工程材料习题和练习(4)

第六章 钢的热处理

思考题及习题

6.1 解释名词

钢的热处理、起始晶粒度、实际晶粒度、本质晶粒度、球化退火、索氏体、屈氏体、贝氏体、马氏体、奥氏体、过冷奥氏体、残余奥氏体、退火、正火、淬火、回火、冷处理、时效、淬透性、淬火临界冷却速度VK、淬硬性、调质处理、回火稳定性、二次硬化、回火脆性、固溶处理、CVD、激光相变硬化、化学热处理

6.2 填空题

1．在过冷奥氏体等温转变产物中，珠光体与屈氏体的主要相同点是( )，不同点是( )。 2．用光学显微镜观察，上贝氏体的组织特征呈( )状，而下贝氏体则呈( )状。 3．马氏体的显微组织形态主要有( )、( )两种。其中( )的韧性较好。 4．钢的淬透性越高，则其C曲线的位置越( )，说明临界冷却速度越( )。 5．球化退火的主要目的是( )，它主要适用于( )钢。

6．亚共析钢的正常淬火温度范围是( )，过共析钢的正常淬火温度范围是( )。 7．淬火钢进行回火的目的是( )，回火温度越高，钢的强度与硬度越( )。 8．合金元素中，碳化物形成元素有( )。 9．促进晶粒长大的合金元素有( )。

10．除( )、( )外，几乎所有的合金元素都使 Ms、Mf 点下降，因此淬火后相同碳质量分数的合金钢与碳钢相比，残余奥氏体( )，使钢的硬度( )。

11．一些含有合金元素( )的合金钢，容易产生第二类回火脆性，为了消除第二类回火脆性，可采用( )和( )。

12．在电刷镀时，工件接直流电源( )极，镀笔接直流电源( )极，可以在工件表面获得镀层。

13．利用气体导电(或放电)所产生的( )作为热源进行喷涂的技术叫等离子喷涂。

6.3 是非题

1．晶粒度级数数值越大，晶粒越细。( )

2．马氏体是碳在的α-Fe 中的过饱和固溶体。当奥氏体向马氏体转变时，体积要收缩。( ) 3．当把亚共析钢加热到 Acl 和 Ac3 之间的温度时，将获得由铁素体和奥氏体构成的两相组织，在平衡条件下，其中奥氏体的碳质量分数总是大于钢的碳质量分数。( )

4．当原始组织为片状珠光体的钢加热奥氏体化时，细片状珠光体的奥氏体化速度要比粗片状珠光体的奥氏体化速度快。( )

5．当共析成分的奥氏体在冷却发生珠光体转变时，温度越低，其转变产物组织越粗。( ) 6．高合金钢既具有良好的淬透性，也具有良好的淬硬性。( )

7．经退火后再高温回火的钢，能得到回火索氏体组织，具有良好的综合机械性能。( ) 8．钢的淬透性高，则其淬透层的深度也越大。( )

9．表面淬火既能改变钢的表面组织，也能改善心部的组织和性能。( ) 10．所有的合金元素都能提高钢的淬透性。( )

11．合金元素 Mn、Ni、N 可以扩大奥氏体区。( ) 12．合金元素对钢的强化效果主要是固溶强化。( )

13．60Si2Mn 钢比 T12 和 40 钢有更好的淬透性和淬硬性。( ) 14．所有的合金元素均使 MS、Mf 下降。( ) 15．电弧喷涂技术可以在金属表面喷涂塑料。( )

16．气相沉积技术是从气相物质中析出固相并沉积在基材表面的一种表面镀膜技术。( )

6.4 选择正确答案

1．奥氏体向珠光体的转变是：

a. 扩散型转变；b. 非扩散型转变；c. 半扩散型转变 2．钢经调质处理后获得的组织是：

a. 回火马氏体；b. 回火屈氏体；c. 回火索氏体

3．共析钢的过冷奥氏体在 550℃～350℃的温度区间等温转变时，所形成的组织是： a. 索氏体；b. 下贝氏体；c. 上贝氏体；d. 珠光体 4．若合金元素能使 C 曲线右移，钢的淬透性将： a. 降低；b. 提高；c. 不改变 5．马氏体的硬度取决于：

a. 冷却速度；b. 转变温度；c. 碳含量 6．淬硬性好的钢：

a. 具有高的合金元素含量；b. 具有高的碳含量；c. 具有低的碳含量 7．对形状复杂、截面变化大的零件进行淬火时，应选用： a. 高淬透性钢；b. 中淬透性钢；c. 低淬透性钢 8．直径为 10mm 的 40 钢的常规淬火温度大约为： a. 750℃；b. 850℃；c. 920℃ 上述正确淬火后的显微组织为：

a. 马氏体；b. 铁素体+马氏体；c. 马氏体+珠光体 9．完全退火主要适用于：

a. 亚共析钢；b. 共析钢；c. 过共析钢 10．钢的回火处理是在：

a. 退火后进行；b. 正火后进行；c. 淬火后进行 11．20 钢的渗碳温度范围是：

a. 600℃～650℃；b. 800℃～820℃；c. 900℃～950℃；d. 1000℃～1050℃ 12．钢的淬透性主要取决于：

a. 碳含量；b. 冷却介质；c. 合金元素 13．钢的淬硬性主要取决于：

a. 碳含量；b. 冷却介质；c. 合金元素

6.5 综合分析题

1．热轧空冷的 45钢钢材在重新加热到超过临界点后再空冷下来时，组织为什么能细化? 2．珠光体类型组织有几种？它们在形成条件、组织形态性能方面有何特点？ 3．贝氏体类型组织有哪几种？它们在形成条件、组织形态和性能方面有何特点？

4．马氏体的本质是什么? 马氏体组织有哪几种基本类型？它们形成条件、晶体结构、组织形

态、性能有何特点？马氏体的性能与含碳量的关系如何？

5．试比较索氏体和回火索氏体、马氏体和回火马氏体之间在形成条件组织形态与性能上的主要区别。

6． 将Φ5mm的T8钢加热到760℃并保温足够时间，问采用什么样的冷却方式可得到如下组织：珠光体、索氏体、下贝氏体、屈氏体＋马氏体、马氏体。请在图6-1所示的C曲线上画出工艺曲线示意图。

温度 7．直径为 10mm 的共析钢小试样加热到相变点 A1 以上 30℃，用图6-2所示的冷却曲线进行冷却，分析其所得到的组织，说明各属于什么热处理方法。

8．调质处理后的 40钢齿轮，经高频感应加热后的温度T分布如图6-3所示。试分析高频感应加热水淬后，轮齿由表面到中心各区(I、Ⅱ、Ⅲ)的组织。

9．说明45钢经下列温度加热，保温并在水中冷却后得到的组织，为了使钢强化，哪一种加热温度最好？为什么？

700℃、760℃、830℃、1100℃。

10．确定下列钢件的退火方法，并指出退火目的及退火后的组织： (1) 经冷轧后的 15钢钢板，要求降低硬度； (2) ZG35的铸造齿轮；

(3) 锻造过热的 60钢锻坯；

(4) 改善 T12钢的切削加工性能。 11．说明直径为 10mm 的 45钢试样分别经下列温度加热：700℃、 760℃、 840℃、 1100℃，保温后在水中冷却得到的室温组织。

12．两个碳质量分数为 1.2% 的碳钢薄试样，分别加热到 780℃和900℃，保温相同 时间奥

Ac1 ① Ms ③ ④ 图6-1

② ⑤ 时间

图6-2 图6-3

氏体化后，以大于淬火临界冷却速度的速度冷却至室温。试分析： (1) 哪个温度加热淬火后马氏体晶粒较粗大? (2) 哪个温度加热淬火后马氏体碳含量较少? (3) 哪个温度加热淬火后残余奥氏体较多? (4) 哪个温度加热淬火后未溶碳化物较多? (5) 你认为哪个温度加热淬火合适? 为什么?

13．指出下列工件的淬火及回火温度，并说出回火后获得的组织。 (1)45钢小轴 (要求综合机械性能好)； (2)60 钢弹簧； (3)T12 钢锉刀。

14．两根 45钢制造的轴，直径分别为 10mm和100mm，在水中淬火后，横截面上的组织和硬度是如何分布的?

15．甲、乙两厂生产同一种零件，均选用 45钢，硬度要求 220HB～250HB，甲厂采用正火，乙厂采用调质处理，均能达到硬度要求，试分析甲、乙两厂产品的组织和性能差别。

16．有两块渗碳体呈粒状均匀分布的T12试样，分别加热到750℃和850℃，保温后以大于VK的速度冷却到室温，试比较它们的组织，哪一个加热温度得到的组织性能好？

17．试说明表面淬火、渗碳、氮化处理工艺在选用钢种、性能、应用范围等方面的差别。 18．试述固溶强化、加工硬化和弥散强化的强化机理。 19．合金元素提高钢的回火稳定性的原因何在? 20．什么是钢的回火脆性? 如何避免? 21．为什么说得到马氏体随后回火处理是钢的最经济而又最有效的强韧化方法? 淬火钢在回火时其组织性能变化的大致规律是什么？

22．一些钢由奥氏体冷却时，可直接得到屈氏体、索氏体，为什么还要通过淬火＋回火来得

到回火屈氏体和回火索氏体？

23．为什么碳质量分数为 0.4%、铬质量分数为 12%的铬钢属于过共析钢，而碳质量分数为 1.0% 、铬质量分数为 12%的钢属于莱氏体钢?

24．什么是表面淬火? 它有什么特点? 在表面淬火之前通常采用什么热处理工艺? 25．举出二个采用激光强化技术提高工件使用寿命的实际例子。 26．用T10钢制造形状简单的车刀，其工艺路线为：锻造一热处理一机加工一热处理一磨加工。

(1) 写出其中热处理工序的名称及作用。

(2) 制定最终热处理 (磨加工前的热处理) 的工艺规范，并指出车刀在使用状态下的显微组织和大致硬度。

27．确定下列钢件的退火方法，并指出退火目的及退火后的组织： （1）经冷轧后的15钢钢板，要求降低硬度。 （2）ZG35的铸造齿轮。 （3）锻造过热的60钢锻坯。

（4）具有片状渗碳体的T12钢坯。

28．甲、乙两厂生产同一批零件，材料均选用45钢，硬度要求HB220～250。甲厂采用正火，乙厂采用调质，都能达到该硬度要求。试分析甲、乙两厂产品组织和性能上的差别，在何种情况下正火可以代替调质？

29．指出下列零件的最终热处理方法： （1）T12钢制做锉刀，要求HRC>62；

（2）Φ6mm的60钢丝绕制螺旋弹簧，要求HRC40～54； （3）45钢制的机床主轴，要求HRC24～28。

30．编写下列零件的工艺路线，指出其中各热处理工艺的作用，及各热处理工艺后的组织： （1）用45钢制做机床主轴、要求有良好的综合机械性能（HRC20～28），轴颈部分要求耐磨（HRC50～55）；

（2）用38CrMoAlA制做镗床镗杆，精度要求极高，并在滑动轴承中运转、要求镗杆表面有极高的硬度，心部有较高的综合机械性能。

31．用T10钢制造形状简单的车刀，工艺路线为：

锻造－热处理－切削加工－热处理－磨削加工 （1）写出各热处理工序的名称并指出其作用。

（2）制定各热处理工序的工艺规范（加热温度、冷却方法）。 （3）指出最终热处理后的显微组织及大致硬度。

32．某厂用45钢制造凸齿轴，要求凸轮轴表面有高硬度（HRC>50），而心部有良好的韧性，

原来用45钢调质处理，再在表面进行高频淬火，最后低温回火，现因库存45钢已用完，只有15钢。

（1）如改用15钢，能否按原方案进行？为什么？ （2）如改用15钢，请编写工艺路线。 33．回答下列问题。

（1）图6-4中零件，淬火加热前，工人常常将角上的四个小孔用耐火泥堵上，这是为什么？

图6-4

（2）图6-5中零件上的小孔是为热处理的工艺性而专门设计的，请说明设计此孔的道理。

图6-5

（3）细长的轴杆类零件在淬火加热时，通常吊挂在井式炉中，这是为什么？

34．用T8制做的活顶尖如图6-6所示。如果用油淬火，由于T8钢淬透性不高，顶尖部分往往

达不到硬度要求。如果改用水淬，虽然硬度满足要求，但由于形状复杂，又会出现开裂，请选用一种合适的淬火方式，使其满足设计要求。

HRC40~45 HRC50~55 图6-6

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