热处理原理与工艺

亚共析钢加热转变时是否也存在碳化物溶解阶

亚共析钢如果是通过缓冷得到先共析铁素体和珠光体，则碳化物均聚集于珠光体中，仅珠光体具有共析成分，在加热转变时，片层状珠光体会直接转变为奥氏体，不会发生碳化物溶解；若共析钢通过调质处理，得到均匀分布的颗粒状碳化物与铁素体基底所组成的混合组织，在加热转变时，铁素体转变为奥氏体后，则有碳化物的溶解

相图临界点与实际生产临界点

答：钢在实际加热和冷却时, 相变是在不平衡的条件下完成，因此，钢中的相变温度必然会偏离相图上的平衡临界温度，会出现一定的滞后现象，即过热或过冷现象。加热时相变温度偏向高温，冷却时偏向低温，加热或冷却的速度越大，转变偏离平衡临界点的程度也越大。

讨论本质晶粒度的实质及其作用。

答：本质晶粒度是根据标准试验方法在930±10℃保温3-8小时后测定钢中晶粒的大小。本质晶粒度表示钢在一定条件下奥氏体晶粒长大的倾向性，是加热过程中奥氏体晶粒是否容易长大的标志。控制钢材或钢锻件的本质晶粒度，是为了保证制件最终热处理后具有细晶组织如何区别高碳钢的回火马氏体与下贝氏体？ 答：下贝氏体的特征是在针片状铁素体基体上分布着很细的碳化物，这些碳化物在晶内呈针状，两端尖，针叶基本不交叉，但可交接。二者的不同之处是：马氏体有层次之分，下贝氏体颜色一致，没层次之分；下贝氏体的碳化物质点比回火马氏体粗，会产生聚集长大，回火马氏体颜色较浅，碳化物分布比较均匀，易受腐蚀变黑

高速钢刀具如淬火后只经300度回火就交付使用将会出现什么问题？

答：高速钢含碳量高，淬火后含有大量残余奥氏体没有转变，只经300度回火，会使残余奥氏体无法充分分解和转变，合金碳化物析出偏少，造成硬度偏低；另外，高速钢在工作时的温度高于300℃，会发生回火转变，发生相变化，使尺寸不稳定，硬度不足

Cr12MoV 高淬高回，低淬低回

答：1000度淬火时合金碳化物溶解较少，合金元素进入奥氏体也很少，Ms 点变化不大，所得的残余奥氏体较少，大量合金碳化物仍存在钢中，所以淬火后的组织就能保证钢的硬度，采用低温回火只用于消除淬火应力，无需进行组织调整；而经过1100度淬火，会有碳化物分解，大量碳和合金元素融入奥氏体，使其含碳量升高，淬透性升高，MS 点下降，冷却到室温后残余奥氏体较多，硬度降低，此时在510度下高温回火，使残余奥氏体充分转变为马氏体，同时析出合金碳化物，产生二次硬化，提高硬度

影响加热速度的因素有哪些？为什么？

答：（1）加热方法的不同。由综合传热公式可知：当加热介质与被加热工件表面温度差越小，单位表面积上在单位时间内传给工件表面的热量越小，因而加热速度越慢（2）工件在炉内排布方式的影响。工件在炉内的排布方式直接影响热量传递的通道，从而影响加热速度。（3）工件本身的影响。工件本身的集合形状、工件表面积与其体积之比及工件材料的物理性能直接影响工件内部的热量传递及温度，从而影响加热速度（4）加热介质的影响：加热介质的导热系数会影响传热系数，影响对流传热和传导传热的速度

回火炉/气体渗碳炉中装臵风扇的目的

答：回火炉中装臵风扇的目的是为了促进炉内气流循环，加快传热速度，使温度

均匀，避免因为温度不均而造成材料回火后的硬度不均。气体渗碳炉中装臵的风扇的目的是为了碳势的均匀，避免造成贫碳区从而影响组织性能。

T8钢在极强的氧化气氛中分别于950度和830加热, 表层缓冷组织

答： 950度加热时，高于Fe-C 相图G 点，工件表面发生氧化脱碳，氧化产生氧化皮，脱碳过程中，表面至中心始终处于奥氏体状态，碳浓度从中心至表面逐渐降低，缓冷后，由于扩散作用，碳含量升高，组织依次为氧化皮，铁素体加珠光体逐渐过渡到珠光体，830度时温度低于G 点， 工件仍会脱碳，极强的氧化性气氛使碳势位于铁素体和奥氏体双相区，发生完全脱碳，缓冷后的组织为氧化皮，F,F+P,P+C

有一批ZG45铸钢件，外形复杂，而机械性能要求高，铸后热处理？

答： 完全退火. 可以细化铸造后冷凝时留下的粗大晶粒，提高硬度，改善切削性能，消除铸造应力，综合提高机械性能。并且钢件外形复杂，在热处理时不能产生大的变形，而完全退火正好满足此要求

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。

答：备料→锻造→正火→机加工→渗碳+淬火+回火→喷丸+磨削

锻后正火的作用是：细化锻造后形成的粗大晶粒, 均匀组织，得到较细的珠光体组织, 消除锻造缺陷，使同一批毛坯获相同硬度，提高切削加工性能. 工艺参数：正火温度Ac3+100度，Ac1+30至50; 淬火介质：水，油，空气

调质处理可获得高的综合机械性能和疲劳强度；局部表面淬火及低温回火可获得局部高硬度和耐磨性。

退火：均匀化学成分，改善机械性能与工艺性能，消除内应力，为最终热处理准

备合适的内部组织

扩散退火：消除化学成分偏析及显微组织不均匀性（化合物夹杂物：锻打） 传热：工件在炉内加热时，由炉内热源传给工件表面，表面得到热量并向内部传导的过程

淬火应力：淬火过程中由于工件各部冷却速度不一样引起的热应力和淬火前后组织的变化引起的组织应力（形状变形，体积变形）

淬火目的：提高零件的硬度强度和耐磨性，获得良好的综合机械性能，改善钢的物理与化学性能，提高耐蚀性

油淬:黏度与闪点；冷速：黏度与工件表面与油的温差

淬透性：淬火时获得马氏体的难易程度（钢的临界淬火冷却速度）；淬硬性：淬成马氏体可能得到的最高硬度（含碳量）

淬火变形：组织变化引起体积变化（马氏体膨胀）

第一类回火脆性：重新加热淬火，另选温度回火；二：重新加热回火并加大回火后冷却速度弹簧钢：淬火+中温回火（高屈服强度和弹性极限）

设有一种65Mn 钢制弹簧，已知该种钢直径30mm 的轴在循环水中淬时可以完全淬透，现有弹簧系由直径为15mm 的圆钢盘制，用循环油淬火淬透？

答：可以淬透。水的淬火烈度为1.2，油的为0.4，在理想临界直径、实际临界直径与淬火烈度的关系图中，可以得到该钢的理想临界直径为44mm ，再从此处向上引垂线，与H=0.4相交，再从交点引水平线与纵坐标交于16mm 处，即该种钢在油淬中的临界直径为16mm ，故15mm 的圆钢盘油中能淬透。

设有一种490柴油机连杆螺栓，直径12mm, 长77mm ，材料为40Cr 钢，调质处理。要求淬火后心部硬度大于HRC45，调质处理后心部为HRC22~33，试制定调质处

理工艺。

答：淬火后心部硬度大于45，即完全淬透，可采用在825~860摄氏度油冷（H=0.4）, 淬火后在500℃以上高温回火，满足调质后心部硬度要求。

有直径25mm ，长125mm 光轴离轴端1/3处有5x5x25键槽一个，45钢制，自820度水淬，入水方向为轴线垂直水面，分析淬火后可能引起的变形。

答：（1）45号钢为亚共析钢，淬火前的组织为先共析铁素体和珠光体，淬火后大部分为马氏体组织。由于这些组织的不同，淬火前后将引起体积变形，长度方向缩短，直径方向按比例膨胀。（2）入水方向为轴线垂直水面，结构上含键槽的一面为快冷面，高温时冷却较快，收缩较多，瞬时热应力表面为拉应力，心部为压应力，快冷面将凹进，慢冷面凸起；当温度下降到低温冷却时，慢冷面温度下降的多，收缩较大，会凹进，变形方向与快冷时相反，在冷却结束后，综合变形为快冷面外凸，慢冷面内凹

表面淬火：在工件表面一定深度范围内获得马氏体组织，心部仍保持淬火前的组织状态，以获得表面硬而耐磨，心部有足够塑性与韧性（减小开裂变形，得到残余压应力）

透入式加热和传导式加热？比较它们的优缺点

答：透:工件截面内最大密度的涡流由表面向心部逐渐推移，同时自表面向心部依次加热的加热方式。传:继续加热时，由于热传导的作用，热量向工件内部传递，加热层厚度增厚，这时工件内部的加热和普通加热相同

透入式较热传导式加热有如下特点：1，表面温度超过A2点以后，最大密度的涡流移向内层，表层加热速度开始变慢，不易过热，而传导式加热随着加热时间的延长，表面继续加热容易过热。2，加热迅速，热损失小，热效率高。3，热量

分布较陡，淬火后过渡层较窄，使表面压应力提高。

试比较高频感应加热火焰加热之异同点及特点。

答：感特点:1)感应加热速度极快, 淬火加热温度高2) 加热时间短, 奥氏体晶粒细小而均匀, 淬火后可在表面层获得极细马氏体, 使工件表层较一般淬火硬度高2~3HRC,脆性较低3）感应加热表面淬火后, 淬硬层中存在很大残余压应力, 有效地提高了工件的疲劳强度, 变形小, 不易氧化与脱碳。4) 生产率高, 便于机械化自动化, 适宜于大批量生产。但感应加热设备费用较贵, 维修调整比较困难, 形状复杂的线圈不易制造。表面淬火前应采用退火或正火预先热处理。

火焰加热：设备简单使用方便成本低，不受工件体积大小限制，可灵活自由使用，淬火后表面清洁，无氧化脱碳，变形小；但表面容易过热，不易得到小于2mm 的淬硬层深度，适用于方便火焰喷射的表层，混合气有爆炸的危险

何谓碳势？何谓氮势？其本质有何异同点？怎样调整碳势和氮势?

答：（1）碳势：纯铁在一定温度小于加热炉气中加热时既不增碳也不脱碳并与炉气保持平衡时表面的含碳量。氮势：温度一定时，与炉气平衡的钢中氮的活度成正比，可作为这种气氛渗氮能力的度量，并把它定义为氮势，用r 表示（2）调整碳势：①炉气碳势随着CO2含量的增加而减小②在相同温度和CO2含量条件下，不同钢材的碳势不同③不同渗碳温度，通入CO2含量所得碳势不同，炉温较高时，碳势较低。调整氮势：①可以直接通过控制气氛中的NH3和H2的分压来调整氮势的大小②亦可以通过调整N2含量从而影响气氛中氨和氢的分压 渗碳：钢件在渗碳介质中加热保温，是碳原子渗入表面，获得一定表面含碳量和一定碳浓度的工艺。表面硬度耐磨性接触/弯曲疲劳强度

45钢小齿轮：渗氮比渗碳获得更高的表面硬度和耐磨性，在600℃仍可维持高的

硬度；渗氮温度低，工件变形小；不能承受太大接触应力，渗层不用太厚

重载齿轮工序：备料锻造正火机加工齿形局部镀铜渗碳预冷淬火低温回火喷丸磨削——正火：细化锻后留下的粗大组织，获得良好的机械性能，提高硬度，改善切削加工性能；淬火：使工件与淬火介质温度差减少，降低淬火应力和变形，回火：减少淬火应力，降低残余奥氏体含量，获得心部的韧性塑性与表面硬度强度良好的配合

螺栓/齿轮锻造正火粗加工调质精加工淬火低火

常用渗氮钢38CrMoAl 、35CrMo 、40CrV 、40Cr 、34CrAl6渗碳钢：低强度15Cr,20Cr20钢, 中强度的20CrMnTi 钢渗碳后直接淬火；高强度的18Cr2Ni4W4钢渗碳后应采取空冷、高温回调质钢：（中碳钢）40Cr,40CrSi,40CrMn, 40CrNiMo、37CrNi3A 工艺设计：使用性能，技术要求，选择材料

退火：将工件加热到临界点以上或在临界点以下某一温度保温一定时间后，以十分缓慢的冷却速度（炉冷、坑冷、灰冷）进行冷却的一种操作。

正火：将工件加热到Ac3或Accm 以上30～80℃，保温后从炉中取出在空气中冷却。

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。

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。