模块六钢的热处理

模块六钢的热处理（P126）

一、解释下列名词

1.奥氏体的起始晶粒度、实际晶粒度、本质晶粒度。

答：起始晶粒度：奥氏体起始晶粒度是指奥氏体形成刚结束、晶粒边界刚刚相互接触时的晶

粒大小。

实际晶粒度：在具体加热条件下得到的奥氏体晶粒大小。

本质晶粒度：根据标准实验方法，经930℃±10℃保温3～8h后测得的奥氏体晶粒大小。2.珠光体、细珠光体、极细珠光体、贝氏体、马氏体。

答：珠光体：过冷奥氏体在A1～650℃等温，由共析铁素体和共析渗碳体（或碳化物）有

机结合的整合组织，两相具有一定的比例和相对量。渗碳体呈层片状分布在铁素体基体上，片层较厚，500倍光镜下可辨，用符号P表示。

细珠光体：过冷奥氏体在650～600℃等温，形成的珠光体，片层较薄，800～1000倍光

镜下可辨，用符号S表示。

极细珠光体：过冷奥氏体在600～550℃等温，形成片层极薄的珠光体，电镜下可辨，用符

号T表示。

贝氏体：过冷奥氏体在550℃～Ms等温形成的组织，属于中温转变。由于转变温度降低，

只有部分碳扩散出，还有部分碳留在铁素体内，因此也称为半扩散型转变。贝氏体用符号B表示。

马氏体：过冷奥氏体在Ms～Mf之间等温形成的组织，，属于低温转变。由于转变温度低，

铁原子和碳原子

都不扩散，因此又称为非扩散型转变。是碳在α-Fe中的过饱和固溶体，

用M表示。

3.奥氏体、过冷奥氏体、残余奥氏体。

答：奥氏体：碳在γ-Fe中形成固溶体。

过冷奥氏体：冷却到临界转变温度以下而未发生相变的奥氏体。

残余奥氏体：由于马氏体型转变的不完全性，与马氏体室温共存的奥氏体。

二、填空题

钢的热处理工艺曲线包括加热、保温和冷却三个阶段。

钢的普通热处理包括退火、正火、淬火、回火。

高碳钢淬火后低温回火的组织是回火马氏体，其硬度一般很高。

三、判断题

20钢与60钢淬火后，在马氏体量相同处（如50%），其硬度应相同。（×）

对高温回火后的工件再进行低温回火，可使其硬度提高。（×）

钢的回火硬度除取决于回火温度和保温时间外，还与回火的冷却速度有关，冷却速度越大，回火后硬度越高。（×）

高速钢淬火后在560℃进行高温回火，也属于调质处理。（×）

生产中通常根据硬度要求来选择回火温度。（√）

高温渗碳、低温渗氮，渗后不需要热处理。（×）

四、选择题

1.完全退火（B）。

A.不能用于亚共析钢

B.不能用于过共析钢

C.亚共析钢和过共析钢皆可

D.亚共析钢和

过共析钢皆不可

2.在钢的普通热处理过程中，常用来作为预先热处理的是（D）。

A.正火和淬火

B.正火和回火

C.淬火和回火

D.退火和正火

3.球化退火前有严重网状二次渗碳体的钢件，可在球化退火前先进行（

B）。

A.退火

B.正火

C.淬火

D.回火

4.热卷弹簧硬度要求45HRC左右，最终热处理选用（

B）。

A.淬火+低温回火

B.淬火+中温回火

C.淬火+高温回火

D.调质处理

5.滚动轴承要求硬度≥60HRC，最终热处理选用（

A）。

A.淬火+低温回火

B.淬火+中温回火

C.淬火+高温回火

D.调质处理

6.回火工艺参数中，（

A）是决定回火后硬度的主要因素。

A.回火温度

B.回火时间

C.回火后的冷却速度

D.回火零件的尺寸

7.高温回火后得到的组织是（

D）。

A.马氏体

B.贝氏体

C.回火托氏体

D.回火索氏体

8.为保证较好的综合力学性能，对轴、丝杠、齿轮、连杆等重要零件，一般采用的热处理方

式是（

A.淬火

D）。

B.退火

C.正火

D.调质

9.感应淬火工件一般要求高的表面硬度，多采用（C）。

A.高温回火

B.中温回火

C.低温回火

D.调质处理

10.渗碳钢件常采用的热处理工艺是（

A）。

A.淬火+低温回火

B.淬火+中温回火

C.淬火+高温回火

D.不用再进行热处理

11.渗氮后的钢材常采用的热处理工艺是（D）。

A.淬火+低温回火

B.淬火+中温回火

C.淬火+高温回火

D.不用再进行热处理

12.工作中有强烈摩擦并承受冲击载荷或交变载荷的零件，广泛采用的热处理方法是（A）。

A.渗碳B.渗氮C.调质五、简答题

D.淬火

1.什么是热处理?其有何实际意义?

答：钢的热处理是指钢在固态下，通过加热、保温、冷却的手段，改变其内部或表面的组织

状态或成分，从而获得所需性能的一种热加工工艺。热处理是提高和改善钢性能的有效手段。

通过热处理可以改善组织，获得人们所需要的性能，还可以大幅度提高金属材料的力学性能，充分发挥材料性能的潜力，延长机器零件的使用寿命。

2.指出A1、A3、Acm;Ac1、Ac3、Accm;Ar1、Ar3、Arcm各临界点的意义。

答：A1线：是铁碳相图中的PSK线，为共析转变线，凡是碳的质量分数超过0.0218%的

铁碳合金，缓慢冷却到PSK线上时均或多或少地发生共析转变，生成一定量的珠光体。

A3线：是铁碳相图中的GS线，该线是冷却时将会发生γ-Fe（奥氏体A）向α-Fe（铁

素体F）的同素异构转变，所以GS线是奥氏体转变为铁素体的开始线。同样，在加热过程

中，当加热到GS线时，α-Fe（铁素体F）将全部转变为γ-Fe（奥氏体A），所以GS线也是铁素体转变为奥氏体的终了线。

Acm线：是铁碳相图中的ES线，是碳在γ-Fe（奥氏体A）中的饱和溶解度曲线。加热时需要过热，故A1、A3、Acm分别表示为Ac1、Ac3、Accm。

冷却时需要过冷，故A1、A3、Acm分别表示为Ar1、Ar3、Arcm。

3.简述奥氏体化的过程及影响奥氏体形成速度的因素。

答：共析钢的奥氏体形成包括奥氏体的形核、奥氏体晶粒长大、残余渗碳体的溶解及奥氏体成分均匀化等四个阶段。

影响奥氏体形成速度的因素主要有：

（1）加热温度和保温时间的影响

随着温度的升高，相变驱动力增大，原子扩散速度增加，

形核率和长大速度大大提高，转变完成所需的时间显著缩短，即奥氏体形成速度加快。在影

响奥氏体形成速度的诸多因素中，温度的作用最为显著，因此控制奥氏体的形成温度非常重

要。在较低温度下长时间保温和较高温度下短时间保温都可以得到相同的奥氏体状态，所以

在制定加热工艺时应综合考

虑加热温度和保温时间的影响。

（2）原始组织的影响

原始组织越细小，相界面越多，形核率越高，奥氏体形成速度越快，

因此片状珠光体比粒状珠光体更易奥氏体化。

（3）化学成分的影响

碳对奥氏体化速度的影响如下:对于亚共析钢，随着含碳量的增加，A3点下降，珠光体的量

增加，铁素体和渗碳体的相界面增多而形核率增大，碳原子扩散距离减小，扩散速度提高，

但渗碳体溶解及奥氏体均匀化的时间增加;对于过共析钢，随着含碳量的增加，Acm点升高，

渗碳体的量增加，珠光体的量减少，铁素体和渗碳体的相界面减少而形核率降低，碳原子扩散距离增大，扩散速度减慢，奥氏体形成速度变慢。

合金元素主要从以下几个方面影响奥氏体的形成速度:首先，合金元素影响碳在奥氏体中的

扩散速度，钴（Co）、镍（Ni）等合金元素使其扩散系数增大，扩散速度提高;镍（Ni）、锰

（Mn）、铜（Cu）等合金元素使其形核率和长大速度都增加，从而促进奥氏体形成;强碳化

物形成元素如铬（Cr）、锰（Mn）、钨（W）、钒（V）等减慢残余渗碳体的溶解及奥氏体成

分的均匀化速度，降低奥氏体长大速度。其次，合金元素改变了钢的临界点和碳在奥氏体中

的溶解度，从而改变了钢的过热度和碳在奥氏体中的扩散速度，进而影响奥氏体的形成速度。

最后，钢中的合金元素在铁素体和碳化物中的分布是不均匀的，在平衡组织中碳化物形成元

素

集中在碳化物中，而非碳化物形成元素集中在铁素体中，因此在含有合金元素的钢中除

了碳的均匀化之外，还有合金元素的均匀化过程。

4.几种奥氏体晶粒度对生产实际有何意义?影响奥氏体晶粒大小的因素是什么?如何控制奥氏体晶粒大小?

答：钢在奥氏体化后，奥氏体晶粒大小对冷却后钢的组织和性能有重要的影响。晶粒细化，

钢热处理后的力学性能大为提高，晶粒粗大，会使其性能恶化，尤其当晶粒大小不均匀时，还会显著降低钢的结构强度，引起应力集中，易产生脆性断裂。

影响奥氏体晶粒大小的因素：

加热温度和保温时间：加热温度越高，保温时间越长，形核率越高，长大速度也越快，奥氏体晶界迁移的速度越快，因此奥氏体晶粒越粗大。

加热速度：加热速度越快，奥氏体实际形成温度越高，形核率提高，由于时间短晶粒

来不及长大，所以可获得细小的起始晶粒。生产中常用的快速加热淬火、超快速加热及脉冲加热淬火都是依据此原理来细化或超细化奥氏体晶粒的。

（3）化学成分：在一定的含碳量范围内，随着奥氏体中含碳量的增高，碳在奥氏体中的扩

散速度以及铁的自扩散速度均增大，奥氏体晶粒长大倾向增加，但当含碳量超过一定量时，

由于形成二次渗碳体，会阻碍奥氏体晶粒的长大。合金元素钛、锆、钒、钨、铌等形成的碳

化物熔点较高，弥散分布

在奥氏体中，阻碍奥氏体晶粒长大;非碳化物形成元素硅、镍等

对奥氏体长大速度影响不大;而锰、磷、氧等元素会增加奥氏体晶粒长大的倾向。

控制奥氏体晶粒大小：当钢的化学成分一旦确定，则通过控制加热温度、保温时间和加热速度来控制奥氏体晶粒大小。

5.影响过冷奥氏体等温冷却转变的因素有哪些?过冷奥氏体等温和连续冷却转变曲线有什么不同?

答：影响过冷奥氏体等温冷却转变的因素有转变转变温度和冷却速度。因为其转变产物随转变温度和冷却速度不同而不同，性能也有很大的差别。

过冷奥氏体等温和连续冷却转变曲线的不同之处是前者等温冷却转变规律，后者是连续冷却转变规律。

6.珠光体型组织有哪几种?它们在形成条件、组织形态和性能方面有何特点?

答：珠光体型组织根据转变温度和层间距分为珠光体、细珠光体（索氏体）和极细珠光体（屈氏体或托氏体）三种。三种组织无本质区别，只是形态上的粗细之分。

珠光体形成温度为Ar1～650℃，片层较厚，500倍光镜下可辨，用符号P表示;

细珠光体形成温度为650～600℃，片层较薄，800～1000倍光镜下可辨，用符号S表示;极细珠光体形成温度为600～550℃，片层极薄，电镜下可辨，用符号T表示。

珠光体型组织的性能主要取决于片间距，片间距越小，相界面越多，塑性变形越困难，钢的强度、硬度越高，而塑性和韧性略有改善。

7.贝氏体型组织有哪几种?它们在形成条件、组织形态和性能方面有何特点?

答：贝氏体型转变温度为550℃～Ms，属于中温转变。由于转变温度降低，只有部分碳扩

散出，还有部分碳留在铁素体内，因此也称为半扩散型转变。贝氏体用符号B表示。根据其组织形态不同，分为上贝氏体（B）和下贝氏体（B）。

上下

过冷奥氏体在350～550℃温度范围内的转变产物称为上贝氏体。上贝氏体在光镜下呈羽毛

状，在电镜下为不连续棒状的渗碳体，分布于自奥氏体晶界向晶内平行生长的铁素体条之间。

其形成温度较高，条状或片状铁素体从奥氏体晶界开始向晶内以同样方向平行生长，随着铁

素体的伸长和变宽，其中的碳原子向条间的奥氏体中富集，当浓度足够高时，便在铁素体内

间断续地析出渗碳体短棒，奥氏体消失，形成典型的羽毛状上贝氏体，上贝氏体中的铁素体

片较宽，塑性变形抗力较低，且渗碳体分布在铁素体片之间，易引起脆断，强度和韧性都较差。

过冷奥氏体在350℃～Ms温度范围内的转变产物称为下贝氏体。下贝氏体在光镜下呈竹

叶状，即黑色针状，在电镜下为细片状碳化物，分布于铁素体针上，并与铁素体针长轴方向

呈55°～60°，其形成温度较低，碳原子扩散能力更差，铁素体在奥氏体的晶界或某些晶面

上长成针状，碳原子在铁素体内一定的晶面上以断续碳化物小片的形式析出，从而形成了下

贝氏体。下贝氏体中铁素体针细小，无方向性，碳过饱和度大，碳化物分布均匀，弥散度大，位错密度高，所以硬度高，韧性好，有实际应用价值。

8.马氏体型组织有哪几种?它们在形成条件、晶体结构、组织形态和性能方面有何特点?马氏体的硬度与含碳量的关系如何?

答：马氏体型转变温度在Ms～Mf之间，属于低温转变。由于转变温度低，铁原子和碳原

子都不扩散，因此又称为非扩散型转变。马氏体是碳在α-Fe中的过饱和固溶体，用M表示。

马氏体型转变时，奥氏体中的碳全部保留到α-Fe中。马氏体型转变是强化钢的重要途径之

一。晶体结构仍为体心立方结构，但由于碳的溶入使原体心立方结构变成体心正方结构，即

c轴伸长，因此马氏体具有体心正方晶格（a=b≠c），轴比c/a称为马氏体的正方度。马氏体中的含碳量越高，正方度越大，晶格畸变越严重。

马氏体常见的形态分为两类：

第一种是板条马氏体，其立体形态为细长的扁棒状，在光学显微镜下为一束束的细条组织，

每束内条与条之间尺寸大致相同并呈平行排列，一个奥氏体晶粒内可形成几个取向不同的马

氏体束，板条内的亚结构主要是高密度的位错，又称为位错马氏体，其含碳量低，也叫作低碳马氏体。

第二种是片状马氏体，其立体形态为双凸透镜形的片状，与试样磨面相截则呈针状或竹叶状，

所以又称为针状马氏体，其含碳量较高，也叫作高碳马氏体。在电镜下，其亚结构主要是孪晶，

马氏体的形态主要取决于其含碳量。当W<0.2%时，几乎全部是板条马氏体;

C

当

W>1.0%时，几乎全部是片状马氏体;当0.2%≤W≤1.0%时，为板条马氏体与片状马氏体CC

的混合组织。

马氏体型组织是一种高强度、高硬度的组织，由于马氏体型组织中碳过饱和度很大，晶格畸

变非常严重，所以其强度大大提高。含碳量越高，强度、硬度越高。

9.将5mm的T8钢加热至760℃并保温足够时间，问采用什么样的冷却工艺可得到如下组织:

珠光体，细珠光体，极细珠光体，上贝氏体，下贝氏体，极细珠光体+马氏体，马氏体+少量残余奥氏体;在“C”曲线上描出工艺曲线示意图。

答：T8钢含碳量接近共析钢，得到相应组织的工艺曲线示意图如图示：

10.什么是退火?退火的种类和目的各是什么?

答：退火是指将钢加热到适当的温度，保温一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。

根据钢的成分和退火目的的不同，退火可分为完全退火、等温退火、球化退火、去应力退

火

和扩散退火等

（1）完全退火：完全退火是指将钢件完全奥氏体化（加热至Ac3+（30～50）℃）后，保

温一段时间，在炉内缓慢冷却以获得接近平衡状态组织的退火工艺。生产中为提高生产率，

实际操作时，工件

随炉缓慢冷却至500～600℃时出炉空冷。

完全退火主要用于各种亚共析成分的碳钢和合金钢的铸、缎件，热轧型材及一些焊接结构件

的退火，目的是细化并均匀组织，消除组织缺陷和内应力，降低硬度，为切削加工或后续热

处理做组织准备。

（2）等温退火：等温退火是指将钢件加热至Ac3+（30～50）℃或Ac1+（20～40）℃，

保温一定时间后，以较快的速度冷却到稍低于Ar1某一温度进行等温转变，以获得珠光体组织，然后在空气中冷却的工艺方法。

等温退火用于高碳钢、中碳合金钢、合金渗碳钢、合金工具钢和某些高合金钢的大型铸锻件

及冲压件等，目的与完全退火相同，但转变较易控制，所用时间比完全退火缩短约1/3，并可获得均匀的组织和性能。

（3）球化退火：球化退火是指将共析钢或过共析钢加热至Ac1+（10～20）℃，保温一定

时间后，随炉缓冷至室温（或冷却至略低于Ar1再保温一定时间后出炉空冷），使钢中碳

化物球状化的退火

工艺。

球化退火主要适用于共析钢、过共析钢的锻轧件，其目的是降低硬度，提高塑性，改善工件

的切削加工性能，并为后续热处理做组织准备。对于存在严重网状二次渗碳体的钢，可在球化退火前先进行一次正火，使渗碳体网破碎。

（4）去应力退火：去应力退火是指把钢件加热到Ac1以下某一温度，保温一定时间后缓慢

冷却的工艺方法。其目的是去除由于变形加工、机械加工、铸造、锻造、热处理、焊接等所产生的残余应力。

（5）扩散退火：扩散退火又称为均匀化退火，是将铸锭或铸件加热至Ac3+（150～300）℃，

长时间保温（10h以上）后随炉冷却的工艺。主要用于合金钢铸锭和铸件，以消除枝晶偏析，使成分均匀化。

11.何谓正火?正火与退火有何区别?

答：正火是指将钢件加热到Ac3或Accm+（30～50）℃，保温适当时间后在空气中冷却，得到珠光体组织的工艺。

正火与退火的不同之处在于，正火的冷却速度较快，过冷度稍大，因此正火后得到的组织比

退火细小，强度、硬度略高于退火，通常获得索氏体组织。正火与退火相比，不但力学性能高，而且操作简单、生产周期短、成本低，因此一般普通结构件应尽量采用正火。

12.指出下列零件正火的主要目的和正火后的组织。（1）20钢齿轮;（2）45钢小轴;（3）T12钢锉刀。

答：（1）目的：提高硬度，改善切削加工性。组织：细小的珠光体组织

目的：消除热加工时带来的缺陷，改善切削加工性，减少零件的变形与开裂倾向。可代替调质处理，为以后高频感应表面淬火做准备。组织：细小的珠光体组织。

目的：消除网状二次渗碳体，为球化退火做组织准备。组织：细小的珠光体组织+渗碳体。

13.淬火的目的是什么?亚共析钢和过共析钢的淬火加热温度应如何确定?为什么?

常用淬

火方法有哪些?

答：.淬火的目的是获得马氏体或贝氏体组织，是钢最经济、最有效的强化手段之一。

亚共析钢的淬火加热温度为：Ac3+（30～50）℃，可得到全部细晶粒的奥氏体组织，淬火后为均匀、细小的马氏体组织。

过共析钢的淬火加热温度为：Ac1+（30～50）℃，淬火后得到细小、均匀的马氏体和少量

残余奥氏体（共析钢），或细小的马氏体、少量粒状渗碳体和残余奥氏体，使钢具有高的硬度、耐磨性及一定韧性。

常用淬火方法有：单液淬火、双液淬火、分级淬火、等温淬火和局部淬火等。

14.将45钢和T12钢分别加热到700℃、770℃、840℃淬火，试问这些淬火温度是否正确?为什么45钢在770℃淬火后的硬度远低于T12钢在770℃淬火后的硬度?

答：45钢加热到840℃淬火正确，T12钢加热到770℃淬火正确，其他的都不正确。

45钢加热到770℃是在F+A两相区，只有A才可能转变为马氏体，因此，淬火后留有大量

的质软的铁素体，因此，硬度较低，而T12钢加热到770℃是在A+渗碳体两相区，这样淬火后得到马氏体+渗碳体，因此，硬度很高。，远远关于45钢。

15.为什么淬火后的钢一般都要进行回火?按回火温度不同，回火分为哪几种?指出各种回火后得到的组织、性能及应用范围。

答：钢在淬火后的组织主要是马氏体和少量残余奥氏体。淬火马氏体内部微观缺陷较多，内

应力和脆性很大，如果不及时回火会使钢件发生变形甚至开裂;马氏体和残余奥氏体处于不

稳定状态，都有向稳定的铁素体和渗碳体转变的趋势，通过对其回火，使组织转变到一定程

度成为稳定组织，从而保证工件在使用中不发生尺寸和形状的改变；通过调整回火温度，可

获得不同的硬度，减小脆性，满足各种工件的不同性能要求。所以回火是降低脆性，消除或减小内应力;获得工件所要求的力学性能；稳定工件的尺寸必备工艺。

根据回火时的加热温度不同，可将回火分为下面三种:

①低温回火（<250℃）。回火后的组织是回火马氏体。它基本上保持了马氏体的高硬度、高

强度及耐磨性，同时使钢的内应力和脆性有所降低。主要用于刃具、量具、冷冲模具、滚动轴承、渗碳及表面淬火件。

中温回火（350～500℃）。回火后的主要组织为回火托氏体。其性能是具有较高的弹性极限和屈服点以及一定的韧性。主要用于各种弹性件和热锻模等。

高温回火（500～650℃）。回火后的组织为回火索氏体。其性能是具有强度、硬度、塑性

和韧性都较好的综合力学性能。广泛适用于各种机械零件，如曲轴、连杆、螺栓、半轴、齿轮等。通常将淬火和高温回火相结合的热处理称为调质处理。

16.为什么工件经淬火后会产生变形甚至开裂?减少淬火变形和防止开裂有哪些措施?

答：淬火时，工件截面上各处的冷却速度是不同的。表面的冷却速度最大，中心处的冷却速

度最小。为获得马氏体组织，淬火的冷却速度必须大于临界冷却速度，而快冷总是不可避免

地使工件产生较大的热应力，而奥氏体转变为马氏体会引起体积膨胀，产生组织应力，这些

应力的作用如果超过钢的屈服强度就会变形，超过抗拉强度就会开裂，所以，淬火不当会引起变形甚至开裂。

减少淬火变形和防止开裂的措施有：采用预冷减少温差，在保证淬透性的前提下，尽量采用

缓和的淬火介质，及时回火，采用适宜的双液淬火、分级淬火、等温淬火等措施，这样能保证在实现马氏体转变的同时又能减小淬火应力和变形开裂倾向。

17.指出下列工件的淬火及回火温度，并说明回火后得到的组织和大致硬度。（1）45钢轴（要求综合力学性能好）;（2）60钢弹簧;（3）T12钢锉刀。

答：（1）45钢属于亚共析钢，其淬火温度为Ac3+（30～50）℃,查45钢的Ac3为790℃，

故淬火加热温度为820～840℃。回火采用600±10℃高温回火（调质处理），最后硬度约为210～250HBW或20～30HRC。

（2）60钢弹簧;属于亚共析钢，其淬火温度为Ac3+（30～50）℃,查60钢的Ac3为766℃，

故淬火加热温度为800～820℃，回火采用350～450℃。最后硬度约为38～42HRC。

（3）T12钢属于过共析钢，其淬火温度为Ac1+（30～50）℃,查T12钢的Ac3为730℃，

故淬火加热温度为760～780℃，回火采用180±10低温回火，最后硬度约为58～62HRC。

18.甲、乙两厂同时生产一种45钢零件，硬度要求为220～250HBS。甲厂采用正火处理，，都达到硬度要求。试分析甲、乙两厂产品的组织和性能的差异。

答：乙厂采用调质处理的钢不仅强度较高，而且塑性、韧性远高于甲厂采用正火处理的钢。

这是因为调质后钢的组织是回火索氏体，其渗碳体呈球粒状，而正火后的组织是索氏体（或托氏体），其渗碳体呈薄片状，组织决定了性能。

19.什么是淬透性?影响淬透性的因素是什么?

答：淬透性是表征钢淬火冷却时获得马氏体组织的能力。影响淬透性的因素主要是钢的化学成分。

20.什么是渗碳?渗碳后的零件为什么必须淬火和回火?

答：渗碳是指将工件在渗碳介质中加热、保温，使活性碳原子渗入表层的化学热处理工艺。

渗碳的目的是提高工件表层的含碳量，并在其中形成一定的含碳量梯度，只有经淬火和低温回火后工件表面的硬度和耐磨性才提高，同时使心部保持良好的韧性。

21.现有20钢和40钢制造的齿轮各一个，为提高齿面的硬度和耐磨性，宜采用何种热处理工艺?热处理后在组织和性能上有何不同?

答：20钢采用渗碳的化学热处理，心部由于含碳量低韧性好，表层经淬火+低温回火后获得回火马氏体，硬度高而耐磨。

40由于含碳量较高，采用调质处理，获得回火索氏体组织，使心部综合力学性能高，表面

采用中频或高频表面淬火+低温回火后获得回火马氏体，硬度高而耐磨，与20钢的工艺相

比，40钢工艺的强度高，能够传递大载荷，但表面硬度不如20钢的渗碳处理，耐磨性要差一些。

22.现有三个形状、尺寸、材质（低碳钢）完全相同的齿轮，分别进行普通整体淬火、渗碳淬火和高频感应淬火，试用最简单的方法将它们区分开。

答：由于进行了不同的热处理工艺，所以得到的组织不同，组织决定了性能，因此，可以用

力学性能中的硬度差异区分开来：渗碳淬火硬度最高，高频感应淬火次之，整体淬火硬度最低。

23.某厂用20钢制造齿轮，其加工路线为:下料→锻造→正火→粗加工、半精加工→渗碳→淬火、低温回火→磨削。试回答下列问题:

（1）说明各热处理工序的作用;

制定最终热处理工艺规范（温度、冷却介质）;

说明最终热处理后表面组织和性能。

答：（1）锻造后正火是为了提高硬度，便于后续的切削加工。半精加工后渗碳+淬火+低温回火是为了提高表面含碳量，并通过热处理来达到表面高硬度，提高耐磨性。

930℃渗碳，预冷到820℃淬火，由于形状复杂采用油淬，然后经过180±10℃低温回火后空冷。

表面的组织为高碳回火马氏体+碳化物，性能硬而脆，耐磨。

24.用T10钢制造形状简单的刀具，其加工路线为:锻造→热处理→切削加工→热处理→磨削。试回答下列问题:

说明各热处理工序的名称及作用;

制定最终热处理工艺规范（温度、冷却介质）;

说明各热处理后的显微组织。

答：（1）锻造后热处理采用球化退火，降低硬度，便于后续的切削加工。切削加工后的热处理采用淬火+低温回火，保持高硬度和耐磨性。

（2）最终热处理采用淬火+低温回火，淬火加热温度为Ac1+（30～50）℃,查T10钢的

Ac3为730℃，故淬火加热温度为760～780℃，由于是形状简单的刀具，采用水淬，回火采用180±10低温回火，回火后空冷。最后硬度约为58～62HRC。

（3）球