【文章內容簡介】 答：化學熱處理是將金屬或合金工件置于一定溫度的活性介質中，使一種或幾種元素滲入至它的表層，以改變其表層的化學成分、組織和性能的熱處理工藝方法。盡管都是表面改性熱處理，表面感應淬火是通過淬火的方法提高工件表層的硬度；而化學熱處理是通過改變工件表面的化學成份而改變工件表面的金相組織和力學性能，兩者有本質的區(qū)別。42． 答：鋼的滲碳就是工件在滲碳介質中進行加熱和保溫，使活性炭原子滲入至鋼件表面，使其獲得一定的表面碳質量分數和一定濃度梯度的工藝。滲碳的目的是使機器零件獲得高的表面硬度、耐磨性及高的接觸疲勞強度和彎曲疲勞強度。43． 答：滲氮熱處理就是在一定溫度下使活性氮原子滲入至工件表面，從而提高其硬度、耐磨性和疲勞強度的一種化學熱處理方法。和滲碳相比，滲氮零件具有如下特點：（1） 高硬度和高耐磨性 當采用含鋁、鉻的滲氮鋼時，滲氮后表層的硬度可達1000～1200HV，相比而言，滲碳淬火后表層的硬度只有700～760HV。滲氮層由于硬度高，所以耐磨性也較高。尤其值得提出的是，滲氮層的高硬度可以保持到500℃左右，而滲碳層的硬度在200℃以上就會劇烈下降。（2） 高疲勞強度 這是由于滲氮層的殘余應力比滲碳層大。試驗證明，缺口試樣滲氮后的疲勞強度可以與光滑試樣滲氮后相比美。（3） 變形小而規(guī)律性強 這是因為滲氮溫度低，滲氮過程中零件心部沒有發(fā)生相變，滲氮后又不需要任何熱處理。能夠引起零件變形的原因只有滲氮層的體積膨脹，所以其變形的規(guī)律性也較強。（4） 高的抗咬合性能 咬合是由于短時間缺乏潤滑，過熱的相對運動的兩表面產生的卡死、擦傷或焊合現(xiàn)象。工件的滲氮層因其具有高硬度和高溫硬度可使其具有較好的抗咬合性能。（5） 高的抗腐蝕性能 這種性能來自于滲氮層表面化學穩(wěn)定性高而致密的化合物層，即通常所謂的白亮層。有時為了降低滲氮層的脆性而抵制了它的生成，工件的抗腐蝕性就不會提高。滲氮的缺點是工藝過程時間較長，成本較高。如欲獲得1mm深的滲碳層，滲碳處理僅需要6～9h，滲氮處理常需要40～50h。另外，由于滲氮層較薄，也不能承受太大的接觸應力。44． 答：被處理工件的清洗一小部分為工件熱處理前的預清洗，其作用是去除工件在熱處理前的油漬和污垢。而大部分是工件熱處理之后的清洗，其作用是去除工件在熱處理之后殘留在工件表面的鹽垢、油漬和炭黑等污物，使工件達到光亮清潔的目的。45． 答：借助壓縮空氣作為動力，將玻璃丸或鋼丸噴射到工件表面，使工件表面的氧化皮及污物脫落下來，這種清除氧化物及污物的方法稱為噴丸處理；噴丸后，工件的表面光潔發(fā)亮，同時還能在工件表面產生殘余壓應力，提高工件的疲勞強度；由于鋼丸或鐵丸的強度較高、沖擊力較大，因此，噴丸只適用于滲碳或碳氮共滲后經淬火的零件及其它高硬度工件的表面清理，硬度在40HRC以下的工件不能進行噴丸，硬度在40～55HRC之間的工件，噴丸時不能處理得太久。工具及形狀復雜的工件也不宜采用噴丸。46． 答：①工件在加熱和（或）冷卻時由于不同部位存在著溫度差別而導致熱脹和（或）冷縮的不一致所引起的應力，稱為熱應力。而熱處理過程中由于工件各部位相轉變的不同時性所引起的應力，稱為相變應力。②象熱應力和相變應力這樣由工件內部產生的應力稱為內應力，工件冷卻完成后，在沒有外力作用、工件各部位也沒有溫差的情況下，仍然存留在工件內部的應力稱為殘余應力。47． 答：①冷壓校直法：在室溫下對畸變工件的伸長邊（即彎曲工件的凸起面）的最高點加一靜壓力，使原伸長邊承受壓應力，縮短邊承受拉應力，直至產生塑性變形，從而使伸長邊縮短，短邊伸長，達到校直的目的。該方法一般適用于硬度較低（40HRC以下）的軸類、長板類、薄片類工件校直，生產中常用于調質、正火、退火等熱處理后工件的畸變校直。②加熱校直法：用氧乙炔火焰對工件彎曲最大處（必須是硬度要求不高或不嚴的部位）進行局部加熱，然后再進行加壓校直。如對高速鋼鉆頭，對其柄部堅韌至暗紅色然后加壓校直，就容易矯正過來，且不會降低其硬度。③熱點校直法：用氧乙炔火焰小面積加熱工件的凸起（彎曲最大處）部分至暗紅色，隨后根據鋼的成分進行急冷，對碳鋼可用水冷，對合金鋼可用油冷。通過受熱部位膨脹，急冷導致該點收縮，達到校直的目的。48． 答：布氏硬度只適用于測定小于450HBS的金屬材料，如鑄鐵、非鐵金屬及其合金、各種退火及調質的鋼材，特別對軟金屬，如鋁、鉛、錫等更為適宜。洛氏硬度操作簡便迅速，可直接從刻度盤上讀出硬度值，由于壓痕小，可測定成品及薄工件，并且測試的硬度值范圍大。維氏硬度試驗是一種較為精確的硬度試驗方法，在熱處理工件的質量檢驗中，主要利用其低載荷來測定不適合用布氏和洛氏法來測定的薄工件和工件上薄的硬化層的硬度。49． 答：加熱溫度過高，保溫時間過長，有時會促使工件在隨后的快速冷卻過程中形成粗大魏氏組織，其特征是亞共析鋼中的先共析鐵素體或過共析鋼中的先共析滲碳體從晶界出發(fā)，以針狀或片狀伸入晶內，而且定向分布在基體上，這種組織的力學性能比一般的粗大晶粒還要差。當鋼中出現(xiàn)魏氏組織時，可以通過重新正火消除。50． 答：高鋁磚由高鋁礬土、硅線石、天然或人造剛玉、工業(yè)氧化鋁等原料經配料、混合和成形等工序，最后經高溫焙燒而成。其特點是耐火度和荷重軟化溫度都比粘土質耐火磚高，使用溫度可達1400～1650℃；屬中性耐火材料，其抗渣性和熱震穩(wěn)定性較好，其缺點是熱穩(wěn)定性較低，重燒收縮較大，價格較貴。熱處理爐中溫度較高的區(qū)域，需要使用高鋁磚。如電阻絲的擱磚一般都采用高鋁磚。51． 答：鹽浴爐工作一段時間后，由于熔鹽與空氣中的氧和水以及與金屬電極、工件和掛具等發(fā)生反應，能在鹽浴中生成易使工件產生氧化或脫碳的金屬氧化物。為了防止工件的氧化和脫碳，在熱處理生產中，通常采用校正劑定時對熔鹽進行脫氧，以去除（沉淀）這些有害的金屬氧化物，沉淀在爐膛底部的脫氧產物叫做爐渣。通常在脫氧后要進行撈渣，撈渣的徹底與否對工件的加熱質量有著十分明顯的影響。52． 答：熱電偶的安裝方式分為豎直式和水平式，前者適用于鹽浴爐和箱式電阻爐測溫，后者適用于井式電阻爐測溫。其測量端伸入爐膛的長度不宜過短或過長。伸入部分過短，會影響測溫的準確性；伸入部分過長，又容易被碰損或產生變形。一般情況下，伸入長度應大于保護管外徑的8～10倍，但又不要超過500mm，露出部分應使用架子托牢，并在使用一段時間后，可將其旋轉180176。繼續(xù)使用。熱電偶保護管與爐壁之間的空隙須用耐火泥或耐火纖維進行堵塞，以免因氣體對流而影響測量的準確性。按水平方式進行安裝時，補償導線與接線盒出線孔之間的空隙也應用耐火纖維塞緊，并使其朝向下方，以免污物落入。安裝在箱式電阻爐和井式電阻爐上的熱電偶一般不需要經常挪動，而使用鹽浴爐時，在校正、除渣、停爐或開爐時都需要將熱電偶取出、放入，挪動比較頻繁。另外，為了避免熱電偶因急熱急冷受損，熱電偶的測量端應先在熱處理爐的爐口上方充分烤熱后，才能放入爐內；同樣，從爐中取出的熱電偶也應先放在爐口旁進行緩慢冷卻。53． 答：合金在相變溫度的兩側各有一個自由能較低的穩(wěn)定狀態(tài)，合金在加熱或冷卻過程中跨越這個溫度時，便會由原來的穩(wěn)定狀態(tài)轉變?yōu)樾碌姆€(wěn)定狀態(tài)，這就是相變的實質。54． 答：（1） 選擇材料 根據Fe—FeC3相圖可以把鐵碳合金分為低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼和鑄鐵等，因其成分不同，其性能也不同，從而為不同工件的選材提供了依據。（2） 判斷與分析鐵碳合金 若已知鋼及鑄鐵的成分，可以推斷其平衡態(tài)組織和主要性能特點；若不知成分，可根據平衡組織推斷鋼的牌號及鑄鐵的種類。（3） 制定熱加工工藝 根據液相線，確定不同成分的鐵碳合金的澆注溫度；鍛軋溫度應選在奧氏體單相區(qū)；根據鐵碳相圖還可以確定碳鋼的退火溫度、淬火溫度及正火溫度等。55． 答:（1） 滲碳體 晶格點陣為正交點陣、化學式近似于Fe3C的一種間隙式化合物，稱為滲碳體，以符號“Cm”來表示。%，是一固定值。滲碳體具有復雜晶格，其性能特點是高硬度、高脆性及高熔點，并且?guī)缀鯖]有塑性，它是鐵碳合金中的強化相。通過不同的熱處理方法，可以改變滲碳體在鐵碳合金中的形態(tài)、大小、數量及分布，從而改變材料的性能。這正是熱處理的重要原理之一。（2） 一次滲碳體 過共晶成分的鐵碳合金的熔體在發(fā)生共晶轉變之前結晶出來的滲碳體稱為一次滲碳體（或先共晶滲碳體），用符號Fe3CI表示。由于一次滲碳體是由液相中直接析出，長大很少受阻，所以一般比較粗大。（3） 二次滲碳體 本意是指高于共析成分的奧氏體從高溫慢冷下來之際，在發(fā)生共析轉變之前析出的滲碳體，所以又稱先共析滲碳體?，F(xiàn)在廣義則包括過冷奧氏體在形成珠光體（廣義珠光體）之前析出的滲碳體，用符號Fe3CII表示。二次滲碳體一般沿晶界析出，所以通常呈網狀分布。（4） 三次滲碳體 鐵碳合金冷卻時，由α鐵素體中析出的滲碳體稱為三次滲碳體，用符號Fe3CIII表示。由于碳在鐵素體中的溶解度很低，析出的三次滲碳體很少，往往忽略不計。56． 答:（1） 原子排列不規(guī)則，因此對金屬的塑性變形起著阻礙作用，晶界越多，其作用越明顯。顯然，晶粒越細，晶界總面積就越大，金屬的強度和硬度也就越高。所以在常溫下（高溫條件下卻不同）使用的金屬材料，一般總是力求獲得細小的晶粒。（2） 晶界處原子具有較高的能量，且雜質較多（往往是一些低熔點的雜質），因此其熔點較低，有時還末加熱到金屬的熔點，晶界處已先行熔化了。（3） 晶界處原子能量較高而容易滿足固態(tài)相變所需要的能量起伏，因此新相往往在舊相晶界處形核。晶粒越細小，晶界越多，新相的形核率就越高。（4） 晶界處有較多的空位，因此原子沿晶界的擴散速度也快。（5） 晶界處電阻較高，且易被腐蝕。57． 答：硫、磷是鋼中的有害元素，含硫多了會使鋼產生熱脆性，而含磷多了則會使鋼產生冷脆性。但在易切削鋼中，加入適當的硫和磷可以改善鋼的切削加工性能，使鐵屑易斷。58． 答：碳質量分數較高的碳素工具鋼，其塑性、韌性較差，強度也有所下降。凡受沖擊工具宜選用T7~T9鋼；高耐磨、鋒利的工具鋼可選用T13~T14鋼；一般硬而耐磨的可選用T10~T12鋼。59． 答：所謂合金鋼就是在碳鋼的基礎上，為獲得或提高某些性能，冶煉時特意加入一些其它元素的鋼。與碳鋼相比，合金鋼具有良好的熱處理性能、優(yōu)良的綜合力學性能及某些特殊的物理、化學性能。60． 答：高錳鋼是典型的耐磨鋼，其牌號為ZGMn13，%~%之間，錳質量分數在11%~14%之間。通常對高錳鋼要進行“水韌處理”才能得到所需性能，即將其加熱到1000~1100℃，保溫一定時間，使鋼中碳化物全部溶解，然后迅速水淬，在室溫下獲得均勻單一的奧氏體組織。此時鋼的硬度不高（180~220HBW），但韌性很好。當工件在工作中受到沖擊和壓力而變形時，表面會產生強烈的硬化使其硬度顯著提高（50HRC以上），從而獲得高耐磨性，而心部仍保持高的塑性和韌性。即這種鋼只有在受到強大沖擊和壓力的條件下，才有高的耐磨性，否則并不耐磨。由于高錳鋼極易加工硬化，切削加工困難，故高錳鋼零件大多采用鑄造成形。61． 答：為了用最低的成本獲得高質量的零件，在選材方面一般應該遵循以下原則：首先，從材料使用性能的角度出發(fā)，選用的材料應滿足零件的服役條件；其次，根據材料工藝性能的要求，選用的材料應具有較好的加工工藝性，能夠保證零件便于加工制造；第三，從經濟角度考慮，材料還應有較好的經濟性，即必須保證零件的總成本（材料費、加工費、管理費等）最低，而使用壽命最長。綜上所述，選用材料的三原則是①使用性能原則；②工藝性能原則；③經濟性原則。62． 答：（4） 鑄鐵的石墨化可分為三個階段：第一階段石墨化：即液相至共晶結晶階段。包括過共晶成分的液相中直接結晶出一次石墨和共晶轉變時形成的共晶石墨，以及一次滲碳體和共晶滲碳體在高溫退火時分解析出的石墨。中間階段石墨化：即共晶至共析轉變之間階段。包括從奧氏體中直接析出二次石墨和二次滲碳體在此溫度區(qū)間內分解析出的石墨。第二階段石墨化：即共析轉變階段。包括共析轉變時，奧氏體轉變?yōu)殍F素體加石墨和共析滲碳體退火時分解為鐵素體和石墨。（5） 影響石墨化的因素主要有以下兩個方面：第一是化學成分，促進石墨化的元素按由強至弱的順序為鋁、碳、硅、鈦、鎳、磷、鈷、鋯；阻礙石墨化的元素由強至弱的順序為硼、鎂、鐵、釩、鉻、硫、錳、鎢。第二中冷卻速度，緩冷有利于擴散，使石墨化得以充分進行；快冷則阻礙石墨化，促進白口化。63． 答：表面淬火的目的是提高鑄件表面的硬度和耐磨性。主要的方法有中、高頻感應加熱淬火法、火焰淬火等。鑄件表面快速加熱到900～1000℃，然后進行噴水冷卻，經淬火后表面層組織為馬氏體和石墨。64． 答：由圖129可見，鋁合金可以分為變形鋁合金和鑄造鋁合金兩大類。成分在B點以左的合金，當加熱到固溶線以上時，可得到均勻的單相固溶體，其塑性很好，宜于壓力加工，故稱變形鋁合金。通常合金元素總質量分數小于5%，但在高強度變形鋁合金中，合金元素總質量分數可達8%~14%。變形鋁合金又可分為兩類：①不能熱處理強化的鋁合金，即成分小于D點的合金，這類合金具有良好的抗蝕性，故又稱防銹鋁；②能熱處理強化的鋁合金，成分在B與D點之間的合金，這類合金有硬鋁、超硬鋁和鍛鋁。成分在B點右邊的合金，適合鑄造，故稱鑄造鋁合金，其合金元素總質量分數為8%~25%。鑄造鋁合金中有成分隨溫度變化的α固溶體，故能用熱處理方式進行強化。但距B點越遠，合金中α相越少，強化效果越不明顯。65． 答：硬質合金是將一些難熔的化合物粉末和粘結劑混合，加壓成形，再經燒結而成的一種粉末冶金材料。硬質合金的特點是：硬度高，86～93HRA；熱硬性好（可保持到900～1000℃），耐磨性優(yōu)良。它的切削速度比高速鋼高，刀具壽命可提高5～80倍。硬質合金可以加工50HRC左右的硬質材料。但是，由于硬質合金硬度太高，而且太脆，所以不能進行機械加工，經常制成一定規(guī)格的刀片，鑲焊在刀體上使用。66． 答：（1） 可靠性 所確定的工藝路線、工藝規(guī)程是以達到零件技術要求為前提，零件批量生產質量可靠穩(wěn)定。（2） 先進性 盡量采用先進技術。特別是應采用行之有效、切合生產實際的新工藝、新設備，力求做到技術先進