金属材料热处理.doc

练习一1、 将经过大量冷塑性变形（例如为70）的纯铜长棒的一端浸入冰水中，另一端加热至接近熔点的高温(例如0.9Tm)，过程持续进行一小时，然后试样完全冷却，试作沿棒长度的硬度分布曲线（示意图），并作简要说明2、 分析一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体、共析渗碳体的异同之处相同点：都是渗碳体 成分相同不同点：由液体中结晶出粗大的先共晶渗碳体称为一次渗碳体，为粗大的片状；二次渗碳体由奥氏体析出的，二次渗碳体为网状结构，网状降低材料的强度，一般用中火处理；三次渗碳体由铁素体析出，为短棒状，片状等；共析渗碳体由共析转变得到的，共析渗碳体为片状，强化基体，片状增加材料的强度；共晶渗碳体由共晶转变得到的，成连续分布状态3、 通过冷加工使屈服强度提高四倍的无氧铜被推广用在温度为150的电气装置上，在进行强度设计时为何要考虑回复效应，又为何不考虑晶粒长大效应。冷加工后的无氧铜内有足够的储能，在150条件下可能发生回复效应，工作温度150低于无氧铜再结晶温度，所以不会发生再结晶效应，也不会发生晶粒长大。练习二1、 简述共析钢加热时奥氏体形成的几个阶段，并说明亚共析钢、过共析钢奥氏体形成的主要特点。F0.0218，bcc+Fe3C6.69，复杂结构A0.77，fcc奥氏体的形核、奥氏体的长大、残余渗碳体的溶解、奥氏体成分的均匀化亚共析钢：F+PAC1F+AAC3A过共析钢：P+Fe3CAC1A+ Fe3CACcmA2、 简述钢中板条马氏体和片状马氏体的形貌特征、晶体学特点、亚结构及力学性能的差异。板条状马氏体形貌为一束束组成的板条状马氏体，晶体为每根马氏体晶体直径约0.1-0.2微米，晶体结构为体心正方，亚结构主要是位错，板条状马氏体强而韧，硬度低于片状马氏体，韧性高于片状马氏体。片状马氏体的形貌如竹叶，晶体形貌如凸透镜，亚结构主要是孪晶，晶体结构为体心正方，其正方度大于板条状马氏体的正方度，片状马氏体硬而脆，硬度高于板条状马氏体，韧性低于板条状马氏体。3、 归纳、比较共析钢过冷奥氏体冷却转变产物：珠光体、索氏体、屈氏体、上贝氏体、下贝氏体和马氏体组织所采用的符号、形成条件、相组成物、组织特征、强度/硬度、塑性/韧性。转变产物形成条件相组成物组织特征强度/硬度塑性/韧性珠光体（P）A1650铁素体+渗碳体由片层相间的铁素体片和珠光体片组成，片层较粗机械性能取决于片层间距和珠光体团直径，珠光体的片间距和直径越小，钢的强度、塑性和硬度越高。索氏体（S）650600由片层相间的铁素体片和珠光体片组成，片层较细屈氏体（T）600550由片层相间的铁素体片和珠光体片组成，片层极细上贝氏体（B上）550350羽毛状，类似于珠光体，但CM不连续强度低韧性差下贝氏体（B下）350Ms点黑色针状或竹叶状，近似于片状马氏体，但F内有碳化物强度高韧性好马氏体（M）Ms点以下板条马氏体：扁条状，板条间有薄层残余奥氏体；片状马氏体：双透镜状高强度、高硬度板条马氏体比片状马氏体韧性好练习三：1、 以共析钢为例，说明将其奥氏体化后立即随炉冷却、空气中冷却、空气中冷却、油中冷却和水中冷却，各得到什么组织？力学性能有何差异？随炉冷，冷却缓慢，得到的是珠光体。空冷，冷却较快，得到细片状珠光体，即索氏体（S）。油冷得到托氏体（T）和马氏体（M）的混合组织。水冷，冷速超过淬火临界冷却速度，所以得到马氏体还有少量残余奥氏体。力学性能：马氏体强度硬度高，但韧性差，需要再进行回火处理，消除内应力，改善其综合性能。珠光体的片间距和直径越小，钢的强度、塑性和硬度越高，即强度、硬度、塑性：珠光体索氏体屈氏体。2、 T12钢的锉刀，球退后，在Ac1+30-50加热-保温-水冷，然后一段加热至1000，一段置于空气中，保温一段时间后，每点的温度如图所示，若将锉刀淬入水中，试判断各点的组织和性能。A：1000：粗大马氏体+残余奥氏体，力学性能差。B：760：片状马氏体+渗碳体，强度硬度高。C：600：回火索氏体，强度、塑性和韧性的良好配合，具有高的综合力学性能。D：400：回火屈氏体，高弹性极限E：200：回火马氏体，高硬度、强度、耐磨性F：20：马氏体+渗碳体：强度硬度高。3、 高碳合金钢（1.0wt%c）制造精密工具钢，要求HRC62，耐磨性好，组织尺寸稳定。试说明其加工工艺路线中所进行的热处理，各热处理的作用，热处理后的组织和性能。下料锻造球化退火机加工淬火冷处理低温回火精加工时效（研磨加工时效）球化退火：作用：1、减少或消除网状的二次渗碳体，获得均匀的显微组织，减轻应力集中。 2、降低材料的硬度，有效的改善材料的机加工性能 3、作为最终热处理的预备热处理，避免最终热处理过程中工件的变形和破坏。组织：球状珠光体/粒状珠光体性能：硬度降低，具有良好的机加工性能。淬火：作用：使材料获得高的强度、硬度和耐磨性能组织：马氏体+细小碳化物性能：高强度、硬度、耐磨性冷处理：作用：1、减少残余奥氏体量；2、稳定钢的尺寸；3、硬度提高组织：马氏体+渗碳体性能：硬度提高，钢件尺寸稳定。低温回火：作用：降低应力和脆性，使钢具有高硬度、强度和耐磨性组织：回火马氏体性能：高硬度、强度和耐磨性时效：作用：消除内应力，稳定钢材性能和尺寸组织：回火马氏体性能：硬度和强度有所增加，塑性和韧性有所下降练习四1、 说明合金元素与铁和碳的相互作用及分类（1） 与Fe的相互作用：溶入铁的基体相形成铁基的固溶体（2） 与C的相互作用：碳化物形成元素：溶解于固溶体中或形成其他化合物碳化物形成元素：形成间隙化合物或间隙相2、 以W18Cr4V钢为例说明高速钢的成分、加工和热处理工艺特点W：二次硬化，良好的热硬性；组织奥氏体晶粒长大；提高耐磨性Cr：提高钢的淬透性V：细化晶粒，提高钢的耐磨性加工和热处理工艺特点：锻造：击碎鱼骨状分布的粗大碳化物M6C，尽可能均匀分布球化退火-淬火-多次回火。回火后组织：回火马氏体+少量残余奥氏体+碳化物3、 根据汽车变速箱齿轮的技术要求，选择合适的钢种，并合理安排热处理工艺和齿轮制造的工艺路线其技术要求：渗层厚度：1.21.6mm，表面碳量1.0%；齿顶硬度：58-60HRC，心部硬度：30-50HRC渗碳钢，热处理工艺：正火渗碳淬火+低温回火。齿轮制造工艺路线：