北工大热处理工艺及设备复习题2018.pdf

材 热 处 理 工 艺 及 设 备 复 习 题 编 辑 ： Young - 1 - 热 处 理 工 艺 及 设 备 复 习 题 （ 2018）名 词 解 释*等 温 淬 火 ： 钢 材 奥 氏 体 化 后 以 大 于 临 界 冷 却 速 度 快 冷 至 Ms点 以 上 等 温 获 得 下 贝 氏 体 热 处 理 工 艺 。*热 应 力 ： 表 层 与 心 部 温 差 引 起 膨 胀 不 均 匀 产 生 ， 产 生 金 属 内 部 的 作 用 力 称 为 热 应 力 。*深 冷 处 理 ： 钢 件 淬 火 到 室 温 后 ， 继 续 在 0C以 下 介 质 中 冷 却 处 理 的 工 艺 ， 降 低 残 余 奥 氏 体 。*碳 势 ： 表 征 含 碳 气 氛 在 一 定 温 度 下 改 变 工 件 表 面 含 碳 量 能 力 的 参 数 ， 用 低 碳 钢 箔 在 含 碳 气 氛 中 的 平衡 含 碳 量 来 表 示 。 *脱 碳 ： 热 处 理 加 热 过 程 中 ， 由 于 加 热 介 质 中 含 有 氧 化 性 气 氛 ， 造 成 钢 铁 零 件 表 面 碳 元 素 氧 化 烧 损 ，表 面 含 碳 量 下 降 。*淬 透 性 ： 钢 在 淬 火 后 获 得 淬 硬 层 深 度 大 小 的 能 力 。 其 大 小 用 规 定 条 件 下 获 得 的 淬 硬 层 深 度 表 示 。*组 织 应 力 ： 快 速 冷 却 表 层 与 心 部 相 变 不 同 时 进 行 产 生 的 应 力 。*调 质 ： 淬 火 加 高 温 回 火 ， 以 获 得 回 火 索 氏 体 组 织 。 其 目 的 是 获 得 强 度 ， 硬 度 和 塑 性 ， 韧 性 都 较 好 的综 合 机 械 性 能 。*二 类 回 火 脆 性 ： （ 450650 之 间 ） 钢 在 较 高 温 度 回 火 后 缓 冷 通 过 450650 温 度 区 间 将 产 生 。 再次 加 热 后 快 速 冷 却 可 以 消 除 ， 并 可 再 次 出 现 （ 可 逆 ） 。*双 液 淬 火 ： 淬 火 过 程 中 ， 奥 氏 体 工 件 首 先 放 入 冷 却 能 力 强 的 冷 却 介 质 中 冷 却 至 Ms温 度 ， 后 转 入 冷 却能 力 相 对 较 弱 冷 却 介 质 中 冷 却 完 成 马 氏 体 相 变 。 采 用 双 液 淬 火 可 以 显 著 降 低 组 织 应 力 。 均 匀 化 退 火 ： 将 钢 加 热 到 固 相 线 温 度 （ AC3或 Accm以 上 150-300 C） ， 长 时 间 保 温 （ 10-15h） ， 然后 随 炉 冷 却 ， 以 使 钢 的 化 学 成 分 和 组 织 均 匀 化 。再 结 晶 退 火 ： 将 进 行 过 冷 变 形 加 工 的 工 件 加 热 至 再 结 晶 温 度 以 上 ， 保 温 一 定 时 间 后 冷 却 ， 使 工 件 发 生再 结 晶 ， 从 而 消 除 加 工 硬 化 的 工 艺 。等 温 退 火 ： 以 较 快 的 速 度 冷 却 到 A1以 下 某 一 温 度 ， 保 温 一 定 时 间 使 奥 氏 体 转 变 为 珠 光 体 组 织 ， 然 后空 冷 。去 应 力 退 火 ： 将 工 件 加 热 至 较 低 温 度 ， 保 温 一 定 时 间 后 冷 却 ， 使 工 件 发 生 回 复 ， 从 而 消 除 残 内 应 力 的工 艺 称 为 去 应 力 退 火 。球 化 退 火 ： 使 钢 中 碳 化 物 球 化 而 进 行 的 退 火 工 艺 。 将 工 件 加 热 到 Ac1以 上 20 30 C， 保 温 一 段 时 间 ，然 后 缓 慢 冷 却 ， 得 到 铁 素 体 基 体 上 均 匀 分 布 的 球 状 或 颗 粒 状 碳 化 物 组 织 。 材 热 处 理 工 艺 及 设 备 复 习 题 编 辑 ： Young - 2 - 正 火 ： 将 工 件 加 热 至 Ac3或 Accm以 上 30-50 C， 保 温 一 段 时 间 后 ， 从 炉 中 取 出 ， 在 空 气 中 或 喷 水 、喷 雾 或 吹 风 冷 却 的 金 属 热 处 理 工 艺 。 使 晶 粒 细 化 和 碳 化 物 分 布 均 匀 化 ， 去 除 材 料 的 内 应 力 ， 稳 定 工 件的 尺 寸 ， 防 止 变 形 与 开 裂 。临 界 淬 火 冷 却 速 度 ： 淬 火 时 获 得 全 部 马 氏 体 组 织 的 最 小 冷 却 速 度临 界 直 径 ： 临 界 直 径 是 指 钢 材 在 某 种 介 质 中 淬 冷 后 ， 心 部 得 到 全 部 马 氏 体 或 50%马 氏 体 组 织 时 的 最 大直 径 。淬 硬 性 ： 淬 硬 性 是 指 钢 在 淬 火 后 所 能 达 到 的 最 高 硬 度 ， 即 钢 在 淬 火 时 的 硬 化 能 力 。直 接 淬 火 ： 将 过 冷 奥 氏 体 以 大 于 临 界 冷 却 速 度 的 冷 速 快 冷 到 Ms以 下 （ 或 Ms附 近 等 温 ） 进 行 马 氏 体 转变 的 热 处 理 工 艺 。预 冷 淬 火 ： 为 了 减 少 工 件 与 淬 火 介 质 之 间 的 温 差 ， 减 小 内 应 力 ， 把 欲 淬 火 工 件 在 淬 入 淬 火 机 介 质 之 前 ， 先 空 冷 一 段 时 间 的 方 法 。马 氏 体 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 慢 冷 却 至 室 温 ， 发 生 马 氏 体 转 变 的 方 法 。时 效 ： 指 合 金 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 的 热 处 理 工 艺 。 材 热 处 理 工 艺 及 设 备 复 习 题 编 辑 ： Young - 3 - 简 答*盐 浴 炉 加 热 具 有 什 么 特 点 ？ 适 于 何 种 热 处 理 ？ 常 用 的 盐 主 要 分 为 哪 几 类 ？特 点 ：1) 工 件 在 浴 炉 中 加 热 具 有 加 热 速 度 快 、 温 度 均 匀 、 不 易 氧 化 脱 碳 。2) 结 构 简 单 、 在 1300 仍 具 有 较 长 的 使 用 寿 命 。3) 与 电 阻 炉 相 比 热 损 失 大 、 启 动 困 难 、 消 耗 盐 碱 材 料 、 劳 动 条 件 差 。热 处 理 ： （ 60-1350 ） 可 用 于 淬 火 、 回 火 、 分 级 淬 火 、 等 温 淬 火 、 局 部 热 处 理 以 及 化 学 热 处 理 。常 用 盐 分 类 ：a. 硝 酸 盐 、 亚 硝 酸 盐 (600 以 下 )；b. 氢 氧 化 钠 、 氢 氧 化 钾 (600 以 下 )； c. 氯 化 钠 、 氯 化 钙 (1000 以 下 )；d. 氯 化 钡 (1100-1350 )。*45 钢 经 过 何 种 热 处 理 能 获 得 下 述 组 织 （ 1） 细 片 状 珠 光 体 （ 2） 细 小 粒 状 珠 光 体 （ 3） 下 贝 氏 体（ 1） 细 片 状 珠 光 体 ： 正 火 处 理（ 2） 细 小 粒 状 珠 光 体 ： 调 质 处 理（ 3） 粗 粒 状 珠 光 体 ： 等 温 淬 火*氮 化 工 艺 有 何 用 途 ？ 离 子 氮 化 炉 有 哪 些 部 分 组 成 ， 各 部 分 的 主 要 作 用 是 什 么 ？ 为 何 采 用 离 子 氮 化可 以 提 高 氮 化 速 度 ？用 途 ： 各 种 高 速 传 动 精 密 齿 轮 ， 高 精 密 机 床 主 轴 ， 在 变 向 负 荷 工 作 条 件 下 要 求 疲 劳 强 度 很 高 的 零件 ， 以 及 要 求 变 形 很 小 和 具 有 一 定 抗 热 ， 耐 腐 蚀 能 力 的 耐 磨 零 件 。 组 成 及 作 用 ：低 真 空 系 统 ： 获 得 20-200Pa炉 内 压 力 ， 有 利 于 辉 光 放 电 ；供 电 系 统 ； 提 供 产 生 异 常 辉 光 区 放 电 直 流 电 压 ；氮 化 气 体 供 给 系 统 ： 提 供 一 定 气 体 配 比 及 流 量 的 氮 化 气 体 。原 因 ：（ 1） 阴 极 溅 射 效 应 加 快 等 离 子 区 氮 的 电 力 ， 供 给 高 浓 度 的 氮 ， 加 大 了 固 气 界 面 浓 度 梯 度 ；（ 2） 离 子 轰 击 造 成 工 件 表 面 存 在 第 二 、 第 三 类 残 余 应 力 ， 产 生 点 阵 畸 变 ， 表 面 形 错 密 度 增 加 ， 并 在成 位 阴 极 溅 射 坑 洼 ；（ 3） 阴 极 溅 射 使 表 面 吸 附 碳 、 氧 、 氮 元 素 解 吸 ， 氧 化 物 、 碳 化 物 被 清 除 ， 表 面 得 到 净 化 。 这 也 是 采用 离 子 氮 化 工 艺 可 用 于 不 锈 钢 氮 化 的 原 因 。 材 热 处 理 工 艺 及 设 备 复 习 题 编 辑 ： Young - 4 - 制 订 下 列 工 件 的 热 处 理 工 艺 ：*（ 1） 某 机 床 齿 轮 ， 要 求 齿 面 耐 磨 ， 心 部 强 度 和 韧 性 要 求 不 高 ， 选 用 20钢 制 造*（ 2） 某 机 床 主 轴 ， 要 求 有 良 好 综 合 机 械 性 能 ， 轴 颈 部 分 要 求 耐 磨 （ HRc5560） ， 选 用 45钢 制 造*（ 3） 镗 床 镗 杆 ， 表 面 要 求 耐 磨 和 极 高 的 硬 度 ， 心 部 要 求 有 较 高 的 综 合 机 械 性 能 ， 材 料 选 用 38CrMoAl。（ 1） 预 先 热 处 理 ： 正 火 。 因 为 心 部 强 度 和 韧 性 要 求 不 高 ， 正 火 处 理 之 后 即 可 达 到 要 求 。 且 正 火 比 调质 处 理 的 工 艺 简 单 ， 热 处 理 的 变 形 小 ， 采 用 正 火 处 理 是 合 理 的 。 正 火 后 的 组 织 是 细 珠 光 体 +少 量 铁 素体 。 最 终 热 处 理 ： 渗 碳 +表 面 淬 火 +低 温 回 火 。 因 为 渗 碳 提 高 工 件 表 面 材 料 的 含 碳 量 ， 以 便 在 后 续 淬火 工 序 中 得 到 高 的 表 面 硬 度 ， 同 时 保 持 芯 部 韧 性 ， 表 面 淬 火 +低 温 回 火 后 使 表 面 组 织 发 生 改 变 ， 成 为回 火 马 氏 体 ， 硬 度 高 ， 耐 磨 性 好 ， 可 达 到 齿 面 耐 磨 的 目 的 。 （ 2） 预 先 热 处 理 ： 完 全 退 火 。 加 热 至 Ac3+30-50 ， 按 工 件 大 小 及 形 状 确 定 保 温 时 间 ， 后 随 炉 缓 慢冷 却 。 显 微 组 织 ： 铁 素 体 +珠 光 体 。最 终 热 处 理 ： 淬 火 +高 温 回 火 （ 调 质 ） 。 淬 火 加 热 温 度 Ac3+30-50 ， 盐 水 冷 却 ， 在 450-650高 温 回 火 。 显 微 组 织 ： 回 火 索 氏 体 。表 面 强 化 ： 轴 颈 部 位 采 用 高 频 感 应 加 热 淬 火 。 显 微 组 织 ： 回 火 马 氏 体 +少 量 碳 化 物 +少 量 残 余 奥氏 体 。（ 3） 预 先 热 处 理 ： 正 火 。 38CrMoAl的 含 碳 量 为 0.35% 0.42%属 于 亚 共 析 钢 可 以 采 用 正 火 为 宜 可 以改 善 碳 钢 的 可 加 工 性 。最 终 热 处 理 ： 调 质 处 理 +渗 氮 处 理 。 调 质 热 处 理 得 到 的 组 织 为 回 火 索 氏 体 其 中 渗 碳 体 为 颗 粒 状 ，作 用 使 其 力 学 性 能 优 良 且 保 持 良 好 的 塑 性 和 韧 性 和 获 得 均 匀 的 索 氏 体 为 渗 氮 做 准 备 。 渗 氮 处 理 ， 作 用 提 高 工 件 表 层 硬 度 、 耐 磨 性 耐 蚀 性 和 疲 劳 强 度 ， 心 部 有 较 高 的 机 械 性 能 。 最 终 得 到 的 组 织 为 渗 氮 层 、回 火 索 氏 体 、 颗 粒 状 渗 碳 体 。*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 ？ 淬 火 加 热 温 度 选 择 原 则 ： 亚 共 析 钢 ： 加 热 至 AC3以 上 30-50 ， 过 共 析 钢 ： 加 热 至 AC1以 上 30-50 。原 因 ：1、 温 度 过 高 ， 奥 氏 体 晶 粒 长 大 粗 化 ， 残 余 奥 氏 体 数 量 增 多 。2、 奥 氏 体 含 碳 量 增 加 ， 淬 火 后 易 得 到 有 显 微 裂 纹 的 粗 针 状 马 氏 体 ， 降 低 钢 的 塑 韧 性 。3、 残 余 碳 化 物 的 数 量 减 少 ， 硬 度 耐 磨 性 下 降 。 材 热 处 理 工 艺 及 设 备 复 习 题 编 辑 ： Young - 5 - *某 高 碳 钢 制 作 零 件 ， 淬 火 后 表 面 产 生 沿 轴 向 裂 纹 ， 试 分 析 其 产 生 原 因 。裂 纹 产 生 于 零 件 表 层 最 大 拉 应 力 处 并 向 心 部 扩 展 一 定 深 度 。 裂 纹 走 向 一 般 平 行 轴 向 ， 组 织 缺 陷 ，应 力 集 中 可 以 使 裂 纹 走 向 发 生 变 化 ， 常 出 现 于 完 全 淬 透 零 件 中 。产 生 原 因 ：1.热 处 理 加 热 温 度 过 高 ， 加 热 过 程 表 面 存 在 氧 化 脱 碳 ；2.冷 却 方 式 冷 却 介 质 选 择 不 正 确 ；3.热 处 理 零 件 设 计 不 合 理 ， 零 件 复 杂 ， 冷 却 中 存 在 较 大 应 力 且 没 有 采 取 必 要 工 艺 措 施 ；4.材 料 本 身 及 加 工 过 程 存 在 缺 陷 。*说 明 不 同 材 料 正 火 目 的 及 正 火 后 组 织 。亚 共 析 钢 ： 正 火 处 理 可 以 降 低 成 分 偏 析 、 细 化 组 织 晶 粒 、 调 整 机 械 性 能 ， 正 火 组 织 为 屈 氏 体 或 索 氏 体 ， 由 铁 素 体 和 层 片 间 距 细 小 珠 光 体 组 成 ；过 共 析 钢 ： 正 火 处 理 主 要 目 的 是 抑 制 二 次 渗 碳 体 析 出 ， 为 球 化 退 火 做 准 备 。 正 火 组 织 为 少 量 二 次渗 碳 体 和 层 片 间 距 细 小 珠 光 体 组 成 。*某 手 动 丝 锥 采 用 T12 钢 （ 含 碳 量 1.2%） 制 造 。 说 明 （ 1） 预 先 热 处 理 ， 最 终 热 处 理 种 类 及 作 用 （ 2）最 终 热 处 理 后 组 织 形 态 。预 先 热 处 理 ： 正 火 +球 化 退 火 。 正 火 抑 制 渗 碳 体 网 状 析 出 ， 球 化 退 火 降 低 应 力 ， 硬 度 ， 为 最 终 热处 理 做 组 织 准 备最 终 热 处 理 淬 火 +低 温 回 火 ， 获 得 回 火 马 氏 体 。最 终 热 处 理 组 织 ： 球 状 碳 化 物 +回 火 马 氏 体 +少 量 残 余 奥 氏 体 。 指 出 A1、 A3、 Acm； Ac1、 Ac3、 Accm； Ar1、 Ar3、 Arcm 各 临 界 点 的 意 义 。 说 明 加 热 速 度 、 冷 却 速度 对 他 们 的 影 响 。A1： 平 衡 状 态 下 共 析 转 变 温 度 ；A3： 平 衡 状 态 下 奥 氏 体 中 开 始 析 出 铁 素 体 （ 降 温 时 ） 或 铁 素 体 全 部溶 入 奥 氏 体 （ 升 温 时 ） 温 度 ；Acm： 平 衡 状 态 下 奥 氏 体 中 开 始 析 出 渗 碳 体 （ 降 温 时 ） 或 渗 碳 体 全 部溶 入 奥 氏 体 （ 升 温 时 ） 温 度 ；Ac1、 Ac3、 Accm： 实 际 加 热 条 件 下 的 临 界 温 度 ；Ar1、 Ar3、 Arcm： 实 际 冷 却 条 件 下 的 临 界 温 度 。加 热 速 度 越 快 Ac1、 Ac3、 Accm越 高 ； 冷 却 速 度 越 快 Ar1、 Ar3、 Arcm 越 低 。 温度/C ， A3Ar3 AcmAccm ArcmA1Ac1Ar1AC3 材 热 处 理 工 艺 及 设 备 复 习 题 编 辑 ： Young - 6 - 加 热 规 范 的 主 要 工 艺 参 量 是 什 么 ？ 它 们 对 热 处 理 过 程 有 何 影 响 ？加 热 温 度 ： 加 热 温 度 高 ， 能 耗 高 ， 设 备 要 求 高 ， 晶 粒 容 易 粗 大 ， 热 处 理 后 的 力 学 性 能 差 ， 加 热 温度 低 ， 加 热 不 足 ， 不 能 够 达 到 最 终 的 热 处 理 效 果 。加 热 速 度 ： 加 热 速 度 快 ， 工 件 内 外 温 差 大 ， 零 件 容 易 变 形 甚 至 开 裂 ， 加 热 速 度 慢 ， 生 产 周 期 长 ，生 产 效 率 低 ， 耗 电 量 较 大 ， 成 本 高 。保 温 时 间 ： 时 间 长 ， 能 耗 高 ， 晶 粒 容 易 粗 大 ， 热 处 理 后 的 力 学 性 能 差 ， 时 间 短 ， 加 热 不 足 ， 零 件不 能 够 透 热 ， 最 终 达 不 到 技 术 要 求 。 钢 在 加 热 时 会 出 现 哪 些 缺 陷 ？ 如 何 防 止 ？（ 1） 过 热 现 象防 止 ： 为 避 免 过 热 ， 应 对 加 热 温 度 和 加 热 时 间 严 格 控 制 ， 可 通 过 退 火 、 正 火 或 多 次 高 温 回 火 后 ， 在 正 常 情 况 下 重 新 奥 氏 体 化 使 晶 粒 细 化 。（ 2） 工 件 表 面 腐 蚀 （ 氧 化 脱 碳 现 象 ） ： 氧 化 ， 内 氧 化 ， 生 铁 肿 胀 ， 脱 碳 。防 止 ： 在 可 控 气 氛 中 无 氧 加 热 ； 在 熔 融 浴 炉 中 无 氧 加 热 ； 真 空 加 热 ； 防 氧 化 图 层 。 什 么 是 过 冷 奥 氏 体 连 续 冷 却 转 变 曲 线 （ CCT 图 ） ？ 试 比 较 共 析 钢 TTT 图 和 CCT 图 有 何 相 同 与 不 同 ？过 冷 奥 氏 体 连 续 冷 却 转 变 曲 线 可 综 合 反 应 过 冷 奥 氏 体 在 不 同 过 冷 度 下 的 等 温 转 变 过 程 ： 转 变 开 始和 转 变 终 了 时 间 、 转 变 产 物 的 类 型 以 及 转 变 量 与 时 间 、 温 度 之 间 的 关 系 等 。相 同 点 ：a. 横 纵 坐 标 一 样 ， 都 可 以 表 示 在 同 一 坐 标 系 中 ， 均 位 于 A1线 和 Mf线 之 间 ；b. 都 是 制 定 合 理 热 处 理 工 艺 的 重 要 依 据 ， 都 可 以 反 映 不 同 热 处 理 后 金 相 组 织 与 性 能 。不 同 点 ： a. 在 连 续 冷 却 过 程 中 ， 珠 光 体 转 变 所 需 的 孕 育 时 间 比 相 应 的 过 冷 度 下 的 等 温 转 变 略 长 ， 而 且 是在 一 定 温 度 范 围 中 发 生 的 ， 有 转 变 终 止 点 ；b. 共 析 钢 在 连 续 冷 却 时 一 般 不 会 得 到 贝 氏 体 组 织 ；c. 连 续 冷 却 转 变 曲 线 位 于 等 温 转 变 曲 线 的 右 下 方 。 共 析 钢 加 热 奥 氏 体 化 后 ， 以 不 同 冷 却 速 度 冷 却 均 得 不 到 贝 氏 体 ， 说 明 其 原 因 及 获 得 贝 氏 体 的 方 法 。原 因 ： 1） 得 到 贝 氏 体 需 要 C原 子 扩 散 ， 但 温 度 较 低 ， 需 要 的 孕 育 时 间 过 长 ， 连 续 冷 却 得 不 到 。2） 从 CCT曲 线 中 可 以 看 到 ， 工 艺 上 很 难 由 连 续 冷 却 得 到 贝 氏 体 。方 法 ： 由 共 析 钢 的 连 续 转 变 图 （ CCT图 ） 可 知 ， 要 得 到 贝 氏 体 组 织 就 要 在 开 始 阶 段 快 速 冷 却 ， 避开 珠 光 体 形 成 区 域 （ CCT曲 线 最 上 部 ） ， 然 后 当 温 度 降 到 贝 氏 体 形 成 区 域 后 ， 减 慢 冷 却 速 度 即 可 得 到贝 氏 体 ， 但 冷 却 速 度 不 能 太 快 ， 太 快 的 话 直 接 就 会 生 成 CCT曲 线 最 下 面 的 马 氏 体 。 材 热 处 理 工 艺 及 设 备 复 习 题 编 辑 ： Young - 7 - 比 较 说 明 箱 式 电 阻 炉 与 井 式 电 阻 炉 的 相 同 与 不 同 ， 各 适 合 何 种 热 处 理 ？相 同 ： 完 成 热 处 理 加 热 工 序 所 用 的 设 备 ； 不 同 ： 箱 式 电 阻 炉 炉 门 在 前 面 ， 井 式 电 阻 炉 炉 门 在 上 端箱 式 电 阻 炉 ：1) 中 温 箱 式 电 阻 炉 ： 可 用 于 碳 钢 、 合 金 钢 的 退 火 、 淬 火 、 正 火 和 固 体 渗 碳 。 最 高 使 用 温 度 为 9502) 高 温 箱 式 电 阻 炉 ： 用 于 高 速 钢 刃 具 、 高 铬 钢 模 具 和 高 合 金 钢 的 淬 火 加 热 、 零 件 快 速 加 热 、 高 温 固体 渗 碳 。 最 高 使 用 温 度 为 13003) 低 温 箱 式 电 阻 炉 ： 用 于 回 火 加 热 ， 也 可 用 于 有 色 金 属 热 处 理 。 最 高 使 用 温 度 一 般 为 650井 式 电 阻 炉 ：1) 中 温 井 式 电 阻 炉 ： 主 要 用 于 轴 类 等 长 形 零 件 的 退 火 、 正 火 、 淬 火 加 热 高 速 钢 拉 刀 的 淬 火 预 热 及 回火 等 。 最 高 使 用 温 度 为 950 2) 低 温 井 式 电 阻 炉 ： 主 要 用 于 各 类 零 件 的 回 火 ， 最 高 使 用 温 度 为 650 可 控 气 氛 炉 结 构 具 有 哪 些 特 点 ？ 气 氛 种 类 有 哪 些 ？ 使 用 可 控 气 氛 炉 可 以 进 行 何 种 热 处 理 ？结 构 特 点 ：可 控 气 氛 炉 为 防 止 炉 外 空 气 入 侵 和 炉 内 空 气 的 溢 出 ， 一 般 要 求 炉 内 维 持 10-30mm水 柱 正 压 。 炉 子要 有 良 好 的 密 封 性 。气 氛 种 类 ： 放 热 式 气 氛 、 吸 热 式 气 氛 、 氨 分 解 气 氛 、 滴 注 式 气 氛 、 氮 基 气 氛 等 。热 处 理 ： 可 以 实 现 光 亮 热 处 理 、 渗 碳 、 氮 化 等 多 种 热 处 理 工 艺 。 真 空 热 处 理 具 有 哪 些 特 点 ？ 常 用 的 真 空 系 统 如 何 获 得 ?常 用 的 测 量 方 法 有 哪 些 ？特 点 ： 工 件 不 氧 化 、 脱 碳 、 增 碳 。 辐 射 传 热 加 热 不 均 匀 ， 处 理 周 期 较 长 。真 空 的 获 得 ： 用 来 获 得 人 工 真 空 的 器 械 都 称 为 真 空 泵 。 由 于 真 空 技 术 所 涉 及 的 压 强 范 围 是 从 10 5到 10-16Pa， 在 这 样 宽 广 的 压 强 范 围 不 只 用 一 种 真 空 泵 能 达 到 。 利 用 各 种 原 理 、 采 用 各 种 结 构 型 式 发 明了 适 应 不 同 压 强 范 围 使 用 的 多 种 类 型 真 空 泵 ， 以 满 足 获 得 人 工 真 空 的 需 求 。常 用 的 测 量 方 法 ：1) 利 用 大 气 压 与 容 器 内 气 压 的 压 强 差 显 示 。 例 如 ， 各 种 U形 管 真 空 计 。2) 利 用 在 一 定 的 压 强 范 围 内 气 体 的 热 导 率 k P。 例 如 ， 电 阻 式 真 空 计 、 热 偶 真 空 计 。3) 利 用 在 一 定 的 压 强 范 围 内 气 体 的 电 离 率 P。 例 如 ， 各 种 电 离 真 空 计 。 对 于 大 型 铸 锻 件 为 什 么 需 要 均 匀 化 退 火 ？ 通 过 热 处 理 能 否 完 全 改 善 钢 中 的 偏 析 ？ 为 什 么 ？大 型 铸 件 在 结 晶 过 程 中 会 发 生 偏 析 现 象 ， 造 成 大 型 铸 件 成 分 差 异 大 ， 组 织 与 性 能 不 均 匀 ， 导 致 压 力 加 工 或 热 处 理 时 形 成 废 品 以 及 机 械 性 能 恶 化 。通 过 过 均 匀 化 退 火 可 以 有 效 改 善 钢 中 偏 析 ， 防 止 带 来 危 害 。 对 于 未 开 坯 或 铸 造 的 大 型 原 件 铸 态 组织 未 被 破 坏 ， 无 法 完 全 改 善 钢 中 的 偏 析 。 材 热 处 理 工 艺 及 设 备 复 习 题 编 辑 ： Young - 8 - 分 析 产 生 下 列 热 处 理 缺 陷 的 原 因 及 消 除 办 法 ：（ 1） 一 批 35 钢 冷 镦 螺 钉 ， 经 再 结 晶 退 火 后 发 现 晶 粒 异 常 长 大 。（ 2） 一 批 45 钢 锻 件 完 全 退 火 后 硬 度 偏 高 。（ 3） 一 批 T12 钢 手 丝 锥 坯 料 ， 经 球 化 退 火 后 存 在 网 状 渗 碳 体 ， 硬 度 偏 高 。（ 1） 原 因 ： 退 火 时 的 加 热 温 度 过 高 ； 冷 却 速 度 太 慢 。消 除 办 法 ： 再 进 行 一 次 正 火 处 理 即 可 。（ 2） 原 因 ： 变 形 温 度 偏 低 、 变 形 速 度 过 快 、 锻 后 冷 却 ， 退 火 后 冷 却 速 度 过 快 。消 除 办 法 ： 通 过 二 次 退 火 消 除（ 3） 原 因 ： 退 火 时 的 加 热 温 度 过 高 ， 冷 却 速 度 太 慢 ； 球 化 不 完 全 。消 除 办 法 ： 正 火 后 再 次 球 化 退 火 。 分 析 以 下 不 同 退 火 工 艺 适 于 对 象 、 工 艺 及 最 终 组 织 性 能 。（ 1） 完 全 退 火 与 球 化 退 火 （ 2） 完 全 退 火 与 正 火 （ 3） 去 应 力 退 火 与 再 结 晶 退 火 （ 4） 等 温 退 火 与 完全 退 火 。退 火 工 艺 适 于 对 象 工 艺 最 终 组 织 性 能等 温 退 火 特 别 适 于 高 合 金 钢 、 大 型 零 件 退火 。 加 热 Ac3以 上 保 温 快 冷 至 珠 光 体 转 变温 度 （ 低 于 临 界 点 30-100 ） 等 温 停 留 转 变 为 珠 光 体 出 炉 空 冷 。 细 化 晶 粒 ， 均 匀 组 织 ，提 高 塑 韧 性 ， 消 除 内应 力 。球 化 退 火 含 碳 大 于 0.6%的 各 种 高 碳 钢 、 模具 钢 、 轴 承 钢 等 预 备 热 处 理 ， 有时 也 可 用 于 中 、 低 碳 钢 。 Ac1 温 度 和Ac1炉 中 慢 冷 或 在 略 低 于 Ar1温 度 等 温 降 低 硬 度 ， 提 高 塑 韧性 完 全 退 火 中 碳 钢 （ 0.30.6%C） 的 锻 件 将 钢 加 热 到 临 界 温 度 Ac3以 上 20 30 ，完 全 奥 氏 体 化 后 ， 采 用 缓 慢 冷 却 获 得 接 近平 衡 状 态 组 织 。 使 钢 的 组 织 变 细 ， 提高 塑 韧 性正 火 低 碳 钢 采 用 正 火 为 切 削 加 工 作准 备 ， 高 碳 工 具 钢 和 轴 承 钢 正 火消 除 组 织 中 的 网 状 碳 化 物 ， 为 球化 退 火 作 组 织 准 备 。 将 钢 加 热 到 Ac3（ 或 Accm） 以 上 30-50 C，保 温 适 当 时 间 后 ， 在 静 止 或 轻 微 搅 动 的 空气 中 冷 却 ， 得 到 含 有 珠 光 体 均 匀 组 织 的 热处 理 工 艺 。 改 善 钢 的 机 械 性 能 ，细 化 晶 粒 ， 均 匀 成 分和 组 织去 应 力 退 火 经 过 塑 性 加 工 、 锻 造 、 焊 接 、 铸造 等 过 程 的 工 件 一 般 在 稍 低 于 再 结 晶 温 度 下 进 行 。 碳 钢 一般 在 550650 之 间 。 合 金 钢 、 高 速 钢 可适 当 提 高 到 650750 之 间 。 消 除 由 于 塑 性 加 工 、锻 造 、 焊 接 、 铸 造 等过 程 中 残 留 在 构 件 中的 应 力 。再 结 晶 退 火 经 过 冷 塑 性 变 形 的 金 属 加 热 至 再 结 晶 温 度 以 上 （ 通 常 为 Ac1温 度以 下 ） ， 保 温 适 当 的 时 间 后 ， 空 冷 。 一般 碳 钢 再 结 晶 温 度 在 600700 ， 保 温 时 间 13h空 冷 。 恢 复 韧 性 消 除 加 工 硬化不 完 全 退 火 主 要 用 于 终 锻 温 度 不 高 且 原 始组 织 比 较 细 小 均 匀 的 亚 共 析 钢锻 件 。 将 钢 加 热 到 临 界 温 度 Ac1 与 Ac3之 间 ， 使其 完 全 奥 氏 体 化 后 ， 采 用 缓 慢 冷 却 的 热 处理 工 艺 。 降 低 硬 度 ， 改 善 切 削加 工 性 能 材 热 处 理 工 艺 及 设 备 复 习 题 编 辑 ： Young - 9 - 分 析 采 用 预 冷 淬 火 、 双 介 质 淬 火 、 马 氏 体 分 级 淬 火 、 贝 氏 体 等 温 淬 火 对 淬 火 应 力 带 来 的 影 响 。1） 预 冷 淬 火 ： 通 过 减 少 工 件 与 淬 火 介 质 之 间 的 温 度 差 来 最 大 限 度 的 降 低 工 件 变 形 、 开 裂 等 淬 火畸 变 的 可 能 ， 降 低 热 应 力 。2） 双 介 质 淬 火 ： 可 使 工 件 组 织 应 力 大 为 减 小 ， 从 而 降 低 变 形 及 开 裂 的 倾 向 。3） 马 氏 体 分 级 淬 火 ： 分 级 冷 却 的 目 的 ， 是 为 了 使 工 件 内 外 温 度 较 为 均 匀 ， 同 时 进 行 马 氏 体 转 变 ，可 以 大 大 减 小 淬 火 应 力 ， 防 止 变 形 开 裂 。 （ 热 应 力 和 组 织 应 力 均 减 小 ）4） 贝 氏 体 等 温 淬 火 ： 获 得 较 高 的 表 面 残 余 应 力 ， 热 应 力 和 组 织 应 力 均 减 小 。 淬 火 裂 纹 有 哪 些 类 型 ？ 产 生 原 因 是 什 么 ？ 如 何 防 止 ？淬 火 裂 纹 类 型 ： 纵 向 裂 纹 、 横 向 裂 纹 、 网 状 裂 纹 。产 生 原 因 ： 钢 中 淬 火 裂 纹 主 要 来 源 于 奥 氏 体 向 马 氏 体 转 变 时 体 积 增 大 产 生 的 组 织 应 力 ， 且 冷 速 过 快 、 工 件 截 面 变 化 过 大 或 形 状 过 于 复 杂 等 也 会 导 致 组 织 应 力 过 大 。 钢 中 冷 却 因 表 层 与 心 部 相 变 时 间 不一 致 ， 当 心 部 材 料 发 生 马 氏 体 相 变 时 ， 他 的 膨 胀 受 到 早 已 形 成 的 外 层 马 氏 体 制 约 ， 而 导 致 表 层 产 生 张应 力 。 当 大 于 马 氏 体 的 拉 伸 极 限 时 ， 出 现 开 裂 。 其 中 径 向 拉 伸 产 生 纵 裂 纹 ， 轴 向 拉 伸 产 生 横 向 裂 纹 ，而 网 状 裂 纹 由 脱 碳 造 成 。防 止 方 法 ： 工 件 设 计 避 免 应 力 集 中 ； 注 意 热 处 理 冷 却 介 质 和 工 艺 的 选 择 ； 依 据 工 件 具 体 形 状 进 行工 艺 处 理 。 20mm 材 料 为 T10A 钢 制 冲 头 ， 淬 火 前 原 始 组 织 为 网 状 渗 碳 体 +珠 光 体 。 试 制 订 该 冲 头 正 确 预 先 热处 理 、 淬 火 回 火 工 艺 规 程 （ T10A 钢 Ac1=730 Acm=820 Ar1=700 Ms=200 ） 要 求 硬 度 HRc=5860。预 先 热 处 理 ： 正 火 +球 化 退 火 。 加 热 到 860 C左 右 （ Accm以 上 30-50 ） ， 保 温 适 当 时 间 后 ， 在静 止 或 轻 微 搅 动 的 空 气 中 冷 却 ， 得 到 含 有 珠 光 体 的 均 匀 组 织 。 再 将 工 件 加 热 到 760 C左 右 （ Ac1以 上 20-40 ） ， 保 温 后 缓 冷 ， 使 珠 光 体 片 层 状 渗 碳 体 变 为 球 体 。最 终 热 处 理 ： 淬 火 +回 火 工 艺 。 加 热 到 770 （ Ac1以 上 ） 左 右 ， 保 温 一 段 时 间 ， 使 之 全 部 或 部 分奥 氏 体 化 ， 然 后 以 大 于 临 界 冷 却 速 度 的 冷 速 快 冷 到 Ms以 下 进 行 马 氏 体 转 变 ， 然 后 低 温 回 火 （ 低 于 马氏 体 转 变 温 度 Ms点 ） 并 保 温 一 段 时 间 后 冷 却 到 室 温 。 回 火 后 得 到 回 火 马 氏 体 +粒 状 渗 碳 体 +残 余 奥 氏体 ， 硬 度 6065HRC 。 回 火 后 得 到 回 火 马 氏 体 +粒 状 渗 碳 体 +残 余 奥 氏 体 ， 硬 度 6065HRC 。 比 较 说 明 45钢 经 调 质 处 理 与 正 火 处 理 后 组 织 与 性 能 的 差 异 ？在 硬 度 相 同 的 条 件 下 ， 经 调 质 处 理 的 工 件 比 正 火 后 的 工 件 具 有 较 好 的 综 合 力 学 性 能 。正 火 得 到 的 索 氏 体 中 的 渗 碳 体 是 片 状 的 ， 有 未 被 强 化 的 铁 素 体 ， 均 匀 性 差 ；调 质 处 理 得 到 的 索 氏 体 中 的 渗 碳 体 是 粒 状 的 ， 均 匀 性 好 ， 且 粒 状 渗 碳 体 阻 止 断 裂 过 程 的 发 展 比 片状 渗 碳 体 有 利 ， 塑 性 韧 性 好 。 。 材 热 处 理 工 艺 及 设 备 复 习 题 编 辑 ： Young - 1 0 - T10 钢 经 何 种 热 处 理 能 获 得 下 述 组 织 （ 1） 细 片 状 珠 光 体 （ 2） 细 小 粒 状 珠 光 体 （ 3） 粗 粒 状 珠 光 体 。（ 1） 细 片 状 珠 光 体 ： 正 火 处 理（ 2） 细 小 粒 状 珠 光 体 ： 球 化 退 火（ 3） 粗 粒 状 珠 光 体 ： 球 化 退 火 ， 提 高 球 化 退 火 温 度 、 延 长 保 温 时 间 表 面 快 速 加 热 对 相 变 及 以 后 热 处 理 有 什 么 影 响 ？ 表 面 淬 火 后 在 组 织 、 性 能 上 有 何 特 点 ？影 响 ：（ 1） 相 变 临 界 点 ： Ac3、 Accm升 高 ， Ac1影 响 小 。（ 2） 奥 氏 体 晶 粒 度 ： 细 化 奥 氏 体 起 始 晶 粒 度 。（ 3） 奥 氏 体 均 匀 化 ： 成 分 不 均 匀（ 4） 过 冷 奥 氏 体 转 变 ： 降 低 了 过 冷 奥 氏 体 稳 定 性 ， 改 变 了 马 氏 体 点 （ Ms， Mf） 及 马 氏 体 组 织 形 态 。 （ 5） 回 火 转 变 ： 回 火 温 度 比 普 通 回 火 略 低组 织 特 点 ： 一 般 情 况 下 由 淬 硬 层 （ 全 部 为 马 氏 体 ） 、 过 渡 层 （ 马 氏 体 +自 由 铁 素 体 ） 、 及 毗 邻 的心 部 原 始 组 织 。性 能 特 点 ： （ 1） 表 面 硬 度 比 普 通 淬 火 高 HRc25（ 2） 耐 磨 性 比 普 通 淬 火 高 （ 3） 疲 劳 强 度 提 高 。 化 学 热 处 理 包 括 哪 些 主 要 过 程 ？ 各 过 程 主 要 作 用 是 什 么 ？ 以 渗 碳 为 例 加 以 说 明 。（ 1） 渗 剂 中 的 反 应 ： 在 一 定 温 度 下 从 渗 剂 中 分 解 出 含 有 被 渗 元 素 的 “ 活 性 原 子 ” 的 过 程 。（ 2） 渗 剂 中 的 扩 散 ： 也 称 外 扩 散 。 包 括 渗 剂 反 应 生 成 的 渗 入 元 素 向 工 件 表 面 扩 散 及 相 界 面 反 应 产 物从 界 面 逸 散 。（ 3） 相 界 面 反 应 ： 渗 入 元 素 活 性 原 子 在 工 件 表 面 的 吸 附 与 解 吸 。（ 4） 金 属 工 件 中 的 扩 散 ： 渗 入 元 素 从 工 件 表 面 相 内 部 扩 散 。 （ 5） 金 属 中 的 反 应 ： 渗 入 元 素 达 到 一 定 浓 度 后 ， 在 金 属 公 件 中 形 成 新 相 。以 渗 碳 为 例 ：【 1】 产 生 活 性 碳 原 子 ， 这 些 活 性 碳 原 子 就 是 钢 件 表 面 进 行 渗 碳 碳 原 子 的 来 源 。【 2】 扩 散 是 相 界 面 反 应 产 生 的 原 子 渗 入 金 属 表 面 后 向 钢 件 内 部 的 迁 移 过 程 。 实 际 生 产 中 用 滴 注 式 进 行 渗 碳 时 ， 在 不 同 阶 段 采 用 不 同 渗 剂 滴 注 量 的 原 因 。（ 1） 排 气 阶 段 ： 加 大 渗 剂 滴 量 ， 是 为 了 排 除 炉 内 空 气 （ 氧 气 ） 。（ 2） 强 渗 阶 段 ： 渗 剂 滴 入 量 较 多 ， 是 为 了 保 持 炉 内 有 较 高 的 碳 势 ， 提 高 渗 碳 速 度 ， 加 快 渗 碳 时 表 面的 化 学 反 应 。（ 3） 扩 散 阶 段 ： 减 少 渗 剂 滴 量 ， 因 为 在 工 件 表 面 生 成 碳 的 能 力 和 接 受 碳 的 能 力 均 是 渗 碳 初 期 大 于 后期 ， 所 以 扩 散 器 减 少 渗 剂 量 ， 对 提 高 渗 碳 有 利 。 材 热 处 理 工 艺 及 设 备 复 习 题 编 辑 ： Young - 1 1 - 何 谓 C-N 共 渗 及 N-C 共 渗 ？ 各 有 何 特 点 ？ 并 说 明 这 两 种 工 艺 的 主 要 应 用 。 什 么 叫 离 子 氮 化 ？ 并 说 明 离 子 氮 化 的 基 本 原 理 。在 低 于 常 压 下 的 氮 化 气 氛 中 ， 利 用 工 件 （ 阴 极 ） 和 阳 极 之 间 产 生 辉 光 放 电 进 行 渗 氮 的 工 艺 ， 称 为离 子 氮 化 。基 本 原 理 ：将 氮 化 工 件 置 于 真 空 室 ， 接 上 高 压 直 流 电 的 负 极 。 抽 真 空 后 充 入 少 量 氨 气 （ 或 H2+N2混 合 气 ） ，真 空 室 压 力 保 持 在 410.6Pa。 接 通 电 源 ， 控 制 在 异 常 辉 光 放 电 区 。辉 光 放 电 时 ， 电 子 向 阳 极 运 动 ， 并 在 运 动 中 不 断 使 气 体 分 子 电 离 ， 电 离 生 成 N+、 H+等 正 离 子 在电 场 加 速 下 射 向 阴 极 。 离 子 具 有 较 低 动 能 ， 其 一 部 分 转 化 为 热 能 使 工 件 升 温 ； 一 部 分 使 离 子 直 接 渗 入工 件 ； 还 有 一 部 分 从 阴 极 表 面 轰 击 出 电 子 和 原 子 产 生 阴 极 溅 射 。被 轰 击 出 铁 原 子 与 带 电 的 氮 原 子 结 合 生 成 FeN， 进 而 转 化 为 低 价 氮 化 物 （ Fe23N） 放 出 活 性 氮 原 子 。 氮 原 子 一 部 分 渗 入 工 件 表 面 并 向 内 扩 散 ， 形 成 氮 化 层 ， 一 部 分 回 到 放 电 等 离 子 区 重 新 参 与 氮 化 过程 。 工 艺 定 义（ 在 一 定 温 度 下 ， 同 时 将碳 、 氮 渗 入 工 件 表 层 。 ） 特 点 应 用碳 氮 共 渗 以 渗 碳 为 主 的 热 处 理 工 艺 。 工 艺 温 度 低 （ 820860 ） 晶 粒 不 会 长 大 ，可 直 接 淬 火 比 纯 渗 碳 、 渗 氮 速 度 快 氮 增 加 了 奥 氏 体 稳 定 性 ， 可 用 降 低 冷 速 冷却 ， 变 形 小 渗 层 具 有 过 高 的 耐 磨 性 和 疲 劳 强 度 比 渗 碳 具 有 过 高 的 抗 压 强 度 和 较 低 的 脆 性 渗 层 深 度 0.075-0.75mm的 硬 而 耐 磨 渗 层 。 适 用 于要 求 耐 磨 、 抗 疲 劳 的 低 碳和 中 碳 制 各 种 薄 小 件 。 氮 碳 共 渗 以 渗 氮 为 主 的 热 处 理 工 艺 形 成 组 织 与 渗 氮 相 似 ； 氮 碳 共 渗 后 渗 层 具 有 高 硬 度 ； 表 面 化 合 物 层 具 有 良 好 的 减 磨 作 用 和 抗 咬合 、 抗 擦 伤 能 力 ； 疲 劳 强 度 显 著 提 高 ； 具 有 良 好 的 耐 蚀 性 。 模 具 、 量 具 、 刃 具 等 工 具及 齿 轮 、 曲 轴 等 零 件 。 渗层 较 薄 ， 硬 度 梯 度 陡 ， 故不 适 于 重 载 零 件 处 理 。 材 热 处 理 工 艺 及 设 备 复 习 题 编 辑 ： Young - 1 2 - 某 型 号 柴 油 机 凸 轮 轴 ， 要 求 表 面 有 高 的 硬 度 （ HRc 50） ， 而 心 部 具 有 良 好 的 韧 性 （ Ak 40J） 。原 采 用 45 钢 调 质 处 理 和 凸 轮 轴 表 面 进 行 高 频 淬 火 ， 最 后 低 温 回 火 ， 现 拟 用 20钢 代 替 。 试 说 明 ： （ 1）原 45 钢 各 热 处 理 工 序 及 作 用 （ 2） 改 用 20钢 后 热 处 理 工 艺 应 做 如 何 修 改 ？（ 1） 原 45 钢 各 热 处 理 工 序 及 作 用正 火 处 理 可 细 化 组 织 ， 调 整 硬 度 ， 改 善 切 削 加 工 性 ；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 。（ 3） 改 用 20 钢 后 ： 按 原 热 处 理 工 序 会 造 成 心 部 较 软 ， 表 面 硬 ， 会 造 成 表 面 脱 落 。 为 达 到 所 要 求的 性 能 ， 在 心 部 强 度 足 够 的 前 提 下 采 用 渗 碳 工 艺 .附 ： TTT CCTMf20 CMs 马氏体下贝氏体上贝氏体珠光体奥氏体 655545401530时 间 /s温度/C 硬度HRC 温度 t/C 时 间 /s 开 始终 了 中 止