金属热处理实用工艺学(向军)

1、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，保持一段时间，然后缓慢冷却以达到接近平衡状态组织的热处理工艺称为退火

2、扩散化退火：将金属铸锭、铸件或锻坯，在略低于固相线的温度下长期加热，消除或减少化学成分偏析及显微组织的不均匀性，以达到均匀化目的的热处理工艺称为扩散退火

3、球化退火：使钢中的碳化物球状化，或获得“球状珠光体”的退火工艺称为球化退火

4、完全退火：将钢件或钢材加热到Ac3点以上，使之完全奥氏体化，然后缓慢冷却，获得接近于平衡组织的热处理工艺称为完全退火

5、正火：将钢材或铸锭加热到奥氏体化后在空气中冷却，得到珠光体均匀组织的热处理工艺称为正火

6、再结晶退火：经过冷变形后的金属加热到再结晶温度以上，保持适当时间，使形变晶粒重新转变为均匀的等轴晶粒，以消除形变强化和残余应力的热处理工艺，称为再结晶退火

7、去应力退火：为了去除由于变形加工、锻造、焊接等所引起的及铸件存在的残余应力（但不引起组织的变化）而进行的退火，称为去应力退火

8、马氏体分级淬火：工件在Ms点附近（以上或以下）的盐浴中保持一段时间，直到工件整体稳定与介质温度相等，取出空冷，得到马氏体的工艺

9、等温淬火：工件淬火加热后，若长期保持在下贝氏体转变区的温度，使之完成奥氏体的等温转变，获得下贝氏体组织，这种淬火称为等温淬火

10、淬透性：刚的淬透性是指钢材被淬透的能力，或者说钢的淬透性是指表征

钢材淬火时获得马氏体能力的特征

11、淬硬性：指淬成马氏体能够得到的硬度

12、表面淬火：指被处理工件在表面有限深度围加热至相变点以上，然后迅速冷却，在工件表面一定深度围达到淬火目的的热处理工艺

13、分级淬火：把工件由奥氏体化温度淬入高于该种钢马氏体开始转变温度的淬火介质中，在其中冷却直至工件各部分温度达到淬火介质的温度，然后缓冷至室温，发生马氏体转变的工艺

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

15、调质处理：淬火加高温回火，以获得回火索氏体组织的处理称为调质处理

16、传导传热：热量的传递不依靠传热物质的定向宏观移动，而仅靠传热物质质点间的相互碰撞的传热过程

17、化学热处理：金属制件放在一定的化学介质中，使其表面与介质相互作用，吸收其中某些化学元素的原子（或离子）并通过加热，使该原子自表面向部扩散的过程称为化学热处理

18、临界淬火冷却速度：在连续冷却转变图中能抑制珠光体转变的最低冷却速度

19、热应力：工件在加热（或冷却）时，由于不同部位的温度差异，导致热胀（或冷缩）的不一致所引起的应力

20、组织应力：由于工件不同部位组织转变不同时性而引起的应力

21、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，这种扩撒称为反应扩散

22、渗氮：向金属表面渗入氮元素的工艺

23、二次硬化：某些铁碳合金（如高速钢）须经多次回火后，才进一步提高其硬度，这种硬化现象，称为二次硬化

24、离子氮化：利用辉光放电这一物理现象对金属材料表面强化的氮化

25、软氮化：以渗氮为主同时渗入碳的化学热处理工艺

26、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

27、随炉加热：工件装入炉中后，随着炉子升温而加热，直至所需加热温度

28、到温入炉加热：先把炉子升到工件要求的加热温度，然后再把工件装入炉进行加热

29、高温入炉加热：工件装入较工件要求加热温度高的炉进行加热，直至工件达到要求温度

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、钢的热处理工艺由加热、保温、冷却三个阶段所组成。

3、利用铁碳相图确定钢完全退火的正常温度围是Ac3点以上20-30℃，它只适应于中碳钢。

4、球化退火的主要目的是降低硬度，改善切削性能；获得均匀组织，改善热处理工艺性能；经淬火、回火后获得良好的综合机械机械性能，它主要适用于共析钢和过共析钢。

5、钢的正常淬火温度围，对亚共析钢是Ac3+（30+50℃），对过共析钢是Ac1

+（30+50℃）。

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：

1）消除和改善晶偏析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：

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：

1)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：1)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：

1)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：

1）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：

1）消除和改善晶偏析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：

1）退火2)正火3)淬火4）调质处理

12、钢的渗碳温度是3，渗氮温度是1，

1) 500－570℃2) 800－850℃3)900－950℃4)1000－1050℃

13、对形状复杂，截面变化大的零件进行淬火时，应选用：

1）高淬透性钢2）中淬透性钢3）低淬透性钢

14、对形状复杂，截面变化大的零件进行淬火时，应选用：

1）水中淬火2）油中淬火3）盐水中淬火

15、高速钢淬火后于560℃三次回火，其目的是

1）消除大量的残余奥氏体2）使大量的碳化物溶解3）消除二次淬火应力16、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

17、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。( ×)

18、热应力造成的残余应力的特点：表层拉应力，心部压应力。（×）

19、钢均可通过再结晶退火恢复塑性，降低硬度。（×）

20、过共析钢的正火温度和淬火温度都是Ac1+30~50℃。（√）

21、钢的淬透性越高，则C曲线越左移，临界冷却速度越小。（×）

22、不论含碳量高低，马氏体都硬而脆。（×）

23、调质处理是淬火加低温回火。（×）

24、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。（×）

25、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。（√）

26、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。（×）

27、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。（√）

28、过共析钢的正火温度和淬火温度都是Ac1+30~50℃。（√）

29、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。（×）

30、高合金钢既有良好的淬透性，也具有良好的淬硬性。（×）

31、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。（×）

32、钢的淬透性高，则其淬透层的深度也越大。（√）

33、钢中未溶碳化物的存在，将使钢的淬透性降低。（√）

34、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。（×）

35、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。（×）

36、奥氏体晶粒尺寸增大，淬透性提高。（√）

37、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——（正火）——机加工——（轴颈表面淬火）——（低温回火）——磨削

试写出空白处的热处理工序的名称、作用，并写出轴颈表面和部的显微组织。答：正火：获得主轴整体所要求的硬度20~24HRC及其他机械性能，并便于加工。

表面淬火：获得轴颈部位硬度56~58HRC的硬度要求。

低温回火：降低淬火后工件的残余应力。

轴颈表面的组织为回火马氏体，部组织为珠光体或索氏体

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。

答：球化退火：降低硬度，改善切削性能；获得均匀组织，改善热处理工艺性能。处理后的组织为球状珠光体

淬火：提高钢板牙表面的硬度、强度和耐磨性。处理后组织为马氏体

低温回火：降低淬火后工件的残余应力。处理后得到弥散分布的€碳化物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。

答：热处理1：正火。目的：细化晶粒，提高切削性能，为下续热处理工艺提供适宜的组织状态。组织：珠光体、铁素体

热处理2：渗碳。目的：使轴获得高的表面硬度、耐磨性及高的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度。

热处理3：淬火。目的：使轴的表层（高含碳层）转变成马氏体，提高硬度和耐磨性。组织：马氏体

热处理4：低温回火。目的：使一部分未来得及转变的过冷奥氏体继续转变成马氏体，继续提高硬度。还可使马氏体中的碳少量弥散析出，提高韧性。组织：碳化物

4、某型号柴油机的凸轮要求具有高强度（HRC>50），而心部具有更好的韧性，本来采用45号钢经调质处理后再在凸轮表面上进行高频淬火。最后进行低温回火。现因工厂中库存的45钢已用完，只有15号钢，试说明：

1)原来45钢各热处理工序的目的及组织上的变化

答：调质：提高心部综合力学性能；组织：回火索氏体

高频淬火：使凸轮表面获得要求的的高强（HRC>50)和高耐磨性。组织：马氏体

低温回火：使凸轮中一部分未来得及转变的过冷奥氏体继续转变成马氏体，继续提高硬度。还可使马氏体中的碳少量弥散析出，使心部获得更好的韧性。组织：碳化物

2)改用15钢后，仍按45钢的上述工艺路线进行处理，能否满足性能要求？为什么？

答：不能，因为含碳量为0.15℅淬不硬，表面硬度不足，耐磨性不够。

3)改用15钢后，如不满足性能要求，应采用什么样的热处理方案才能满足上述性能要求？为什么？

答：渗碳+淬火+低温回火。渗碳后能提高凸轮的碳含量，达到45钢工艺过程的要求。5、T10A钢含碳量约为1.0%，Ac1=730℃，Accm=800℃，Ms=175℃，该钢的原始组织为片状珠光体加网状渗碳体，若用此钢制作冷冲模的冲头，说明需要经过那些热处理工序才能满足零件的性能要求，写出具体热处理工艺名称、加热温度参数、冷却方式以及各工序加热转变完成后和冷却至室温时得到的组织。

答：1，球化退火，加热温度为Ac1+(20～40)℃或Accm-(20～30)℃，缓慢冷却。室温组织：球状珠光体

2、淬火，加热温度为800℃，油冷。室温组织：马氏体+残余奥氏体

3，低温回火，回火温度<250℃,空冷。室温组织：马氏体+粒状碳化物6、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。

答：正火：为下续热处理工艺提供适宜的组织状态

去应力退火：消除铸件由于铸造应力的存在而可能发生的几何形状不稳定、

开裂等，提高曲轴的塑性，利于切削加工。

表面淬火：使曲轴表面获得高硬度和高耐磨性。

低温回火：降低淬火后的残余应力，提高曲轴接触疲劳强度。

7、下列场合宜采用何种热处理方法（解释原因）

提高低碳钢的切削加工性能

答：正火，正火后得到珠光体均匀组织，有利于切削加工。

降低高碳工模具钢的硬度，以便切削加工，且为最终淬火作组织准备。

答：球化退火，碳的质量分数大于0.5%的钢球状珠光体的切削性能优于片状珠光体。

为表面淬火工件（要求心部具有良好的综合机械性能）作组织准备。

答：调质处理，通过调质处理后得到回火索氏体组织，为表面淬火工件作准备纠正60钢锻造过热的粗大组织，为切削加工作准备。

答：完全退火，钢件通过完全退火后，得到接近于平衡的组织，细化了晶粒，降

低了硬度，改善了切削性能及消除了应力

降低冷冲压件的硬度，提高塑性，以便进一步拉伸。

答：再结晶退火，再结晶退火使变形晶粒重新转变为均匀的等轴晶粒，消除形变强化和残余应力。

消除某量规在研磨过程中产生的应力，稳定尺寸

答：时效处理，工件经固溶处理，冷塑性变形或铸造，锻造后，在较高的温度放置或室温保持其性能，形状，尺寸随时间而变化能够满足要求。

经冷轧后的15钢钢板，要求降低硬度

答：去应力退火，去应力退火能够去除残余应力（但不引起组织的变化），得到珠光体能够降低硬度。

8、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。

说明各热处理工序的目的和处理后的组织。

答：正火：为下续热处理工艺提供适宜的组织状态。组织：珠光体

渗碳：增加齿轮表面层的碳质量分数至约1.0％并获得一定的浓度梯度

预冷淬火：使得齿轮表面组织为隐晶马氏体，获得一定的强度和耐磨性。组织：马氏体低温回火：消除淬火引起的应力，防止工件变形与开裂，以及保证工件的尺寸精度，提高工件韧性，同时保持高硬度和高耐磨性和高的抗疲劳性能。组织：碳化物

喷丸：提高齿轮强度以及耐磨性、抗疲劳和耐腐蚀性

9、解答下列有关45钢的几个问题：

①45钢的淬火温度是多少？其确定依据是什么？淬火后得到什么组织？

答：Ac3+（30+50℃），因为45钢是亚共析钢，淬火后得到细小的马氏体组织

②假如把某个45钢工件加热到750℃后淬火，则将得到什么组织？为什么？

( 45钢Ac1=730℃，Ac3=780℃)

答：得到铁素体和马氏体组织，因为亚共析钢加热温度低于Ac3，则加热状态为奥氏体与铁素体二相组成，淬火冷却后铁素体保存下来。

10、调质处理后的45钢齿轮，经高频感应加热后的温度分布如图所示，试分析高频感应加热水淬后，轮齿由表面至中心各区（1、2、3）的组织变化过程，并画出各区组织示意图。

答：Ⅰ：M+残余奥氏体

Ⅱ：M+F+残余奥氏体

Ⅲ：F+P

11、指出下列零件的锻造毛坯进行正火的主要目的及正火后的显微组织：（1）20钢齿轮（2）45钢小轴（3）T12钢锉刀

答：20钢正火：提高硬度，提高切削加工性能。组织：珠光体+铁素体

45钢正火：可细化晶格，提高综合力学性能。等轴状铁素体+珠光体能够容易获得细的粒状奥氏体组织，得到细而均匀的淬火马氏体。组织：珠光体+铁素体

T12 正火：消除过共析钢的网状渗碳体，为最终热处理作组织准备。组织：珠光体+渗碳体

12、淬火的目的是什么？亚共析碳钢及过共析碳钢淬火加热温度的一般原则应如何选择？试从获得的组织及性能等方面加以说明。

答：提高工具、渗碳零件和其他高强度耐磨机器零件等的硬度、强度和耐磨性；

结构钢通过淬火和回火之后获得良好的综合机械机械性能；还有一部分工件是为了改善钢的物理性能和化学性能。

亚共析刚淬火加热温度为Ac3+(30+50℃),完全淬火后为M，硬度高，若低于Ac3加热，有一部分铁素体保存下来，使零件淬火后硬度不均匀，强度和硬度降低。

过共析钢淬火加热温度为Ac1+(30+50℃)，淬火后得到隐晶马氏体和均匀分布的球状碳化物，具有高强度和硬度，高的耐磨性和较好的韧性。若加热温度过高，淬火后得到片状马氏体，显微裂纹增加，碳化物溶解，淬火易开裂。

13、说明45钢试样（Ф10mm）经下列温度加热、保温并在水中冷却得到的室温组织：

700℃，760℃，840℃，1100℃

答：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℃：因为它的加热温度过高，加热时奥氏体晶粒粗化，卒火后得到粗片状马氏体和少量残余奥氏体

14、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硬度：

（1）60钢弹簧（2）45钢小轴（要求综合机械性能）（3）T12钢锉刀答：60钢弹簧：淬火温度Ac3+(30--50℃),回火温度350-500℃；回火后的

组织为回火屈氏体。硬度HRC45-50.

45钢小轴：淬火温度Ac3+(30--50℃)，回火温度500-650℃；回火后的组织为回火索氏体。硬度HRC25-35。

T12钢：淬火温度Ac1+(30--50℃)，回火温度150-250℃；回火后的组织为回火马氏体。硬度HRC55-65.

15、氮化的主要目的是什么？说明氮化的主要特点。

答：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：1)工件经渗氮后表面形成一层极硬的合金氮化物2)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。3)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。4)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。

16、渗碳和氮化都是提高钢件表面硬度、强度和耐磨性的化学热处理手段，试问它们的强化机制有何不同？

答：氮化本质是一种时效强化，强化过程在氮化中完成，在氮化完成后不需要进行热处理，渗碳是依靠马氏体相变强化，在渗碳后需要进行淬火，同时淬火也改变心部的性能，而氮化的心部性能是有氮化前的热处理决定的。

17、为什么钢淬火后要及时回火？

答：淬火冷却过程中，由于工件外温差使工件外体积胀缩量的不同及相变的不同时性产生应力、变形及开裂，通过及时回火减少或消除淬火应力，提高韧性和塑性，获得强度、硬度、塑性和韧性的适当配合，以满足工件的性能要求。18、简述离子氮化的特点。

答：1）速度快，特别在渗氮时间较短时尤为突出。

2）离子渗氮层组织结构可控制。

3）离子渗氮层的韧性好，渗氮层较致密，应用围广。

4）节能

19、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，且钢材具有足够的淬透性）

①某机床变速箱齿轮，要求齿面耐磨，心部强度和韧性要求不高，材料选用45钢；

答：下料→锻造→正火→粗加工→调质→精加工→超音频感应加热淬火+低温回火→精磨→成品

②某机床主轴，要求有良好的综合机械性能，轴颈部分要求耐磨（50～55HRC），材料选用45钢；

答：下料→锻造→正火→粗加工→调质→精加工→表面淬火+低温回火→精磨→成品

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：下料→锻造→退火→粗加工→调质→精加工→氮化→研磨→成品

20、低碳钢（0.2％C）小件经930℃，5h渗碳后，表面含碳量增至1.0％，试分析以下处理后表层和心部的组织：

①渗碳后慢冷

②渗碳后直接淬火并低温回火

③由渗碳温度预冷至820℃，保温后水淬，再低温回火

④渗碳后慢冷至室温，再加热到780℃，保温后水淬，再低温回火。

答：①表层为：P+Fe3CⅡ心部组织为：P+F

②表层为：粗大高碳M回+残余奥氏体心部组织为：低碳M回

③表层为：粗大高碳M回+残余奥氏体心部组织为：低碳M回+ F

④表层为：高碳M回+残余奥氏体+粒状Fe3CⅡ心部组织为：低碳M回+ F