鋼熱處理原理及工藝真題

1、2001年球化退火：P279回火脆性 P275調(diào)質(zhì)處理 P293畫出共析鋼的TTT曲線，并在圖中標(biāo)明得到B，M+Ar，P及P+M+Ar的冷卻方式。P24120鋼和T12鋼在淬火后都得到馬氏體，但其力學(xué)性能卻相差很大，試從成分及組織的不同分析產(chǎn)生性能差別的原因。答案2002馬氏體轉(zhuǎn)變 P248球化退火 P279淬透性 P289如何選擇鋼的淬火溫度？簡(jiǎn)述淬火加熱溫度對(duì)鋼的組織和性能的影響。答案簡(jiǎn)述鋼中馬氏體的性能特點(diǎn)和主要的強(qiáng)化機(jī)制。答案2003回火脆性 同2001 P275簡(jiǎn)述馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)的熱力學(xué)及晶體學(xué)特點(diǎn)。答案簡(jiǎn)述淬火鋼回火時(shí)可能發(fā)生哪些組織轉(zhuǎn)變？P268-272答案2004低碳馬氏體的金相

2、顯微組織特征是（板條狀 ），其亞結(jié)構(gòu)為（ 位錯(cuò)馬氏體）；高碳馬氏體的金相顯微組織特征是（片狀 ），其亞結(jié)構(gòu)為（ 孿晶馬氏體）。鋼的回火轉(zhuǎn)變可分為（ ）、（ ）、（ ）和（ ）四個(gè)基本過(guò)程。P26860Si2Mn鋼與T12鋼比較，（ ）淬透性高，（ ）淬硬性高。P2902005淬透性 同2002 P289鋼的奧氏體化由（ ）、（ ）、（ ）和（ ）四個(gè)基本過(guò)程組成。P234-236把兩個(gè)20鋼小試樣分別加熱到Ac1-Ac3之間和Ac3以上溫度并保溫足夠時(shí)間后快速水冷，所得組織，前者為（ ）加（ ），后者為（）。除Co以外，其它合金元素都使碳鋼的C曲線向（ ）移動(dòng)。P243調(diào)質(zhì)處理后的40鋼，高頻

3、加熱的溫度分布如圖1所示，試分析高頻加熱水淬后，輪齒由表面到中心各區(qū)的組織變化，假定該齒輪在淬火時(shí)能夠被淬透。圖見試卷2006回火脆性 同2001、2003年 P275共析鋼淬火形成馬氏體后，在低溫、中溫、高溫回火后的產(chǎn)物分別是（ ）、（）和（ ）。2007馬氏體 P232回火脆性 同2001，2003，2006 P275鋼的淬透性越高，則其C曲線的位置越向（右）P289 (填“左或右”）。馬氏體轉(zhuǎn)變的晶體學(xué)特點(diǎn)有哪些？同2003年答案2008調(diào)質(zhì) P293影響Ms點(diǎn)的因素較多，試說(shuō)出三個(gè)影響因素并加以論述。答案淬火鋼回火時(shí)，主要發(fā)生哪些轉(zhuǎn)變？同2003年P(guān)268-272答案用9SiCr鋼制成

4、圓板牙，其工藝路線為：鍛造球化退火機(jī)械加工淬火低溫回火磨平面開槽開口。試分析：1、球化退火、淬火及回火的目的；2、球化退火、淬火及回火的大致工藝。答案2009鋼的淬透性越高，則其C曲線的位置越向（）(填“左或右”）。同2007年?，F(xiàn)要用45鋼棒材制造車床傳動(dòng)齒輪，要求齒面耐磨、心部強(qiáng)度韌性好。設(shè)計(jì)其工藝路線，應(yīng)進(jìn)行哪些熱處理?為什么？并說(shuō)明組織變化。答案2010為了提高過(guò)共析鋼的強(qiáng)韌性，希望淬火時(shí)控制馬氏體使其具有較低的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，并希望有部分馬氏體。試問(wèn)如何進(jìn)行熱處理才能達(dá)到上述目的？P258對(duì)于高碳鋼件，為了獲得較多的板條狀馬氏體，可以采用較低溫度快速、段時(shí)間加熱淬火方法，保留較多的未溶

5、碳化物，降低奧氏體中的含碳量并阻止富碳微區(qū)的形成。2011球化退火 同2002年2012影響淬火鋼中殘余奧氏體量的主要因素是（B）P242A鋼中的含碳量，B奧氏體中的含碳量 C鋼中碳化物的含量 D淬火冷卻速度馬氏體的硬度主要取決于（D）A冷卻速度 B加熱溫度 C合金元素種類 D含碳量 影響Ms點(diǎn)的因素較多，試說(shuō)出三個(gè)影響因素并加以論述。（一）化學(xué)成分的影響：奧氏體的化學(xué)成分對(duì)Ms點(diǎn)的影響十分顯著，鋼的Ms點(diǎn)主要取決于化學(xué)成分。含碳量的影響含碳量的影響：含碳量對(duì)的影響最為顯著，鋼中隨著含碳量的增加，Ms點(diǎn)呈連續(xù)下降趨勢(shì)，這是由于含碳量增加，奧氏體中碳的溶解度增加，碳原子對(duì)奧氏體的固溶強(qiáng)化作用增強(qiáng)

6、，過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性隨之增強(qiáng)，因此，Ms點(diǎn)隨含碳量增加而呈連續(xù)下降趨勢(shì)合金元素的影響：合金元素對(duì)Ms點(diǎn)的影響主要決定于它們對(duì)平衡溫度T0的影響及對(duì)奧氏體的強(qiáng)化效應(yīng)，凡劇烈降低T0溫度及強(qiáng)化的奧氏體的元素，均劇烈降低Ms點(diǎn)。鋼中常見的合金元素均有使Ms點(diǎn)降低的作用，但效果不如C顯著，只有Al、Co有使Ms點(diǎn)提高的作用。強(qiáng)碳化物形成元素如W、V、Ti等在鋼中多以碳化物形式存在，淬火加熱時(shí)一般溶入奧氏體中很少，對(duì)Ms點(diǎn)影響不大。另外，幾種合金元素同時(shí)存在時(shí)，對(duì)Ms點(diǎn)的影響比較復(fù)雜。 形變與應(yīng)力對(duì)Ms點(diǎn)的影響。過(guò)冷奧氏體冷至Ms點(diǎn)以上的溫度范圍進(jìn)行塑性變形，會(huì)誘發(fā)馬氏體相變，其原因是形變提供的機(jī)械驅(qū)動(dòng)

7、力加上化學(xué)驅(qū)動(dòng)力剛好等于該溫度下馬氏體相變所需的驅(qū)動(dòng)力，因此使過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的Ms點(diǎn)升高。由于馬氏體相變時(shí)必然產(chǎn)生體積膨脹，因此多向壓應(yīng)力阻礙馬氏體的形成，因而降低Ms點(diǎn)。 奧氏體化條件對(duì)Ms點(diǎn)的影響。加熱溫度和保溫時(shí)間對(duì)Ms點(diǎn)的影響較為復(fù)雜。加熱溫度和時(shí)間增加有利于碳和合金元素進(jìn)一步溶入奧氏體中，使Ms點(diǎn)下降。但是，加熱溫度升高，有會(huì)引起奧氏體晶粒長(zhǎng)大，并使其中的晶體缺陷減少，使馬氏體形成時(shí)的切變阻力減小，使Ms點(diǎn)升高。一般奧氏體晶粒長(zhǎng)大在1000才比較顯著，所以，晶粒大小對(duì)Ms點(diǎn)的影響并不顯著。 淬火速度對(duì)Ms點(diǎn)的影響。高速淬火時(shí)Ms點(diǎn)隨淬火冷卻速度增大而升高，淬火速度低時(shí)，Ms點(diǎn)

8、不隨淬火速度變化，相當(dāng)于鋼的名義Ms溫度，在很高的淬火速度下，出現(xiàn)Ms保持不變的另一個(gè)臺(tái)階，這個(gè)臺(tái)階比名義Ms溫度高，在上述兩種淬火速度之間，隨淬火速度的增大而升高。簡(jiǎn)要回答答：化學(xué)成分的影響：奧氏體的化學(xué)成分對(duì)馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)的影響十分顯著。含碳量的影響：由于含碳量的升高，奧氏體中的碳的溶解度升高 ，則Ms點(diǎn)越低。合金元素的影響：溶入奧氏體中的合金元素對(duì)馬氏體形態(tài)也產(chǎn)生重要影響。如Cr、Mo、Mn、Ni能降低Ms點(diǎn)，Al和Co能升高M(jìn)s點(diǎn)。形變與應(yīng)力對(duì)Ms點(diǎn)的影響：過(guò)冷奧氏體冷卻到Ms以上，Md以下，塑性變形中誘發(fā)馬氏體轉(zhuǎn)變。原因是形變過(guò)程的機(jī)械驅(qū)動(dòng)力加上化學(xué)驅(qū)動(dòng)力剛好等于驅(qū)動(dòng)力，因此使馬氏體轉(zhuǎn)

9、變點(diǎn)升高。奧實(shí)體化條件對(duì)Ms的影響：加熱溫度和加熱時(shí)間對(duì)馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)Ms的影響較為復(fù)雜。淬火速度對(duì)馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)Ms的影響：高速淬火，冷卻速度越快，馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)Ms升高。磁場(chǎng)的影響：外加磁場(chǎng)時(shí)，奧氏體與馬氏體兩相平衡溫度To升高，從而使得馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)Ms升高。 淬火鋼在回火時(shí)的組織轉(zhuǎn)變淬火后鋼的組織是不穩(wěn)定的，具有向穩(wěn)定組織轉(zhuǎn)變的自發(fā)傾向?；鼗鸺铀倭俗园l(fā)轉(zhuǎn)變的過(guò)程。淬火鋼在回火時(shí)，隨著溫度的升高，組織轉(zhuǎn)變可分四個(gè)階段。第一階段（80200）：馬氏體分解馬氏體內(nèi)過(guò)飽和的碳原子，以碳化物形式析出，使馬氏體的過(guò)飽和度降低。碳化物是彌散度極高的薄片狀組織。這種馬氏體和碳化物的回火組織稱回火馬氏體。此階段

10、鋼的淬火內(nèi)應(yīng)力減小，韌性改善，但硬度并未明顯降低。第二階段（200300）：殘余奧氏體分解在馬氏體分解的同時(shí)，降低了對(duì)殘余奧氏體的壓力，使其轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w。這個(gè)階段轉(zhuǎn)變后的組織是下貝氏體和回火馬氏體。淬火內(nèi)應(yīng)力進(jìn)一步降低，但馬氏體分解造成硬度降低，被殘余奧氏體分解引起的硬度升高所補(bǔ)償，故鋼的硬度降低并不明顯。 第三階段（300400）：馬氏體分解完成和滲碳體的形成馬氏體繼續(xù)分解，直至過(guò)飽和的碳原子幾乎全部由固溶體內(nèi)析出。與此同時(shí)，碳化物逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闃O細(xì)的穩(wěn)定碳化物Fe3C，此階段到400全部完成，形成尚未再結(jié)晶的針狀鐵素體和細(xì)球狀滲碳體的混合組織，稱為回火托氏體。此時(shí)鋼的淬火內(nèi)應(yīng)力基本消除，硬度

11、有所降低。第四階段（400以上）：固溶體的再結(jié)晶與滲碳體的聚集長(zhǎng)大溫度高于400后， 固溶體發(fā)生回復(fù)與再結(jié)晶，同時(shí)滲碳體顆粒不斷聚集長(zhǎng)大。 當(dāng)溫度高于500時(shí)，形成塊狀鐵素體與球狀滲碳體的混合組織，稱為回火索氏體。鋼的硬度、強(qiáng)度不斷降低，但韌性卻明顯改善。必須指出：以上四個(gè)階段是在不同溫度范圍進(jìn)行的，但四個(gè)溫度范圍有交叉，所以鋼在回火以后所表現(xiàn)出的性能是這些變化的綜合結(jié)果。 答：1馬氏體轉(zhuǎn)變的熱力學(xué)特點(diǎn) 奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體有兩個(gè)條件。第一是過(guò)冷奧氏體的冷卻速度必須大于臨界冷卻速度，以抑制其發(fā)生珠光體或貝氏體轉(zhuǎn)變；第二是奧氏體必須深度過(guò)冷，以獲得足夠的轉(zhuǎn)變驅(qū)動(dòng)力，所以只有低于Ms點(diǎn)以后才能發(fā)生馬

12、氏體轉(zhuǎn)變（ Ms點(diǎn)是開始發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的溫度）。 2馬氏休轉(zhuǎn)變的晶體學(xué)特點(diǎn) （1）無(wú)擴(kuò)散性 馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏剞D(zhuǎn)變，此時(shí)鐵原子和碳原子都已失去擴(kuò)散能力。因此馬氏體轉(zhuǎn)變是以無(wú)擴(kuò)散方式進(jìn)行的。 （2）切變性 馬氏體轉(zhuǎn)變是晶格切變過(guò)程，在切變過(guò)程中完成晶格重組，由面心立方晶格變成體心立方晶格。 （3）共格性 馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)，新相和母相的點(diǎn)陣間保持了共格關(guān)系，即相界面上的原子既屬于馬氏體又屬于奧氏體。而且整個(gè)界面是互相牽制的，這種界面叫“切變共格界面”。 （4）嚴(yán)格的位向關(guān)系和習(xí)慣面 由于馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)新相和母相之間始終保持著切變共格性，所以馬氏體轉(zhuǎn)變后的新相和母相之間存在著嚴(yán)格的晶體學(xué)位向關(guān)系。簡(jiǎn)述鋼中馬

13、氏體的性能特點(diǎn)和主要的強(qiáng)化機(jī)制。答：馬氏體的性能：一般說(shuō)來(lái)高強(qiáng)度，高硬度，隨含碳量的升高而增強(qiáng)，但是碳的含量達(dá)到0.6%時(shí)，硬度達(dá)到最大值，含碳量升高，殘余奧氏體含量增加，硬度增加。 強(qiáng)化機(jī)制 固溶強(qiáng)化：間隙原子C在相晶格中造成晶格畸變，形成應(yīng)力場(chǎng)與位錯(cuò)的交互作用，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。相變強(qiáng)化：馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)，在晶體內(nèi)造成密度較高的亞結(jié)構(gòu)，如板條的位錯(cuò)，片狀孿晶都阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，使馬氏體強(qiáng)化。時(shí)效強(qiáng)化：馬氏體一般在馬氏轉(zhuǎn)變點(diǎn)以上轉(zhuǎn)變，在外力作用下，發(fā)生“自回火”，碳及合金向位錯(cuò)及晶體缺陷處擴(kuò)散，使位錯(cuò)難以運(yùn)動(dòng)，造成馬氏體時(shí)效強(qiáng)化。細(xì)晶強(qiáng)化：晶粒越細(xì)小，板條馬氏體束越小，馬氏體強(qiáng)度越高，相界面阻礙位錯(cuò)的

14、運(yùn)動(dòng)造成的。塑性和韌性：取決于亞結(jié)構(gòu)，片狀馬氏體具有高強(qiáng)度、高硬度，特點(diǎn)硬而脆。板條馬氏體比片狀馬氏體韌性好，具有較好性能。 淬火加熱溫度的選擇：對(duì)于亞共析鋼采用Ac3+3050，對(duì)于共析鋼和過(guò)共析鋼采用Ac1+3050。對(duì)于亞共析鋼如果淬火溫度高了，奧氏體晶粒就會(huì)粗大，淬火后嚴(yán)重影響和降低塑性和韌性，如果淬火溫度低了，奧氏體化就會(huì)不完全，淬火后會(huì)有鐵素體，導(dǎo)致淬火硬度不夠，強(qiáng)度降低。對(duì)于共析鋼和過(guò)共析鋼，淬火溫度高了，同樣奧氏體晶粒就會(huì)粗大，同時(shí)碳化物溶入奧氏體過(guò)多，淬火后容易變形開裂，同時(shí)嚴(yán)重降低硬度和強(qiáng)度，如果溫度低了，碳化物溶入奧氏體過(guò)少，大部分碳化物保留下來(lái)，淬火后也容易變形開裂，奧氏體化后奧氏體含碳量過(guò)低，導(dǎo)致淬不上火，導(dǎo)致淬火后馬氏體硬度不夠，強(qiáng)度降低。 低碳馬氏體硬度低而