【文章內(nèi)容簡介】 體，等溫退火。 2調(diào)質(zhì)處理后的 40 鋼齒輪，經(jīng)高頻感應(yīng)加熱后的溫度分布如圖 110 所示。試分析高頻感應(yīng)加熱水淬后，輪齒由表面到中心各區(qū) (Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ )的組織。 答：加熱到Ⅲ區(qū)的部 分，加熱溫度丁低于相變臨界點(diǎn)溫度 Ac1，不發(fā)生相變。水冷后 40 鋼齒輪仍保持調(diào)質(zhì)處理后的鐵素體基體十粒狀滲碳體 (回火索氏體 )組織，但是高于原調(diào)質(zhì)處理的回火溫度的部分中，粒狀滲碳體變得較粗大。加熱到Ⅲ區(qū)的部分組織為：回火索氏體。 加熱到Ⅱ區(qū)的部分，加熱溫度為人 A c3＞ T＞ Ac1“出現(xiàn)了部分奧氏體，所以加熱時(shí)Ⅱ區(qū)部分的組織為：鐵素體十奧氏體。水冷后Ⅱ區(qū)部分的組織為：鐵素體 +馬氏體。 加熱到 I 區(qū)的部分，加熱溫度 T＞ Ac3，已經(jīng)完全奧氏體化，所以加熱時(shí) I 區(qū)部分的組織為：奧氏體。水冷后 I 區(qū)部分的組織為：馬氏體。 2確定下列鋼件的退火方法，并指出退火目的及退火后的組織。 ⑴ 經(jīng)冷軋后的鋼板，要求降低硬度； ⑵ ZG35 的鑄造齒輪； ⑶ 改善 T12 鋼的切削加工性能。 答 ：⑴ 再結(jié)晶退火。退火目的：消除加工硬化現(xiàn)象，恢復(fù)鋼板的韌性和塑性。再經(jīng)晶退火后的組織：生成與鋼板冷軋前晶格類型相同的細(xì)小、等軸晶。冷軋鋼板一般為低碳鋼，再結(jié)晶退火后的組織為鐵素體 +珠光體。 ⑵ 完全退火。退火目的：通過完全重結(jié)晶，使鑄造過程中生成的粗大、不均勻的組織細(xì)化，消除魏氏組織，以提高性能，同時(shí)消除內(nèi)應(yīng)力。退火后的組織：鐵素體 +珠光體。 ⑶ 球 化退火。退火目的：使二次滲碳體及珠光體中的滲碳體球狀化，以降低硬度，改善切削加工性能，并為以后的淬火做組織準(zhǔn)備。退火后的組織：球化體（鐵素體基體 +球狀滲碳體）。 說明直徑為 6mm 的 45 鋼退火試樣分別經(jīng)下列溫度加熱： 700℃ 、 760℃ 、 840℃ 、 1100℃ ，保溫后在水中冷卻得到的室溫組織。 答：加熱到 1100℃ 保溫后水冷的組織：粗大馬氏體； 加熱到 840℃ 保溫后水冷的組織：細(xì)小馬氏體； 加熱到 760℃ 保溫后水冷的組織：鐵素體十馬氏體； 加熱到 700℃ 保溫后水冷的組織：鐵素體十珠光體。 3兩個(gè)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 % 的碳鋼薄試樣，分別加熱到 780℃和 900℃，保溫相同時(shí)間奧氏體化后，以大于淬火臨界冷卻速度的速度冷卻到室溫。試分析： （ 1） 哪個(gè)溫度加熱淬火后馬氏體晶粒較粗大？ （ 2） 哪個(gè)溫度加熱淬火后馬氏體中碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)較少？ （ 3） 哪個(gè)溫度加熱淬火后殘余奧氏體量較多？ （ 4） 哪個(gè)溫度加熱淬火后未溶碳化物量較多？ 答：（ 1）加熱溫度高者奧氏體粗大，粗大奧氏體冷卻后轉(zhuǎn)變組織也粗大，因此加熱到 900℃的試樣淬火后馬氏體晶粒較粗大。 （ 2）將試樣加熱到 900℃時(shí)，其組織為單相奧氏體，奧氏體中的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù) 為 %。將試樣加熱到 780℃時(shí)，其組織為奧氏體 +滲碳體，由于有滲碳體，即一部分碳存在于滲碳體中，奧氏體中的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)必然降低（奧氏體中的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)可用鐵碳相圖確定：約為 % ），因此加熱到 780℃時(shí)的試樣淬火后馬氏體中的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)較少。 （ 3）奧氏體中碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，淬火后殘余奧氏體量越多，因此加熱到 900℃的試樣淬火后殘余奧氏體量較多。 （ 4）將試樣加熱到 900℃時(shí)，其組織為單相奧氏體，淬火后組織為馬氏體 +殘余奧氏體。將試樣加熱到 780℃時(shí)，其組織為奧氏體 +滲碳體，淬火后組織為馬氏體 +滲碳體 +殘余奧氏體。故加熱到 780℃的試樣淬火后未溶碳化物量較多。 3指出下列工件的淬火溫度及回火溫度，并說明回火后獲得的組織。 （ 1） 45 鋼小軸（要求綜合性能好）；（ 2） 60 鋼彈簧；（ 3） T12 鋼銼刀 答：（ 1） 45 鋼小軸經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，綜合性能好，其淬火溫度為 830～ 840℃（水冷），回火溫度為 580～ 600℃。回火后獲得的組織為回火索氏體。 （ 2） 60 鋼彈簧的淬火溫度為 840℃（油冷）回火溫度為 480℃?；鼗鸷螳@得的組織為回火屈氏體。 （ 3） T12 鋼銼刀的淬火溫度為 770～ 780℃（水冷），回火溫度為 160～ 180℃ ，回火后獲得的組織為回火馬氏體 +二次滲碳體 +殘余奧氏體。 3兩根 45 鋼制造的軸，直徑分別為 l0 mm 和 100 mm，在水中淬火后，橫截面上的組織和硬度是如何分布的 ? 答： 45 鋼制造的軸，直徑為 10 mm 時(shí)可認(rèn)為基本淬透，橫截面上外層為馬氏體，中心為半馬氏體 (還有屈氏體十上貝氏體 )。 硬度基本均勻分布。直徑為 100 mm 時(shí)，軸表面冷速大，越靠近中心冷速越小。橫截面上外層為馬氏體，靠近外層為油淬火組織：馬氏體十屈氏體十上貝氏體，中心廣大區(qū)域?yàn)檎鸾M織：索氏體。硬度不均勻，表面硬度高，越靠近中心 硬度越低。 3甲、乙兩廠生產(chǎn)同一種零件，均選用 45 鋼，硬度要求 220～ 250HB，甲廠采用正火，乙廠采用調(diào)質(zhì)處理，均能達(dá)到硬度要求，試分析甲、乙兩廠的組織和性能差別。 答 ：選用 45 鋼生產(chǎn)同一種零件，甲廠采用正火，其組織為鐵素體 +索氏體。乙廠采用調(diào)質(zhì)處理，其組織為回火索氏體。索氏體為層片狀組織，即片狀滲碳體平行分布在鐵素體基體上，回火索氏體是細(xì)小的粒狀滲碳體彌散的分布在鐵素體基體上。由于粒狀滲碳體比片狀滲碳體對(duì)于阻止斷裂過程的發(fā)展有利，即兩者強(qiáng)度、硬度相近，但是回火索氏體的韌性、塑性要好得多。所以乙廠生 產(chǎn)的零件性能要更好。 3試說明表面淬火、滲碳、氮化處理工藝在選用鋼種、性能應(yīng)用范圍等方面的差別。 答：表面淬火一般用于中碳鋼和中碳合金鋼，如 4 40Cr、 40MnB 鋼等。這類鋼經(jīng)預(yù)先熱處理（正火或調(diào)質(zhì)）后表面淬火，心部保持較高的綜合機(jī)械性能，而表面具有較高的硬度（ 50HRC）和耐磨性，主要用于軸肩部位、齒輪。高碳鋼也可表面淬火，主要用于受較小沖擊和交變載荷的工具、量具等。灰口鑄鐵制造的導(dǎo)軌、缸體內(nèi)壁等常用表面淬火提高硬度和耐磨性。 滲碳一般用于低碳鋼和合金滲碳鋼。滲碳使低碳鋼件表面獲得高碳濃度（碳 質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為1 ），經(jīng)過適當(dāng)熱處理后，可提高表面的硬度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度，而心部依然保持良好的塑性和韌性，因此滲碳主要用于同時(shí)受嚴(yán)重磨損和較大沖擊的零件，如齒輪、活塞銷、套筒等。 氮化鋼中一般含有 Al、 Cr、 Mo、 W、 V 等合金元素，使生成的氮化物穩(wěn)定，并在鋼中均勻分布，提高鋼表面的硬度，在 也不降低，常用的氮化鋼有 35CrAlA、 38CrMoAlA、38CrWVAlA 等。碳鋼及鑄鐵也可用氮化提高表面的硬度。氮化的目的在于更大地提高零件的表面硬度和耐磨性，提高疲勞強(qiáng)度和抗蝕性。由于氮化工藝復(fù)雜，時(shí)間長，成本高 ，一般只用于耐磨性和精度都要求較高的零件，或要求抗熱、抗蝕的耐磨件，如發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸、排氣閥、精密絲杠、鏜床主軸汽輪機(jī)閥門、閥桿等。 3試述固溶強(qiáng)化、加工硬化和彌散強(qiáng)化的強(qiáng)化原理。 答：金屬材料的強(qiáng)度 (主要指屈服強(qiáng)度 )反映金屬材料對(duì)塑性變形的抗力。金屬材料塑性變形本質(zhì)上大多數(shù)情況下是由材料內(nèi)部位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)引起的。凡是阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的因素都使金屬材料強(qiáng)化。 固溶強(qiáng)化原理：固溶體隨著溶質(zhì)原子的溶人晶格發(fā)生畸變，品格畸變?cè)龃罅宋诲e(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力，使金屬的滑移變形變得更加困難，從而提高合金的強(qiáng)度和硬度。這種通過形成固溶體使 金屬強(qiáng)度和硬度提高的現(xiàn)象稱為固溶強(qiáng)化。 加 工 硬化原理：金屬發(fā)生塑性變形時(shí)，位錯(cuò)密度增加，位錯(cuò)間的交互作用增強(qiáng)，相互纏結(jié)，造成位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力的增大，引起塑性變形抗力提高。另一方面由于晶粒破碎細(xì)化，晶界增多。由于晶界上原子排列不很規(guī)則，阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，使變形抗力增大，從而使強(qiáng)度得以提高。金屬發(fā)生塑性變形，隨變形度的增大，金屬的強(qiáng)度和硬度顯著提高，塑性和韌性明顯下降。這種現(xiàn)象稱為加工硬化，也叫形變強(qiáng)化。 彌散強(qiáng)化原理：許多金屬材料的組織由基體 (常為固溶體 )和第二相組成，第二相一般為金屬化合物。當(dāng)?shù)诙嘁约?xì)小質(zhì) 點(diǎn)的形態(tài)均勻、彌散分布在合金中時(shí)，一方面由于第二相和基體之間的界面 (相界 )增加，造成相界周圍基體品格畸變，使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻，增加了滑移抗力，從而強(qiáng)度得到提高。另一方面第二相質(zhì)點(diǎn)本身就是位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的障礙物，位錯(cuò)移動(dòng)時(shí)不能直接越過第二相質(zhì)點(diǎn)。在外力作用下，位錯(cuò)可以環(huán)繞第二相質(zhì)點(diǎn)發(fā)生彎曲，位錯(cuò)移過后，在第二相質(zhì)點(diǎn)周圍留下位錯(cuò)環(huán)。這增加了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力，也使滑移抗力增加。以上 2 個(gè)原因使金屬材料得以強(qiáng)化。第二相以細(xì)小質(zhì)點(diǎn)