，使碳化氢和空气反应而生成所谓变成气体，由变成炉所生成的气体有各种称呼，本文方便上叫做变成气体。
变成气体以CO、H2、N2，为主成份，内含微量CO2、H2O、CH4，然后将此气体送进无外气泄入的加热炉内施行渗碳。
渗碳时，因所需的渗碳浓度不同，在变成气体内添加适当量的C4H10、C3H8、CH4等以便调渗碳浓度。
气体渗碳氮化法：
气体渗碳氮化时，渗碳和渗氮作用同时行。
气体渗碳用的气体渗碳用的气体用来产生渗碳作用，而N H3气体用产生渗氮作用。
气体渗碳氮化温度为704～900℃，其处理时间比气体渗碳法短，得较薄的硬化层，所得渗碳氮化结果类似于液体渗碳氮化所得者。
参考文献：《机械工程材料基础》吴一江机械工业出版社
《机械工程材料》沈莲机械工业出版社。