热处理复习题

热处理复习题

部分复习思考题及参考答案

钢 的 热 处 理

12.将¢5mm的T8(共析钢)钢加热至760℃并保温足够时间，问采用什么样的冷却工艺可得到如下组织：珠光体，索氏体，屈氏体，上贝氏体，下贝氏体，屈氏体+马氏体，马氏体+少量残余奥氏体；在C曲线上描出工艺曲线示意图。 答：(1)珠光体：冷却至线~550℃范围内等温停留一段时间，再冷却下来得到

珠光体组织。

索氏体：冷却至650～600℃温度范围内等温停留一段时间，再冷

却下来得到索光体组织。

屈氏体：冷却至600～550℃温度范围内等温停留一段时间，再冷

却下来得到屈氏体组织。

上贝氏体：冷却至600～350℃温度范围内等温停留一段时间，再

冷却下来得到上贝氏体组织。

下贝氏体：冷却至350℃～Ms温度范围内等温停留一段时间，再

冷却下来得到下贝氏体组织。

屈氏体+马氏体：以大于获得马氏体组织的最小冷却速度并小于获

得珠光体组织的最大冷却速度连续冷却，获得屈氏体+马氏体。

马氏体+少量残余奥氏体：以大于获得马氏体组织的最小冷却速度

冷却获得马氏体+少量残余奥氏体。

(2)

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13．退火的主要目的是什么？生产上常用的退火操作有哪几种？指出退火操作的应用范围。

答：（1）均匀钢的化学成分及组织，细化晶粒，调整硬度，并消除内应力和加

工硬化，改善钢的切削加工性能并为随后的淬火作好组织准备。 （2）生产上常用的退火操作有完全退火、等温退火、球化退火、去应力

退火等。

（3）完全退火和等温退火用于亚共析钢成分的碳钢和合金钢的铸件、锻

件及热轧型材。有时也用于焊接结构。球化退火主要用于共析或过共析成分的碳钢及合金钢。去应力退火主要用于消除铸件、锻件、焊接件、冷冲压件（或冷拔件）及机加工的残余内应力。

14.何谓球化退火？为什么过共析钢必须采用球化退火而不采用完全退火？ 答：（1）将钢件加热到Ac1以上30～50℃，保温一定时间后随炉缓慢冷却至600℃

后出炉空冷。

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（2）过共析钢组织若为层状渗碳体和网状二次渗碳体时，不仅硬度高，

难以切削加工，而且增大钢的脆性，容易产生淬火变形及开裂。通过球化退火，使层状渗碳体和网状渗碳体变为球状渗碳体，以降低硬度，均匀组织、改善切削加工性。

15.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（0.15%C）钢钢板，要求降低硬度；

答：再结晶退火。目的：使变形晶粒重新转变为等轴晶粒，以消除加工硬化现

象，降低了硬度，消除内应力。细化晶粒，均匀组织，消除内应力，降低硬度以消除加工硬化现象。组织：等轴晶的大量铁素体和少量珠光体。 2）ZG35（0.35%C）的铸造齿轮

答：完全退火。经铸造后的齿轮存在晶粒粗大并不均匀现象，且存在残余内

应力。因此退火目的：细化晶粒，均匀组织，消除内应力，降低硬度，改善切削加工性。组织：晶粒均匀细小的铁素体和珠光体。 3）锻造过热后的60（0.6%C）钢锻坯；

答：完全退火。由于锻造过热后组织晶粒剧烈粗化并分布不均匀，且存在残余

内应力。因此退火目的：细化晶粒，均匀组织，消除内应力，降低硬度，改善切削加工性。组织：晶粒均匀细小的少量铁素体和大量珠光体。 4）具有片状渗碳体的T12（1.2%C）钢坯；

答：球化退火。由于T12钢坯里的渗碳体呈片状，因此不仅硬度高，难以切削

加工，而且增大钢的脆性，容易产生淬火变形及开裂。通过球化退火，使层状渗碳体和网状渗碳体变为球状渗碳体，以降低硬度，均匀组织、改善切削加工性。组织：粒状珠光体和球状渗碳体。

17.指出下列零件的锻造毛坯进行正火的主要目的及正火后的显微组织：

（1）20（0.2%C）钢齿轮 （2）45（0..45%C）钢小轴 （3）T12（1.2%C）

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钢锉刀

答：（1）目的：细化晶粒，均匀组织，消除内应力，提高硬度，改善切削加工

性。组织：晶粒均匀细小的大量铁素体和少量索氏体。

（2）目的：细化晶粒，均匀组织，消除内应力。组织：晶粒均匀细小的

铁

素体和索氏体。

（3）目的：细化晶粒，均匀组织，消除网状Fe3CⅡ，为球化退火做组织

准备，消除内应力。组织：索氏体和球状渗碳体。

18.一批45（0.45%C）钢试样（尺寸Φ15*10mm），因其组织、晶粒大小不均匀，需采用退火处理。拟采用以下几种退火工艺；

（1）缓慢加热至700℃，保温足够时间，随炉冷却至室温； （2）缓慢加热至840℃，保温足够时间，随炉冷却至室温； （3）缓慢加热至1100℃，保温足够时间，随炉冷却至室温；

问上述三种工艺各得到何种组织？若要得到大小均匀的细小晶粒，选何种工艺最合适？

答：（1）因其未达到退火温度，加热时没有经过完全奥氏体化，故冷却后依然

得到组织、晶粒大小不均匀的铁素体和珠光体。

（2）因其在退火温度范围内，加热时全部转化为晶粒细小的奥氏体，故

冷却后得到组织、晶粒均匀细小的铁素体和珠光体。

（3）因其加热温度过高，加热时奥氏体晶粒剧烈长大，故冷却后得到晶

粒粗大的铁素体和珠光体。

要得到大小均匀的细小晶粒，选第二种工艺最合适。

21.说明45钢试样（Φ10mm）经下列温度加热、保温并在水中冷却得到的室温组织：700℃，760℃，840℃，1100℃。

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答：700℃：因为它没有达到相变温度，因此没有发生相变，组织为铁素体和

珠光体。

760℃：它的加热温度在Ac1～Ac3之间，因此组织为铁素体、马氏体和

少量残余奥氏体。

840℃：它的加热温度在Ac3以上，加热时全部转变为奥氏体，冷却后

的组织为马氏体和少量残余奥氏体。

1100℃：因它的加热温度过高，加热时奥氏体晶粒粗化，淬火后得到

粗片状马氏体和少量残余奥氏体。

22.有两个含碳量为1.2%的碳钢薄试样，分别加热到780℃和860℃并保温相同时间，使之达到平衡状态，然后以大于VK的冷却速度至室温。试问：

（1）哪个温度加热淬火后马氏体晶粒较粗大？

答;因为860℃加热温度高，加热时形成的奥氏体晶粒粗大，冷却后得到的马氏体晶粒较粗大。

（2）哪个温度加热淬火后马氏体含碳量较多？

答；因为加热温度860℃已经超过了Accm，此时碳化物全部溶于奥氏体中，奥氏

体中含碳量增加，而奥氏体向马氏体转变是非扩散型转变，所以冷却后马氏体含碳量较多。

（3）哪个温度加热淬火后残余奥氏体较多？

答：因为加热温度860℃已经超过了Accm，此时碳化物全部溶于奥氏体中，使奥

氏体中含碳量增加，降低钢的Ms和Mf点，淬火后残余奥氏体增多。 （4）哪个温度加热淬火后未溶碳化物较少？

答：因为加热温度860℃已经超过了Accm，此时碳化物全部溶于奥氏体中，因此

加热淬火后未溶碳化物较少

（5）你认为哪个温度加热淬火后合适？为什么？

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答：780℃加热淬火后合适。因为含碳量为1.2%的碳钢属于过共析钢，过共析

碳钢淬火加热温度Ac1+（30～50℃），而780℃在这个温度范围内，这时淬火后的组织为均匀而细小的马氏体和颗粒状渗碳体及残余奥氏体的混合组织，使钢具有高的强度、硬度和耐磨性，而且也具有较好的韧性。 23.指出下列工件的淬火及回火温度，并说明其回火后获得的组织和大致的硬度：

（1）45钢小轴（要求综合机械性能）； （2）60钢弹簧； （3）T12钢锉刀。

答：（1）45钢小轴（要求综合机械性能），工件的淬火温度为850℃左右，回

火温度为500℃～650℃左右，其回火后获得的组织为回火索氏体 ，大致的硬度25～35HRC。

（2）60钢弹簧，工件的淬火温度为850℃左右，回火温度为350℃～500℃

左右，其回火后获得的组织为回火屈氏体 ，大致的硬度40～48HRC。

（3）T12钢锉刀，工件的淬火温度为780℃左右，回火温度为150℃～

250℃，其回火后获得的组织为回火马氏体 ，大致的硬度60HRC。

28.指出下列组织的主要区别：

（1）索氏体与回火索氏体； （2）屈氏体与回火屈氏体； （3）马氏体与回火马氏体。

答：由奥氏体冷却转变而成的屈氏体(淬火屈氏体)和索氏体(淬火索氏体)组织,与由马氏体分解所得到的回火屈氏体和回火索氏体组织有很大的区别,主要是碳化物的形态不同。由奥氏体直接分解的屈氏体及索氏体中的碳化物

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是片状的,而由马氏体分解的回火屈氏体与回火索氏体中碳化物是颗粒状的。回火索氏体和回火屈氏体相对于索氏体与屈氏体其塑性和韧性较好。马氏体（M）是由A 直接转变成碳在α—Fe中过饱和固溶体。回火马氏体是过饱和的α固溶体（铁素体）和与其晶格相联系的ε碳化物所组成，其淬火内应力和脆性得到降低。

31.试述一般渗碳件的工艺路线，并说明其技术条件的标注方法。 答：一般渗碳件的工艺路线为：

下料→锻造→正火→切削加工→渡铜（不渗碳部位）→渗碳→淬火→低温回火→喷丸→精磨→成品

34.拟用T10（1.0%C）制造形状简单的车刀，工艺路线为： 锻造—热处理—机加工—热处理—磨加工

（1） 试写出各热处理工序的名称并指出各热处理工序的作用； （2） 指出最终热处理后的显微组织及大致硬度； （3） 制定最终热处理工艺规定（温度、冷却介质）

答：（1）工艺路线为：锻造—退火—机加工—淬火后低温回火—磨加工。退火

处理可细化组织，调整硬度，改善切削加工性；淬火及低温回火可获得高硬度和耐磨性以及去除内应力。

（2）终热处理后的显微组织为回火马氏体 ，大致的硬度60HRC。 （3）T10车刀的淬火温度为780℃左右，冷却介质为水；回火温度为

150℃～250℃。

35.选择下列零件的热处理方法，并编写简明的工艺路线（各零件均选用锻造毛坯，并且钢材具有足够的淬透性）：

（1）某机床变速箱齿轮（模数m=4），要求齿面耐磨，心部强度和韧性

要求不高，材料选用45钢；

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（2）某机床主轴，要求有良好的综合机械性能，轴径部分要求耐磨（HRC

50-55），材料选用45钢；

（3）镗床镗杆，在重载荷下工作，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，材料选用38CrMoALA。

答：（1）下料→锻造→正火→粗加工→精加工→局部表面淬火+低温回火→精

磨→成品

（2）下料→锻造→正火→粗加工→调质→精加工→局部表面淬火+低温

回火→精磨→成品

（3）下料→锻造→退火→粗加工→调质→精加工→氮化→研磨→成品 36.某型号柴油机的凸轮轴，要求凸轮表面有高的硬度（HRC>50），而心部具有良好的韧性（Ak>40J），原采用45（0.45%C）钢调质处理再在凸轮表面进行高频淬火，最后低温回火，现因工厂库存的45钢已用完，只剩15（0.15%C）钢，拟用15钢代替。试说明：

（1）原45钢各热处理工序的作用；

（2）改用15钢后，应按原热处理工序进行能否满足性能要求？为什么？

（3）改用15钢后，为达到所要求的性能，在心部强度足够的前提下采用何种热处理工艺？

答：（1）正火处理可细化组织，调整硬度，改善切削加工性；调质处理可获得

高的综合机械性能和疲劳强度；局部表面淬火及低温回火可获得局部高硬度和耐磨性。

（2）不能。改用15钢后按原热处理工序会造成心部较软，表面硬，会造

成表面脱落。

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（3）渗碳。

37.有甲、乙两种钢，同时加热至 1150 ℃，保温两小时，经金相显微组织检查，甲钢奥氏体晶粒度为 3 级，乙钢为 6 级。由此能否得出结论：甲钢是本质粗晶粒钢，而乙钢是本质细晶粒钢？

答：不能。本质晶粒度是在930±19℃,保温3~8小时后测定的奥氏体晶粒大小。本质细晶粒钢在加热到临界点Acl以上直到930℃晶粒并未显著长大。超过此温度后,由于阻止晶粒长大的难溶质点消失,晶粒随即迅速长大。1150 ℃超过930℃，有可能晶粒随即迅速长大，所以不能的出结论甲钢是本质粗晶粒钢，而乙钢是本质细晶粒钢。

38.为什么用铝脱氧的钢及加入少量 Ti ， Zr ， V ， Nb, W 等合金元素的钢都是本质细晶粒钢？奥氏体晶粒大小对转变产物的机械性能有何影响？ 答：铝脱氧及加入少量 Ti ， Zr ， V ， Nb, W 等合金元素会形成高温难溶

的合金化合物，在930±19℃左右抑制了晶粒的长大。所以加入以上合金元素的钢都是本质细晶粒钢。

41.将 20 钢及 60 钢同时加热至 860 ℃，并保温相同时间，问哪种钢奥氏体晶粒粗大些？

答：60 钢奥氏体晶粒粗大些。

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