金属材料及热处理课程问答Word文档格式.docx
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8.简述两种表面处理工艺方法的原理、处理后的性能
1.渗碳原理：
渗碳是在增碳活性介质中将低碳钢或低碳合金钢加热并保温，使碳原子渗入表层处理后的性能：
硬度提高，改善了耐磨性
2.渗氮原理：
钢铁零件在一定温度的含有活性氮的介质中保温一定时间，使其表面渗入氮原子。
处理后的性能：
提高钢铁件的表面硬度、耐磨性、抗疲劳性和抗咬合性能。
9.举一种实际生产中热作模具钢的例子，说明其使用条件、可能的失效形式、你拟选择的材料、处理工艺方法、可能达到的性能指标
10.常用的正火有哪几种？
常规正火：
将钢铁材料加热到AC3以上30～50℃
高温正火：
将锻件或铸件加热到AC3以上100～150℃
11.正火的目的什么？
获得一定的硬度，细化晶粒，消除冶金和热加工过程中产生的缺陷，并获得比较均匀的组织和较好的性能。
12.正火的使用范围？
适用于中低碳钢、过共析碳钢、低合金钢和中高合金钢工件
13.一般碳钢的正火温度？
14.正火工艺参数选择？
15.中碳和高碳合金钢正火的目的是什么？
消除网状碳化物，细化片状珠光体组织
16.高碳钢正火的目的是什么？
17.中碳钢正火的目的是什么？
提高硬度以改善切削加工性能
18.正火与退火的区别？
生产中如何选择正火和退火？
正火与退火的区别在于：
1.正火的冷却速度比退火的高；
2.正火得到的组织是细片状的珠光体，其强度和硬度比一般退火的高。
19.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钢齿轮目的：
提高硬度以改善切削加工性能（P+F）
（2）45钢小轴目的：
增加珠光体数量以提高强度（P+F）
（3）T12钢锉刀目的：
消除网状碳化物，细化片状珠光体组织以提高强度（P+Fe3C）
20.何谓球化退火？
为什么过共析钢必须采用球化退火而不是采用完全退火？
使钢中的碳化物球状化，或获得球状珠光体的退火工艺叫做球化退火。
因为对于过共析钢，完全退火得到的组织是珠光体+网状碳化物，使得其综合性能较差。
而只有球化退火，因其所得组织为球状珠光体，其综合性能比正火的还好。
21.退火的主要目的是什么？
常用的退火工艺有哪几种？
均匀化学成分、改善机械性能及工艺性能、消除内应力，评委零件最终热处理准备合适的内部组织。
22.生产中常用增加钢中珠光体的数量的方法来提高亚共析钢的强度，为此应采用何种热处理工艺？
为什么？
采用正火工艺，由σ0.2＝Va×
σa+σp（1-Va）知道，因为正火的冷却速度比退火的高，抑制了铁素体的析出，增加了珠光体的数量从而可以提高共析钢的强度。
23.亚共析钢、共析钢和过共析钢平衡状态下的组织是什么？
亚共析钢：
F+P；
共析钢:
P；
过共析钢：
P+Fe3C
24.举出5种常用的淬火方法
单液淬火；
双液淬火；
预冷淬火；
分级淬火；
等温淬火。
25.解释有物性变化和无物性变化的淬火冷却介质的原理？
说明水和油的冷却特性、优缺点及应用范围。
26.说明45钢试样（φ10mm）经下列温度加热、保温并在水中冷却得到的室温组织：
700℃（F+P）没有发生相变
760℃（M+F）
840℃（正常的马氏体组织）
1100℃（粗大的过热马氏体组织）
27.为什么一般合金钢的淬火加热温度要比碳钢的高？
碳化物的合金元素与碳形成稳定碳化物延缓其溶入奥氏体，同时由于合金元素在奥氏体中的扩散激活能较高，其自身不易均匀化，所以淬火加热温度必须适当提高，以充分发挥合金化的作用
28.选择下列材料的淬火介质
（1）形状简单的45钢轴类件（水）
（2）形状简单的T8钢齿轮（油）
（3）形状简单的W6Mo5Cr4V2（6-5-4-2）高速钢工具。
（空气或分级淬火）
29.化学热处理的三个主要步骤是什么？
原子的分解、吸收和扩散三个基本过程
30.渗碳为什么选在900～930℃进行？
碳在铁素体中的溶解度很低，而在奥氏体中溶解度较高，在727～1148℃之间，溶解度随温度升高而逐渐增大。
碳在奥氏体中的饱和溶解度在850℃时为1．0％，930℃时为1．25％，1050℃时为1．70％。
碳在奥氏体中溶解度的增大，使扩散初期钢的表层和内部之间产生较大的浓度梯度，扩散系数增加。
但过高的温度将缩短设备的使用寿命，增加工件的变形，奥氏体晶粒也易粗大。
因此，常规渗碳工艺多在900～930℃进行。
31.举出常用的5种渗碳钢？
15Cr、15CrMn、20、20Cr、20CrMnTi、20Mn2
32.渗碳工艺参数的选择（温度、时间、冷却方式、表面含碳量）？
33.20钢经正常的渗碳及淬火后表面的组织状态是什么？
高碳马氏体+少量碳化物
34.渗硼的主要缺点是什么？
一般适用于什么范围？
缺点是硼化物层具有较高的脆性，渗硼的应用范围主要是探矿和石油机械、砖成形模板、热冲模等要求耐磨粒磨损、耐高温磨损和耐高温腐蚀的工件
35.碳氮共渗与渗碳的区别及适用范围？
36.答：
1.区别：
碳氮共渗与渗碳比较具有不同的特性：
（1）渗层的深度由于氮的渗入而增加。
在相同的温度和时间条件，碳氮共渗层的深度远大于渗碳层的深度，即处理温度相同时，碳氮共渗速度大于渗碳速度。
（2）渗层的相变温度（Al及A3点）由于氮的渗入而降低。
氮和碳一样，都能扩大r相区，使渗层相变温度降低。
如0．3％的氮可使Acl点降低至697℃。
因此，可以在较低温度下进行共渗处理。
（3）由于氮的渗入，渗层的临界冷却速度降低，提高了渗层的淬透性。
（4）渗层的Ms点因氮的渗入而降低，因此表层残余奥氏体较多2.适用范围：
渗碳：
低碳钢和低碳合金钢碳氮共渗：
中碳合金钢
37.什么是氮碳共渗？
工艺温度是多少？
使用的范围？
优缺点？
氮碳共渗是在铁素体状态下将工件放在能产生氮、碳活性原子的介质中加热并保温，使工件表面同时吸收碳和氮原子并向内部扩散，形成具有一定氮、碳浓度和一定厚度的渗层的工艺。
工艺温度是：
500～590℃；
使用的范围：
用于制造耐磨性和尺寸精度要求均高的零件；
优点是可使钢件表面具有高硬度、高耐磨性、高抗疲劳性和高耐磨性，且变形小；
缺点是生产周期长，成本高。
38.写出5种常用渗氮钢？
指出渗氮提高表面硬度的原因？
38CrMoAl、35CrMo、40CrV、40Cr、34CrAl6；
因为首先在钢件表面形成高硬度的γ’相和ε相；
其次是形成了弥散分布的合金氮化物，也提高了表面的硬度。
39.渗金属的强化机理是什么？
金属碳化物渗层的形成原理可作如下解释：
铬、钒、钛的原子直径较大，渗入钢件中造成晶格的畸变，表面能升高，但由于这些元素与碳的亲和力比铁强，与碳形成碳化物，可使晶格畸变减小，表面能降低，使金属原子能不断“渗入”。
40.举出3种表面强化的处理方法？
简单说明其原理？
41.调质钢的基本要求和热处理工艺特点
1.良好的综合机械性能，指强度和韧性的良好配合。
2.足够的淬透性3.可有效的防止第二类回火脆性
工艺特点：
淬火+高温回火
42.渗碳钢的成分特点及热处理工艺特点
成分特点：
含碳量：
一般在0.12~0.25%，特殊最高可达0.4%。
含有合金元素：
铬、镍、钨、钼、钒热处理工艺特点：
直接淬火+回火
43.弹簧钢的性能特点及热处理工艺特点
高的屈服强度和弹性极限，尤其要有较高的屈强比，避免产生塑性变形。
热处理工艺特点：
淬火+中温回火
44.轴承钢的基本要求
1.高的抗压强度和接触疲劳强度；
2.热处理后具有均匀的高的硬度、耐磨性；
3.有高的弹性极限。
防止产生过量的塑变；
4.有一定的韧性防止产生过量的塑性变形。
防止受冲击变形；
5.有一定的防腐能力。
放置在使用过程中不被腐蚀；
良好的尺寸稳定性。
在存放和使用过程中保持一定的精度要求；
6．良好的工艺加工性能。
热成型、切削性、磨削性、热处理性能；
7．高的冶金质量。
表面不许有夹杂等；
8．高的表面状态。
不允许有：
裂纹、毛边、缺陷、明显的加工刀痕等。
45.红硬性的表示方法
温度表示法：
即正常淬火回火后，再于不同的温度下加热，保温1小时，冷至室温，在该温度下反复四次后测定硬度，用保持HRC60或58的那个最高温度来表示。
硬度表示法：
即正常淬火回火后，再加热至00℃、625℃、650℃、675℃、700℃等，保温1小时，冷至室温，在该温度下反复四次测定硬度，用某温度下加热后的硬度表示。
46.碳素工具钢的含碳量及热处理工艺特点
0．65～1．35％C淬火+低温回火
47.低合金工具钢的热处理特点
球化退火+淬火+低温回火
48.高速钢为何需要进行3次回火
为了消除淬火应力，稳定组织，减少残余奥氏体，保持高硬度，达到所需的性能
49.量具钢热处理关键点
（1）重视预备热处理：
在机加工前，必须很好地进行球化退火。
机加工后淬火之前，应作去应力处理
（2）量具在淬火后要进行冷处理，冷处理可提高硬度0.5-1.5HRC,减少残余奥氏体量和由此而引起的尺寸不稳定因素。
50.高锰钢的耐磨特点
水韧处理后的高锰钢硬度较低（HB180～200）。
但受到冲击变形或压缩载荷时,则产生强烈的加工硬化。
随着变形度的增高，硬度急剧上升，因而耐磨性显著提高
51.水韧处理的作用是什么？
使碳化物全部溶入奥氏体中，获得均匀的奥氏体组织，具有很高的韧性。
52.有一批ZG45铸钢件，外形复杂，而机械性能要求高，铸后应采取何种热处理？
应采用正火工艺，因为正火可以细化铸钢件中的粗大晶粒，并消除由于截面尺寸不同在结晶过程中产生的显微组织的不均匀性，比退火状态具有较好的综合机械性能，并且工艺过程简单。
53.有一批45钢普通车床传动齿轮，其工艺为：
锻造—热处理—机械加工—高频感应淬火—回火。
试问锻后应进行何种热处理？
正火处理，因为正火可以细化锻造后形成的粗大组织，得到较细的珠光体组织，其综合机械性能比退火状态好。
54.写出20CrMnTi钢重载渗碳齿轮的冷热加工工序安排，并说明热处理工序所起得作用。
备料→锻造→正火→粗加工→渗碳+淬火+回火→喷丸+磨削
正火的作用是：
细化锻造后形成的粗大组织
55.钢的强化机制有哪些？
为什么一般钢总是采用淬火-回火工艺强化？
有相变强化、析出强化、弥散强化等，
56.调质钢中一般使用什么合金元素，这些合金元素的作用是什么？
一般使用的合金元素有：
Mn、Si、Cr、Ni、B、V、Mo、W等八种，作用是增强淬透性和提高回火稳定性。
57.弹簧钢为什么采用中温回火？
因为弹簧钢要求有高的屈服强度和弹性极限，而中温回火有最高的弹性极限指标
58.钢的切削性能与材料的组织和硬度之间有什么关系？
为了获得良好的切削性能，高碳钢和中碳钢各自一般应该采取什么样的热处理，得到什么样的组织？
钢的切削性能取决于材料的组织，如果组织是珠光体则硬度较高，切削性能好；
如果组织是铁素体则恰好相反。
高碳钢一般采取正火处理，得到的组织是珠光体+渗碳体；
中碳钢一般采取正火处理，得到的组织是铁素体+珠光体。
59.滚动轴承钢常含有哪些元素？
各有什么作用？
60.答：
合金元素：
铬、锰、硅、钒、钼等；
铬：
提高淬透性，细化晶粒，防锈，较高的表面质量；
锰：
提高淬透性；
硅：
提高回火稳定性；
钒：
细化晶粒；
钼：
显著提高淬透性提高屈强比。
61.高锰耐磨钢有什么特点？
如何获得这些特点？
在什么情况下获得这些特点？
高锰耐磨钢具有耐磨性、铸造性和焊接性，在收到冲击变形或压缩载荷时将会产生加工硬化，产生耐磨性，
62.20Mn2钢渗碳之后是否能够直接淬火？
不能，因为Mn的存在使临界相变点Ms降低，在室温下会得到比较多的残余奥氏体，20Mn2钢渗碳之后直接淬火又会使其硬度降低。
63.为什么说ZGMn13型高锰钢淬火时可以获得全部奥氏体，而缓慢冷却时可获得大量马氏体？
因为Mn元素能扩大γ相区，提高淬透性，因此ZGMn13型高锰钢淬火时可以获得全部奥氏体；
64.在使用性能上，工具钢和机械零件用钢有什么不同？
65.工具钢常常需要哪些性能？
66.分析比较：
T9和9SiCr：
a）为什么9SiCr的淬火温度比T9高？
因为9SiCr中Si、Cr形成的合金碳化物比较稳定，必须在高温下才能将其溶解。
b）直径30～40mm的9SiCr在油中淬火可以淬透，相同直径的T9为何不行？
因为9SiCr钢由于Si、Cr的作用提高了淬透性，在油中淬火可以淬透。
而T9没有这些合金元素淬透性比较低，只能用水淬火。
c）T9制造的刀具刃部受热到200～250℃，其硬度和耐磨性迅速下降，9SiCr制造的刀具刃部受热到230～250℃，硬度仍不低于60HRC，耐磨性能良好可正常使用，为什么？
9SiCr由于Si、Cr的存在提高了回火稳定性，而T9没有这些合金元素回火稳定性较差。
d）为什么9SiCr可以制造形状复杂、变形要求较小、硬度较高和耐磨性能较好的手工等刀具？
因为9SiCr钢中的碳化物细小、均匀分布，硬度较高，且通过分级或等温淬火处理后，钢的变形小。
71.高速钢中的合金元素：
W、Mo、Cr、V的作用什么？
W:
钨是造成高速钢红硬性的主要元素之一
Mo:
钼在高速钢中的作用与钨相似
Cr:
提高淬透性,也可以增加高速钢的红硬性，铬的存在同时增大钢的耐腐蚀及抗氧化脱碳能力。
V：
能显著提高钢的红硬性、硬度及耐磨性，同时钒还能细化晶粒，降低钢的过热敏感性
72.高速钢为什么不能用一次长时间回火来代替多次短时间回火？
因为残余奥氏体向马氏体转变是在回火冷却过程中进行的，在每次回火后，都要在空气中冷却至室温，再进行下一次回火，否则，会造成残余奥氏体未完全转变或消除
73.高速钢为什么每次回火必须冷却到室温之后在进行下一次回火？
因为只有冷却到室温之后才能实现残余奥氏体向马氏体转变。
74.高速钢W18Cr4V的A1点温度在800℃左右，为什么常用的淬火温度为1260℃～1290℃？
因为W18Cr4V中的合金碳化物比较稳定，必须在高温下才能使其溶解，一般其淬火加热温度要在A1+400℃以上。
但W18Cr4V的淬火加热温度超过1300℃是会出现过热特征，所以在1260℃～1290℃合适。
75.高速钢和经过二次硬化的Cr12钢都有很好的红硬性，能否作为热作模具钢使用？
不能，钢的导热性与含碳量有关，含碳量高时导热性低，所以热作模具钢不宜采用高碳钢，高速钢和Cr12钢一般都是高碳合金钢。
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