热处理考点1介绍[材料]由刀豆文库小编整理，希望给你工作、学习、生活带来方便，猜你可能喜欢“热处理考点”。
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1、金属固态相变基础
1．什么是金属热处理？什么是金属固态相变？二者有什么关系？
金属热处理：是将固态金属通过特定的加热和冷却 方法，使之得到工程技
术上所需要性能的一种工艺过程的总称。
固态相变：固态金属在温度和压力改变时其组织和结构会发生变化的通称。热处理就是利用金属固态相变的原理来得到相应的特性。
2．金属固态相变分为平衡相变与非平衡相变两大类，它们各包括哪些常见的固态相变类型？在这些固态相变类型中，哪些相变只有结构的变化？哪些相变既具有结构的变化也具有成分的变化？
平衡相变：同素异晶转变 多形性转变 平衡脱溶转变 共析转变 调幅分解
有序化转变
非平衡相变：伪共析转变、马氏体转变、贝氏体转变、非平衡脱溶沉淀
只有结构变化：同素异晶转变、多形性转变、马氏体转变
兼有结构成分的变化：共析转变、伪共析转变、平衡脱溶转变、非平衡脱溶转变、贝氏体转变
只有成分的变化：调幅分解
3．简述固态相变的一般特点
1.相变阻力大，相变需要较大的过冷度。
2.新相与母相之间存在一定的晶体学位向关系，导致母相对新相的组织
有一定的遗传性。
3.母相的晶体缺陷对相变起促进作用。
4.扩散过程是固态相变的控制因素，在温度较低时还可能改变转变的类
型，如从扩散型改变为协同型。
5.易出现过渡相，有些反应不能进行到底，过渡相可以长期保留。
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2、热处理原理之加热转变
1.简述珠光体奥氏体化的一般过程，在这个过程中耗时最多的是那些阶段？
奥氏体晶核的形成 奥氏体的长大 残余渗碳体的溶解 奥氏体成分的均匀化
2.简述奥氏体晶核在α/Fe3C界面上优先形核的原因
① 在α/Fe3C界面处的浓度起伏较大，有利于达到奥氏体形核所需要的碳
浓度；
② 在α/Fe3C界面处，原子排列不规则，有利于铁原子通过短程扩散实现
晶体结构的转变；
③ 在α/Fe3C界面处，存在着其它晶体缺陷及杂质等，能量起伏较大，有
利于形核。
3.钢中含碳量越高，奥氏体的形成速度越快，为什么？
①含碳量增高，渗碳体增多，α/Fe3C的相界面积增加
奥氏体的形核率提高
②含碳量增高，碳原子的扩散能力增大
以上两方面导致奥氏体形成速度增加，所以钢中含碳量越高，奥氏体的形成 速度越快。
4.简述奥氏体等温形成的动力学特点。
① 奥氏体形成需要一定的孕育期
② 等温转变开始阶段，转变速度 逐渐增大，在转变量约为50％ 时达到最
快，然后逐渐减慢。
③ 转变温度越高，奥氏体的形成速度越快。
5.什么是奥氏体起始晶粒度、奥氏体实际晶粒度和奥氏体本质晶粒度？
奥氏体起始晶粒度：将钢加热至临界温度以上，奥氏体转变刚刚完成、其晶
粒边界刚刚相互接触时的晶粒大小，称为奥氏体起始晶粒度。
奥氏体实际晶粒度：在一定热处理加热、焊接或热加工制度下，所获得 的奥
氏体晶粒大小，称为奥氏体实际晶粒度。
奥氏体本质晶粒度：根据标准试验方法规定，将钢材加热至930±10 ℃，保
温3～8小时，然后冷却至室温，测得的奥 氏体晶粒大小，称为奥氏
体本质晶粒度。
6.简述生产中控制奥氏体晶粒度的方法。
①利用AlN颗粒细化晶粒
②利用过渡族金属的碳化物或氮化物来细化晶粒 ③ 采用加热制度和保温时间的影响来细化晶粒 ④ 采用预先热处理工艺细化晶粒
7.什么是组织遗传，消除组织遗传的方法和具体措施。
组织遗传：钢过热后冷却，得到的原始组织为马 氏体、贝氏体等组织时，在再次正常 加热后，形成的奥氏体仍然保留原来 的粗大晶粒、甚至原来的晶体学取向关系和晶界，这种现象称为组织遗传
消除组织遗传的方法：
破坏第二次转变中新相、母相之间严格的晶体学取向关系。
具体措施：
① 避免由不平衡组织直接加热A化，先进行一次高温回火或中间退火；
② 避免新的A以无扩散机理形成，可控制加热速度和加热温度，以防止
M逆转变的发生；
③ 通过加热-冷却的多次循环，来破坏新旧相间的取向关系。
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3、热处理原理之冷却转变
1．简述共析碳钢C-曲线的建立步骤
① 把具有相同组织、相同尺寸(φ10×1.5mm)的试 样，分成若干组，每组有多个试样；
② 将各组试样都在相同条件下奥氏体化，以获得比较均匀的奥氏体；
③ 迅速将奥氏体化后的各组试样过冷到Ar1点以下不同温度(如650℃、600℃、500℃、350℃、230℃ 等)的等温盐浴炉中、保温一系列时间，进行等温转变；
④ 每隔一定时间取出其中一个试样淬于水中，将不同时刻的等温状态固
定到室温；
⑤ 将各个试样用硝酸酒精刻蚀，在显微镜下观察组织变化并测定组织转 变量；
2．简述碳浓度对过冷奥氏体等温转变的影响规律。
① 亚共析钢的C-曲线上多出一条γ→α转变的开始线，过共析钢的C-曲
线上多出一条γ→Fe3C转变的开始线；
② P转变区域：共析碳浓度的A最稳定，碳浓度离共析成分越远，则A→P 的转变越快；
③ B转变区域：A碳浓度越小，A→B转变越快； ④ 随着碳浓度的增高，Ms点逐渐降低。
3． 试说明亚共析钢C－曲线中Ms线右端下斜、而过共析钢C－曲线中Ms线右端上翘的原因。
亚共析钢Ms线右端下斜的原因：由于铁素体析出和贝氏体转变都使周围奥
氏体富碳，因而使Ms点降低。铁素体和贝氏体的形成量越多，则奥氏体富
碳越多，因而Ms点降低越多。
过共析钢Ms线右端上翘的原因：这是由于 二次渗碳体的析出，使周围奥
氏体贫碳，奥氏体贫碳越多，Ms点升高越厉害。
4． 试说明过冷奥氏体转变曲线在工业生产中有哪些应用。
①制定热处理工艺 ②分析转变产物 ③选用焊接方法并分析产生裂纹的倾向 §
4、热处理原理之珠光体转变
1．什么是珠光体？珠光体分类的依据是什么？珠光体分为哪几类珠光体？其中最常见的珠光体是哪两类？这两类珠光体的性能各有什么特点？ 珠光体是渗碳体和铁素体片层相间、交替排列形 成的机械混合物。珠光体分类的依据是渗碳体形态不同，分为三类：片状珠光体 粒状珠光体 针状珠光体，其中最常见的是片状珠光体和粒状珠光体。
片状珠光体的强度、硬度较高，但塑性较差；
粒状珠光体的强度、硬度稍低，但塑性较好。2．什么是珠光体的片层间距？珠光体片间距S0与过冷度ΔT之间存在怎样的定量关系？简要说明珠光体片间距S0与过冷度ΔT之间必然存在一定定量关系的理由。
珠光体的片层间距：在片状珠光体中，一片铁素体和一片渗碳体的总厚度或
相邻两片渗碳体或铁素体中心之间的距离，称为珠光体的片间距离。S0=C/△T S和△T存在一定定量关系的理由：
①一方面，珠光体型相变为扩散型相变，铁素体片和 渗碳体片的长大是受碳、铁原子的扩散控制的。
②另一方面，在过冷度△T一定的情况下S不可能过小。
3．什么是珠光体的片层间距？根据珠光体片间距S0的大小可把珠光体分为哪几类？它们的强度与硬度有何特点，并说明理由。
普通珠光体P、索氏体S和屈氏体T P： S0>0.25μm，能清晰分辨出片层结构； S： S0=0.25~0.08μm，很难分辨出片层结构； T： S0
随着珠光体片间距离的减小，珠光体的强度、硬度和塑性均升高。
理由：由于铁素体与渗碳体片薄时，相界面增多，阻碍 位错运动；需要协调的具有同位向的晶粒越多，在外力作用下，抵抗塑性变形的能力增高；
4.在共析钢中，渗碳体和铁素体作领先相的趋势是相同的，为什么一般认为其珠光体形成时的领先相是渗碳体？
①珠光体中的渗碳体与从奥氏体中析出的先共析渗碳体具有相同的晶体位向
②珠光体中的渗碳体与从奥氏体中析出的先共析渗碳体具有组织连续性
③奥氏体中未溶解的渗碳体有促进珠光体形成的作 用，而先共析铁素体的存在，对珠光体的形成 则无明显的影响。
5.在共析钢的珠光体转变过程中，领先相是什么组织及领先相形核的位置？领先相形核时呈什么形态并说明理由。领先相是渗碳体，形核位置：母相成分均匀时，优先在原A相界面上形核；
母相成分不均匀时，则可能在晶粒内的亚晶界或缺陷处形核。呈片状形核：新相产生时引起的应变能较小；片状伸展时获得碳原子的面
积增大;碳原子的扩散距离相对缩短。
6．简述粒状珠光体中的粒状渗碳体通过片状珠光体中片状渗碳体的球状化而得的机理。
根据胶态平衡理论，第二相颗粒的溶解度，与其曲率半径有关。靠近非球状
渗碳体的尖角处（曲率半 径小的部分）的固溶体具有较高的C浓度，而靠
近平面处（曲率半径大的部分）的固溶体具有较低的C浓度，这就引起了C 的扩散，因而打破了碳浓度的胶态 平衡。结果导致尖角处的渗碳体溶解，而在平面处析出渗碳体（为了保持C浓度的平衡）。如此不断进行，最后形
成了各处曲率半径相近的球状渗碳体。
7．合金元素对珠光体转变有怎样的影响规律？合金元素是从哪些方面对珠光体转变产生影响的？
影响规律：
除Co和大于2.5％的Al 以外，所有常用合金元素皆使珠光体的鼻子右移，先共析铁素体的鼻子右移。
除Ni以外，所有的常用合金元素皆使这两个鼻子移向高温区，并大幅降低 C的扩散系数。
从以下五方面产生影响： A)合金元素自扩散的影响 B)合金元素对碳原子扩散的影响 C)合金元素对铁原子扩散的影响 D)合金元素改变共析点的位置 E)合金元素对γ/α相界面的拖曳作用
8．试说明奥氏体化条件影响随后冷却过程中珠光体转变的规律。
钢的加热温度和保温时间，直接影响钢的奥氏体化均匀性和晶粒大小。
提高加热温度或延长保温时间，一方面促进渗碳体的进一步溶解和奥氏体的均匀化，导致珠光体成核率减小；另一方面，会使奥氏体晶粒粗大，从而降低珠光体形核率。最终导致珠光体形成速度降低。
9．什么是渗碳体魏氏体组织，简述渗碳体魏氏体组织的危害，并说明消除渗碳体魏氏体组织的方法及原理。
工业上将具有先共析针片状渗碳体＋珠光体的组织，称为渗碳体魏氏体组织。危害：魏氏体组织及经常与其伴生的粗大晶粒组织，会导致钢的机械性能变
坏，尤其是塑性和冲击性能显著降低，并使钢的韧脆转变温度升高。消除魏氏体组织及粗大晶粒组织，常用的热处理方法是采用细化晶粒的正火、退火等。
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5、热处理原理之马氏体转变
1．简述马氏体转变的主要特点。⑴ 马氏体转变的切变共格和表面浮凸现象 ⑵ 马氏体转变的无扩散性
⑶ 马氏体转变具有特定的位向关系和惯习面 ⑷ 马氏体转变的不完全性 ⑸ 马氏体转变的可逆性
2．根据马氏体的组织形态，通常将马氏体分为哪几类？其中最常见的两类马氏体是什么，并简述它们的组织形态及亚结构。
板条状M 片状M 蝶状M 薄板状M 薄片状M 其中板条马氏体和片状马氏体最为常见。板条状马氏体是由许多成群的、相互平行排列的板条所组成，一个原A晶粒内可包 含3～5个板条群，一个板条群由尺寸大致相同、排列方向一定、且大致平行的M板条所组成；板条M的亚结构主要是高密度位错缠结构成的位错胞，位错密度可高达3～9×1011/cm2，板条边缘有少量孪晶。
片状马氏体中M片大小不一，M片间不平行且互成一定夹角，第一片M形成时惯穿整个奥氏体晶粒，形成明显的中脊，后形成的M片逐渐变小，即M形成时具有分割奥氏体晶粒的作用；片状马氏体的主要亚结构是孪晶，这是片状马氏体的重要特征。孪晶的宽度大约为50Å，一般不扩展到马氏体片的边界上，在马氏体片的边缘则为复杂的位错组列。
3.什么是惯习面？钢在马氏体相变时有哪些常见的惯习面？这些惯习面受什么因素影响？并简述其影响规律。
马氏体转变时，不仅新相和母相之间具有严格的位 向关系，而且马氏体总是
在母相的一定晶面上开始形成，这个晶面称为惯习面，通常以母相的晶面指
数表示。
钢中常见的惯习面有三种：(111)γ、(225)γ、(259)γ。
惯习面随含碳量和形成温度不同而不同：
C%1.4%为(259)γ。
惯习面指数随M形成 温度的降低而增大。
4.简述铁碳合金中碳含量及马氏体形成温度影响马氏体形态及其内部亚结构的规律。
① 碳含量的影响
在Fe-C合金中：C%
织；>1%：为片状M。
在Fe-Ni-C合金中：马氏体的形态也是随着C含量的增加，由板条状向片
状以及薄片状转化。
② Ｍ形成的温度的影响
随着 M 形成温度的降低，M形态依次为板条状、薄板状、片状、蝶状 M亚结构由以位错为主转变到以孪晶为主。
5.简述研究某个钢种的马氏体开始转变温度Ms对实际生产的意义。
①制定分级淬火工艺制度的依据 ②钢在工作温度时的使用组织 ③淬火马氏体的亚结构和性能 ④淬火后得到的残余奥氏体的量
6.简要说明C、N强烈降低马氏体开始转变温度Ms点的原因。
①N、C在钢中都形成间隙固溶体，对γ相和α 相都有固溶强化作用，其中对
α相的强化作用更为显著，因而增大了马氏体转变的切变阻力，使相变需要的驱动力增大；
②C、N都是稳定γ相的元素，它们降低奥氏体向马氏体转变的平衡温度T0。
7.钢中马氏体最重要的特点是什么？并简要阐述钢中马氏体具有这种特点的机理。
钢中马氏体最重要的特点是具有高硬度和高强度。
马氏体高硬度、高强度的本质： 固溶强化、时效强化、相变强化
⑴ 固溶强化：C原子溶入M点阵中，使其扁八面体短轴伸长36%，而长轴则收缩4%，形成以C原子为中心的强烈应力场，这个应力场与位错产生交互作用而成为碳钉扎位错，从而使M的强度提高；
⑵时效强化：C原子扩散引起碳原子的偏聚和析出，从而对位错的运动产生钉扎作用而产生时效强化；
⑶ 相变强化：M相变的切变特性，造成在马氏体晶体内产生大量微观缺陷，如位错、孪晶等亚结构，从而使M强化。
8.什么是奥氏体的热稳定化，简述奥氏体热稳定化的机制，并简要说明生产中可采用哪些方法来使奥氏体产生热稳定化。
奥氏体的热稳定化：在淬火冷却过程中时，因冷却缓慢或途中等温停留而引
起Ａ向Ｍ转变呈现迟滞的现象。
机制：一般认为，奥氏体的热稳定化，是由于在适当温度停留过程中，奥氏
体中的Ｃ、Ｎ原子与位错相互作用，形成了钉扎位错即柯氏气团，因而
强化了奥氏体，使马氏体转变的切变阻力增大所致。也有人认为，在适
当温度停留过程中，奥氏体中的Ｃ、Ｎ原子向点阵缺陷处偏聚，形成柯
氏气团，阻碍了晶胚的长大，从而引起稳定化。
方法：① 分级淬火；② 等温淬火；③ 提高A化温度。
9.什么是奥氏体的稳定化？它包括那两种稳定化？并简述各自产生稳定化的机机理。奥氏体的稳定化：是指Ａ在外界因素的作用下，由于其内部结构发生了某种变化而使Ａ向Ｍ转变呈现迟滞的现象。包括热稳定化和机械稳定化。
A热稳定化的机理：在适当温度停留过程中，奥氏体中的Ｃ、Ｎ原子与位错相互作用，形成了钉扎位错即柯氏气团，因而强化了奥氏体，使马氏体转变的切变阻力增大所致。
A体机械稳定化的机理：当变形量较大时，A中将形成大量的高密度位错区和亚晶界，使母相强化，从而引起A的稳定化；此外，在M的形成过程中，因M的形成而引起其相邻A的协作形变，以及M形成时伴有3％左右的体积膨胀，均使未转变Ａ处于受压状态，从而造成A 的机械稳定化。
10.在实际生产过程中，如何通过奥氏体的稳定化或反稳定化来提高热处理工件的强度和硬度。
① 普通淬火：采用冷却较快的普通淬火（油淬或水淬），它可以使A具有最小的稳定化程度，但这仅适用于形状简单的工件；
② 分级淬火：采用在Ms点附近作短时停留的分级淬火，这时A稳定化程度比在较高温度的分级淬火来得要小，从而减少残余A的量；
③ 淬火后冷处理：在确保不发生开裂的前提下，冷处理时两者的时间间隔应尽
量缩短，使A进一步转变成M；
④ 淬火后回火：淬火后在一定温度下回火，使残 余A发生反稳定化，在随后的回火冷却中转变为 M，以提高钢的硬度和强度、尺寸稳定性。
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6、热处理原理之贝氏体转变
1．什么是贝氏体？简述贝氏体转变一般不能进行到底的原因。
奥氏体冷却时，中温转变所得产物则称为贝氏体。B转变的不完全：
一方面，B总是优先在A中贫碳区形成，随着B转变量的增加，碳不断向A中扩散而使得未转变A中的碳浓度越来越高，从而增加未转变A的稳定性，进而导致B转变难以进行。
另一方面，B的比容比A大，产生 A的机械稳定化作用，也不利于B转变的继续进行。
2．什么是贝氏体转变？在贝氏体转变过程中，贝氏体转变的转变程度随温度的升高具有什么趋势，并简述其原因。
贝氏体转变：是过冷奥氏体在介于珠光体转变和马氏体转变温度区间的一种转变。
随转变温度升高，B转变的不完全程度增大：
①温度越高，A与B之间的自由能差减小，从而使得转变的驱动力减小； ②温度越高，越有利于C的扩散而形成柯氏气团，从而增加未转变A的热稳定性
3．简述贝氏体转变的基本特征。
⑴ B由α相与碳化物组成的非层片状机械混合物；
⑵ B转变有一个温度范围；
⑶ B转变也是一个形核和长大过程；（可略去）
⑷ B转变过程中只有碳原子的扩散；
⑸ 能产生表面浮凸：M是N形，B上大致平行，B下为∧形；
⑹ B中铁素体具有一定的惯习面，并与母相A之间保持一定的晶体学位向关系；
⑺ B转变具有不完全性；通常随转变温度的升高，转变的不完全程度增大。
4．根据贝氏体的组织形态，通常将贝氏体分为哪几类？其中最常见的两类贝氏体是什么，并简述它们的组织形态及亚结构。
无碳化物、粒状贝氏体、上贝氏体、反常贝氏体、下贝氏体、柱状贝氏体，上贝氏体、下贝氏体最常见。
上贝氏体：是一种两相组织，是由板条状F与粒状或 条状碳化物组成的非层片
状机械混合物。F板条自A晶粒晶界(一侧或两侧)向A晶粒内部长大，粒状或条状渗碳体(有时还有残余A)分布于F板条之间，整体呈羽毛
状。亚结构为位错，位错密度较高，能形成缠结。
下贝氏体：由针状或片状F与分布其中的细片状或粒状碳化物组成，F相呈片状
或针状，与片M相似。形核部位大多在A晶界上，也有相当数量位于 A晶内。碳化物呈细片状或颗粒状，约以55-60°角度与下贝氏体的长
轴相交。亚结构为为位错，无孪晶。
5．简述贝氏体转变所需要过冷度比马氏体转变所需过冷度小很多的原因。B转变的驱动力同样是新旧两相之间的自由能之差：△G=-V△Gv+Sσ+Vε-△Gd ①B转变时A中碳发生了再分配，使贫碳A区中碳含量 降低导致贫碳A的自由能 降低，从而△GV增大；
②B与A的之间的比容差，小于M与A之间的比容差，因此ε减小 因而B转变不需要M转变那样大的过冷度。
6.什么是上贝氏体？什么是下贝氏体？简述下贝氏体比上贝氏体具有更好韧性的原因。
①在B上中，存在粗大碳化物颗粒或短杆状碳化物，所以容易形成大于临界尺寸的裂纹，并且裂纹一旦扩展，便不能由BF之间的小角晶界来阻止，而只能由大角度BF“束”界或原A晶界来阻止，因此B上中裂纹扩展迅速。
②在B下组织中，较小的碳化物颗粒不易形成裂纹，即使形成裂纹也难以达到临界尺寸。即使形成裂纹，裂纹的扩展将受到大量弥散碳化物颗粒和位错的阻止，因此形成的裂纹不易扩展。
7.在相同强度的基础上，哪些情况下贝氏体组织的韧性比回火马氏体的韧性更好。
①在B下形成温度范围的中、上区域，所形成B的韧性优于同强度回火M的韧性。②在具有回火脆性的钢中，B的韧性高于回火M的韧性。③在高碳钢中，回火M的韧性低于同强度B的韧性。
8.试比较（马氏体+贝氏体）混合组织与（马氏体或贝氏体）单一组织之间的韧性，并简述理由。
由于钢的淬透性的不同，某些钢淬火时往 往获得M和B混合组织。对这种混合组织的韧性研究的结果表明：M和B混合组织的韧性优于单一M和单一B组织的韧性。
这是由于先形成的B分割原A晶粒，使得随后形成 的M条束变小。
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7、钢的加热、退火与正火
1.钢在加热过程中产生的加热缺陷有哪些？其中哪两种是最容易产生的加热缺陷？给出这两种最容易产生的加热缺陷的预防措施。氧化、脱碳、欠热、过热、过烧。氧化、脱碳最易产生。
预防措施：盐浴加热、真空加热、可控气氛加热、高温短时快速加热、清除工件表面的水渍和锈斑。
2.钢在650℃以下加热与在650℃以上加热形成的氧化膜的结构有何不同的特点，它们在高碳钢或高碳合金钢的加热过程中有何应用。
钢在560℃以下加热时，表面氧化膜由两层构成：Fe2O3|Fe3O4|基体；由于这种氧化膜结构致密，且与基体结合牢固，可使钢表面与氧化性气氛隔离，阻止钢表面进一步氧化，此时可以不考虑防止氧化的问题。
在560℃以上加热时，表面氧化膜由三层构成：Fe2O3|Fe3O4|FeO|基体。主要由FeO组成。FeO是缺位固溶体，结构疏松，与基体结合不牢，易剥落，所以这种氧化膜不起防护作用，氧很容易穿过氧化膜向里氧化。因而钢铁表面一旦生成 FeO，就会使氧化速度大大增加，且温度越高，氧化越厉害。
3.什么是完全退火？阐述低碳钢和过共析钢不宜采用完全退火的理由。完全退火：将亚共析钢加热到 Ac3+(30～50)℃，完全A化后保温缓冷，以获得
接近平衡状态的组织的热处理工艺。低碳钢：完全退火后 硬度偏低，不利于切削加工
过共析钢：加热至Accm以上奥氏体状态缓冷退火时，有网状二次渗碳体析出，使钢的强度、塑性和冲击韧性显著降低。
4.什么是退火，什么是正火，二者有何异同，实际生产中如何选择退火或正火？ 退火：将金属加热到一定温度，保温适当时间后缓慢冷却，以获得接近平衡状
态组织的热处理工艺。
正火：将钢件加热到Ac3(或Accm)以上30～50℃，保温适当时间后，在空气
中冷却的热处理工艺。
主要区别：正火的冷却速度比退火稍快，过冷度较大，发生的是伪共析转变；
正火后所得到的组织比较细，强度和硬度比退火高一些。退火与正火的选择：
① 含碳量＜0.25％的低碳钢，常采用正火代替退火 ② 含碳量在 0.25～0.5％之间的中碳钢也可用正火代替退火 ③ 含碳量在 0.5～0.75％之间的钢一般采用完全退火
④ 含碳量＞0.75％的高碳钢或工具钢，一般均采用球化退火作为预备热处理，如有网状二次渗碳体 存在，则应先进行正火消除。⑤ 正火只适用于碳素钢及低、中合金钢，而不适应于高合金钢
⑥ 对于某些不太重要的工件，可在正火状态使用，因为正火得到的S组织具有
较好的机械性能。
⑦ 从经济性角度考虑，在满足性能的前提下，尽可能用正火代替退火。§
8、钢的淬火
1．简述确定亚共析钢淬火加热温度的原则与理由。
亚共析碳钢在Ac3＋30～50℃加热，是为了获得晶 粒细小的A，淬火后可获得细小的M组织。
若加热温度过高，奥氏体晶粒粗化，马氏体组织也粗大，钢的性能严重脆化； 若加热温度过低，奥氏体+铁素体转变为M+F(+残余A)，淬火后硬度不足。
2.试说明共析钢和过共析钢的淬火加热温度确定为Ac1＋30～50的理由，温度过高有什么危害。
①渗碳体融入A中的数量增大，使得未溶渗碳体颗粒减少和Ms点下降、残A增
多，从而降低钢的硬度和耐磨性；
②奥氏体晶粒粗大，片状M也就粗大，显微裂纹增多导致钢的脆性增加，淬火应
力增加导致淬火变形和开裂倾向增大； ③氧化和脱碳加剧； ④缩短炉子的使用寿命。
3．简述影响淬火加热的因素及其影响规律。
①钢的成分：碳含量和合金元素含量增多，由于导热性下降、合金元素比碳扩散慢，高碳钢比低碳钢、合金钢比碳素钢、高合金钢比低合金钢的保温时间要长； ②工件的形状与尺寸：有效厚度增大、形状复杂，保温时间延长；
形状复杂或尺寸较大的碳素工具钢及合金工具钢，常在淬火加热前采用预热，以消除残余内应力，缩短高温下保温时间以减轻氧化和脱碳及过热倾向； ③加热介质：不同加热介质的加热速度不同，保温时间不同； ④装炉情况：在炉中的放置及排列情况不同，保温时间也随之不同； ⑤炉温：提高炉温，缩短保温时间。
4．简述有物态变化的淬火介质的冷却过程。① 蒸汽膜内冷却阶段（简称蒸气膜阶段）
初期，由于工件放出的热量大于介质从蒸气膜吸走的热量，所以膜不断增厚。随冷却的进行，工件温度不断下降，膜的厚度及其稳定性也逐渐变小，直至破裂而消失；
② 沸腾冷却阶段（简称沸腾阶段）
当蒸气膜破裂时，工件就与介质直接接触，介质在工件表面激烈沸腾，不断逸出的气泡带走了大量的热量，以至工件的冷却速度很大。此阶段直到工件冷却至介质的沸点为止；
③ 对流冷却阶段（简称对流阶段）
当工件冷到低至介质的沸点时，主要只能靠对流传热的方式进行冷却，工件的冷却速度甚至比蒸气膜阶段还要缓慢，而且随工件表面与介质的温差不断减小冷速越来越小。
5．画出钢的理想淬火冷却曲线，并说明理由。650℃以上缓冷，以降低热应力。650℃～400℃快冷，保证全部A不分解。400℃以下缓冷，减少M 转变时的相变应力。
6．简述影响钢的淬透性的因素，并说明各因素的影响规律。①碳含量：
在碳钢中，共析钢的临界冷速最小，淬透性最好；非共析钢中，碳含量偏离共
析成分越远，淬透性越低。②合金元素：
除Co和大于2.5％Al以外，其余合金元素溶于奥氏 体后，都使过冷奥氏体的转变曲线右移，提高钢的 淬透性，因此合金钢的淬透性往往比碳钢要好。③奥氏体成分均匀性及晶粒度：
A成分越均匀、晶粒度越大，过冷A的稳定性越好，因而降低钢的临界冷却速
度，增加其淬透性。④钢中未溶第二相：
钢中未溶第二相会成为A分解的非自发形核核心，使临界冷却速度增大，降低
淬透性。⑤ 奥氏体化温度：
提高钢材的A化温度，将使A成分均匀、晶粒长大，因而可增加其淬透性。7．试说明淬透性和淬硬性的差异。淬透性：是指钢在淬火时获得M的能力，主要取决于钢的临界冷却速度，钢的临界冷却速度又取决于过冷奥氏体的稳定性。
淬硬性：是指钢淬火后形成的M组织所能达到的硬度，主要取决于马氏体中的含碳量。
8．简述防止工件氧化和脱碳的有效措施。
①在保证组织转变的前提下，加热温度应尽可能低，保温时间应尽可能短；
②采用脱氧良好的盐浴炉、保护气氛炉或真空炉加热；
③若采用空气电炉或燃烧炉加热时，必须采用适当保护措施，如包套、装箱、控制炉气等
§
9、钢在回火时的转变与回火 1．简述回火的三个基本目的。
①提高淬火钢的塑性和韧性，降低其脆性
②降低或消除淬火所引起的残余应力，防止零件的变形和开裂 ③促使淬火后的马氏体和残余奥氏体的转变，稳定工件尺寸
2．为什么说淬火组织是高度不稳定的。
淬火钢的组织由马氏体和残余奥氏体组成，M中的碳是高度过饱和的并且M具有很高的应变能和界面能，一定数量的残A一旦具备动力学条件（就是使原子具有足够的活动能力），M转变就会自发进行，所以说淬火组织是高度不稳定的。
3．简述二次硬化产生的原因。
①合金钢在回火过程中，由于合金元素的扩散能力很低，新生成的特殊碳化物弥散度极高；
②新生成的特殊碳化物与α相保持共格，随回火温度的升高，特殊碳化物尺寸增大且数量增多，从而使α相的共格畸变增大。
4．什么是二次淬火？什么是二次硬化？二者有何异同？它们在生产实践中有何意义。
二次淬火：由于残A本身的稳定性高，它在P和B区之间比较稳定的区域保温时
可以不发生分解，而在随后的冷却过程中转变为M，从而提高材料的强度和硬度的现象。
二次硬化：当M中含有足够量强碳化物形成元素时，在500℃以上回火时将析出
细小的特殊碳化物，导致因回火温度升高、渗碳体粗化而软化的钢再
度硬化，这种现象称为二次硬化。
合金钢具有较高的回火稳定性，同时由于回火时可以出现二次淬火和二次硬化现象，使零件回火后仍具有较高的硬度和强度，使钢具有红硬性和热强性，这对高温下工作的零件是非常重要的。
5．简述淬火钢回火时弹性极限在300～400℃间出现峰值的原因及应用。低温回火后的弹性极限值低是由于内应力未得到充分消除； 而高温回火后的弹性极限值低，是因为高温回火后钢的强度太低。应用：弹簧钢一般在 300～400℃回火。
6.什么是第一类回火脆性，它有哪些主要特征？可采取哪些措施减轻第一类回火脆性？
在200～350℃之间出现的回火脆性称为第一类回火脆性（低温回火脆性）； 主要特征：①具有不可逆性 ②与回火后的冷却速度无关 ③断口为沿晶脆性断口 减轻措施：
① 降低钢中杂质元素的含量；
② 用Al脱氧，或加入Nb、V、Ti等合金元素细化 A晶粒；
③ 加入Mo、W等可以减轻；
④ 加入Cr、Si调整温度范围（推向高温）；
⑤ 采用等温淬火代替淬火回火工艺。
7.什么是第二类回火脆性，它有哪些主要特征？可采取哪些措施减轻第二类回火脆性？
在450～600℃之间出现的回火脆性称为第二类回火脆性（高温回火脆性）； 主要特征：①具有可逆性 ②对回火后冷速敏感 ③断口为沿晶(晶间)断裂 减轻措施：
①选用高纯度钢种，尽量降低钢中杂质元素含量；
②加入能细化A晶粒的合金元素(如Nb、V、Ti等)以细化奥氏体晶粒，增
加晶界面积，降低单位面积杂质元素的含量；
③采用高温形变热处理，使晶粒细化，晶界面积增大，降低杂质元素在晶
界的偏聚浓度；
④对亚共析钢采用亚温淬火(Ac1～Ac3)，在淬火加热时使P等元素溶入F，降低P等元素在奥氏体晶界的偏聚浓度；
⑤加入适量的能扼制第二类回火脆性的合金元素，如Mo、W等；
⑥避免在450～650℃范围内回火，在650℃以上回火后应采取快冷。
⑦把已经产生回火脆性的钢材加热到发生回火脆性以上的温度重新回火后
采取快冷。
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10、钢的化学热处理
1．什么是化学热处理，简述化学热处理的目的，并列举四种以上常见的化学热处理类型。
钢的化学热处理：是将钢件置于特定的活性介质中加热保温，使一种或几种元素渗入钢件表层，从而改变钢件表层化学成分和组织，达到改进表面性能、满足技术要求的热处理过程。
目的：提高耐磨性、提高疲劳强度、提高抗蚀性、提高抗高温氧化性 类型：渗碳、渗氮、渗硫、渗硼、渗铝、渗钒、渗铬等
2．简述采用化学热处理方法进行表面硬化的优势
①能更好地解决钢件硬化与其韧性的矛盾，提高表面硬度时，仍能保持心部处于
较好的韧性状态
②比表面淬火硬化方法的效果更好，化学热处理同时改变钢件表层的化学成分与
组织
③如果渗入元素选择适当，可获得适应零件多种性能要求的表面层
3．简述化学热处理的基本过程。
①分解：钢件周围的介质分解，形成渗入元素的活性原子
②吸收：活性原子被钢件吸收，其先决条件是活性原子能够溶解于钢件表层金
属中
③扩散：渗入原子在基体金属中的扩散，是化学热处理得以进行和获得一定深
度渗层的保证
4．试写出固体渗碳时以BaCO3作为催渗剂进行渗碳所发生的四个反应方程式。
5．钢件渗碳后常采用何种热处理，并简述钢件渗碳后必须进行热处理的目的。渗碳后必须进行热处理，即进行淬火和回火。工件渗碳后热处理的目的：
①提高渗层表面的强度、硬度和耐磨性
②提高心部的强度和韧性
③细化晶粒
④消除网状渗碳体和减少残A
6．简述钢件经渗碳处理后、其疲劳强度显著提高的原因。
① 表面碳含量越高，Ms点越低，表面M的量小于表层内部M的量，在表面层得
到的残余压应力越大，它可以抵消相当部分由外加负载引起的拉应力，从而
提高疲劳强度；
② 一定层深的高硬度渗碳层，可以提高抵抗微裂纹形成和扩展的能力，从而提
高疲劳强度。
7．简述离子氮化的原理
离子氮化是利用辉光放电这一物理现象对金属材料表面强化的氮化法。在低压的氮气或氨气等气氛中，作为阳极的炉体和作为阴极的被处理工件之间加以直流电压，使气体产生辉光放电。
气体中的正离子向阴极移动，当接近工件表面时，由于工件表面数毫米处的急剧电压降而被强烈加速，正离子轰击工件表面，离子具有的动能转变为热能而加热被处理工件，同时一部分离子直接注入工件表面；
与此同时，部分离子引起阴极溅射，从工件表面溅射出电子和原子，溅出的Fe原子和N原子相结合形成 FeN，FeN由于受到高温和离子轰击而很快地分解为 低价氮化物而放出氮。一部分失去氮的Fe又被溅射到辉光等离子气体中与新的N原子结合，促进氮化
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11、钢的特种热处理
1．简述感应加热时既可以保证零件具有一定的淬硬层深而又不容易使表层过热的原因。
随着电流透入深度增大，整个电流透入层的电流密度迅速降低，从而使表层加热速度变缓，导致温度沿断面的分布在表层较为平缓，这样既可以保证零件具有一定的淬硬层深，又不容易使表层过热。
2．简述经高频感应加热淬火后钢件的表面硬度比普通淬火要高的原因。
①表层存在较大的压应力； ②M晶粒细小；
③高碳M在低碳M中弥散分布；
④较少的残A。
3．简述感应加热淬火的基本原理，以及感应加热淬火时钢的相变特点。基本原理：感应线圈通以交流电时，就会在它的内部和周围产生与交流电频率相同的交变磁场。若把工件置于感应磁场中，则其内部将产生感应电流并由于电阻的作用被加热。（电磁感应）感应电流在工件表层密度最大，而心部几乎为零，这种现象称为集肤效应。（表面效应）相变特点：
① 临界温度(Ac1和Ac3)升高，转变在一个较宽的温度范围内进行。加热速
度越快，临界温度升高越厉害。
② 奥氏体晶粒细小
③奥氏体成分不均匀，有时组织中还残存第二相
4．真空热处理有哪些特异效果和伴生现象
表面保护作用、表面净化作用、脱脂作用、脱气作用、元素的蒸发现象、真空加热油淬引起钢件渗碳
5．简述真空渗碳的优缺点。
优点：①渗碳时间显著缩短 ②渗碳质量好 ③作业条件好 缺点：①设备投资大 ②成本高 ③周期式生产的产量低
6．什么是形变热处理，并简述形变热处理的强韧化机理。
形变热处理：是将压力加工与热处理相结合，对金属材料进行形变强化和相变强化的一种综合强化工艺。
钢经过形变热处理后，能够获得良好的强韧性，是由其显微组织和亚结构的特点所决定的。形变热处理强韧化的机理大致可以归纳为：显微组织细化、位错密度和亚结构的变化以及碳化物的弥散强化作用。7.简述时效的一般原理，以及时效发生的必备条件。
原理：如果在室温或者某一高温下溶质原子仍具有一定的扩散能力，那么随着时间的延续，过饱和固溶体中的溶质元素将发生脱溶或析出，从而使钢或者合金的性能发生变化。必备条件：
① 溶质元素在固溶体中应具有一定的固溶度，并随 温度的下降而减少； ② 经高温固溶处理后，溶质元素处于过饱和状态； ③ 在较低温度下溶质原子仍具有一定的扩散能力。
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