热处理习题及答案(吴超版)

1、金属热处理原理及工艺复习题金属热处理原理及工艺复习题一、 金属固态相变有哪些主要特征？哪些因素构成相变阻力？ 哪些构成相变驱动力？1相变特征：（1）新相和母相间存在不同的界面（相界面特殊），按结构特点可分为三种：共格界面、半共格界面、非共格界面。（2）新相晶核与母相间有一定的位向关系、存在惯习面（3）产生应变能，相变阻力大（4）易出现过渡相：在有些情况下，固态相变不能直接形成自由能最低的稳定相，而是经过一系列的中间阶段，先形成一系列自由能较低的过渡相（又称中间亚稳相），然后在条件允许时才形成自由能最低的稳定相相变过程可以写成： 母相较不稳定过渡相较稳定过渡相稳定（5）母相晶体缺陷的促进作用：固

2、态相变时，母相中晶体缺陷起促进作用。新相优先在晶体缺陷处形核。（6）原子的扩散速度对固态相变有显著的影响。固态相变必须通过某些组元的扩散才能进行，扩散成为相变的主要控制因素。2相变阻力：相界面的存在，产生应变能，原子的扩散3相变驱动力：存在位相关系和惯习面，过渡相的形成，晶体缺陷二、 奥氏体晶核优先在什么地方形成？为什么？奥氏体晶核优先在铁素体和渗碳体的两相界面上形成，原因是：(1) 两相界面处碳原子的浓度差较大，有利于获得奥氏体晶核形成所需的碳浓度；(2) 两相界面处原子排列不规则，铁原子可通过短程扩散由母相点阵向新相点阵转移，形核所需结构起伏小(3) 两相界面处杂质和晶体缺陷多，畸变能高，

3、新相形核可能消除部分缺陷使系统自由能降低，新相形成的应变能也容易释放；三、 简述珠光体转变为奥氏体的基本过程。奥氏体转变（由到的点阵重构、渗碳体的溶解、以及C在奥氏体中的扩散重新分布的过程）：奥氏体形核奥氏体晶核向和Fe3C两个方向长大剩余碳化物溶解奥氏体均匀化四、 什么是奥氏体的本质晶粒度、起始晶粒度和实际晶粒度，说明晶粒大小对钢的性能的影响。 本质晶粒度：根据标准试验方法，在930 10保温足够时间（38小时）后测得的奥氏体晶粒大小。 起始晶粒度：在临界温度以上，奥氏体形成刚刚完成，其晶粒边界刚刚相互接触时的晶粒大小。 实际晶粒度：在某一加热条件下所得到的实际奥氏体晶粒大小。 晶粒大小对钢

4、的性能的影响：奥氏体晶粒越细小，在后续变化所得到的组织越细化，钢的性能越好。五、 什么是珠光体的纵向长大和横向长大？为什么说珠光体的纵向长大受碳原子在奥氏体中的扩散所控制？1 珠光体的纵向长大：渗碳片和铁素体片同时连续地向奥氏体中延伸 横向长大：渗碳片与铁素体片交错堆叠增多2 与铁素体接触的 铁素体前沿奥氏奥氏体碳浓度高； 奥氏体中产 碳在奥氏体 体的碳浓度降低与渗碳体接触的 生碳浓度差； 中发生扩散； 渗碳体前沿奥氏奥氏体碳浓度低； 体的碳浓度升高 铁素体前沿 铁素体前沿奥氏碳含量升高； 体析出铁素体；渗碳体前沿 渗碳体前沿奥氏碳含量降低； 体析出渗碳体六、 马氏体转变有哪些主要特点？1 切

5、变共格和表面浮突现象。2 无扩散性。相变温度低。3 具有特定的位向关系和惯习面。4 在一个温度范围内完成相变，不完全性。必须将奥氏体快速冷却（大于临界冷速）至某一温度下才能发生相变。5 奥氏体与马氏体相互转变具有可逆性。七、 影响Ms点的主要因素有哪些？1 化学成分的影响。含碳量的影响最显著（含碳量升高Ms点下降），合金元素除Al，Co均使Ms点升高。2 形变与应力的影响。形变量越大，温度越低，马氏体转变越多；多向压应力降低Ms点，单向拉应力、压应力升高Ms点。3 奥氏体化条件的影响。完全奥氏体化提高加热温度延长保温时间，Ms点升高；不完全加热提高加热温度延长保温时间，Ms点降低。4 淬火冷却

6、速度的影响。由于碳原子气团的影响，使淬火速度在较低和较高时都不影响Ms点，而在两种速度之间Ms点随淬火速度增大而升高。5 磁场的影响。外磁场使Ms点升高。八、 什么是奥氏体稳定化现象？热稳定化和机械稳定化受哪些因素的影响？a) 奥氏体稳定化现象：奥氏体的内部结构在外界因素的作用下发生某种变化而使奥氏体向马氏体的转变呈现迟滞的现象。b) 热稳定化影响因素：等温温度等温时间，化学成分c) 机械稳定化影响因素：塑性变形量，弹性应力九、 Md点的物理意义是什么？应力诱发马氏体转变在什么条件下发生？a) Md点：形变诱发马氏体相变开始点，即可获得形变诱发马氏体的最高温度。b) 应力诱发马氏体相变的条件：

7、化学驱动力机械驱动力Ms点的化学驱动力十、 简述上贝氏体和下贝氏体的形貌特征，形成条件及性能差别。a) 上贝氏体：光镜下呈羽毛状、条状或针状，少数呈椭圆形或矩形，电镜下为一束大致平行分布的条状铁素体（有位错缠结存在）和夹杂于条间的断条状碳化物的混合物；在贝氏体相变区较高温度范围内形成；强度和韧性较低。b) 下贝氏体：光镜下呈暗黑色针状或片状（各片间有交角），电镜下排列成行的细片状或粒状碳化物分布于铁素体片中；在贝氏体相变区较低温度形成；强度和韧性较高。十一、 试述亚共析钢和过共析钢淬火加热温度的选择原则。为什么过共析钢淬火加热温度不能超过 Accm线？1 淬火加热温度的选择：亚共析钢(Ac33

8、050)，过共析钢（Ac13050）2 过共析钢加热温度超过Accm时：（1） 渗碳体全部溶入奥氏体中，淬火后钢的耐磨性降低；（2） 奥氏体晶粒显著粗化，淬火后得到粗大马氏体，易形成显微裂纹；（3） 奥氏体中含碳量升高，Ms点降低，残余奥氏体量增加，钢的硬度降低；（4） 加热温度过高，钢氧化，脱碳加剧，淬火易变形开裂，缩短炉子寿命。十二、 有物态变化的淬火介质的冷却特性和冷却机理如何？ 1有物态变化的淬火冷却介质的冷却特性曲线： 2冷却机理： 第一阶段：蒸汽膜阶段。冷却速度慢 第二阶段：沸腾阶段。冷却速度快 第三阶段：对流阶段。冷却速度慢十三、 热应力、组织应力和比容差造成的变形趋向如何？1

9、热应力：使工件沿大尺寸方向收缩，沿小尺寸方向胀大，力图使工件的棱角变圆2 组织应力：使工件沿大尺寸方向伸长，沿最小尺寸方向收缩，使工件棱角突出3 比容差：使工件的体积在各个方向上作均匀的胀大或缩小。形貌特征亚结构性能板条马氏体原始奥氏体晶粒中形成若干板条群，群中板条间大致平行，群间以较大交角相交位错高强度，良好的韧性片状马氏体双凸透镜片状，第一片马氏体贯穿整个奥氏体晶粒，其余越来越小，互不平行孪晶高强度，韧性差十四、 简述钢中板条马氏体和片状马氏体的形貌特征和亚结构，并说明它们在性能上的差异。十五、 试比较贝氏体转变与珠光体转变的异同点。 十六、 简述碳钢在回火时的组织转变过程及相应性能变化。

10、 温度（）阶段名称组织变化性能变化20100碳原子偏聚（时效阶段）强度硬度有所提高100250马氏体分解回火马氏体保留淬火后的高硬度200300残余奥氏体分解回火马氏体下贝氏体（部分）250400碳化物转变回火屈氏体较高的弹性极限和屈服极限400700相回复再结晶，碳化物聚集长大回火索氏体高强度，良好的塑韧性十七、 简述合金元素对于回火转变的影响。 合金元素通过对钢在回火时组织和碳化物的聚集长大的影响而影响其性能。1 提高回火稳定性2 引起碳化物类型变化及二次硬化十八、 何为第一类回火脆性和第二类回火脆性?如何消除？ 钢的冲击韧性随回火温度的上升反而下降的现象称为回火脆性。1 第一类回火脆性（

11、低温回火脆性）：250400度之间出现的回火脆性。 消除方法：（1）降低钢中杂质元素的含量 （2）用Al脱氧火加入Nb,V,Ti等合金元素以细化奥氏体晶粒 （3）加入Mo,W等能减轻第一类回火脆性的合金元素 （4）加入Cr,Si以调整发生第一类回火脆性的温度范围，使之避开所需的回火温度。 （5）采用等温淬火工艺代替淬火加回火工艺。2第二类回火脆性（高温回火脆性）：450600之间出现。 消除方法：（1）选用高纯度钢，降低钢中杂质元素的含量 （2）机如能细化奥氏体晶粒的合金元素（如Nb,V,Ti等）以细化奥氏体晶粒，增加晶界面积，降低单位晶界面积杂质元素的含量。（3）加入适量能抑制第二类回火脆性

12、的合金元素（4）避免在450600度范围内回火，在600度以上温度回火后应采取快冷（5）对共析钢采用亚温淬火方法，在淬火加热时，时P等元素溶入残留的 相中，降低P等元素在原奥氏体晶界上的偏聚浓度（6）采用形变热处理方法，细化奥氏体晶粒并使晶界成锯齿状，增大晶界面积，减轻回火时杂质元素的偏聚十九、 什么是二次硬化？ 碳钢在回火的第三阶段，随着渗碳体颗粒的不断长大，将不断软化。但是，当钢中含有Mo,V,W,Ta,Nb和Ti等碳化物形成元素时。将减弱软化倾向，即增大了软化抗力。当马氏体中含有足够量的碳化物形成元素时，在500度以上回火时将会析出细小的特殊碳化物，导致因回火温度升高，碳化物粗化而软化的

13、钢再度硬化，这种现象成为回火时的二次硬化。二十、 举出三种淬火方法，并说明其优缺点。 方法优点缺点单液淬火简便、经济、易于掌握热应力和组织应力较大，易引起变形和开裂双液淬火有效降低变形和开裂水冷时间控制需要经验，难于掌握分级淬火（1） 缩小了工件与冷却介质的温差，减小热应力（2） 工件温度趋于均匀，冷却过程中表面与心部马氏体转变的不同时性减小（3） 恒温停留引起奥氏体稳定化作用，减小了马氏体转变时引起的体积膨减小变形和开裂倾向受工件尺寸限制等温淬火保证有较高强度的同时还保持有较高的韧性，淬火变形小需要专门的等温浴槽预冷淬火减小各处温度差，减小变形开裂倾向硬度较低二十一、 什么是淬火临界冷却速度

14、？ 钢在连续冷却过程中能够使过冷奥氏体不发生分解，全部获得马氏体的最小冷却速度二十二、 碳与合金元素对珠光体转变动力学有何影响？ 凡时影响珠光体形核率和长大率的因素都影响珠光体转变动力学1 碳含量的影响：亚共析钢中随碳含量升高，铁素体析出速度减慢 共析钢随碳含量增加，珠光体孕育期缩短，转变速度加快2 合金元素的影响:除Co外，其他所有合金元素皆使钢的TTT曲线右移，珠光体孕育期增长，推迟珠光体转变的进行；除Ni,Mn外，其他所有合金元素皆使珠光体转变的鼻尖温度移向高温 ，影响珠光体的形成速度。二十三、 钢的等温TTA图是什么？如何测定？图中各条曲线代表什么？1 TTA图是奥氏体等温转变图；2

15、采用金相法测定：（1） 以厚为1-2mm的薄片，在盐浴中加热到AC1以上某一指定温度，保温不同时间后淬火，观察金相。因加热转变所得奥氏体在淬火时转变为马氏体，故根据观察到的马氏体量的多少，即可了解奥氏体形成过程。（2） 根据观察结果作出奥氏体等温形成动力学曲线（3） 将不同温度下的A等温转变的开始及终了时间绘于同一图中，即可得A等温形成动力学图3 四条曲线（奥氏体形成开始线(0.5%A)、奥氏体形成终了线（99.5%A）、剩余渗碳体溶解完了线、奥氏体成分均匀化线），分成五个区（P、P、+Fe3C、不均匀、均匀）。二十四、 什么是钢的淬透性、淬硬性？影响钢的淬透性、淬硬性及淬透层深度的因素是什么

16、？ 1. 钢的淬透性：钢在淬火时能够获得马氏体组织的倾向。 钢材的固有属性，取决于钢的淬火临界冷速2. 钢的淬硬性：钢在正常淬火条件下所能达到的最高硬度。 主要与钢中的碳含量有关，即取决于淬火加热时固溶于奥氏体中的碳含量。3. 淬透层深度既和淬火时的临界冷速有关，又和工件截面上冷却速度的大小及分布状况有关。二十五、 简述退火的目的和种类。1 目的：降低硬度，便于切削加工；消除内应力或冷作硬化；改善组织（铸、锻、焊时的缺陷）；细化晶粒为最终热处理做组织准备2 种类：完全退火、球化退火、去应力退火、扩散退火、再结晶退火、低温退火等。二十六、 什么是正火？目的如何？有何应用？ 正火：将零件加热到临界

17、温度以上3050度，保温一段时间后在空气中冷却的工艺目的：细化组织，适当提高强度、改善组织（铸、锻、焊时的缺陷）；细化晶粒为最终热处理做组织准备 应用：低、中碳结构钢的预先热处理； 不重要结构零件的最终热处理； 抑制或消除过共析钢的网状碳化物。二十七、 退火和正火的主要差别是什么？ 冷却速度：正火 > 退火晶粒大小：正火 < 退火力学性能：正火 > 退火二十八、 简述钢的气体渗碳原理。1 渗碳温度下渗碳剂发生分解，产生活性高、渗入能力很强的活性碳原子C；2 活性碳原子在工件表面被吸收，形成固溶体或化合物；3 工件表面碳浓度达到一定值后，碳原子从表面的高浓度区向里层的低浓度区扩

18、散；二十九、 试比较钢经渗碳和氮化后渗层的强化机理。1 渗碳强化：先渗碳后淬火以获得高碳马氏体强化相；2 渗氮强化：先淬火使心部获得回火索氏体，后氮化获得间隙固溶体强化相。三十、 简述时效的一般过程和时效硬化机制。1 时效的一般过程：G.P区过渡相平衡相2 时效硬化机制：内应变强化；切过析出相颗粒强化；绕过析出相强化三十一、 不连续脱溶与珠光体转变有何相同点和不同点。相同点不同点不连续脱溶1 两相耦合长大2 片层状组织1 2 +析出强化相，且1、2相结构相同珠光体转变 + Fe3C 、相结构不相同三十二、 简述获得粒状珠光体的三种方法。 1片状P的球化 2由A转变为球状P 3M高温回火（回火索

19、氏体）三十三、 生产中为了提高亚共析钢的强度，常用方法是提高亚共析钢中珠光体的含量，应采用什么热处 理工艺？ 完全退火三十四、 为了减少淬火冷却过程中的变形和开裂，应采取什么措施？1 正确选择材料和合理设计工件形状；2 正确的锻造和预备热处理；3 采用合适的热处理工艺；4 热处理操作中采取合理的措施；5 使用压床淬火。三十五、 20钢工件，渗碳热处理后空冷，随后进行正常的淬火、回火处理，试分析工件在渗碳空冷后及淬火回火后，由表面到心部的组织。渗碳空冷后组织：（由表面到心部） 珠光体少量碳化物珠光体珠光体铁素体渗碳淬火后组织：马氏体少量碳化物残余奥氏体马氏体残余奥氏体低碳马氏体回火后组织：回火马

20、氏体残余奥氏体低碳回火马氏体 三十六、 比较正火和调质组织？哪个性能好，为什么？1 正火组织为珠光体，调质组织为回火索氏体；2 调质组织（回火索氏体）性能好；3 回火索氏体组织是珠光体类型的组织，但组织比珠光体组织细很多，且碳化物分散度大，呈球状，具有良好的综合机械性能。三十七、 热处理的目的是什么、热处理的必要条件是什么？ 目的：（1）改善可加工工艺性。 （2）提高使用性能， 强度、硬度等。 必要条件：加热时金属或合金能够产生固态相变三十八、 钢在加热时，由于加热不当常出现那些缺陷？1 过热和过烧2 氧化和脱碳三十九、 回火可以分为哪三种？分别适用于哪三类零件？1 低温回火（<250度

21、） 工具、量具、模具和滚动轴承零件2 中温回火（350500） 弹簧钢3 高温回火（>500） 发动机曲轴、汽车拖拉机半轴、机体的主轴四十、 以共析钢为例，说明将其加热奥氏体化后立即随炉冷却、在空气中冷却和在水中冷却，各会得到什么组织？其力学性能有何差异？ 冷却方法组织力学性能随炉冷却珠光体低硬度，塑性较高空冷珠光体硬度较低，塑韧性较好水冷马氏体高硬度，高强度四十一、 两个T12钢试样，分别加热到780和880，保温后水淬到室温，问哪种加热温度的马氏体晶粒更粗大？为什么？试问哪种加热温度的马氏体含碳量较高？为什么？试问哪种加热温度的硬度较高？为什么？1880水淬后的马氏体晶粒更粗大。因为

22、加热温度高，使奥氏体晶粒粗化。2880水淬后的马氏体含碳量高。因为加热温度高使渗碳体充分溶于奥氏体中；2780水淬后的马氏体硬度高。因为加热温度过高导致残余奥氏体的量增加，马氏体硬度明显下降。四十二、 指出下列工件在淬火后回火时采用的回火温度，说明其大致的硬度。 (1) 45、40Cr钢(要求较高的综合力学性能)；(2) 60、65钢(60Si2Mn)钢弹簧；(3) T12 、T10钢锉刀；1高温回火（>500） HV2002. 中温回火（350500） HV3003. 低温回火（<250） HV400四十三、 确定下列钢件的退火方法，并说明退火的目的及退火后的组织： (1) 冷轧

23、后的20钢钢板，15钢钢板、10钢钢板，16Mn钢钢板，要求降低硬度；(2) ZG270500、 ZG35 、ZG45铸钢齿轮；(3) 锻造过热的55钢、60钢、65钢毛坯；65Mn (4) 具有片状渗碳体的T10、T12 、T13钢；T11钢 1再结晶退火 消除冷作硬化效应及内应力 珠光体2去应力退火 消除应力 珠光体3完全退火 降低硬度，细化晶粒 珠光体4球化退火 降低硬度，提高切削加工性 球状珠光体四十四、 仓库内现有三批直径均为30mm的45钢(40钢)，40CrMnMo钢(40CrNiMo钢)，9CrSi钢(GCr15钢，T12钢)，由于种种原因已无法分辨，请采用热处理的方法将它们区分开来，并说明其原因。 通过钢的淬透性与淬硬性来区分1 将所有钢加热到900水淬火,由于含碳量决定淬硬性，可以根据硬度进行分组：45钢（40钢），40CrMnMo(40CrNiMo);9CrSi钢（GCr15,T12）2 再将第一组加热到900油淬火，由于合金元素影响淬透性，所以比较硬度：45钢（40）钢<40CrMnMo(40CrNiMo)四十五、 分析以下几种说法是否正确？为什么？（1）过冷奥氏体的冷却速度越快，钢冷却后的硬度越高。（2）低碳钢淬火后，只有经高温回火才可能获得优良的力学性能。（3）钢中合金元素愈多，则淬火后的硬度愈高。（4）本质细晶粒钢加热后的实