第六章 钢的热处理
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一、章节：第六章钢的热处理
第一节钢在加热时的组织转变第三节钢的退火与正火二、教学目的：使学生了解钢在加热时的组织转变，掌握钢的退火与正火的热处理工艺。
三、教学方法：
讲授法。
四、教学重点：
钢的退火与正火的热处理工艺。
五、教学难点：
钢的退火与正火的热处理工艺。
六、使用教具：
挂图。
七、课后作业：
P91：1、2、18。
八、课后小结：
第六章钢的热处理
热处理是指采用适当方式对金属材料或工件进行加热、保温和冷却，以获得预期组织结构与性能的工艺方法。
热处理是提高金属使用性能和改善工艺性能的重要加工工艺方法。因此，在机械制造中绝大多数的零件都要进行热处理。例如，机床工业中60％～70％的零件要进行热处理，汽车、拖拉机工业中70％～80％的零件要进行热处理，各种量具、刃具、模具和滚动轴承几乎100％要进行热处理。可见，热处理在机械制造工业中占有十分重要的地位。
热处理按目的、加热条件和特点不同，分为以下三类：
(1)整体热处理特点是对工件整体进行穿透加热。常用的方法有：退火、正火、淬火、回火。
(2)表面热处理特点是对工件表层进行热处理，以改变表层组织和性能。常用的方法有：感应淬火、火焰淬火。
(3)化学热处理特点是改变工件表层化学成分、组织和性能。常用的方法有：渗碳、渗氮、碳氮共渗等。
第一节钢在加热时的组织转变
由Pe—Fe3C相图可知，A1、A3、A cm线是碳钢在极其缓慢加热和冷却时的相变温度线，因此这些线上的点都是平衡条件下的相变点。但实际生产中，加热和冷却并不是极其缓慢的，因此实际发生组织转变的温度与A1、A3、Aon有一定偏离。实际加热时各相变点用A cl、
A c3、A ccm表示；冷却时各相变点用A rl、A r3、Ar cm表示。
一、奥氏体的形成及其影响因素
将钢件加热到A c3或A cl温度以上，以获得全部或部分奥氏体组织的操作，称为奥氏体化。
1，奥氏体的形成
以共析钢为例，共析钢在Al点以下为珠光体组织，珠光体组织中铁素体具有体心立方晶格，在A1点时ωc=0．0218％；渗碳体具有复杂晶格，其ωc=6.69％。当加热到A cl点以上时，珠光体转变为具有面心立方晶格，其ωc=0．77％的奥氏体。因此，珠光体向奥氏体的转变必须进行晶格改组和铁、碳原子的扩散，其转变过程遵循形核和核长大的基本规律。奥氏体形成过程可归纳为三个阶段:
(1)奥氏体晶核的形成和长大奥氏体晶核优先在铁素体和渗碳体相界面上形成。这是由于相界面处原子排列比较紊乱，处于能
量较高状态。而且奥氏体含碳量介于铁素，曝和渗碳体之间，故在两相的相界面处为奥氏体形核提供了条件。
奥氏体晶核形成后，便通过铁、碳原子的扩散，使其相邻铁素体的体心立方晶格改组为奥氏体的面心立方晶格，同时与其相邻的渗碳体不断溶人奥氏体中，使奥氏体晶核逐渐长大，与此同时又有新的奥氏体晶核形成，并长大。此阶段一直进行到铁素体全部转变为奥氏体为止。
(2)残余渗碳体的溶解由于渗碳体的晶体结构和含碳量与奥氏体有很大差异，所以当铁素体全部消失后，仍有部分渗碳体尚未溶解，这部分渗碳体随着保温时间的延长，将逐渐溶人奥氏体中，直至完全消失为止。
(3)奥氏体成分的均匀化残余渗碳体完全溶解后，奥氏体中碳浓度是不均匀的。在原渗碳体处碳浓度较高，而原铁素体处碳浓度较低，只有继续延长保温时间，通过碳原子的扩散，才能得到成分均匀的奥氏体。
由上可知，热处理的保温，不仅是为了将工件热透，而且也是为了获得成分均匀的奥氏体组织。以便冷却后能得到良好的组织和性能。
2．影响向奥氏体转变的因素
1)加热温度加热温度越高，铁、碳原子扩散速度越快，且铁的晶格改组也越快，因而加速速奥氏体的形成。
2)加热速度加热速度越快，转变开始温度越高，转变终了温度也越高是，完成转变所需的时间越短，即奥氏体转变速度越快。
(3)钢的原始组织若钢的成分相同，其原始组织越细、相界面越多，奥氏体的形成速度就越快。例如，相同成分的钢，由于细片状珠光体比粗片状珠光体的相界面积大，故细片状珠光体的奥氏体形成速度快。
二、奥氏体晶粒长大及其影响因素
钢在加热时，奥氏体晶粒大小将直接影响冷却后钢的组织和性能。
1．奥氏体晶粒度(奥氏体晶粒大小)
奥氏体晶粒度是指将钢加热到相变点(亚共析钢为Ac3，过共析钢为Acl或Ac点)以上某一温度，并保温给定时间所得到的奥氏体晶粒大小。
实践证明，不同成分的钢，在加热时奥氏体晶粒长大倾向是不
相同的。有些钢随着加热温度的升高，奥氏体晶粒会迅速长大，称这类钢为本质粗晶粒钢，而有些钢的奥氏体晶粒不易长大，只有当温度超过一定值时，奥氏体晶粒才会突然长大，称这类钢为本质细晶粒钢。生产中，须经热处理的工件，一般都采用本质细晶粒钢制造。
工业生产中，用铝脱氧的钢为本质细晶粒钢。其原因是铝与钢中的氧、氮化合，形成极细的化合物，分布在奥氏体晶界上，能阻止奥氏体晶粒长大，但加热温度超过一定值时，这些极细的化合物会溶人奥氏体晶粒内，使奥氏体晶粒突然长大。用锰铁、硅铁脱氧的钢为本质粗晶粒钢，如沸腾钢。
2．影响奥氏体晶粒长大的因素
(1)加热温度和保温时间加热温度越高，保温时间越长，奥氏体晶粒长得越大。通常加热温度对奥氏体晶粒长大的影响比保温时间更显著。
(2)加热速度当加热温度确定后，加热速度越快，奥氏体晶粒越细小。因此，快速高温加热和短时间保温，是生产中常用的一种细化晶粒方法。
(3)钢中加入一定量合金元素大多数合金元素均能不同程度
的阻碍奥氏体晶粒长大，尤其是与碳结合力’较强的合金元素(如铬、钼、钨、钒等)，由于它们在钢中形成难溶于奥氏体的碳化物，并弥散分布在奥氏体晶界上，能阻碍奥氏体晶粒长大，而锰、磷则促使奥氏体晶粒长大。
第二节钢在冷却时的组织转变
残分相同的钢，奥氏体化后采用不同的方式冷却，可得到不同的组织和性能，见表6—1。这是由于热处理生产中，冷却速度比较快，因此奥氏体组织转变不符合Fe—Fe3C相图所示的变化规律：相图未考虑冷却条件对相变的影响)。由于冷却速度较快，奥氏体被过冷到共析温度以下才置生转变，在共析温度以下暂存的、不稳定的奥氏体称为过冷奥氏体。
过冷奥氏体的冷却方式有两种：一种是等温冷却转变，另一种是连续冷却转变。
一、过冷奥氏体等温转变
1．过冷奥氏体等温转变图的建立
现以共析钢为例来说明过冷奥氏体等温转变曲线图的建立。首先将共析钢制成若干小圆形薄片试样，加热至奥氏体化后，分别迅
速放人A1，点以下不同温度的恒温盐浴槽中进行等温转变；分别测出各温度下，过冷奥氏体转变开始时间、终止时间以及转变产物量；将其画在温度—时间坐标图上。并把各转变开始点和终止点分别用光滑曲线连起来，便得到共析钢过冷奥氏体等温转变图。
2．过冷奥氏体等温转变产物的组织和性能
(1)珠光体转变转变温度为A l～550℃。过冷奥氏体向珠光体转变是扩散型相变，要发生铁、碳原子扩散和晶格改组，其转变过程也是通过形核和核长大完成的。
当奥氏体被过冷到A1点以下时，首先在奥氏体晶界处形成渗碳体晶核，其晶核靠周围奥氏体不断供应碳原子而长大成为渗碳体片。与此同时，渗碳体周围的奥氏体含碳量不断降低，从而促使这部分奥氏体转变为铁素体片。铁素体溶碳能力很低，在它长大过程中必然要将多余的碳转移到相邻的奥氏体中，使其含碳量升高，这又促使新的渗碳体片形成。上述过程连续进行，最终形成了铁索体与渗碳体片层相间的珠光体组织。
珠光体中的铁素体和渗碳体片层间距与过冷度大小有关。在A1—650℃范围内，由于过冷度较小，故得到片层间距较大的珠光体，在500倍的光学显微镜下就能分辨出片层形态。
在650—600℃范围内，因过冷度增大，转变速度加快，故得到片层间距较小的细珠光体，称为索氏体，用符号“S”表示，只有在800～1000倍光学显微镜下才能分辨出片层形态，
在600—550℃范围内，因过冷度更大，转变速度更快，故得到片层间距更小的极细珠光体，称为托氏体，用符号“T”表示，只有在电子显微镜下才能分辨清片层形态。
珠光体片层间距越小，相界面越多，塑性变形抗力越大，故强度、硬度越高。另外，由于片层间距越小，渗碳体越薄，越容易随铁素体一起变形而不脆断，因而塑性、韧性也有所提高。
3．马氏体的转变
第三节钢的退火与正火
一、钢的退火钢的退火是将钢件加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。
<1)完全退火
完全退火不将钢件完全奥氏体化后,随之缓慢冷却,获得接近平衡组织的退火工艺。
生产中为提高生产率，一般随炉冷至600℃左右，将工件出炉
空冷。
完全退火或降低钢的硬度，以利切削加工；削除残留应力，稳定工件尺寸，以防变形或开裂；细化晶粒，改善组织。以提高力学性能和改善工艺性能，为最终热处理(淬火、回水)作好准备。完全退火的主要缺点是时间长，特是对于某些奥氏体比较稳定的合金钢，退火一般需要几十个小时。
完全退火主要用于亚共析钢的铸件、锻件、热轧型材和焊件等。
(2)球化退火
球化退火是指将共析钢或过共析钢加热到Acl点以上20—30℃，保温—定时间后，随炉绶缓冷至室温，或快冷到略低于Ar1温度，保温后出炉空冷，使钢中碳化物球状化的退火工艺。
（3）均匀化退火(扩散退火)
均匀化退火是将铸锭、铸件或锻坯加热到高温(钢熔点以下100--200℃)，并在此温度长时间保温(10一15 h)，然后缓慢冷却，以达到化学成分和组织均匀化的退火工艺。均匀化退火后，钢的晶粒过分粗大，因此还要进行完全退火或正火；均匀化退火的时间长，耗费能量大，成本高。主要用于要求质量高的合金钢铸锭和铸件。
（4）去应力退火为去除工件塑性变形加工、切削加工或焊接
造成的应力，以及铸件内存在的残留应力而进行的退火，称为去应力退火。去应力退火工艺是将钢件加热至500—600℃，保温后，随炉缓冷至300一200出炉空冷。由于加热温度低干至于Al点，因此在退火过程中不发生相变。主要用于削除工件中的残留应力，一般可消除50％一80％应力，对形状复杂及壁厚不均匀的零件尤为重要。
二、钢的正火
正火是指将钢件加热到奥氏体化后在空气中冷却的热处理工艺。
正火与退火的主要区别是正火冷却速度稍快，得到的组织较细小，强度和硬度有所提高，操作简便，生产周期短，成本较低。对于低碳钢和低碳的合金钢经正火后，可提高硬度，改善切削加工性能(170—230HBS范围内金属切削加工性较好)；对于中碳结构钢制作的较重要件，可作为预先热处理，为最终热处理作好组织准备；对于过共析钢，可消除二次渗碳体网为球化退火作好组织准备；对于使用性能要求不高的零件，以及某些大型或形状复杂的零件，当淬火有开裂危险时，可采用正火作为最终热处理。
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一、章节：
第四节钢的淬火
第五节钢的正火第六节钢的淬透性
二、教学目的：
使学生了解钢的淬火的正火的概念，钢的淬透性的概念，了解常见的钢的热处理的工艺。
三、教学方法：
讲授与启发结合。
四、教学重点：
钢的正火与淬火。
五、教学难点：
钢的正火与淬火。
六、使用教具：
挂图与模型。
七、课后作业：习题集：P91 1、4、8、9。
八、课后小结：
第四节钢的淬火
淬火是将钢件加热到奥氏体化后以适当方式冷却，获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺，淬火需要与适当的回火工艺相配合，才能使钢具有不同的力学性能，以满足各类零件或工模具的使用要求。
一、淬火工艺
1．淬火加热温度
钢的淬火加热温度可按Fe—Fe3C相图来选定。亚共折钢淬火加热温度一般在A c3以上30—50℃，得到单一细晶粒的奥氏体，淬火后为均匀细小的马氏体和少量残留奥氏体。若加热温度在Ac l～Ac3之间，淬火后组织为铁素体、马氏体和少量残留奥氏体，由于铁素体的存在，钢硬度降低。若加热温度超过Ac3+(30—50℃)，奥氏体晶粒粗化，淬火后得到粗大的马氏体，钢性能变差，且淬火应力增大，易导致变形和开裂。
共析钢和过共析钢的淬火加热温度为Ac1以上30～50℃，淬火后得到细小的马氏体和少量残留奥氏体(共析钢)，或细小的马氏体、少量渗碳体和残留奥氏体。由于渗碳体的存在，钢硬度和耐磨性提
高。若加热温度在Accm以上，由于渗碳体全部溶于奥氏体中，奥氏体含碳量提高，Ms点降低，淬火后残留奥氏体量增多。
钢的硬度和耐磨性降低。此外，因温度高，奥氏体晶粒粗化，淬火后得到粗大的马氏体，脆性增大。若加热沮度低于Ac1点，组织没发生相变，达不到淬火目的。
2．淬火加热时间
加热时间包括升温和保温时间。加热时间受工件形状尺寸、装炉方式、装炉量、加热炉类型、炉温和加热介质等影响。
3、淬火冷却介质
工件进行淬火冷却所用的介质称为淬火冷却介质。为保证工件淬火后得到马氏体，又要减小变形和防止开裂，必须正确选用冷却介质。
生产中中，常用的冷却介质有水、油、碱或盐类水溶液。
（1）水及水溶液
（2）油常用的有机油、变压器油、柴油等。
二、淬火方法
1．水冷（或油冷）淬火
水冷[或油冷]淬火是将钢件奥氏体化后，保温适当时间，随之
在水(或抽)中急冷的淬火工世艺。
2．双介质淬火(双液淬火)
3．马氏体分级淬火(分级淬火)
马氏体分级淬火是将钢件奥氏体化后，随之浸入温度稍高或稍低于Ms点的盐浴或碱浴中，保持适当时间，待工件整体达到介质温度后取出空冷，以获得马氏体组织的淬火工艺。此法操作比双介质淬火容易控制，能减小热应力、相变应力和变形，防止开裂。
4．贝氏体等温淬火(等温淬火)
贝氏体等温淬火是将钢件加热到奥氏体化后，随之快冷到贝氏体转变温度区间等温保持，使奥氏体转变为贝氏体的淬火工艺。此法淬火后应力和变形很小，但生产周期长，效率低。主要用于形状复杂、尺寸要求精确，并要求有较高强韧性的小型工模具及弹簧的淬火。
第五节钢的回火
回火是将钢件淬硬后，再加热到Ac1以下，再加热到某一温度，保温后冷却到室温的热处理工艺。
一、淬火钢的回火转变
淬火后的组织(马氏体和少量残留奥氏体)是不稳定的，在回火过程中将逐渐向稳定组织转变。随着回火温度不同，将发生以下转变。
1．马氏体分解(100—350℃)
2．残留奥氏休分解(200—300℃)
3．碳化物转变(250—400℃)
4．渗碳体聚集长大和α再结晶
二、回火种类及应用
按回火温度不同，回火或分为以下三种：
1．低温回火小于250度。
2．中温回火介于250～500度之间。
3．高温回火大于500度。
三、回火脆性
第六节钢的淬透性
一、淬透性的概念
淬透性是指以在规定条件下，钢试样淬硬深度和硬度分布表征的材料特性，它表征淬火时形成马氏体的能力。淬透性是钢的主要热处理工艺性能。
二、淬透性的测定方法
三、淬透性的应用
第七节钢的表面热处理
表面热处理是指为改变工件表面的组织性能，仅对工件的表层进行热处理工艺。
一、感应淬火
感应淬火是指利用感应电流通过工件所产生的热量，使工件表层、局部或整体加热并快速冷却的淬火。
1、感应加热的基本原理
按所用电流频率不同，感应淬火分三种：
（1）高频感应淬火常用频率为200—300kHz，淬硬层深度为0.5—2 mm。主要用于要求淬硬层较薄的中小模数齿轮和中、小尺寸轴类零件等。
（2）中频感应淬火常用频率为2 500—8000Hz。淬硬层深度为2～10mm。主要用于大、中模数齿轮和较大直径轴类零件等。
（3）工频感应淬火电流频率为50Hz，淬硬层深度10～20mm。主要用于大直径零件(如轧辊、火车车轮等)的表面淬火和大直径钢件的穿透加热。
二、火焰淬火
火焰淬火是利用氧—乙炔(或其他可燃气体)火焰对工件表层加热，并快违冷却的淬火工艺。淬硬层深度一般为2-6mm。
火焰淬火操作简便，设备简单，成本低，灵活性大。但加热温度不易控制，工件表面易过热，淬火质量不稳定。主要用于单件、小批生产以及大型零件(如大模数齿轮、大型轴类等)的表面淬火。
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一、章节：
第八节钢的化学热处理第十节热处理零件质量分析第十一节热处理工作位置与工序位置
二、教学目的：
使学生了解钢的化学热处理及热处理的质量分析，热处理的工序安排。
三、教学方法：
讲授与启发结合。
四、教学重点：
热处理的工序安排及热处理的质量分析。
五、教学难点：
热处理的工序安排及热处理的质量分析。
六、使用教具：
挂图与模型。
七、课后作业：习题集：P91、18、26、30。
八、课后小结：
第八节钢的化学热处理
化学热处理是指将工件置于适当的活性介质中加热、保温，使一种或几种元素渗入其表层以改变化学成分、组织和性能的热处理工艺。
化学热处理的基本过程是：活性介质在一定温度下通过化学反应进行分解，形成渗入元素的活性原子；活性原子被工件表面吸收，即活性原子溶人铁的晶格形成固溶体，或与钢中某种元素形成化台物；被吸收的活性原子由工件表面逐渐向内部扩散，形成一定深度的渗层。
目前常用的化学热处理有：渗碳、汐氮、碳氮共渗等。
一、钢的渗碳
渗碳是将钢件在渗碳介质中加热并保温，使碳原子渗入表层的化学热处理工艺。
渗碳目的是为了提高钢件表层的含碳量并在其中形成一定的碳含量梯度，经淬火和低温回火后提高工件表面硬度和耐磨性，使心部保持良好的韧性。渗碳用钢为低碳钢和低碳合金钢。
1、气体渗碳
第五章钢热处理
第五章钢的热处理 本章重点： 热处理工艺主要介绍钢的普通常见的热处理方法， 1．退火 2．正火 3．淬火 4．回火。 难点：各种热处理方法的区别和应用 §5.3 钢的退火和正火 退火和正火是应用最为广泛的热处理工艺。在机械零件和工、模具的制造加工过程中，退火和正火往往是不可缺少的先行工序，具有承前启后的作用。机械零件及工、模具的毛坯退火或正火后，可以消除或减轻铸件、锻件及焊接件的内应力与成分、组织的不均匀性，从而改善钢件的机械性能和工艺性能，为切削加工及最终热处理（淬火）作好组织、性能准备。一些对性能要求不高的机械零件或工程构件，退火和正火亦可作为最终热处理。 一. 退火目的及工艺 退火是钢加热到适当的温度，经过一定时间保温后缓慢冷却，以达到改善组织、提高加工性能的一种热处理工艺。其主要目的是减轻钢的化学成分及组织的不均匀性，细化晶粒，降低硬度，消除内应力，以及为淬火作好组织准备。 退火工艺种类很多，常用的有完全退火、等温退火、球化退火、扩散退火、去应力退火及再结晶退火等。不同退火工艺的加热温度范围如图5.25所示，它们有的加热到临界点以上，有的加热到临界点以下。对于加热温度在临界点以上的退火工艺，其质量主要取决于加热温度、保温时间、冷却速度及等温温度等。对于加热温度在临界点以下的退火工艺，其质量主要取决于加热温度的均匀性。 1. 完全退火 完全退火是将亚共析钢加热到A C3以上20～30℃，保温一定时间后随炉缓慢冷却至500℃左右出炉空冷，以获得接近平衡组织的一种热处理工艺。它主要用于亚共析钢，其主要目的是细化晶粒、均匀组织、消除内应力、降低硬度和改善钢的切削加工性能。 低碳钢和过共析钢不宜采用完全退火。低碳钢完全退火后硬度偏低，不利于切削加工。过共析钢完全退火，加热温度在A cm以上，会有网状二次渗碳体沿奥氏体晶界析出，造成钢的脆化。
第五章钢铁热处理
第五章钢铁热处理 将钢在固态下，加热到一定温度，经过保温，适当的冷却速度冷却，以改变其内部组织，从而获得所需性能的工艺方法。 调整钢的化学成分或对其实施改性处理是改善钢的使用性能和工艺性能的主要途径。利用加热、保温、冷却的方法，改变材料的组织与结构，达到改变材料性能的工艺过程称为热处理。 意义：合适的热处理是让材料达到希望的性能，有时是为了便于进行加工，有时让材料满足工作条件的要求。它是合理使用材料、充分发挥材料潜力必不可少方法。热处理过程中材料处于固态下，但内部都有不同程度的固态转变发生。 根据加热和冷却及应用特点的不同，常用的热处理方法的大致分类有： 第一节钢在加热时的组织转变 一、转变温度相变点
二、奥氏体的形成过程及影响因素 １、奥氏体形成的基本过程 （1）奥氏体晶核的形成 （2）奥氏体晶核的长大 （3）剩余渗碳体的溶解 （4）奥氏体晶核的均匀化 1.奥氏体是同时消耗两相来长大； 2.实际上总是铁素体先消失，随后残余渗碳体的溶解； 3.奥氏体的均匀化，各处的碳浓度都达到平均成分，随后所含其它合金元素经扩散达到成分均匀； 4.在铁素体和渗碳体的交界处形成奥氏体的核心； 5.亚(过)共析钢中过剩相的溶解(温度达到AC3或Accm以上)。 ２、影响奥氏体转变的因素
（1）加热温度； （2）加热速度； （3）化学成分； （4）原始组织。 （二）影响奥氏体晶粒长大的因素 1、加热温度 2、化学成分 1)保温温度愈高，保温时间长，奥氏体长大速度快，长大的时间多，晶粒变粗； 2)原始组织，固相转变组织的遗传性，珠光体细小，奥氏体的晶粒也细小；片状比球状细小，非平衡组织往往也可得到细小的奥氏体晶粒。 3)合金元素(成分)①含碳量增加，奥氏体转变加快，生长时间多，奥氏体晶粒的长大倾向增加； ②碳化物形成元素(Ti、V、Ta、Nb、Zr、W、Mo、Cr)和碳结合力强，阻碍碳的扩散可阻碍奥氏体晶粒生长；③不和碳作用而溶入基体元素(Si、Ni、Cu)对奥氏体晶粒生长无明显的影响；④Co、P、Mn对奥氏体晶粒的长大有加速作用。 4)加热速度速度快用的时间少，转变在较高温度，形核率高，最终晶粒尺寸较细小。 第二节钢在冷却时的组织转变一、过冷奥氏体的等温冷却转变 过冷奥氏体：钢奥氏体化后，从高温冷却到A1以下，此时奥氏体并不立即转变，而处于热力学不稳定状态，把这种存在于A1温度以下暂未发生转变的不稳定奥氏体称为过冷奥氏体。 等温冷却：将钢迅速过冷到临界点(Ar1)以下某一温度，使奥氏体保持在该温度下进行转变。连续冷却：将钢以某一固定速度不停顿地冷却(到室温)，使奥氏体在连续降温的过程种转变。（一）共析钢过冷奥氏体等温转变图的建立 等温转变曲线；C曲线TTT曲线 Temperature Time Transformation 孕育期
第四章 金属材料和热处理基本知识(答案)
第四章金属材料的基础知识和热处理的基本知识 第一部分：学习内容 1、钢的分类：|（1）-碳钢:含碳量低于2%的铁碳合金;-合金钢:在钢中特意加入一种或几种其它合金元素组成的钢;-生铁:含碳量高于2%的铁碳合金.,可通过铸造方法制造零件,所以又称铸铁. （2）按化学成分分类： 碳钢-低碳钢:含碳量小于0.25%;-中碳钢:含碳量为0.25~0.55%;-高碳钢:含碳量大于0.55%. 合金钢-低合金钢:合金元素总含量小于3.5%;-中合金钢:合金元素总含量3.5~10%;-高合金钢:合金元素总含量大于10%; 2、洛氏硬度与布氏硬度值近似关系： HRC≈1/10HB 3、热处理及其常用工艺方法 热处理的定义-利用钢在固态下的组织转变,通过加热和冷却获得不同组织结构,从而得到所需性能的工艺方法统称热处理. 常用热处理工艺方法：退火-将钢加热到一定温度,保温一段时间,然后随炉一起缓慢冷却下来,以期得到接近平衡状态组织的一种热处理方法. 4、完全退火:AC3以上30~50℃,用于消除钢的某些组织缺陷和应力,改善切削加工性能; 等温退火:加热到AC3,以上30~50℃,较快的冷却到略低于Ar1的温度,并在此温度下等温到奥氏体全部分解为止,然后出炉空冷.适用于亚共析钢、共析钢，尤其广泛用于合金钢的退火。优点是周期短，组织和硬度均匀。 5、正火-正火和退火加热方法相似，只是冷却速度比退火稍快（空冷），得到的是细片状珠光体（索氏体），强度、硬度比退火的高，与退火相比，工艺周期短，设备利用率高。主要用于低碳钢获得满意的机械性能和切削性能、过共析工具钢消除网状渗碳体、中碳钢代替退火或作为淬火前的预先热处理。 6、淬火-将钢加热到AC1以上30~50℃(共析钢、过共析钢）或AC3以上30~50℃（亚共析钢），保温一段时间，然后快冷得到高硬度的马氏体组织的工艺方法。用以提高工件的耐磨性。 7、回火-将淬火后的工件加热到A1以下某一温度，保温一段时间，然后以一定的方式冷却（炉冷、空冷、油冷、水冷等） -目的：1）降低淬火工件的脆性，消除内应力（热应力和组织应力），使淬火组织趋于稳定，同时也使工件尺寸趋于稳定；2）获得所需的硬度和综合机械性能。 8、焊后消除应力热处理(PWHT、ISR):目的是消除应力、降低硬度、改善组织、稳定尺寸,避免制造和使用过程产生裂纹; 9、试述T8A的含义：含碳量为8‰的高级优质碳素工具钢。 10、怎样区别无螺纹的黑铁管与直径相似的无缝钢管？ 答：无缝钢管是用优质碳钢、普通低合金钢、高强耐热钢、不锈钢等制成。不镀锌的瓦斯管习惯上称为黑铁管，从管子内壁有无焊缝和管子直径来判断。 11、何谓钢的热处理？ 答：所谓钢的热处理就是在规定范围内将钢加热到预定的温度，并在这个温度保持一定的时间，然后以预定的速度和方法冷下来的一种生产工艺。 12、试述T7的含义。 答：T7的含义为：含碳量为7‰的碳素工具钢。 13，退火：将钢加热到一定的温度，保温一段时间，随后由炉中缓慢冷却的一种热处理工序。其作用是：消除内应力，提高强度和韧性，降低硬度，改善切削加工性。应用：高碳钢
钢的热处理(原理和工艺)第3版 胡光立 谢希文
第二章钢的加热转变 2、奥氏体晶核优先在什么地方形成? 为什么? 答：奥氏体的形核 球状珠光体中： 优先在F/Fe3C 界面形核 片状珠光体中： 优先在珠光体团的界面形核 也在F/Fe3C 片层界面形核 奥氏体在F/Fe3C 界面形核原因： (1) 易获得形成A所需浓度起伏，结构起伏和能量起伏. (2) 在相界面形核使界面能和应变能的增加减少。 △G = -△Gv + △Gs + △Ge △Gv—体积自由能差，△Gs —表面能，△Ge —弹性应变能 6、钢的等温及连续加热TT A图是怎样测定的，图中的各条曲线代表什么? 答：等温TTA图 将小试样迅速加热到Ac1以上的不同温度，并在各温度下保持不同时间后迅速淬冷，然后通过金相法测定奥氏体的转变量与时间的关系，将不同温度下奥氏体等温形成的进程综合表示在一个图中，即为钢的等温TTA图。 四条曲线由左向右依次表示：奥氏体转化开始线，奥氏体转变完成线，碳化物充全溶解线，奥氏体中碳浓度梯度消失线。 连续加热TTA图 将小试样采用不同加热速度加热到不同温度后迅速淬冷，然后观察其显微组织.，配合膨胀试验结果确定奥氏体形成的进程并综合表示在一个图中，即为钢的连续加热TTA图。 Acc加热时Fe3CII →A终了温度 Ac3加热时α→A终了温度 Ac1加热时P→A开始温度 13、怎样表示温度、时间、加热速度对奥氏体晶粒大小的影响? 答：奥氏体晶粒度级别随加热温度和保温时间变化的情况可以表示在等温TTA图中加热速度对奥氏体晶粒度的影响可以表示在连续加热时的TTA图中 随加热温度和保温时间的增加晶粒度越大 加热速度越快I↑由于时间短，A晶粒来不及长大可获得细小的起始晶粒度 补充 1、阐述加热转变A的形成机理，并能画出A等温形成动力学图(共析钢)？ 答：形成条件ΔG=Ga-Gp<0 形成过程 形核：对于球化体，A优先在与晶界相连的α/Fe3C界面形核 对于片状P, A优先在P团的界面上形核 长大：1 ）Fe原子自扩散完成晶格改组 2 ）C原子扩散促使A晶格向α、Fe3C相两侧推移并长大 Fe3C残留与溶解：A/F界面的迁移速度> A/Fe3C界面的迁移速度，当P中F完全消 失，Fe3C残留Fe3C→A A均匀化：刚形成A中，C浓度不均匀。C扩散，使A均匀化。 A等温形成动力学图（共析钢）见课本P22 图2-16 2、用Fe-Fe3C相图说明受C在A中扩散所控制的A晶核的长大。
第三章 钢的热处理
【教学组织】 1．提问10分钟 2．讲解70分钟 3．小结5分钟 4．布置作业5分钟 【教学内容】 第三章钢的热处理 第一节热处理概述 一、热处理概念 ●热处理是采用适当的方式对金属材料或工件进行加热、保温和冷却以获得预期的组织结构与性能的工艺。 热处理工艺过程是由加热、保温、冷却三个阶段组成。 常用的热处理加热设备有箱式电阻炉、盐浴炉、井式炉、火焰加热炉等。 常用的冷却设备有水槽、油槽、盐浴、缓冷坑、吹风机等。 二、热处理工艺的分类 三、热处理原理 热处理原理：铁碳合金相图是确定热处理工艺的重要依据。将钢铁材料或零件先加热到临界点（或相变点）以上某一温度区间，使其全部或部分得到均匀的奥氏体组织，然后采用适当的冷却方法进行冷却，从而获得所需要的组织和使用性能。 涉及的微观组织有：铁素体、奥氏体、渗碳体（或碳化物）、珠光体、索氏体、屈氏体、贝氏体（上贝氏体和下贝氏体）、马氏体（板条马氏体和针状马氏体）等。
图3-3 实际加热(或冷却)时，铁碳合金相图上各相变点的位置 第二节退火与正火 一、退火 1. 退火的概念和目的 ●退火是将工件加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。 退火的目的是降低钢铁材料的硬度，提高其塑性，改善切削加工性能和锻压加工性能；细化钢铁材料的组织，均匀其化学成分；消除钢铁材料的内应力，防止其变形和开裂；为后续加工或热处理作准备。 2．退火的方法和应用 退火通常分为：完全退火、等温退火、球化退火、去应力退火、均匀化退火等。 图3-5 部分退火工艺加热温度范围示意图图3-6 部分退火工艺曲线示意图 温度范围示意图图3-6 部分退火工艺曲线示意图 二、正火 1.正火的概念和目的 ●正火是指工件加热奥氏体化后在空气中冷却的热处理工艺。 正火的目的是细化晶粒，提高钢铁材料硬度，消除钢铁材料中的网状碳化物（或渗碳体），
第五章钢的热处理(含答案)
第五章钢的热处理（含答案） 一、填空题（在空白处填上正确的内容） 1、将钢加热到________，保温一定时间，随后在________中冷却下来的热处理工艺叫正火。 答案：Ac 3或Ac cm 以上50℃、空气 2、钢的热处理是通过钢在固态下________、________和________的操作来改变其内部________，从而获得所需性能的一种工艺。 答案：加热、保温、冷却、组织 3、钢淬火时获得淬硬层深度的能力叫________，钢淬火时获得淬硬层硬度的能力叫 ________。 答案：淬透性、淬硬性 4、将________后的钢加热到________以下某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温，这种热处理方法叫回火。 答案：淬火、Ac 1 5、钢在一定条件下淬火时形成________的能力称为钢的淬透性。淬透层深度通常以工件________到________的距离来表示。淬透层越深，表示钢的________越好。 答案：马氏体（M）、表面、半马氏体区、淬透性 6、热处理之所以能使钢的性能发生变化，其根本原因是由于铁具有________转变，从而使钢在加热和冷却过程中，其内部________发生变化的结果。 答案：同素异构、组织 7、将钢加热到________，保温一定时间，随后在________中冷却下来的热处理工艺叫正火。 答案：Ac 3或Ac cm 以上30℃～50℃、空气 8、钢的渗碳是将零件置于________介质中加热和保温，使活性________渗入钢的表面，以提高钢的表面________的化学热处理工艺。 答案：渗碳、碳原子、碳含量 9、共析钢加热到Ac 1 以上时，珠光体开始向________转变，________通常产生于铁素体和渗碳体的________。 答案：奥氏体（A）、奥氏体晶核、相界面处 10、将工件放在一定的活性介质中________，使某些元素渗入工件表面，以改变化学成分和________，从而改善表面性能的热处理工艺叫化学热处理。 答案：加热和保温、组织 11、退火是将组织偏离平衡状态的钢加热到适当温度，保温一定时间，然后________冷却，以获得接近________组织的热处理工艺。 答案：缓慢（随炉）、平衡状态 12、将钢加热到________温度，保温一定时间，然后 ________冷却到室温，这一热处理工艺叫退火。 答案：适当、缓慢（随炉） 13、V 临 是获得________的最小冷却速度，影响临界冷却速度的主要因素是________。
第五章 钢的热处理
一、名词解释 1.过冷：结晶只有在理论结晶温度以下才能发生，这种现象称为过冷。 2.枝晶偏析：在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内不均匀的现象叫做枝晶偏析。 3.二次相：由已有固相析出的新固相称为二次相或次生相。 4.铁素体：碳在α—Fe中的固溶体称为铁素体。 5.奥氏体：碳在γ—Fe中的固溶体称为奥氏体。 6.莱氏体：转变产物为奥氏体和渗碳体的机械混合物，称为莱氏体。 7.珠光体：转变产物为铁素体和渗碳体的机械混合物，称为珠光体。 8.变质处理：又称为孕育处理，是一种有意向液态金属中加入非自发形核物质从而细化晶粒的方法。 9.共晶转变：在一定温度下，由一定成分的液相同时结晶出两个成分和结构都不相同的新固相的转变过程。 10.包晶转变：在一定温度下，由一定成分的液相包着一定成分的固相，发生反应后生成另一一定成分新固相的反应。 二、填空题 1、金属的结晶过程由晶核形成和晶核长大两个基本过程组成。 2、金属结晶过程中，细化结晶晶粒的主要方法有控制过冷度、变质处理和振动、搅拌 3、当固溶体合金结晶后出现枝晶偏析时，先结晶出来的枝晶轴含有较多的高熔点 组元。 4、在实际生产中，若要进行热锻或热轧时，必须把钢加热到奥氏体相区。 5、在缓慢冷却条件下，含碳0.8%的钢比含碳1.2%的钢硬度低强度低。 三、选择题 1.铸造条件下，冷却速度越大，则（A.过冷度越大，晶粒越小） 2.金属在结晶时，冷却速度越快，其实际结晶温度（B.越低） 3.如果其他条件相同，下列各组铸造条件下，哪种铸锭晶粒细？（A.金属模铸造 B.低温铸造A.铸成薄片A.浇注时振动） 4.同素异构体转变伴随着体积的变化，其主要原因是（致密度发生变化） 5.实际金属结晶时，可通过控制形核N和长大速度G的比值来控制晶粒大小，要获得细晶粒，应采用（A.增大N/G值） 6.二元合金在发生共晶转变时，各相组成是（D.三相共存） 7.二元合金在发生共析转变时，各相的（B.质量固定，成分发生变化） 10.产生枝晶偏析的原因是由于（D.液、固相线间距大，冷却速度也大） 11.二元合金中，铸造性能最好的是（B.共晶合金） 14.在下列方法中，可使晶粒细化的方法是（D.变质处理） 四、判断题 1。凡是液体凝固为固体的过程是结晶过程。( x ) 2.评定晶粒度的方法 :在相同放大倍数的条件下，将晶粒组织图像或显微照片与标准晶粒评级图进行比较。晶粒度级别数越高，晶粒越细。（√） 3。在铁碳合金中，凡具有E点与F点之间成分的合金换冷到1148C时都将发生共晶转变。（√） 4。纯金属的实际结晶温度与其冷却速度有关。（√） 5。Pb-Sn合金结晶时析出的一次相、二次相和共晶相均具有相同的晶体结构，但忽悠不同组织形态。（√） 6。杠杆定律只适用于两相区。（√）
工程材料及热处理 第5章作业题答案
1.奥氏体晶粒大小与哪些因素有关？为什么说奥氏体晶粒大小直接 影响冷却后钢的组织和性能？ 奥氏体晶粒大小是影响使用性能的重要指标，主要有下列因素影响奥氏体晶粒大小。（1）加热温度和保温时间。加热温度越高，保温时间越长，奥氏体晶粒越粗大。（2）加热速度。加热速度越快，过热度越大，奥氏体的实际形成温度越高，形核率和长大速度的比值增大，则奥氏体的起始晶粒越细小，但快速加热时，保温时间不能过长，否则晶粒反而更加粗大。（3）钢的化学成分。 在一定含碳量范围内，随着奥氏体中含碳量的增加，碳在奥氏体中的扩散速度及铁的自扩散速度增大，晶粒长大倾向增加，但当含碳量超过一定限度后，碳能以未溶碳化物的形式存在，阻碍奥氏体晶粒长大，使奥氏体晶粒长大倾向减小。（4）钢的原始组织。 钢的原始组织越细，碳化物弥散速度越大，奥氏体的起始晶粒越细小，相同的加热条件下奥氏体晶粒越细小。 传统多晶金属材料的强度与晶粒尺寸的关系符合Hall-Petch关系，即σs=σ0+kd-1/2，其中σ0和k是细晶强化常数，σs是屈服强度，d是平均晶粒直径。显然，晶粒尺寸与强度成反比关系，晶粒越细小，强度越高。然而常温下金属材料的晶粒是和奥氏体晶粒度相关的，通俗地说常温下的晶粒度遗传了奥氏体晶粒度。 所以奥氏体晶粒度大小对钢冷却后的组织和性能有很大影响。奥氏体晶粒度越细小，冷却后的组织转变产物的也越细小，其强度也越高，此外塑性，韧性也较好。
2．过冷奥氏体在不同的温度等温转变时，可得到哪些转变产物？试列表比较它们的组织和性能。 3.共析钢过冷奥氏体在不同温度的等温过程中，为什么550℃的孕育期最短，转变速度最快？ 因为过冷奥氏体的稳定性同时由两个因素控制：一个是旧与新相之间的自由能差ΔG；另一个是原子的扩散系数D。等温温度越低，过冷度越大，自由能差ΔG也越大，则加快过冷奥氏体的转变速度；但原子扩散系数却随等温温度降低而减小，从而减慢过冷奥氏体的转变速度。高温时，自由能差ΔG起主导作用；低温时，原子扩散系数起主导作用。处于“鼻尖”温度时，两个因素综合作用的结果，使转变孕育期最短，转变速度最大。
工程材料第四章习题答案
工程材料作业（4）答案 1.解释下列现象: (1) 在相同含碳量下，除了含Ni和Mn的合金钢外，大多数合金钢的热处理加热温度都比碳钢高。 奥氏体形成分为形核、长大、残余渗碳体溶解，奥氏体均匀化4阶段。多数合金元素减缓A形成，Cr、Mo、W、V等强碳化物形成元素与碳亲和力大，形成的合金元素的碳化物稳定、难溶解，会显著减慢碳及合金元素的扩散速度。但为了充分发挥合金元素的作用，又必须使其更多的溶入奥氏体中，合金钢往往需要比含碳量相同的碳钢加热到更高的温度，保温更长时间。 Co、Ni等部分非碳化物形成元素，因增大碳的扩散速度，使奥氏体的形成速度加快。而Al、Si、Mn等合金元素对奥氏体形成速度的影响不大。 阻碍晶粒长大，合金钢需要更高的加热温度，更长的保温时间，才能保证奥氏体均匀化。 （加热温度升高了，但一般不会引起晶粒粗大：大多数合金元素都有阻碍奥氏体晶粒长大的作用。碳化物形成元素的作用最明显，因其形成的碳化物高温下稳定性高，很难完全溶入奥氏体，未溶的细小碳化物颗粒，分布在奥氏体晶界上，有效的阻止晶粒长大，起到细化晶粒的作用。所以，合金钢虽然热处理加热温度高，但一般不用担心晶粒粗大。 强烈阻碍晶粒长大的元素：V、Ti、Nb、Zr；中等阻碍的：W、Mo、Cr；影响不大的：Si、Ni、Cu；促进晶粒长大的：Mn、P、B） (2) 在相同含碳量下，含碳化物形成元素的合金钢比碳钢具有较高的回火稳定性。
回火过程一般分为：马氏体分解、残余奥氏体转变、碳化物类型转变和碳化物长大。 合金元素在回火过程中，推迟马氏体的分解和残余奥氏体的转变（即在较高温度才出现分解和转变），提高铁素体的再结晶温度，使碳化物难以聚集长大而保持较大的弥散度。因此，提高了钢对回火软化的抗力，即提高了钢的回火稳定性。使得合金钢在相同温度下回火时，比同样质量分数的碳钢具有更高的硬度和强度（对工具钢，耐热钢更重要），或在保证相同强度的条件下，可在更高的温度下回火，而韧性更好（对结构钢更重要。） (3) 为何含C大于0.4%，含Cr大于12%的Cr钢属于过共析钢，含碳1.5%，含Cr12%的钢属于莱氏体钢。 在合金元素的作用下，使得铁碳相图的S点（即﹤﹤0.77%）和E点（即﹤﹤2.11%）因此，C大于0.4%，含Cr大于12%的Cr钢属于过共析钢，含碳1.5%，含Cr12%的钢属于莱氏体钢。 (4) 高速钢在热轧或锻造后，经空冷获得马氏体组织。 高速钢由于合金元素含量高，使得C曲线右移很多，即过冷奥氏体区很大，淬火临界冷却速度大为降低，因此采取空冷即可获得马氏体组织。高速钢俗称“风钢”（锋钢） 2．何谓合金渗碳钢？为何渗碳钢的含碳量都较低？合金渗碳钢常用的合金元素有哪些及其主要作用？为何渗碳后要进行淬火和低温回火？ 经过渗碳热处理后使用的低碳合金结构钢。 含碳量低是为了保证零件心部有足够的塑性和韧性。 渗碳钢常用的合金元素是：Cr，Ni，Mn，B，主要目的是提高淬透性。还
第三章 钢的热处理
第三章钢的热处理 一、填空（将正确答案填在横线上） 1．合金是一种___________与___________或___________通过熔炼或其他方法结合而成的具有___________的物质。 2．钢铁材料就是以___________和___________为主要元素组成的合金，通称为铁碳合金。3．铁碳合金的基本组织有五种，它们分别是___________、___________、___________、___________和___________。 4．铁碳合金的基本相是___________、___________和___________。 5．奥氏体强度、硬度虽不高，但具有良好的___________，尤其具有良好的___________性能。 6．渗碳体的性能特点是___________高、___________高，___________几乎为零，___________极大。 7．铁碳合金相图是表示在缓慢冷却或加热条件下，不同___________的铁碳合金的___________或___________随___________变化的图形。 8．分别填写下列铁碳合金组织的符号：奥氏体___________，铁素体___________，渗碳体___________，珠光体___________，高温莱氏体___________，低温莱氏体___________。9．含碳量___________的铁碳合金称为钢。根据室温组织不同，钢又分为三类：___________钢，其室温组织为___________和___________；___________钢，其室温组织为___________；___________钢，其室温组织为___________和___________。 10．共析钢冷却到S点时，会发生共析转变，从奥氏体中同时析出___________和___________的混合物，称为___________。 11．莱氏体是___________和___________的混合物。当温度低于727℃时，莱氏体中的___________转变为___________，所以室温下的莱氏体是由___________和___________组成，又称为___________。 12．含碳量大于___________的铁碳合金称为白口铸铁。根据室温组织不同，分为___________白口铸铁、___________白口铸铁和___________白口铸铁。 13．钢的热处理是将固态的金属或合金采用适当的方式进行___________、___________和___________，以获得所需要的___________与___________的工艺方法。 14．钢在实际加热的条件下，其转变温度要___________平衡状态下的临界点，冷却时要___________平衡状态下的临界点。 15．常用的退火方法有___________、___________和___________。 16．球化退火是将钢加热到___________以上20～30℃，保温一定时间，以___________的速度随炉冷却，以得到___________组织的工艺方法。 17．去应力退火主要用于消除锻造、铸造等加工中产生的___________，防止零件在使用过程中___________。 18．从切削加工考虑，低碳钢选用___________较为合适，高碳钢则选用___________。19．工厂里常用的淬火有___________、___________、___________和___________等。20．亚共析钢的淬火加热温度为___________以上30～50℃，加热后得到___________组织，快速冷却后得到___________组织；过共析钢的淬火加热温度为___________以上30~50℃，加热后得到___________组织，快速冷却后得到___________组织。 21．常用的淬火冷却介质有___________、___________、___________和___________等。22．常见的淬火缺陷有___________、___________、___________和___________等。
机械制造基础第五章碳素钢与钢的热处理习题解答
第五章碳素钢与钢的热处理 习题解答 5-1 在平衡条件下，45钢、T8钢、T12钢的硬度、强度、塑性、韧性哪个大、哪个小? 变化规律是什么? 原因何在? 答：平衡条件下，硬度大小为：45钢
部发生冷脆。 5-3 说明Q235A、10、45、65Mn、T8、T12A各属什么钢? 分析其碳含量及性能特点，并分别举一个应用实例。 答：Q235A属于碳素结构钢中的低碳钢；10钢属于优质碳素结构钢中的低碳钢；45钢属于优质碳素结构钢中的中碳钢；65Mn属于优质碳素结构钢中的高碳钢且含锰量较高；T8属于优质碳素工具钢；T12A属于高级优质碳素工具钢。 Q235A的w C =0.14% ~ 0.22%，其强度、塑性等性能在碳素结构钢中居中，工艺性能良好，故应用较为广泛，如用于制造机器中受力不大的螺栓。 10钢的w C =0.07% ~ 0.14%，其强度、硬度较低，塑性、韧性良好，用作焊接件、冲压件和锻件时的工艺性能良好，可用于制造机器中的垫圈、销钉等零件。 45钢的w C =0.42% ~ 0.50%，其力学性能在优质碳素结构钢中居中，具有良好的综合力学性能，应用广泛，如可用于制造内燃机的曲轴等零件。 T8钢的w C =0.75% ~ 0.84%，其强度、硬度和耐磨性较高，塑性、韧性较低，可用于制造承受冲击的冲头等零件。 T12A钢的w C =1.15% ~ 1.24%，其强度、硬度和耐磨性较高，塑性、韧性比T8钢低，可用于制造不受冲击的铰刀或丝锥等工具。 5-4 什么是热处理? 它由哪几个阶段组成? 热处理的目的是什么?
第四章 金属学与热处理答案
第4章 习题 4-1 分析w C =0.2%、w C =0.6%、w C =1.2%的铁碳合金从液态平衡冷却至室温的转变过程，用冷却曲线和组织示意图说明各阶段的组织，并分别计算室温下的相组成物和组织组成物的含量。 解：在室温下，铁碳合金的平衡相是α-Fe(碳的质量分数是0.008%)和Fe 3C(碳的质量分数是 6.69%)，故 (1) w C =0.2%的合金在室温时平衡状态下α相和Fe 3C 相的相对量分别为 3 6.690.2%100%97.13%6.690.008 %197.13% 2.87% Fe C α-=?=-=-= w C =0.2%的合金在室温下平衡态下的组织是α-Fe 和P ，其组织可近似看做和共析转变完时一样，在共析温度下α-Fe 碳的成分是0.0218%，P 的碳的成分为0.77%，故w C =0.2%的合金在室温时组织中P 和α的相对量分别为 0.20.0218%100%23.82%0.770.0218 %123.82%76.18%P α-= ?=-=-= (2) w C =0.6%的合金在室温时平衡状态下α相和Fe 3C 相的相对量分别为 3 6.690.6%100%91.14%6.690.008 %191.14%8.86% Fe C α-=?=-=-= w C =0.6%的合金在室温下平衡态下的组织是α-Fe 和P ，在室温时组织中P 和α的相对量为 0.60.0218%100%77.28%0.770.0218 %177.28%22.72%P α-= ?=-=-= (3) w C =1.2%的合金在室温时平衡状态下α相和Fe 3C 相的相对量分别为 3 6.69 1.2%100%82.16%6.690.008 %182.16%17.84% Fe C α-=?=-=-= w C =1.2%的合金在室温下平衡态下的组织是P 和Fe 3C ，在室温时组织中P 的相对量为 3 6.69 1.2%100%92.74%6.690.77 %192.74%7.3%P Fe C -= ?=-=-= 4-2 分析w C =3.5%、w C =4.7%的铁碳合金从液态平衡冷却至室温的平衡结晶过程，画出冷却曲线和组织变化示意图，并计算室温下的组织组成物和相组成物的含量。
工程材料第四章习题答案
工程材料作业(4)答案 1.解释下列现象: (1) 在相同含碳量下,除了含Ni与Mn的合金钢外,大多数合金钢的热处理加热温度都比碳钢高。 奥氏体形成分为形核、长大、残余渗碳体溶解,奥氏体均匀化4阶段。多数合金元素减缓A形成,Cr、Mo、W、V等强碳化物形成元素与碳亲与力大,形成的合金元素的碳化物稳定、难溶解,会显著减慢碳及合金元素的扩散速度。但为了充分发挥合金元素的作用,又必须使其更多的溶入奥氏体中,合金钢往往需要比含碳量相同的碳钢加热到更高的温度,保温更长时间。 Co、Ni等部分非碳化物形成元素,因增大碳的扩散速度,使奥氏体的形成速度加快。而Al、Si、Mn等合金元素对奥氏体形成速度的影响不大。 阻碍晶粒长大,合金钢需要更高的加热温度,更长的保温时间,才能保证奥氏体均匀化。 (加热温度升高了,但一般不会引起晶粒粗大:大多数合金元素都有阻碍奥氏体晶粒长大的作用。碳化物形成元素的作用最明显,因其形成的碳化物高温下稳定性高,很难完全溶入奥氏体,未溶的细小碳化物颗粒,分布在奥氏体晶界上,有效的阻止晶粒长大,起到细化晶粒的作用。所以,合金钢虽然热处理加热温度高,但一般不用担心晶粒粗大。 强烈阻碍晶粒长大的元素:V、Ti、Nb、Zr;中等阻碍的:W、Mo、Cr;影响不大的:Si、Ni、Cu;促进晶粒长大的:Mn、P、B) (2) 在相同含碳量下,含碳化物形成元素的合金钢比碳钢具有较高的回火稳定性。 回火过程一般分为:马氏体分解、残余奥氏体转变、碳化物类型转变与碳化物长大。 合金元素在回火过程中,推迟马氏体的分解与残余奥氏体的转变(即在较高温度才出现分解与转变),提高铁素体的再结晶温度,使碳化物难以聚集长大而保持较大的弥散度。因此,提高了钢对回火软化的抗力,即提高了钢的回火稳定性。使得合金钢在相同温度下回火时,比同样质量分数的碳钢具有更高的硬度与强度(对工具钢,耐热钢更重要),或在保证相同强度的条件下,可在更高的温度下回火,而韧性更好(对结构钢更重要。)
第五章热处理作业 (2)
1. 亚共析钢热处理时，快速加热可显著提高σs和A k是何道理？ 2. 共析钢加热到奥氏体化以后， 以如下图中所示的四种方式冷却。 冷却后的组织为 a) ; b) ; c) ; d) 。 3. 共析钢加热到A化以后，以各种速度连续冷却能否得到B，采取 什么方法才能获得B？ 4. 以下几种说法是否正确？为什么？ （1）过冷A的冷却速度越快，则淬火后钢的硬度越高 （2）钢中合金元素越多，则淬火后钢的硬度越高 （3）钢经淬火后处于硬、脆状态 （4）本质细晶粒钢加热后实际晶粒一定比本质粗晶粒钢细 （5）同一刚才在相同加热条件下，水淬比油淬的淬透性好5. 现制造一汽车传动错齿轮，要求表面具有高的硬度、耐磨性和接 触疲劳极限，心部具有良好的韧性，应采用如下那种工艺及材 料？ A T10钢经淬火+低温回火 B 45钢经调质处理 C 用低碳合金钢20CrMnTi经渗碳+淬火+低温回火 6. 某型号柴油机的凸轮轴，要求凸轮表面有高的硬度，而心部具有 良好的韧性。原采用45钢调质处理再在凸轮表面进行高频淬 火，最后低温回火。现因工厂库存的45钢用完只剩下15钢，拟用15 钢代替。试说明： 1）原45钢各热处理工序的作用（调质，高频淬火，低温回火） 2）改用15 钢后仍按原热处理工序进行能否满足性能要
求？为什么？ 改用15钢后，为达到所要求的性能，在心部强度足够的前提下应采用何种热处理工艺？ 7. 现用T10钢制造形状简单的车刀，其工艺路线为： 下料—锻造— 热处理 1— 机加工— 热处理2— 磨削 1) 试指出热处理1和热处理2的工艺名称；2) 说明热处理1和热处理2 的作用 8. T12钢的淬火温度选为Ac1+30～50℃，而不是Accm+30～50℃， 为什么？ 9. 确定下列钢件的退火工艺，并指出退火目的及退火后的组织 1）经冷轧后的15钢板要求降低硬度 2）ZG35铸造齿轮 3）锻造过热的60钢锻坯 4）具有片状Fe3C的T12钢坯
第四章 钢的热处理.
第四章钢的热处理 一、填空题 1、钢的热处理工艺曲线包括_____________、_____________和冷却三个阶段。 2、常用的退火方法有_________、球化退火和___________。为了去除工作中由于塑性变形加工，切削 加工或焊接等造成的和铸件内存残余应力而进行退火叫____________。 3、淬火前，若钢中存在网状渗碳体，应采用_________的方法予以消除，否则会增大钢的淬透性。 4、淬火时，在水中加入___________，可增加在650℃—550℃范围内的冷却速度，避免产生软点。 5、工件淬火及__________________的复合热处理工艺，称为调质。 6、通常用____________热处理和___________热处理来强化钢的表面层。 二、单项选择题 7、下列是表面热处理的是（） A、淬火 B、表面淬火 C、渗碳 D、渗氮 8、完全退火（） A、不能用于亚共析钢 B、不能用于过亚共析钢 C、二者皆可 D、二者皆不可 9、下列是整体热处理的是（） A、正火 B、表面淬火 C、渗氮 D、碳氮共渗 10、正火是将钢材或钢材加热保温后冷却，其冷却是在（） A、油液中 B、盐水中 C、空气中 D、水中 11、双介质淬火法适用的钢材是（） A、低碳钢 B、中碳钢 C、合金钢 D、高碳工具钢 12、下列是回火的目的是（） A、得到马氏体或贝氏体 B、稳定工件尺寸 C、提高钢的强度和耐磨度 D、提高钢的塑性 13、高温回火后得到的组织为（） A、马氏体 B、贝氏体 C、回火托氏体 D、回火索氏体 14、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 B、正火 C、退火 D、调质 15、为了减小淬火内应力和降低脆性，表面淬火后一般要（） A、正火 B、低温回火 C、中温回火 D、高温回火 16、常用的渗碳方法有气体渗碳、固体渗碳、液体渗碳，其中应用较广泛的是（） A、三种同样重要 B、第一种 C、前两种 D、后两种 17、渗碳钢件常采用的热处理工艺是（） A、淬火加低温回火 B、淬火加中温回火 C、淬火加高温回火 D、不用再进行热处理 18、目前工业上应用最广泛的是气体渗氮法。它是在渗氮罐中进行加热时，不断通人空气介质 A、氮气 B、氨气 C、一氧化碳 D、二氧化碳 19、渗氮后的钢材常采用的热处理工艺是（） A、淬火加低温回火 B、淬火加中温回火 C、淬火加高温回火 D、不用再进行热处理 20、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应用的热处理方法（） A、渗碳 B、渗氮 C、调质 D、淬火 21、淬火钢回火后的冲击韧度是随着回火温度的提高而（） A、提高 B、降低 C、不变 D、先提高后降低 22最常用的淬火剂是（） A、水 B、油 C、空气 D、氨气 23、在钢的整体热处理过程中，常用的作预备热处理的是（）
第三章金属材料和热处理-pdf
第三章金属材料及热处理 金属材料是现代机械工业使用最广泛的材料，品类繁多，性能各不相同，合理选用金属材料和正确运用热处理方法，可以充分发挥金属材料的机械性能，提高产品的质量。金属可以分为黑色金属和有色金属，黑色金属主要是指钢和铸铁，以铁和碳为基本组成元素形成铁碳合金，即碳素钢。在铁碳合金中加入一定量的合金元素，如铬、锰、镍、钴等成为合金钢。有色金属是指非铁金属及其合金，如铝、铜、铅、锌等金属及其合金。 一、碳素钢的分类、编号和用途 碳素钢简称碳钢，是含碳量小于 2．11％的铁碳合金，具有较好的机械性能、良好的锻压性能、焊接性能和切削加]：性能，价格比合金钢低，在机械工业中得到广泛使用。 (一)碳素钢的分类 1．按钢的含碳量分类 低碳钢——含碳量≤0．25％； 中碳钢——含碳量：0．30％-0．55％； 高碳钢——含碳量≥0．60％。 2．按钢的质量分类 普通碳素钢：硫、磷含量分别≤O．055％和 O．045％ 优质碳素钢：硫、磷含量均≤0．040％； 高级优质碳素钢：S、P含量 0．030％-0．035％。 3．按钢的用途分类 碳素结构钢：主要用于制造各种工程构件和机器件，这类钢一般属于低碳钢和中碳钢。 碳素工具钢：主要用于制造各种刀具、量具、模具，这类钢含碳量较高，一般属于高碳钢。 (二)碳素钢牌号和用途 1．普通碳素结构钢 甲类钢：这类钢出厂时按保证机械性能供应，除硫、磷外不保征化学成分。甲类钢的牌号以“甲”或“A”字加上阿拉伯序数表示，共 1-7级，即甲 l、甲 2、…、甲 7(或 A1、A2、…、A7)，数字越大，强度越高，塑性越差，主要用来制造钢板、角钢、圆钢和工字钢等。 乙类钢：这类钢出厂时按化学成分供应，不保证机械性能。乙类钢的牌号用“乙”或“旷 加上阿拉伯数字表示，也分为 1-7级，即乙 1、乙 1、…、乙 7(或 Dl、u2、…、B7)，数字越大，含碳量越高，主要用于制造不重要的零件，一般须经热处理。 2．优质碳素结构钢 优质碳素结构钢既要保证钢的化学成分，还要保证机械性能 其机械性能，用于制造比较重要的零什。 般都需经过热处理以提高 优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示，以 o．01％为单位，含义是钢中平均含碳量的万分之二，如果钢中含锰量较高，在钢号后面加“Mn"： 含碳量较低的 08、lO、15、20、25等钢强度低，塑性好，可焊性也好，主要用来制造 各种容器、冲压什或焊接件。
钢铁热处理
钢铁材料的一般热处理 名称热处理过程热处理目的 1．退火 将钢件加热到一定温度，保温一定时间，然后缓慢冷却到室 温①降低钢的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工 ②细化晶粒，均匀钢的组织，改善钢的性能及为以后的热处理作准备 ③消除钢中的内应力。防止零件加工后变形及开裂 退火类别(1)完全退火 将钢件加热到临界温度(不同钢材临界温度也不同，一般是7 10-750℃，个别合金钢的临界温度可达800—900oC)以上3 0—50oC，保温一定时间，然后随炉缓慢冷却(或埋在沙中冷 却) 细化晶粒，均匀组织，降低硬度，充 分消除内应力完全退火适用于含碳 量(质量分数)在O．8％以下的锻件或 铸钢件 (2)球化退火 将钢件加热到临界温度以上20～30oC，经过保温以后，缓慢 冷却至500℃以下再出炉空冷 降低钢的硬度，改善切削性能，并为 以后淬火作好准备，以减少淬火后变 形和开裂,球化退火适用于含碳量(质 量分数)大于O．8％的碳素钢和合金 工具钢 (3)去应力退火 将钢件加热到500～650oC，保温一定时间，然后缓慢冷却(一 般采用随炉冷却) 消除钢件焊接和冷校直时产生的内 应力，消除精密零件切削加工时产生 的内应力，以防止以后加工和用过程 中发生变形 去应力退火适用于各种铸件、锻件、 焊接件和冷挤压件等 2．正火 将钢件加热到临界温度以上40～60oC，保温一定时间，然后 在空气中冷却①改善组织结构和切削加工性能 ②对机械性能要求不高的零件，常用正火作为最终热处理 ③消除内应力 3．淬火 将钢件加热到淬火温度，保温一段时间，然后在水、盐水或 油(个别材料在空气中)中急速冷却①使钢件获得较高的硬度和耐磨性 ②使钢件在回火以后得到某种特殊