热处理试题.doc

1．何谓钢的球化退火，其目的是什么? 主要适用于哪些钢材? 是使钢中碳化物球状化而进行的退火
目的：降低硬度、改善切削加工性，为以后淬火做准备，减小工件淬火畸变和开裂； 主要用于共析钢、过共析钢的锻轧件及结构钢的冷挤压件等。
2．简述淬火冷却方法(至少说出五种)。
1）水冷：用于形状简单的碳钢工件，主要是调质件；2）油冷：合金钢、合金工具钢工件。3）延时淬火：工件在浸入冷却剂之前先在空气中降温以减少热应力；4)双介质淬火：工件一般先浸入水中冷却，待冷到马氏体开始转变点附近，然后立即转入油中缓冷；5)马氏体分级淬火：钢材或工件加热奥氏体化，随之浸入稍高或稍低于钢的上马氏体点的液态介质（盐浴或碱浴）中，保持适当时间，待钢件的内、外层都达到介质温度后取出空冷，以获得马氏体组织的淬火工艺。用于合金工具钢及小截面碳素工具钢，可减少变形与开裂；6）热浴淬火：工件只浸入150-180℃的硝烟或碱浴中冷却，停留时间等于总加热时间的1/3-1/2，最后取出在空气中冷却；7）贝氏体等温淬火：钢材或工件加热奥氏体化，随之快冷到贝氏体转变温度区域（260-400℃）等温保持，使奥氏体转变为贝氏体的淬火工艺。用于要求变形小、韧性高的合金钢工件
3．简述淬透性概念及其影响因素。
钢在淬火时能够获得马氏体的能力即钢被淬透的深度大小称为淬透性。其影响因素有：1.亚共析钢含碳量↑，C曲线右移，过共析钢含碳量↑，C曲线左移；2.合金元素（除Co外）使C曲线右移；3.奥氏体化温度越高、保温时间越长，碳化物溶解越完全，奥氏体晶粒越粗大，使C曲线右移；4.原始组织越细，使C曲线右移，Ms点下降；5.拉应力加速奥氏体的转变，塑性变形也加速奥氏体的转变。
4．钢的回火分哪几类?说出低温回火的适用性(目的)。
（1）低温：150-250℃，用于工模具、轴承、齿轮等。（2）中温：250-500℃，用于中等硬度的零件、弹簧等。（3）高温：500-700℃，用于各种轴累、连杆、螺栓等。
低温回火的适用性(目的)：消除淬火应力、稳定尺寸、减少变形和开裂，一定程度上减少残余奥氏体量。
5．什么是碳氮共渗中的黑色组织?它的危害性是什么?防止措施是什么
黑色组织是指碳氮共渗表层中出现的黑点、黑带和黑网。它会使工件弯曲疲劳强度、接触疲劳强度降低，耐磨性下降。为防止黑色组织的出现，渗层中氮含量不宜过高，也不宜过低。通过提高淬火温度或增强冷却能力抑制屈氏体网的出现。
6．简述零件感应加热淬火的基本原理。
是利用通入交流电的加热感应器在工件中产生一定频率的感应电流，感应电流的集肤效应使工件表面层被快速加热到奥氏体区后，立即喷水冷却，工件表层获得一定深度的淬硬层。
7．什么叫喷丸强化?对材料表面形貌与性能有什么影响? 利用高速喷射的细小弹丸在室温下撞击受喷工件的表面，使受层材料在再结晶温度下产生弹、塑性变形，并呈现较大的残余压应力，从而提高工件表面强度、疲劳强度和抗应力腐蚀能力的表面工程技术。 8．为什么亚共析钢经正火后，可获得比退火高的强度与硬度?
由于正火的冷却速度比退火的冷却速度快，因而可以抑制铁素体的析出，增加珠光体量，且得到的珠光体组织更细小，所以可获得比退火高的强度与硬度。
9．高速钢刀具深冷处理为什么能提高刀具使用寿命?
高速钢刀具深冷处理后获得4%左右（体积分数）稳定残留奥氏体，稳定残留奥氏体中存在大量内部位错缠结而使其自身强化；深冷处理过程中转变的片状不完全孪晶马氏体，含碳及合金元素量较高，于是强化了α固溶体；深冷处理并回火后能析出比常规热处理尺寸小而多的片状MC型碳化物，使高速钢抗回火性、塑韧性和耐磨性提高。
10．简述激光热处理的原理，与感应加热淬火相比优点是什么?
激光热处理是利用聚焦后的激光束照射得钢铁材料表面，使其温度迅速升高到相变点以上，当激光移开后，由于仍处于低温的内层材料快速导热作用，使表层快速冷却到马氏体相变点以下，获得淬硬层。
与感应加热淬火相比，使用的能量密度更高，加热速度更快，不需要淬火介质，工件变形更小，加热层深度和加热轨迹易于控制，易于实现自动化，激光淬火可使工件表层0.1-1.0mm范围内的组织结构和性能发生明显变化。
11.指出下列钢的类别：
Q235 08F 5CrNiMo GCr15 60Si2Mn 0Cr13
答：Q235--普通碳素结构钢 08F--优质碳素结构钢 5CrNiMo—热作模具钢 GCr15—滚动轴承钢 60Si2Mn—合金弹簧钢 0Cr13—马氏体不锈钢 W18Cr4V—
高速钢 QT600—灰铸铁 5CrMnMo---中碳合金工具钢 1Cr18Ni9Ti---低温钢 T10—碳素工具钢
12 试简述影响过冷奥氏体等温转变的因素？
1.含碳量↑，C曲线右移；2.合金元素（除Co外）使C曲线右移；其中Si、Ni、Cu、Mn只改变位置，不改变形状； Cr、Mo、W、V、Ti等不仅改变C曲线位置，而且使C曲线分裂成上、下两条C曲线。上部为珠光体C曲线，下部为贝氏体C曲线；3.奥氏体化温度越高、保温时间越长，碳化物溶解越完全，奥氏体晶粒越粗大，使C曲线右移；4.原始组织越细，使C曲线右移，Ms点下降；5.拉应力加速奥氏体的转变，塑性变形也加速奥氏体的转变。
13 试简述钢加热时影响奥氏体晶粒长大的因素。
答：影响加热时奥氏体晶粒长大的因素主要是加热温度、保温时间、加热速度、钢的成分、原始组织等。（1）加热温度和保温时间 温度越高、保温时间越长，奥氏体晶粒长的越快、晶粒越粗大。（2）加热速度 加热速度越大、过热度越大，奥氏体实际形成温度就越高，由于形核率与长大速度的比值增大。因而，可以获得细小的初始晶粒。（3）钢的化学成分随着钢中的碳含量的增加，但又不足以形成未溶碳化物时，奥氏体晶粒容易长大而粗化。由此，共析碳钢较过共析碳钢对过热更为敏感。（4）原始组织 通常原始组织越细或原始组织为非平衡组织时，碳化物分散度越大，所得的奥氏体起始晶粒就越细小，但钢的晶粒长大倾向增加，过热敏感度增大。
14.钢在回火时会出现回火脆性，试说明回火脆性的类型及解决办法。
类型：第一类回火脆性及第二类回火脆性
消除办法 如果零件回火后产生第一类回火脆性则需要重新加热淬火方可消除， 抑制第二类回火脆性的主要措施有：钢中加入Mo等合金元素；在回火脆性温度以上温度回火后快冷；在淬火回火处理中增加一次在两相区（α+β）温度的加热淬火处理。这样获得的极细奥氏体晶粒可使杂质原子在晶界偏聚分散减少。对于已经产生第二类回火脆性的零件则应重新回火并在回火后快速冷却可以抑制回火脆性。
15.试说明球化退火的类型、目的及用途。
（1）普通球化退火 用于共析、过共析碳钢，球化较充分，但周期较长。
（2）等温球化退火 用于高碳工具钢，合金工具钢。该工艺球化充分，易控制，周期较短，适合大件。
（3）循环球化退火 主要用于碳素工具钢，合金工具钢。该工艺周期较短，球化较充分，但控制困难，不适合用于大件。
16 何谓断裂韧性？如何根据材料的断裂韧性K1c、零件的工作应力o和零件中的裂纹半径长度a来判断零件是否发生低应力脆断？
答：在弹塑性条件下，当应力场强度因子增大到某一临界值，裂纹便失稳扩展而导致材料断裂，这个临界或失稳扩展的应力场强度因子即断裂韧度。 根据公式：δ=δs/k K1=δ√πa K1c=δ√πa 如果K1＞K1c 则材料发生低应力脆断。（其中δs：屈服强度；k：安全系数；K1：应力场强度因子；K1c：断裂韧度；）
17 制定铸造铝合金的淬火工艺，应遵循哪些原则？
①加热方式：为防止铸件过热和变形，低温入炉，空气循环，缓慢加热。 ②淬火温度：由于铸造铝合金中所含杂质较多，易出现低熔点的共晶组织，铸 造时，铸件各处的冷却速度不同，其组织差别较大，铸件的强度塑性较低，因此，淬火加热温度一般比最大溶解温度略低一些，以免过烧。炉温均匀性要求较高，一般在±3～±5℃以内。
③保温时间：因过剩相溶解困难，需要较长保温时间一般3~20小时。 ④冷却方式：为防止变形和引起裂纹，一般应在热水中冷却（50~100℃），固溶后冷却的转移时间在30秒钟以内。
造时，铸件各处的冷却速度不同，其组织差别较大，铸件的强度塑性较低，因此，淬火加热温度一般比最大溶解温度略低一些，以免过烧。炉温均匀性要求较高，一般在±3～±5℃以内。
③保温时间：因过剩相溶解困难，需要较长保温时间一般3~20小时。 ④冷却方式：为防止变形和引起裂纹，一般应在热水中冷却（50~100℃），固溶后冷却的转移时间在30秒钟以内。
于哪些材料或零件?
渗碳是向低碳钢或低合金钢工件表层渗入碳原子的过程，目的是提高工件表层的碳含量，使工件经热处理后表面具有高的硬度和耐磨性，而心部具有一定的强度和较高的韧性。经淬火+低温回火后，工件表面组织为高碳回火马氏体+粒状渗碳体+少量残余奥氏体，其硬度为58-64HRC，心部组织为回火低碳马氏体+铁素体或珠光体+铁素体，心部有较高的塑性和韧性，工件既能承受大的冲击，又能承受大的摩擦，适用于齿轮、活塞销等。
渗氮是向钢件表层渗入氮原子的过程，目的是提高工件表面硬度、耐磨性、疲劳强度和耐蚀性以及热硬性，渗氮用钢通常是含有Al、Cr、Mo、V、Ti等的合金钢，典型的是38CrMoAl，还有35CrMoV、18CrNiW等。渗氮后表层组织为氮化物Fe2N(ε)+Fe4N（γ′），硬度为HV1000-1100，耐磨性和耐蚀性好；过渡期组织
为Fe4N（γ′）+含氮铁素体（α）；心部组织为回火索氏体，具有良好的综合力
学性能。主要应用于在交变载荷下工作的、要求耐磨和尺寸精度高的重要零件，如高速传动精密齿轮，高速柴油机曲轴，高精密机床主轴，镗床镗杆，压缩机活塞杆等，也可用于在较高温度下工作的耐磨、耐热零件，如阀门、排气阀等。 碳氮共渗是同时向钢的表层渗入碳、氮原子的过程，与渗碳相比，碳氮共渗温度低，速度快，零件变形小。经淬火+低温回火后，工件表层组织为细针回火马氏体+颗粒状碳氮化合物
Fe3(C、N)+少量残余奥氏体，具有较高的耐磨性和疲劳强度及抗压强度并兼有一
定的耐蚀性，常应低中碳合金钢制造的重、中负荷齿轮。
钢件在铁氮相图共析点（591℃）以下，于含氮、碳的介质中加热，保温1-4h，使其表面形成铁的碳氮化合物层和α固溶体的扩散层的热处理工艺，称为氮碳共渗。该工艺共渗速度较快，表面硬度略低于渗氮，但抗疲劳性能好，主要用于受冲击负荷小、要求耐磨、疲劳极限较高及变形小的零件和工模具。一般钢铁零件均可进行氮碳共渗。
3. 已知GCrl5钢精密轴承的加工工艺路线为：
下料一锻造一超细化处理一机加工一淬火一冷处理一稳定化处理
其中热处理工艺包括：①超细化处理工艺为：1050℃×20～30min高温加热，250～350℃×2h盐槽等温，690～720℃×3h随炉冷至500℃出炉空冷。②淬火：835～850℃×45～60min在保护气氛下加热，150～170℃的油中冷却5～10min，再在30—60℃油中冷却。③冷处理：清洗后在-40～-70℃×1～1．5h深冷处理。④稳定化处理：粗磨后进行140～180℃×4～12h； 精磨后120～160℃×6～24h。
试分析GCrl5钢精密轴承在加工过程中所采用的上述热处理工艺的目的。
①超细化处理工艺：细化晶粒，碳化物颗粒尺寸＜0.6μm，有利于提高淬火后获得细小针状的马氏体组织，可提高冲击韧度、耐磨性和疲劳强度。
②淬火：相当于分级淬火，减小变形；③冷处理：减少残余奥氏体，提高硬度，稳定尺寸；④稳定化处理：进一步稳定尺寸。
4. 亚共析钢的淬火温度常选在Ac3以上，而过共析钢淬火加
热温度为何选在Ac1～Acm之间，试从理论上加以分析。 亚共析钢淬火时，应将工件加热到完全奥氏体，使铁素体全部溶解，以保证淬火后马氏体的含碳量，从而保证淬火后硬度。
而过共析钢淬火加热温度应选择在Ac1~Acm，以使得加热时碳化物不完全溶解，在随后的淬火时，这些碳化物成为硬的质点，提高耐磨性，同时，降低淬火温度，可以降低马氏体的含碳量，降低马氏体的脆性，同时，降低淬火温度，还可以减少残余奥氏体量，提高工件硬度。
5. 试述热处理在制造业发展中的作用。
①机械行业、汽车行业、航空航天、铁路交通、船舶制造等行业均离不开热处理； ②热处理质量直接影响工件乃至整机的性能及寿命； ③热处理质量的提高对节能减排、材料消耗方面有至关重要的作用；
6．渗碳件热处理常出现以下缺陷，试分析其原因并指出防止措施。
(1)淬火后硬度偏低：(2)渗层深度不够：(3)渗层出现大块状网状碳化物。
1.淬火后硬度低；主要是渗层表面碳浓度较低或表面脱碳；另一方面，是由于渗碳后热处理工艺不合理，表面有托氏体或残余奥氏体量更多。渗碳时控制好温度、炉压、滴量，防止炉子漏气和风扇停转；正确地选择淬火温度、淬火方法；还可在渗碳后进行一次深冷处理，减少残余奥氏体含量，以提高渗层硬度。表面已有托氏体存在的工件可重新加热淬火。
2.渗层出现大块或网状碳化物主要原因是渗碳时表面碳浓度过高而引起的；降低渗剂活性，严格控制碳势，就能有效控制表面碳浓度，防止出现大块或网状碳化物。消除粗大块状或网状碳化物的方法是：适当提高渗碳后的淬火温度；采用两次淬火或正火＋淬火；也可考虑一次正火或淬火后，增加一次高温回火，；渗碳后快冷也可减少形成网状碳化物的可能性。
3.渗碳层深度不均匀；主要是由于炉温不均匀；炉内气氛循环不良；零件表面吧清洁，有锈点、油污；零件表面积碳等原因造成的。装炉前严格清洗零件表面；合理装炉，尽量使工件之间间隙均匀；定期清理炉内积碳等措施可以避免此类缺陷的出现。
7. 汽车、拖拉机齿轮选用20CrMnTi材料，其加工工艺路线为：
下料 → 锻造 → 正火→ 机加工→渗碳、淬火+低温回火 → 喷丸 → 磨削 → 成品
试分析各热处理工序的作用。
正火：消除内应力、细化组织、改善切削加工性能和淬火前的预备让处理。 渗碳：提高工件表层的碳含量，使工件经热处理后表面具有高的硬度和耐磨 6
性，而芯部具有一定的强度和较高的韧性。这样工件既能承受大的摩擦。工件渗碳后还需进行淬火和低温回火处理，才能使表面具有高硬度、高耐磨性和较高的接触疲劳强度及弯曲疲劳强度，芯部具有一定的强度和较高的韧性。 喷丸：提高工件表面强度、疲劳强度和抗应力腐蚀能力。
1．合金结构钢分为哪几类?并分别列举两种钢号。
1.合金结构钢：包括低合金结构钢：15MVN、14CrMnMoVB；合金渗碳钢：20CrMnTi、20CrMnMo；合金调质钢：40Cr、40CrNiMo；合金弹簧钢：65Mn、60Si2Mn；滚珠轴承钢：GCr15、GCr9；
2.合金工具钢：高碳低合金工具钢：9CrSi 、 CrWMn；高碳高合金工具钢：Cr12MoV、W18Cr4V；中碳合金工具钢：5CrMnMo、3Cr2W8V；
3.特殊性能钢：包括不锈钢3Cr13 1Cr13；耐热钢和高温合金；低温钢:1Cr18Ni9Ti、0 Cr18Ni9；耐磨钢ZGMn13。
2．磨损失效类型有几种?如何防止零件的各类磨损失效? 粘着磨损、磨粒磨损、腐蚀磨损、麻点磨损（接触疲劳）；
防止粘着磨损应采取措施：1合理选择摩擦副配对材料；2.采用表面处理减小摩擦系数或提高表面硬度；3.减小接触压应力；4.减小表面粗糙度。
防止磨粒磨损应采取措施：1.合理选用高硬度材料；2.采用表面处理和表面加工硬化等方法
提高摩擦副材料表面硬度，提高耐磨性；3.设计时减小接触压应力和滑动摩擦距离以及改进润滑油过滤装置以清除磨粒。
防止腐蚀磨损应采取措施：提高基体金属表层硬度或形成与基体金属牢固结合致密氧化膜的表面处理方法如渗碳、渗氮、蒸汽处理等。
防止接触疲劳磨损应采取措施：1.提高材料的硬度，增加塑性变形抗力，延缓裂纹形成和扩展；2.提高材料的纯净度，减少夹杂物，从而减少裂纹源；3.提高零件的心部强度和硬度，增加硬化层深度，细化硬化层组织；4.减小零件表面粗糙度，以减小摩擦力；5.提高润滑油的粘度以降低油楔作用。
3．钢中的氮元素对钢材性能有什么影响?
氮固溶于铁素体中产生“应变时效”，增加零件脆性，对锅炉、化工容器及深冲零件不利，影响安全可靠性；此时N是有害元素；
但是当钢中含有Al、V、Ti、Nb等元素时，它们可与N形成细小弥散氮化物，细化晶粒，提高钢的强度并减低N的应变时效，N是有益的，某些耐热钢中，常把N作为合金元素以提高钢的耐热性。
4．列出并简要说明静拉伸试验中最基本的力学性能指标。
1.比例极限σp , 2 弹性极限σe 3.屈服强度σs (σ0.2) 4.抗拉强度 7性，而芯部具有一定的强度和较高的韧性。这样工件既能承受大的摩擦。工件渗碳后还需进行淬火和低温回火处理，才能使表面具有高硬度、高耐磨性和较高的接触疲劳强度及弯曲疲劳强度，芯部具有一定的强度和较高的韧性。 喷丸：提高工件表面强度、疲劳强度和抗应力腐蚀能力。
1．合金结构钢分为哪几类?并分别列举两种钢号。
1.合金结构钢：包括低合金结构钢：15MVN、14CrMnMoVB；合金渗碳钢：20CrMnTi、20CrMnMo；合金调质钢：40Cr、40CrNiMo；合金弹簧钢：65Mn、60Si2Mn；滚珠轴承钢：GCr15、GCr9；
2.合金工具钢：高碳低合金工具钢：9CrSi 、 CrWMn；高碳高合金工具钢：Cr12MoV、W18Cr4V；中碳合金工具钢：5CrMnMo、3Cr2W8V；
3.特殊性能钢：包括不锈钢3Cr13 1Cr13；耐热钢和高温合金；低温钢:1Cr18Ni9Ti、0 Cr18Ni9；耐磨钢ZGMn13。
2．磨损失效类型有几种?如何防止零件的各类磨损失效? 粘着磨损、磨粒磨损、腐蚀磨损、麻点磨损（接触疲劳）；
防止粘着磨损应采取措施：1合理选择摩擦副配对材料；2.采用表面处理减小摩擦系数或提高表面硬度；3.减小接触压应力；4.减小表面粗糙度。
防止磨粒磨损应采取措施：1.合理选用高硬度材料；2.采用表面处理和表面加工硬化等方法
提高摩擦副材料表面硬度，提高耐磨性；3.设计时减小接触压应力和滑动摩擦距离以及改进润滑油过滤装置以清除磨粒。
防止腐蚀磨损应采取措施：提高基体金属表层硬度或形成与基体金属牢固结合致密氧化膜的表面处理方法如渗碳、渗氮、蒸汽处理等。
防止接触疲劳磨损应采取措施：1.提高材料的硬度，增加塑性变形抗力，延缓裂纹形成和扩展；2.提高材料的纯净度，减少夹杂物，从而减少裂纹源；3.提高零件的心部强度和硬度，增加硬化层深度，细化硬化层组织；4.减小零件表面粗糙度，以减小摩擦力；5.提高润滑油的粘度以降低油楔作用。
3．钢中的氮元素对钢材性能有什么影响?
氮固溶于铁素体中产生“应变时效”，增加零件脆性，对锅炉、化工容器及深冲零件不利，影响安全可靠性；此时N是有害元素；
但是当钢中含有Al、V、Ti、Nb等元素时，它们可与N形成细小弥散氮化物，细化晶粒，提高钢的强度并减低N的应变时效，N是有益的，某些耐热钢中，常把N作为合金元素以提高钢的耐热性。
4．列出并简要说明静拉伸试验中最基本的力学性能指标。
1.比例极限σp , 2 弹性极限σe 3.屈服强度σs (σ0.2) 4.抗拉强度 7
微观：电子显微镜下观察有条形花样。
10．简述超声波探伤的原理和特点。
超声波具有直线性和束射性，向被检材料发射超声波，在传播途中遇到障碍（缺陷）由于发生反射、折射、散射或吸收等现象，使其方向和强度受到影响，根据影响的方式和大小就可以确定缺陷部位的尺寸、物理性质、方向性、分布方式及分布位置等。
按其原理分为三类：1.根据缺陷的回波来进行判断的脉冲反射法；2.根据缺陷的阴影来判断缺陷的穿透法；3.根据被检件产生驻波来判断缺陷情况的共振法。
11.何谓蠕变极限和持久强度？零件在高温下的失效方式有哪些？如何防止？
蠕变极限是高温长期载荷作用下材料对塑形变形的抗力指标。
持久强度：在给定的温度下和规定时间内，试样发生断裂的应力值。
零件在高温下的失效方式主要有过量塑形变形（蠕变变形）、断裂（包括蠕变断裂和冲击载荷及疲劳载荷下的断裂）、磨损、氧化腐蚀等。
防止：a正确选材。材料的蠕变极限和持久强度是对化学成分和显微组织敏感的力学性能指标。材料的熔点越高，组织越稳定，其蠕变极限和持久强度越高。b表面处理。在耐热合金钢表面镀硬铬、热喷涂铝和陶瓷以提高抗氧化性、耐腐蚀性和耐磨性。
12.马氏体转变与贝氏体转变有哪些异同点？
（１）二者转变都有一个转变温度区，马氏体转变对应于Ms~Mf，贝氏体转变
与Bs~Bf点。
（２）贝氏体转变可等温进行，而钢中马氏体转变是非恒温性的，即马氏体转变是在不断降温的条件下才能进行。由此可见，马氏体转变量是温度的函数，而与等温时间无关。
（３）马氏体转变只有点阵改组而无成分的改变，如钢中的奥氏体转变为马氏体时，只是点阵由面心立方通过共格切变改组成体心立方（或体心正方），因而马氏体的成分与奥氏体的成分完全一样。这种母相（奥氏体）以均匀切变方式转变为新相（马氏体）的转变称为无扩散型相变—现在各种合金中广泛地叫做马氏体转变。此时钢中的铁、碳原子均无扩散，而贝氏体转变只有碳原子的扩散，而无铁原子和合金元素的扩散。这种中温转变包含着两种不同机制的转变，贝氏体为两相混合物组织，而马氏体是单相组织。
（４）贝氏体中铁素体在形成时，与马氏体转变一样，在抛光面上均引起浮凸。所不同的是马氏体浮凸呈“N”形，而贝氏体中铁素体的浮凸呈“V”形或“A”形。贝氏体的晶体学特征，其中包括位向关系与惯习面等与马氏体接近。 （５）二者转变均存在不完全性，即转变不能进行到终了。马氏体转变还具有可逆性，即快速反向加热不到Ａ1点发生逆转变。
13.简述分级淬火与等温淬火工艺的区别。
分级淬火：钢材或工件加热奥氏体化，随之浸入稍高或稍低于钢的上马氏体点的液态介质（盐浴或碱浴）中，保持适当时间，待钢件的内、外层都达到介质温度 9

后取出空冷，以获得马氏体组织的淬火工艺。用于合金工具钢及小截面碳素工具钢，可减少变形与开裂。
等温淬火：钢材或工件加热奥氏体化，随之快冷到贝氏体转变温度区域（260-400℃）等温保持，使奥氏体转变为贝氏体的淬火工艺。用于要求变形小、韧性高的合金钢工件。
14．简述为提高4Cr5Mosiv1钢质量热处理应采取哪些措施？
15.高速工具钢的金相检验应包括哪些项目？
高速工具钢的金相检验项目应包括：
（1）高速钢中碳化物的不均性和尺寸大小的评级； （2）高速钢锻件碳化物不均性评级；（3）高速钢刀具淬火过热程度和回火程度检验。
三、综合应用题(每题8分，共计40分)
请用钢笔或圆珠笔将答案直接写在试卷上。
1.试画出Fe-Fe3C相图的简单示意图，简要说明T12钢（过共析钢）的平衡凝固
过程。（要求画出各温度区间的简单组织示意图即可）
答案：在T1~ T2开始由液相结晶出奥氏体，到T2结晶完毕。到T3温度时由奥氏体结晶出二次渗碳体，当到达共析温度时剩余的奥氏体发生共析反应生成珠光体，低于共析温度由铁素体析出三渗碳体忽略！ 室温组织是：珠光体+二次渗碳体
2.为什么机床齿轮一般选用45或40Cr等材料制造，而汽车齿轮一般选用20CrMnTi、
20CrMnMo等材料制造，请给出两类材料的加工工艺路线，并指出采用不同热处理工艺的目的是什么？
45或40C的加工工艺路线：下料—锻造—正火—粗加工—调质—半精加工—感应淬火+低温回火—精磨—成品；
正火可使组织均匀化，消除锻造应力，调整硬度改善切削加工性。
调质可使齿轮具有较高的综合力学性能，提高齿轮心部强度和韧性，使齿轮能承受较大弯曲应力和冲击载荷，并减小淬火变形；
感应淬火可提高齿轮表面硬度和耐磨性，提高齿面接触疲劳强度；
低温回火是在不降低表面硬度的情况下消除淬火应力，防止产生磨削裂纹和提高齿轮抗冲击的能力。
20CrMnTi、20CrMnMo的加工工艺路线：下料—锻造—正火—机械加工—渗碳、淬火+低温回火—喷丸—磨加工—成品
正火可使组织均匀化，调整硬度改善切削加工性。
渗碳是提高齿面碳的质量分数（0.8-1.05%）；
淬火可提高齿轮表面硬度并获得一定淬硬层深度（0.8-1.3mm），提高齿面耐磨性和接触疲劳强度；
低温回火的作用是消除淬火应力，防止磨削裂纹，提高冲击抗力。
喷丸处理可提高齿面硬度约1-3HRC，增加表面残余压应力，从而提高接触疲劳强度。
3．简述减少工件淬火变形和防止开裂的主要措施。
①形状复杂的易变形工件，可采用空气预冷或降温预冷后在淬入冷却剂。②轴类工件应垂直淬入冷却剂。③长板状工件应横向侧面淬入冷却剂。④套筒和薄壁圆环状工件，应沿轴向淬入冷却剂。⑤截面相差很大的工件，应将截面大的部分先淬入冷却剂。⑥有凹面的工件应将凹面向上淬入冷却剂。⑦单面有长槽工件，槽口向上，倾斜45℃淬入冷却剂。⑧在保证所有要求的硬度的条件下，宫颈癌年淬入冷却剂后可不作摆动，或只作淬入方向的直线移动，以减少变形。
4．简述热处理工艺设计及热处理设备选择的原则。
答：1.热处理设备选择的原则：热处理设备是实施热处理工艺、保证热处理质量、节约能源降低成本的基本条件，其选择原则为：
（1）选择设备应满足热处理工艺要求，保证产品热处理质量；
（2）根据生产批量选择设备，尽可能扩大设备的使用范围，提高生产效率；
（3）热处理设备解除的选择应从生产成本、能源供应情况、操作与控制的可能性、环境保护因地制宜的综合考虑。
2.热处理工艺设计所遵循如下原则：
（1）工艺的先进性。（2）工艺可靠、合理、可行。（3）工艺的经济性。（4）工艺安全性。（5）尽量采用机械化、自动化程序高的工艺装备。
5．简述计算机技术在热处理质量管理中的作用。
现代计算机技术的发展为热处理工艺优化设计、工艺过程的自动控制、质量检测与数理统计分析等提供了崭新的手段。它能及时地为质量管理收集大量准确的信息，并作出合理判断。也能用于故障诊断和质量认证、专家咨询。计算机已成为 
先进的质量管理工具。开创了热处理质量控制的灿烂前景。
利用计算机的存储和控制功能，可将各类工件的最佳热处理工艺存入存储器；利用计算机进行质量检验；利用计算机可以对质量档案及质量信息检索；利用计算机可以进行工序质量分析。
6．钢中马氏体的主要组织形态有哪二种?分别指出它们亚结构、性能特点和形成条件?马氏体转变的特点是什么？
板条马氏体： 亚结构：由高密度的位错组成，并存在条间奥氏体。 性能特点：具有较高的强度和硬度，而且塑性韧性较好。 形成条件：主要在低碳钢，马氏体时效钢和不锈钢淬火组织中存在。
片状马氏体：亚结构：由互相平行的细小孪晶所组成，并集中在马氏体片的中央部分。 性能特点：硬度高，脆性大。 形成条件：经常出现在高碳钢中。 马氏体转变特点：1切变共格和表面浮凸现象2、马氏体转变的无扩散性3、具有一定的位向关系和惯习面4、马氏体转变时在一个温度范围内完成的5、马氏体转变具有可逆性
7．有一高频淬火处理的主轴，使用中早期断裂失效，应进行哪些理化检测才能判断早期失效原因?为什么?
8．从基本传热方式考虑，热处理电阻炉节能措施有哪些？
9．试述热处理的生产过程质晕控制的主要内容。
. ①设备选择：在经济合理的基础上，除了审查新的设备能否满足质量要求，各项技术指标是否先进外要注意把加工能力与良好的适应性及维修性结合起来。 ②设备的安装与调试：生产车间要配备有关人员参加调试，并做好安装调试的原始记录、③合理使用设备：1技术人员与操作者应熟悉设备的结构性能，精度和效率等特点，从而达到准确控制工艺参数的目的2多班制生产主要设备操作人员应办理交接手续，并有记录。3操作者对设备负有保管和维修责任。4严格遵守设备操作规程，有问题及时反映。
④设备的检查与维修：车间必须经常检查了解设备的状态，还要制定主要热处理设备维修计划对设备进行定期修理。
⑤自制设备与改造旧设备：制造设备时应尽量采用标准件，通用件，保证以最小的消耗，最低的成本，在较短时间内制造出来。
⑥做好计量工作：计量器具应经常处于技术规范所要求的使用状态，以便稳定热处理质量，还要定期对它们进行校验或标定。
⑦设备的闲置封存启封和报废。
10.分别简述光学显微镜、透射电镜和扫描电镜的成像原理?扫描电镜的特点是什么?
成像原理
光学显微镜：光学透镜—物镜和目镜以及光路系统获得显微组织放大图像的仪器。 透射电镜：成像原理与光学显微镜基本相同，只是电子束代替可见光，用电磁透射镜代替光学透镜。 扫描电镜：利用扫描线圈使经过聚焦的电子束在试样表面扫描，引起二次电子等各种信号发射，经过接受放大，在显像管的荧光屏上形成二次电子图像。 扫描电镜的特点：①放大倍数在20万倍范围内连续调节。②分辨率高。③景深大，成像立体感强。④可提供多种电子图像，从而获得样品表面的形貌衬度，原子序数等衬度及成分分别等信息。
补充：
铸铁的常温组织有哪些？
钢的基体组织；石墨；磷共晶；碳化物。
铸造铝合金热处理的目的是什么？
消除內应力；偏析；稳定尺寸；改善合金中的粗大组织，提高性能。 变形黄铜季节性开裂的原因？制定防止开裂的热处理工艺？
冷变形內应力是主要原因；去应力退火防止，一般250~300℃加热，保温2-4h。
变形铝合金为什么要淬火和时效？
淬火后得到过饱和的固溶体软化材料，以便冷加工。时效析出的弥散相具有强化
作用，
钢的C曲线在生产中有何实用价值？
用于制定热处理工艺；分析热处理后的组织及性能；估计淬透性和选择合适的淬火介质；计算临界冷却速度等。
表面处理具有什么特点？
使材料表明具有特殊的成分、结构和性能，对内部组织和性能影响不大；表面处理兼有装饰和防护功能；可以节省贵重金属等。
简述真空热处理的特点。
防止氧化、脱碳，可进行成品热处理。脱气、脱脂，表面光亮，防止氢脆，提高产品质量。淬火变形小、节省材料和加工工序，能耗少。无污染、无公害。但一次性投资大。
25．试述一般渗碳件的工艺路线
下料→锻造→正火→切削加工→防渗保护→渗碳→淬火→低温回火→喷丸→精磨→成品
26．提高
29．控制感应加热淬火零件质量的技术要求有哪些？ 表面硬度；硬化区域；硬化层深度；金相组织。
30．加速化学热处理的主要途径有哪些？
分段控制工艺；多元素复合共渗；高温扩散；采用加速扩散的新材料；化学或物理催渗等。
31．某精密轴承材料为GCr15 T8钢卡尺性能、又节能的两种热处理工艺？ 1）盐炉整体淬火，尺身局部回火。2）整体淬火回火，量爪高频淬火回火、时效。 钢，为保证其高耐磨性、疲劳强度及尺寸的稳定性，在加工过程中需进行哪几道热处理工序？每道热处理工序的工艺目的是什么？
双细化处理、保护气氛加热淬火、冷处理、回火、稳定化处理。
双细化处理是细化晶粒，细化碳化物尺寸，获得细小针状马氏体组织，提高冲击韧度、耐磨性；保护气氛加热淬火是为了避免氧化和脱碳，获得高硬度；冷处理是使残留奥氏体转变为稳定马氏体组织；回火是获得回火马氏体组织和消除应力；稳定化处理是进一步消除残余应力，稳定组织，保证尺寸的稳定性。
32．常用的淬火方法有哪些？试说明选用淬火方法的原则。 单介质淬火、双介质淬火、分级淬火、等温淬火、延时淬火等。以减少淬火为变形，并得到马氏体组织为原则，同时还应该兼顾生产效率和经济成本。 33．高速钢刀具深冷处理为什么能提高使用寿命？
残存的少量残余奥氏体中存在的位错、孪晶使其自身强化；冷处理时转变的马氏体中碳、合金含量高，强化基体；处理过程中析出的碳化物更细小，使高速钢的 
抗回火性、塑韧性和耐磨性提高。
34．从哪些方面采取措施能够减少齿轮热处理的畸变?
选择合适的预备热处理；合理装炉、吊挂、均温；渗碳淬火后不清洗直接回火；加心轴淬火；采用微变形钢等。
35. 用T10A钢制造的冲裁凹模，淬火时存在什么不利因素？如何解决？ P230
淬透性比较差、耐磨性低，容易变形开裂。可以用双介质淬火方法减少变形，或改用低合金工具钢油冷淬火。
21．与上贝氏体相比，为什么下贝氏体具有较高的强韧性？ 铁素体中过饱和的碳原子多，固溶强化好。铁素体中位错密度更高，具有较好的强化效果。碳化物颗粒细小，具有弥散强化效果。晶粒细小、分布没有方向性，韧性较好。
22．什么是奥氏体的稳定化？研究奥氏体稳定化的实际意义有哪些？
在淬火过程中，由于冷却速度慢、停留、变形，导致马氏体转变迟滞，残余奥氏体含量增加的现象。工程上利用奥氏体稳定化现象调整残余奥氏体含量减少淬火变形或改善零件的强韧性；采用稳定化处理，使剩余的残余奥氏体稳定化，以保证精密零件的尺寸稳定性。
23． 40Cr钢汽车转向节是汽车的重要零件，毛坯硬度要求241～285HBS，成品表面硬度为52～63HRC，需进行哪两种热处理？
毛坯进行调质处理（2分）；成品进行感应加热淬火（2分）
24．改善低碳钢切削加工性能最好采用哪种工艺？为什么？ 正火。因为低碳钢本身含碳量低，退火以铁素体为主、组织又粗、珠光体少，所以硬度低，不适合切削。正火冷却速度快，得到的铁素体少，索氏体多，可以提高硬度。
25．氮化的主要目的、特点和应用范围是什么？
渗氮目的提高工件表面的硬度、耐磨性、耐腐蚀性和疲劳性能。与渗碳相比，温度低，变形小，渗层薄，硬度高，耐磨性好，疲劳强度高，并具有一定耐腐蚀性和热硬性。但周期长、成本高、渗层脆性大。主要用于交变载荷下要求耐磨、尺寸精度高的零件。 27．高速钢有哪些预备热处理工艺？
普通退火；等温退火；循环退火；球化退火；调质处理
28. 简述滚动轴承的工况条件和技术要求。
在交变接触压应力及较大的摩擦力下工作，还有大气、润滑油的腐蚀。因此，要求高硬度、高耐磨性、高的接触疲劳强度、高韧性和良好的尺寸稳定性。有时还需要耐腐蚀、耐高温。
三、综合应用题（每题8分，共计40分）
(用钢笔或圆珠笔将答案直接写在试卷上)
31．以齿轮为例，如何根据工件的服役条件选择化学热处理方法？
对于齿面硬度要求45～55HRC的齿轮：
1）大模数冶金、矿山、机械齿轮应选用中碳合金钢进行火焰淬火或中频感应加热单齿淬火；2小模数机床齿轮可选中碳钢高频感应加热淬火。
对于齿面硬度要求58～62HRC，并承受较大载荷和冲击的汽车、拖拉机齿轮，选用渗碳钢进行渗碳、淬火、低温回火。
对于齿面硬度要求65～72HRC、冲击小、精度高的齿轮, 选用渗氮钢进行渗氮。
32. 分析机床主轴的性能要求。通常选用哪些材料和热处理方法?
受弯曲、扭转、冲击载荷，要求足够的刚度、强度、疲劳、耐磨性和尺寸精度。
1） 大多数用中碳钢表面或局部表面淬火回火；
2） 硬度要求高的采用渗氮；
3） 大冲击的轴用低碳钢渗碳；
4）精度要求高的轴用低合金工具钢表面淬火。
33．为什么亚共析钢经正火后，可获得比退火高的强度与硬度?
正火比退火冷却速度快，硬度低的铁素体比较少；强度高的珠光体更细、而且含量也多；两种组织的晶粒也比较细，所以强度和硬度高。
34．冷作模具常用的材料有哪些？说明以下三种冷作模具的制造工艺路线：P227
碳素工具钢；合金工具钢；高速钢等。
1）一般成形冷作模具：锻造→球化退火→机械加工成形→淬火回火→钳修装配
2）成形磨削（凸模）及电加工（凹模）冷作模具：锻造→球化退火→机械粗加工→淬火回火→机械精加工→钳修装配
3）复杂冷作模具：锻造→球化退火→机械粗加工→调质→机械精加工→钳修装配