金属热处理工艺学

1.碳势：纯铁在一定温度下于加热炉气中加热时达到既部增碳也不脱碳并与炉气保持平衡时表面的含碳量.

2.脱碳：钢中的碳也会和气氛作用，使钢的表面失去一部分碳，含碳量降低,这种现象成为脱碳。

3.过烧：加热温度过高，出现晶界氧化，甚至晶界局部熔化，造成工件报废。

4.放热式气体：原料气与较充足的空气混合，仅靠其本身的不完全燃烧所放出的热量就能维持其反应时，所制成的气体。

5.光亮热处理：是指在热处理过程中（主要是淬火和退火），采用气体保护或者是真空状态，避免或减少被热处理的工件表面与氧气接触而发生氧化，从而达到工件表面的光亮或相对光亮。

6.淬火烈度：淬火介质的冷却能力。

7.淬透性：钢材淬火时获得马氏体的能力的特性.

8.淬硬性：淬硬性是指钢在淬火时的硬化能力，用淬火后马氏体所能达到的最高硬度表示，它主要取决于马氏体中的含碳量。

9.自回火：当淬火后尚未完全冷却，利用在工件内残留的热量进行回火。10.退火：将组织偏离平衡状态的金属或合金加热到适当的温度，保持一定时间，然后缓慢冷却以达到接近平衡状态组织的热处理工艺。11.表面淬火：被处理工件在表面有限深度范围内加热至相变点以上，然后迅速冷却，在工件表面一定深度范围内达到淬火目的的热处理工艺。12.连续加热法：对工件需淬火部位中的一部分同时加热，通过感应器与工件之间的相对运动，把已加热部位逐渐移到冷却位置冷却，待加热部位移至感应器中加热，如此连续进行，直至需硬化的全部部位淬火完毕。13.化学热处理：将工件放置于某种渗入元素的活性介质中，通过加热、保温和冷却，使渗入元素被吸附并扩散渗入工件表面层，

以改变表面层化学成分和组织，从而使其表面具有与心部不同的特殊性能的一种工艺。14.淬火：把钢加热到临界点Ac1或Ac3以上，保温并随之以大于临界冷却速度(Vc)冷却，以得到介稳状的M或B下组织的热处理工艺。15.反应扩散：由溶解度较低的固溶体转变成浓度更高的化合物，这种扩散称为反应扩散。16.物理催渗法：利用温度、气压，电场、磁场及辐射，机械的弹塑性变形及弹性振荡等物理方法，加速渗剂的分解，活化工件表面，提高吸附和吸收能力，加速渗入元素的扩散.17.化学催渗法：在渗剂中加入一种或几种化学试剂或物质，促进渗剂的分解过程，去除工件表面氧化膜，活化工件表面，来提高渗入元素的渗入能力。18.渗碳:钢件在渗碳介质中加热和保温，使碳原子渗入表面，获得一定的表面含碳量和一定碳浓度梯度的工艺。19.渗氮：向金属表面渗入氮元素的工艺称为渗氮，也称为氮化.20.渗硼：将钢的表面渗入硼元素以获得铁的硼化物的工艺。21.热应力：不同部位热胀(或冷缩)的不一致形成的内应力。22.组织应力：不同部位组织转变不同时性形成的内应力。23.二次硬化：含有Cr、Mo、V、Ti、Nb等强碳化物形成元素的钢，经淬火并在500-600℃之间回火时，不仅硬度不降低，反而升高的现象称为合金钢的二次硬化。24.二次淬火：高合金钢在回火冷却时残余奥氏体转变为M的现象。25.回火脆性：淬火钢在某些温度区间回火或从回火温度缓慢冷却通过该温度区间的脆化现象。26.碳当量：产生一克分子碳所需该物质的质量。27.时效：金属和合金经过冷、热加工或热处理后，在室温下保持（放置）或适当升高温度时常发生力学和物理性能随时间而变化

的现象。28.内氧化：在合金的高温氧化过程中，除了形成表面氧化物以外，氧可能溶解并扩散进入合金内部，与合金中较活泼的组元发生反应而形成颗粒状氧化物沉积在合金内部的过程。29.露点：指气氛中水蒸气开始凝结成雾的温度，即在一个大气压力下气氛中水蒸气达到饱和状态使的温度。

加热方式。1.随炉加热：工件装入炉中，随着炉子升温而加热，直至所需加热温度。2.预热加热：工件先在已升温至较低温度的炉子中加热，到温后再转移至预定工件加热温度的炉中加热至工件达到所要求的温度。3.到温入炉加热：又称热炉装料加热，先把炉子升到工件要求的加热温度，然后再把工件装入炉内进行加热。4.高温入炉加热：工件装入较工件要求加热温度高的炉内进行加热，直至工件达到要求温度。

常见的脱碳反应、氧化反应

1.脱碳过程：钢件表面的碳与炉气发生化学反应（脱碳反应），形成含碳气体逸出表面，使表面碳浓度降低。由于表面碳浓度的降低，工件表面与内部发生浓度差，从而发生内部的碳向表面扩散的过程。

常用的淬火介质。水及其溶液，油，水油混合液（乳化液），低熔点熔盐。

一、影响钢的淬透性的因素。（1）钢的化学成分，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；

二、产生淬火裂缝的原因。主要原因：淬火应力过大，其次，非金属夹杂物、碳化物偏析、粗大第二相、微小裂纹，导致钢材强度的减弱，也会出现淬火裂缝。

三、淬火加热温度确定为Ac1/Ac3+(30-50℃)，请解释原因？

淬火加热温度根据钢的相变点来确定。对亚共析钢Ac3+(30-50℃)，对过共析钢Ac1+(30-50℃).温度低于Ac3,加热状态为A和F二相组成，淬火冷却后F保存下来，使零件淬火后硬度不均匀，强度和硬度降低。高30—50℃，主要是为了是工件心部在规定的加热时间内保证达到Ac3点以上温度，F能完全溶于A中，A成分比较均匀，A晶粒又不至于太粗大。

1.常用的4种淬火方法。（1）单液淬火（2）中断淬火（3）喷射淬火（4）分级淬火（5）等温淬火（下贝氏体）

2.回火工艺的制定回火温度的选择和确定、回火时间的确定、回火后的冷却。

3.渗碳的目的是什么。使机器零件获得高的表面硬度、耐磨性及高的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度。常用固体渗碳温度：900-930℃。

4.渗碳缓冷后从表层到心部的组织分布？过共析组织→共析组织→亚共析组织→基体组织。渗碳层淬火后从表层到心部的组织分布？由表面到心部，M、A残和K ——M和A残——M——心部组织。心部组织在完全淬透的情况下为M（低），淬火温度较低时为M+F （游离），在淬火透性较差的钢中，心部为Q或S+F。

5.渗碳后表面

的含碳量。由0.8-1.05％逐渐过渡到基体组织成分。6.滴注式可控气氛渗碳一般采用几种液体进行滴注，分别起到作用？滴注式可控气氛渗碳，一般采用两种有机液体同时滴入炉内，一种液体产生的气体碳势较低,作为稀释气体，另一种液体产生的气体碳势较高，作为富化气。7.渗碳层的组织结构包括哪几项1）渗碳层碳浓度分布曲线2）基体组织3）渗层中的第二相分布、数量和形状。8.渗碳缺陷种类。黑色组织、反常组织、粗大网状碳化物组织、渗碳层深度不均匀、表层脱碳或贫碳表面腐蚀和氧化。9.渗碳的分类。固体渗碳法、液体渗碳法、气体渗碳法。10.渗碳用钢。含碳量较低的碳钢或低合金结构钢，含碳量为0.10-0.25%。11.渗碳后的热处理（种类、曲线、温度制定原则）。种类（1）直接淬火（2）一次加热淬火（3）二次加热淬火12.渗氮的工艺参数有哪些？渗氮温度、保温时间、氨分解率

渗氮工艺方法。根据渗氮目的不同，渗氮工艺方法分成两大类。（1）强化渗氮，以提高工件表面硬度、耐磨性及疲劳强度等为主要目的而进行的渗氮；（2）防腐渗氮，以提高工件表面抗腐蚀性能为目的的渗氮。合金氮化物的形成过程。当在较低温度渗氮时，在开始阶段，随着渗氮过程的进行，α相中的氮浓度提高，弹性应力产生并增加，α相点阵畸变，镶嵌块细化，使扩散层硬度提高。当α相中的氮浓度达到饱和极限后，将开始析出合金元素的氮化物。最初形成单原子层薄片状氮化物晶核，其与母相完全共格，其后进一步长大。合金氮化物的尺寸大小，主要决定于渗氮温度。渗氮提高弯曲疲劳强度的原因。渗氮提高弯曲疲劳强度的原因，不是因为表面强化，而是由于表面造

成残余应力。渗氮温度范围，渗氮温度较低(500-570℃)。化学热处理的特点、目的及其有哪几个过程组成。1）通过渗入不同的元素，可有效地改变工件表面的化学成分和组织，以获得各种不同的表面性能，2）一般化学热处理的渗层厚度可根据工件的技术要求来调节，而且渗层的成分、组织和性能由表至里是逐渐变化的，渗层与基体属于冶金结合，表层不易剥落3）通常化学热处理不受工件几何形状的限制，无论形状如何复杂均可使外壳和内腔获得所要求的渗层或局部渗层。4）绝大部分化学热处理具有工件变形小、精度高、尺寸稳定性好等特点。如氮化、软氮化、离子氮化等工艺。5）所有化学热处理均可获得改善工件表面性能的综合结果，大部分化学热处理在提高力学性能的同时，还能提高工件表面层的抗腐蚀、抗氧化、减摩、抗咬合、耐热等多种性能。6）一般化学热处理对提高机械产品的质量、挖掘材料潜力、延长使用寿命具有更为显著的功效。7）多数化学热处理既是一个复杂的物理化学过程，也是一个复杂的冶金过程，它需要在一定的活性介质中加热，通过界面上的物理化学反应和由表及里的冶金扩散来成。所以其工艺较复杂，处理周期长，而且对设备的要求也较高。目的：强化表面，提高表面层强度，主要使疲劳强度和耐磨性，如渗碳、渗氮、碳氮共渗、氮碳共渗等；提高表面层硬度或降低摩擦系数，增加耐磨性；如渗硼、渗碳化物形成元素、渗硫、硫氮共渗、氧氮碳共渗等；改善表面化学性能，提高耐蚀性和抗高温氧化性；如渗铬、渗硅、渗铝、铬硅铝共渗等；

加速化学热处理过程的途径（1）物理催渗法，利用温度、气压，电

场、磁场及辐射，机械的弹塑性变形及弹性振荡等物理方法，加速渗剂的分解，活化工件表面，提高吸附和吸收能力，加速渗入元素的扩散（2）化学催渗法，在渗剂中加入一种或几种化学试剂或物质，促进渗剂的分解过程，去除工件表面氧化膜，活化工件表面，来提高渗入元素的渗入能力。

化学热处理的渗剂组成。含有欲渗元素的物质，催渗剂或催化剂

4 淬火钢在回火时的转变

淬火钢在回火过程中发生的转变主要是马氏体的分解，残留奥氏体的转变，还有碳化物析出后碳化物转化、聚集长大，α相的回复、再结晶，内应力的消除等过程。

渗氮的特点。1）更高的表面硬度和耐磨性，表面硬度可以高达HV950-1200，而且到600℃仍可维持相当高的硬度；2）更高的弯曲疲劳强度；3）渗氮温度较低(500-570℃)，故变形很小4）提高工件的抗腐蚀性能；5）工艺过程较长，渗层较薄，不能承受太大的接触应力；

2.纯铁渗氮层的组织（520℃、600℃时）。520℃纯铁渗氮，若表面氮原子能充分吸收，则按状态图自表面至中心依次为ε相→γ’相→α相；渗层组织表面→中心：ε→ε＋γ’→γ’→γ’＋α→α相600℃纯铁渗氮，若表面氮原子能充分吸收，则按状态图自表面至中心依次为ε→γ’→γ→α相；渗层组织自表面至中心：ε→γ’→α’→α相.

1.化学热处理一般常将它看成由渗剂中的反应，渗剂中的扩散，渗剂与被渗金属表面的界面反应，被渗元素原子的扩散和扩散过程中相变等过程所构成。 2、钢的热处理工艺由、、三个阶段所组成。

3、利用铁碳相图确定钢完全退火的正常温度范围是，它只适应于钢。

4、球化退火的主要目的是，它主要适用于。

5、钢的正常淬火温度范围，对亚共析钢是，，对过共析钢是。

6、淬火钢进行回火时回火温度越高，钢的强度与硬度越低。

7、汽车板簧淬火后，应采用中温回火，获得回火屈氏体组织，具有较高的弹性极限和塑性、韧性性能。

8、钢的表面淬火是为了满足表硬里韧的性能要求，最常用的表面淬火工艺是感应加热表面淬火。9、钢的淬透性主要决定于钢的过冷奥氏体稳定性，钢的淬硬性主要决定于马氏体中的含碳量。10、一般热处理加热方式根据热处理目的不同有随炉加热，预热加热，到温入炉加热和高温入炉加热等数种。11、实现淬火过程的必要条件是加热温度必须高于临界点以上获得奥氏体组织，其后的冷却速度必须大于临界冷却速度得到马氏体，或下贝氏体组织。12、常用淬火介质有水及其溶液、油、乳化液以及低熔点熔盐。13、淬透性的实验测定方法临界直径法，端淬法等。 14、工件淬火冷却时，如其瞬时内应力超过该时钢材的断裂强度，则将产生淬火裂纹。15、确定感应圈几何形状时必须考虑邻近效应、环状效应、尖角效应等几种效应。16、渗碳后的热处理有直接淬火，一次加热淬火，两次淬火等。17、强化渗氮中典型渗氮工艺有等温渗氮、两段渗氮，三段渗氮。18、心部要求较

好综合机械性能的结构钢零件，感应加热表面淬火前的预先热处理为调质处理。

1、完全退火主要适用于： 1）亚共析钢 2) 共析钢 3)过共析钢

2、扩散退火的目的：消除和改善晶内偏析2)消除冷塑性变形后产生的加工硬化3)降低硬度便于加工

3、钢的回火处理是在：1）退火后进行2)正火后进行3)淬火后进行

4、钢的渗碳温度：1) 600－650℃2) 800－850℃3)900－950℃4)1000－1050℃

5、过共析钢正火的目的是：调整硬度改善切削加工性能 2)细化晶粒为淬火作组织准备 3)消除网状二次渗碳体

6、直径为10mm的45钢钢棒，加热到850℃投入水中，其显微组织为：马氏体2)铁素体＋马氏体 3) 马氏体＋残余奥氏体4)马氏体＋珠光体

7、若要提高淬火时淬硬层深度，应采取：选择高淬透性钢 2)增大工件截面尺寸 3)选用比较缓和的冷却介质

8、除Co外，所有合金元素都使C曲线右移，则钢的淬透性： 1）降低 2）提高 3）不改变

9、过共析钢球化退火以前需进行：调质处理 2）正火 3）去应力退火 4）再结晶退火 10、再结晶退火的目的：消除和改善晶内偏析2)消除冷塑性变形后产生的加工硬化 3)降低硬度便于加工 11、钢氮化前的预先热处理一般是：退火 2)正火 3)淬火 4）调质处理 12、钢的渗碳温度是，渗氮温度是是， 1) 500－570℃ 2) 800－850℃3)900－950℃ 4)1000－1050℃ 13、高速钢淬火后于560℃三次回火，其目的是消除大量的残余奥氏体使大量的碳化物溶解

消除二次淬火应力 14、化学热处理与其他热处理方法的主要区别是_________。 A．加热温度 B．组织变化 C．改变表面化学成分

15、淬透性越好的钢，淬火后获得的马氏体数量越多，得到的硬度也越高。 16、热应力造成的残余应力的特点：表层拉应力，心部压应力。17、钢均可通过再结晶退火恢复塑性，降低硬度。 18、过共析钢的正火温度和淬火温度都是Ac1+30~50℃。（） 19、钢的淬透性越高，则C曲线越左移，临界冷却速度越小。 20、不论含碳量高低，马氏体都硬而脆。调质处理是淬火加低温回火。（） 21、同一钢材，在相同的加热条件下，水冷比油冷的淬透性好，小件比大件的淬透性好。（） 22、为了调整硬度便于机加工，低碳钢、中碳钢和低碳合金钢在锻造后应采用正火处理。（） 23、淬火时组织应力造成的残余应力的特点是表层压应力、心部拉应力。（） 24、当钢中发生奥氏体向马氏体转变时，原奥氏体中含碳量越高，Ms越低，转变后的残余奥氏体量越多。（） 25、过共析钢的正火温度和淬火温度都是Ac1+30~50℃。（） 26、在正常热处理条件下，随碳含量的增高，过共析钢的过冷奥氏体越稳定。

27、高合金钢既有良好的淬透性，也具有良好的淬硬性。28、经退火后再高温回火的钢，能得到回火索氏体组织，具有良好的综合机械性能。 29、钢的淬透性高，则其淬透层的深度也越大。 30、钢中未溶碳化物的存在，将使钢的淬透性降低。 31、在正常淬火条件下，亚

共析钢的淬透性随碳的增高而增大，过共析钢的淬透性随碳的增高而减小。 32、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。 33、奥氏体晶粒尺寸增大，淬透性提高。 34、除Ti、Zr、Co外，所有合金元素都提高钢的淬透性。

1.车床主轴要求轴颈部位硬度56~58HRC，其余部位为20~24HRC，选用45钢，其加工路线为：锻造——（）——机加工——（）——（）——磨削试写出空白处的热处理工序的名称、作用，并写出轴颈表面和内部的显微组织。

2.用9SiCr钢制作板牙，其工艺路线如下：下料→锻造→球化退火→机械加工→淬火→低温回火试分析各热处理工序的作用，并说明各热处理后的组织。

3.用15钢制作一要求耐磨的小轴（直径20mm），其工艺路线为：下料－锻造－热处理1－机加工－热处理2－热处理3－热处理4－磨削加工。试补充各热处理工序的名称、目的及使用状态下的组织。

4.110型柴油机曲轴用QT600－3球墨铸铁制造，其加工路线为：铸造成型－正火－去应力退火－切削加工－轴颈表面淬火＋低温回火－磨削。说明各热处理工序的作用。

5.重载汽车变速箱齿轮选用20CrMnTi钢制造，其工艺路线为：下料－锻造－正火－机加工－渗碳－预冷淬火－低温回火－喷丸－精磨。