热处理概念解析.doc

术语解释：
1、 过冷奥氏体：奥氏体在A1以下，处于不稳定状态，必将发生相变，但是过冷到A1以下的奥氏体并不是立即发生相变的，而是需要经过孕育之后才会发生相变，这种短暂存在于A1以下的奥氏体称为过冷奥氏体。
2、 淬火：将工件加热到Ac3或ACcm以上的某一温度，保温一段时间后快速冷却以获得下贝氏体或马氏体的一种热处理工艺。
3、 回火：将淬火后的工件重新加热到Ac1以下的某一温度，经适当的保温后冷却到室温的处理工艺称为回火；（其目的是为了降低淬火脆性、削除或降低应力、提高韧性）
根据回火温度的不同分为：低温回火、中温回火、高温回火。
低温回火：淬火后的零件重新加热至150-250℃经适当的保温后冷却至室温的热处理工艺，低温回火得到的组织为回火马氏体。（其目的是为了得到高硬度、高耐磨、消除残余应力。）主要用于高碳钢、轴承钢、合金钢、渗碳钢等。
中温回火：淬火后的零件重新加热至350-500℃，经适当保温后冷却至室内温的热处理工艺，中温回火得到的组织为回火屈氏体。（其目的是为了获得较高弹性极限和屈服强度，同时改善塑性和韧性，主要用于各种弹簧的热处理。）
高温回火：淬火后的零件重新加热至450-600℃，经适当保温后冷却至室温的热处理工艺，高温回火得到的组织为回火索氏体，其目的是获得高强度、高塑性、高韧性的性能，适用于各种中碳钢结构的零件。
4、 正火：工件加热到Ac3或ACcm以上（30-50℃）的某一温度，保温一段时间后，然后从炉中取出空冷或雾冷或水冷至室温的一种热处理工艺。
目的：降低硬度，提高塑性、改善切削性能、去除应力，正火比退火的冷却速度快，所以效率较退火高，因冷却速度快，组织较细，其硬度，强度都相应的比退火要高。实际应用中常用正火代替淬火做一些不重要零件的热处理。
5、 退火：将工件加热到适当的温度，经适当保温后，然后缓慢冷却，以获得接近平衡状态组织的热处理工艺。
根据处理目的和要求不同，钢的退火分为：完全退火、等温退火、球化退火、去应力退火。
6、 索氏体：650-600℃的等温转变产物为索氏体，其组织为较细层片状珠光体。
7、 屈氏体：600-550℃的等温转变产物为屈氏体，其组织为极细层片状珠光体。
珠光体的片间距越小，则珠光体的硬度越高、强度高、塑性高。
8、 调制处理：淬火后高温回火的热处理方式。大多数承受冲击、疲劳等动载荷的零件采用调质处理，而不能用正火代替。
9、 淬透性：是指钢在一定条件下淬火时获得淬透层（马氏体层）的深度的能力。
10、表面淬火：通过快速加热使钢材表面奥氏体化后快速冷却，使表层获得一定硬度的马氏体组织的方法。
11、化学热处理：是将钢材放在具有一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入其表层，改变表层的化学成分，使其组织和化学性能发生改变的热处理方法。
12、渗碳：将钢件在渗碳介质中加热并保温，使碳原子渗入表层，可使零件的表层和心部分别具有高碳和低碳组织的一种化学热处理工艺。这样可以使零件的表面层硬度提高，而心部又保持良好的韧性。渗碳主要用于表面受磨损严重并承受较大冲击载荷和交变载荷的零件。
低碳钢渗碳后必须经过热处理，一般采用淬火+低温回火。
渗碳由：分解、吸收、扩散3个过程组成。（气体渗碳需要加热至900-950℃）
优点：生产效率高，渗碳层质量好，劳动条件低，渗碳过程容易控制，容易实现机械化、自动化，适用于大批量生产。
缺点：碳量和渗碳层深度不易精确控制，消耗能量大。
13、渗氮（氮化）：渗氮是将工件表面渗入氮原子的化学热处理工艺。
渗氮时间取决于渗氮层的厚度，一般渗氮层的厚度为0.4-0.6mm，渗氮时间约需20-50h，所以生产周期比较长。
氮化前工件要进行调质处理。使其组织为回火索氏体。
氮化通常用于耐磨性和尺寸精度要求高的零件。
14、碳氮共渗：是指向钢的表面同时渗入碳和氮原子的过程，也称氰化处理。主要有液体碳氮共渗和气体碳氮共渗。
其中液体碳氮共渗的介质有毒，污染环境，劳动条件差所以很少采用。
气体碳氮共渗应用较为广泛，又分为高温气体碳氮共渗和低温气体碳氮共渗两类。
高温气体碳氮共渗：实质上是以渗碳为主的共渗工艺，介质即渗碳和渗氮用的混合体。
低温气体碳氮共渗：实质上是以渗氮为主的共渗工艺，又称为气体共渗，生产上习惯称为软氮化。由于表层碳氮化合物层太薄，仅有0.01-0.02故不宜用于重载条件下工作的零件。
2-2：共析钢加热时向奥氏体转变分哪几个阶段？说明亚共析钢和过共析钢向奥氏体转变时有什么特点？
概念明析：共析钢：含碳量=0.77%   以纯珠光体的形式存在。
亚共析钢：含碳量0.0218-0.77%  　以珠光体和铁素体的共熔体形式存在。
过共析钢： 含碳量0.77-2.11%　　以珠光体和渗碳体的形式存在。
共析钢加热时向奥氏体转变分为：1、晶核体的形成：将珠光体加热到Ac1以上，在铁素体与渗碳体相界上形成奥氏体晶核。2、晶核长大；3、残余渗碳体的溶解；4、奥氏体的均匀化。

2-3：试比较马氏体和下贝氏体的结构和组织有什么不同。
答：含碳量≤0.2%的钢淬火后得到的组织为板条状马氏体（强度好、硬度高、高韧性，同时脆性也比较高）；
含碳量≥1%的钢在马氏体等温转变区转变得到的组织为片状马氏体（高硬度，脆性比较高，塑性较差）。
上贝氏体：550℃-500℃之间等温转变获得的组织为上贝氏体组织，因铁素体条间距较大，故脆性、硬度高，实际生产中很少采用这种组织。
下贝氏体：500℃-Ms（马氏体转变开始温度）之间等温转变区转变得到的组织为下贝氏体（下贝氏体强韧性好，硬度高）。实用价值很高。
2-4：从组织和性能上说明，为什么等温淬火一般要求得到下贝氏体组织而避免得到上贝氏体组织。
答：下贝氏体组织为针状组织，因组织较细密，所以具有高强度，高硬度，高韧性；而上贝氏体为宽铁素体条组织，因组织较粗，故强韧性差，脆性高，塑性差，实用价值差。综合上述下贝氏体组织要远优于上贝氏体，所以一般要求得到下贝氏体，避免得到上贝氏体。
2-5：简述过共析钢过冷奥氏体在等温转变时的温度、结构、组织和性能。
答：过共析钢过冷奥氏体在Ms-Mf之间等温转变获得的组织为片状马氏体组织，片状马氏体具有高硬度，高脆性，塑性显著降低。
2-6：钢在淬火时为什么会发生变形，甚至开裂？采用什么方法可以减少变形钢中的残余奥氏体量？
答：1、造成变形与开裂的主要原因有两个：热应力与组织应力。
热应力是指加热和冷却过程中，由于表面和心部受热不均匀，膨胀或收缩不一至所产生的应力。
组织应力是指淬火过程中，马氏体转变时体积变化所造成的应力。
2、材料受到外部应力时，超过弹性极限即产生塑性变形，超过断裂极限产生开裂。所以减少变形开裂的方法就是如何很好地控制应力，比较有效的方法有：设计零件时尽量做到截面均匀、形状对称；加热时控制加热速度，必要时采取多次等温加热；冷却时可以采用冷却速度缓和的冷却介质（当然，应该保证Vc）；预冷淬火；淬火后及时回火，消除残余应力等方法。
2-7：正火和退火的主要区别是什么？在实际生产中怎样选择？
答：退火的目的是为了降低硬度，提高塑性，去除或消除应力，改善切削性能。而正火是为了获得较高的强硬度，消除残留应力。退火与正火的冷却方式也不同，其得到的组织与有所不同。
　　在实际生产中，如果是为了降低硬度，去应力，改善切削性能可采用退火。而对于一些承受冲击载荷等动载荷、有一定硬度要求的零件常采用正火处理。
2-8：如何进行球化退火？为什么过共析钢必须采用球化退火，而不采用完全退火？

2-9：为可加工性，确定下列钢件的预备热处理方法，并指出所得到的组织：（1）20钢钢板子孙（2）T8钢锯条。

2-10：常用的淬火方法有哪几种？说明它们的主要特点及其应用范围。
答：按淬火的范围分为：整体式淬火与表面淬火。
淬火钢件按冷却介质的不同有水淬、油淬、盐浴淬等。表面淬火因加热条件不同，又分为感应式加热淬火与火焰式加热淬火。
2-11：淬火钢回火时其组织怎样转变？分哪几个阶段？
　　　答：淬火钢回火是指把淬火后的钢重新加热至Ac1以下某一温度，经适当保温后再冷却至室温的一种热处理工艺。
　　　　　分为加热、保温、冷却三个阶段。
　　　　　因回火温度的不同分为：低温回火、中温回火、高温回火；
　　　　低温回火：加热至150-250℃。其目的是为了获得高硬度，消除残留应力。常用于高碳钢、中碳合金钢、工具钢等需求高硬度、高耐磨材料的回火处理。低温回火获得的组织为回火马氏体。因加热温度较低，故不影响材料组织。
　　　　　中温回火：加热至350-500℃。其目的是为了获得弹性极限。常用于弹簧钢的回火处理。（中温回火获得的组织为回火屈氏体）
　　　　　高温回火：加热至450-550℃。其目的是为了获得高强度、高硬度、高韧性接近于平衡性能的热处理。高温回火得到的组织为回火萦氏体。（淬火后的钢高温回火又称调质处理，一般用作中碳结构钢的最终热处理）。
2-12：索氏体和回火萦氏体有何异同？
　　　答：索氏体是过冷奥氏体在珠光体等温转变区等温获得的组织，其组织形式为细珠光体。而回火索氏体是由马氏体高温转变而来，其组织为粒状珠光体。
　　　　　萦氏体硬度比回火萦氏体硬度要高，但塑性、韧性较差。
2-13：试分析45钢在退火、正火、淬火和回火后的组织性能。

2-14：表面淬火后的零件在性能上有何特点？试说明表面淬火的适用范围。
　　　答：表面淬火的零件表面具有高硬度、高耐磨性，而心部具有强韧性。
　　　　　适用于表面要求高硬度、高耐磨，而心部需要高强韧性的零件，如承受疲劳、冲击等动载荷的零件。
2-15：钢在渗碳后还要进行何种热处理？为什么？
答：钢在渗碳后需要进行淬火+低温回火处理。是为了获得原材料无法获得的高硬度。
2-16：什么是氮化？它有哪些特点？为什么氮化后不需要热处理？
答：氮化是指将工件表面渗入氮原子的化学热处理。
　　　　　氮化用于需要高硬度、高耐磨、尺寸精度要求高的零件。
　　　　　氮化后再处理，将会破坏氮化层，就失去了氮化的意义。