【導(dǎo)讀】試問：當(dāng)外加應(yīng)力為35MPa時，各材料處于什么狀態(tài)？有一用35鋼制做的軸，使用中發(fā)現(xiàn)彈性變形較大。d硬鋁均處在強(qiáng)化階段，即為加工硬化狀態(tài)；e純銅已被拉斷。采用何種材料為宜？其應(yīng)用范圍如何？這些方法測出的硬度值能否進(jìn)行比較？三種硬度試驗值有。正火、調(diào)質(zhì)鋼、鑄鐵及有色金屬的硬度。度大，再現(xiàn)性較差。高的金屬材料，如淬火鋼及調(diào)質(zhì)鋼。表面淬硬層及經(jīng)過表面化學(xué)處理的硬度，精度比布氏、洛氏硬度精確。強(qiáng)度和塑性的大小，并指出屈服強(qiáng)度的確定方法。晶體相對于另一部分晶體的局部滑移而造成。

　　

【正文】 Ar1：實際冷卻時的 共析轉(zhuǎn)變線。 Ar3：實際冷卻時奧氏體析出鐵素體的開始線。 Arcm：實際冷卻時碳在奧氏體中的溶解度曲線。 ？ 本質(zhì)細(xì)晶粒鋼的奧氏體晶粒是否一定比本質(zhì)粗晶粒鋼的細(xì)？ 答： （ 1） 本質(zhì)細(xì)晶粒鋼 ：加熱到臨界點以上直到 930℃，隨溫度升高，晶粒長大速度很緩慢，稱 本質(zhì)細(xì)晶粒鋼 。 （ 2）不一定。 本質(zhì)晶粒度只代表鋼在 常用的熱處理 加熱 溫度范圍加熱 時奧氏體晶粒長大傾向的大小。 本質(zhì)細(xì)晶粒鋼在這一加熱溫度范圍加熱時奧氏體晶粒長大傾向小 。通常用 Al 脫氧的鋼或含有 Nb、 Ti、 V 等元素的鋼屬于本質(zhì)細(xì)晶粒鋼，這是由于 Al、 Nb、Ti、 V 能夠形成不易溶解的化合物小粒子，分 布于奧氏體晶界，阻礙奧氏體晶粒長大，但當(dāng)加熱到很高溫度時，這些化合物小粒子會溶解或積聚長大而失去 阻礙奧氏體晶粒長大的作用，奧氏體晶粒會突然急劇長大。 C 曲線各個區(qū) ,各條線的物理意義，并指出影響 C 曲線形狀和位置的主要因素。 答： 共析鋼 過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線說明： 1)由過冷奧氏體開始轉(zhuǎn)變點連接起來的曲線稱為轉(zhuǎn)變開始線 ； 由轉(zhuǎn)變終了點連接起來的曲線稱為轉(zhuǎn)變終了線。 A 1 線以下、轉(zhuǎn)變開始線以左、以及 Ms 線以上的區(qū)域是過冷奧氏體 28 區(qū)； A1 線以下 ,轉(zhuǎn)變終了線以右和 Mf 點以下的區(qū)域為轉(zhuǎn)變產(chǎn)物區(qū)；在轉(zhuǎn)變 開始線與轉(zhuǎn)變終了線之間的區(qū)域為過冷奧氏體和轉(zhuǎn)變產(chǎn)物共存區(qū)。 2)過冷奧氏體在各個溫度等溫轉(zhuǎn)變時，都要經(jīng)過一段孕育期（它以轉(zhuǎn)變開始線與縱坐標(biāo)之間的水平距離來表示）。對共析碳鋼來說 ,轉(zhuǎn)變開始線在 550℃出現(xiàn)拐彎，該處被稱為 C 曲線的鼻尖 ,它所對應(yīng)的溫度稱為鼻溫。 3)共析碳鋼的過冷奧氏體在三個不同溫度區(qū)間 ,可發(fā)生三種不同的轉(zhuǎn)變 :在 C 曲線鼻尖以上部分，即 A1~550℃之間過冷奧氏體發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變 ,轉(zhuǎn)變產(chǎn)物是珠光體 ,故又稱珠光體轉(zhuǎn)變 。在 C 曲線鼻尖以下部分 ,即 550℃ ~Ms 之間 ,過冷奧氏體發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變 ,轉(zhuǎn)變產(chǎn)物是貝氏 體 ,故又稱貝氏體轉(zhuǎn)變 。在 Ms 點 :以下 ,過冷奧氏體發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變 ,轉(zhuǎn)變產(chǎn)物是馬氏體 ,故又稱馬氏體轉(zhuǎn)變。 影響 C 曲線形狀和位置的主要因素： （ a）含碳量的影響：亞共析鋼中隨著含碳量的增加， C 曲線右移，過冷奧氏體穩(wěn)定性增加，則 Vk 減小，過共析鋼中隨著含碳量的增加， C 曲線左移，過冷奧氏體穩(wěn)定性減小，則 Vk增大； 亞共析和過共析鋼的等溫轉(zhuǎn)變 C 曲線 ,與共析鋼的不同是 ,亞共析鋼的 C 曲線上多一條代表析出鐵素體的線。過共析鋼的 C 曲線上多一條代表二次滲碳體的析出線。另外，隨著含碳量的增加 Ms 和 Mf 點將下降。 （ b）合金元素的 影響：除 Co 和 Al(%)以外的所有合金元素，都增大過冷奧氏體穩(wěn)定性，使 C 曲線右移，則 Vk減小。 （ c）奧氏體化度：鋼奧氏體化后成分越均勻，晶粒越粗大，未溶碳化物越少，則過冷奧氏體越穩(wěn)定性，使 C 曲線右移。 ？ 它們在形成條件、組織形態(tài)和性能方面有何特點？ 答：（ 1）三種。分別是 珠光體、索氏體 和 屈氏體 。 （ 2） 珠光體 是過冷奧氏體在 550℃以上等溫停留時發(fā)生轉(zhuǎn)變，它是由鐵素體和滲碳體組成的片層相間的組織。 索氏體 是在 650～ 600℃溫度范圍內(nèi)形成層片較細(xì)的珠光體。 屈氏 29 體 是在 600～ 550℃溫度范圍內(nèi)形成片層極細(xì)的珠光體。 珠光體片間距愈小，相界面積愈大，強(qiáng)化作用愈大，因而強(qiáng)度和硬度升高，同時，由于此時滲碳體片較薄，易隨鐵素體一起變形而不脆斷，因此細(xì)片珠光體又具有較好的韌性和塑性。 ？ 它們在形成條件、組織形態(tài)和性能方面有何特點？ 答：（ 1）兩種。上貝氏體和下貝氏體。 （ 2）上貝氏體的形成溫度在 600～ 350℃。在顯微鏡下呈羽毛狀，它是由許多互相平行的過飽和鐵素體片和分布在片間的斷續(xù)細(xì)小的滲碳體組成的混合物。其硬度較高，可達(dá)HRC40～ 45，但由于其鐵素體片較 粗， 同時滲碳體分布在鐵素體片之間，易引起脆斷，因此塑性和韌性較差。下貝氏體的形成溫度在 350℃～ Ms，下貝氏體在光學(xué)顯微鏡下呈黑色針葉 狀，在電鏡下觀察是由針葉狀的鐵素體和分布在其上的極為細(xì)小的碳化物 粒子 （ ） 組成的。下貝氏體具有高強(qiáng)度、高硬度、高塑性、高韌性，即具有良好的綜合機(jī)械性能。 ？ 它們在形成條件、晶體結(jié)構(gòu)、組織形態(tài)、性能有何特點？馬氏體的硬度與含碳量關(guān)系如何？ 答：（ 1）兩種，板條馬氏體和片狀馬氏體。 （ 2） 奧氏體轉(zhuǎn)變后，所產(chǎn)生的 M 的形態(tài) 和性能 取決于奧氏體中的 含碳量，含碳量＜ %的為板條馬氏體；含碳量在 — %之間為板條和針狀混合的馬氏體；含碳量大于 %的為針狀馬氏體。低碳馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)為體心立方。隨含碳量增加，逐漸從體心立方向體心正方轉(zhuǎn)變。含碳量較高的鋼的晶體結(jié)構(gòu)一般出現(xiàn)體心正方。低碳馬氏體強(qiáng)而韌，而高碳馬氏體硬而脆。這是因為低碳馬氏體中含碳量較低，過飽和度較小，晶格畸變也較小，故具有良好的綜合機(jī)械性能。隨含碳量增加，馬氏體的過飽和度增加，使塑性變形阻力增加，因而引起硬化和強(qiáng)化。當(dāng)含碳量很高時，盡管馬氏體的硬度和強(qiáng)度很高，但由于過飽和度太大， 引起嚴(yán)重的晶格畸變和較大的內(nèi)應(yīng)力，致使高碳馬氏體針葉內(nèi)產(chǎn)生許多微裂紋，因而塑性和韌性顯著降低。 （ 3）隨著含碳量的增加，馬氏體 的硬度增加 ，但當(dāng)含碳量超過 以后，硬度的增加趨于平緩 。 30 答： 與珠光體型轉(zhuǎn)變和 貝氏體轉(zhuǎn)變相比， 馬氏體轉(zhuǎn)變有以下特點： ① 屬于無擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變。由于溫度過低，鐵和碳原子均不擴(kuò)散。 ② 馬氏體轉(zhuǎn)變的速度極快 。 馬氏體形成一般不需要孕育期，馬氏體量的增加不是靠已經(jīng)形成的馬氏體片的不斷長大，而是靠新的馬氏體片 的不斷形成。 ③ 在不斷降溫的過程中形成。 即 過冷奧氏體只有在 Ms 至 Mf 溫度間連續(xù)冷卻時，馬氏體轉(zhuǎn)變 才能 進(jìn)行 ， 如在 Ms 與 Mf 之間某一溫度等溫，馬氏體轉(zhuǎn)變 將 停止 ，此時組織中 有一部分奧氏體被殘留下來，這部分奧氏體稱為殘余奧氏體 ， 殘余奧氏體 的存在會改變鋼的性能，并使 工件尺寸發(fā)生變化，因此，生產(chǎn)中，對一些高精度的工件（如精密量具、精密絲杠、精密軸承等），為了保證它們在使用期間的精度，可將淬火工件冷卻到室溫后，又隨即放到零下溫度的冷卻介質(zhì)中冷卻（如干冰 +酒精可冷卻到 78℃ ，液態(tài)氧可冷卻到183℃ ），以最大限度地消除殘余奧氏體，達(dá)到增加硬度，耐磨性與穩(wěn)定尺寸的目的，這種處理稱為 “ 冷處理 ” 。 ④ 轉(zhuǎn)變過程伴隨有體積的膨脹。與鐵素體和奧氏體相比， 馬氏體 的比容最大，由奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)?馬氏體 時，鋼的體積有所膨脹，因此會產(chǎn)生應(yīng)力（叫組織應(yīng)力），它是造成淬火變形和開裂的原因之一。 。 31 答： 對于共析鋼， 連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線位于 等溫轉(zhuǎn)變 曲線的右下側(cè) （其它鋼種類似） ，且沒有 C曲線的下部分，即共析鋼在連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變時，得不 到貝氏體組織。這是因為共析鋼貝氏體轉(zhuǎn)變的孕育期很長，當(dāng)過冷奧氏體連續(xù)冷卻通過貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)內(nèi)尚未發(fā)生轉(zhuǎn)變時就已過冷到 Ms點而發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，所以不出現(xiàn)貝氏體轉(zhuǎn)變。 但應(yīng)注意不是所有鋼種在等溫轉(zhuǎn)變是都不發(fā) 生貝氏體轉(zhuǎn)變 ，如對于亞共析鋼則會出現(xiàn)貝氏體轉(zhuǎn)變。 Vk 的大小受哪些因素影響？ 它與鋼的淬透性有何 關(guān)系？ 答： （ 1） 影響淬火臨界冷卻速度 Vk 的大小 的 因素 見 5 題。 (2)一定尺寸的工件在某介質(zhì)中淬火，其淬透層的深度與工件截面各點的冷卻速度有關(guān)。如果工件截面中心的冷速高于 Vk， 工件就會淬透。然而工件淬火時表面冷速最大，心部冷速最小，由表面至心部冷速逐漸降低。只有冷速大于 Vk的工件外層部分才能得到馬氏體。因此， Vk越小，鋼的淬透層越深，淬透性越好。 （ 補充 ：通常說“冷奧氏體穩(wěn)定性增加”；“ C 曲線右移”；“ Vk減小”；“淬透性好”；“鋼的淬透 層深度大”等，在本質(zhì)上是一會事。） ？ 圖 3 32 C 曲線越向右移則鋼的淬火臨界冷卻速度 Vk 越小，即鋼的淬透性越大， 件下可以獲得更多的 M 組織，鋼的整體（從表層到心部）組織和性能更加一致，通過與 合適的溫度回火，獲得所需的力學(xué)性能。 M 組織，淬透性大的鋼可以使用較小的冷卻速度，如水冷改為油冷，從而減小淬火應(yīng)力、變形開裂等缺陷。相反： C 曲線左移則鋼的淬透性越減小，淬火時得到的 M 組織會減少，而且容易產(chǎn)生淬火缺陷。 162。5mm 的 T8 鋼加熱至 760℃ 并保溫足夠時間，問采用什么樣的冷卻工藝可得到如下組織：珠光體，索氏體，屈氏體，上貝氏體，下貝氏體，屈氏體 +馬氏體，馬氏體 +少量殘余奧氏體；在 C 曲線上描出工藝曲線示意圖。 答： (1)珠光體： 冷卻至 A1 線 ~650℃ 范圍內(nèi) 等溫停留一段時間 ， 再冷卻下來得到珠光體組織。 索氏體：冷卻至 650～ 600℃溫度范圍內(nèi)等溫停留一段時間，再冷卻下來得到索 氏 體組織。 屈氏體：冷卻至 600～ 550℃溫度范圍內(nèi)等溫停留一段時間，再冷卻下來得到屈 氏 體組織。 上貝氏體：冷卻至 600～ 350℃溫度范圍內(nèi)等溫停留一段時間，再冷卻下來得到上貝氏體組織。 下貝氏體：冷卻至 350℃～ Ms 溫度范圍內(nèi)等溫停留一段時間，再冷卻下來得到下貝氏體組織。 屈氏體 +馬氏體：以于 小 獲得馬氏體組織的最小冷卻速度并 大 于獲得珠光體組織的最大冷卻速度 連續(xù) 冷卻 ，獲得屈氏體 +馬氏體。 馬氏體 +少量殘余奧 氏體：以大于獲得馬氏體組織的最小冷卻速度冷卻獲得馬氏體 +少量殘余奧氏體 。 (2)略 14．退火的主要目的是什么？生產(chǎn)上常用的退火操作有哪幾種？指出退火操作的應(yīng)用范圍。 答：（ 1）均勻鋼的化學(xué)成分及組織，細(xì)化晶粒，調(diào)整硬度，并消除內(nèi)應(yīng)力和加工硬化，改善鋼的切削加工性能并為隨后的淬火作好組織準(zhǔn)備。 33 （ 2）生產(chǎn)上常用的退火操作有完全退火、等溫退火、球化退火、去應(yīng)力退火等。 （ 3）完全退火和等溫退火用于亞共析鋼成分的碳鋼和合金鋼的鑄件、鍛件及熱軋型材。有時也用于焊接結(jié)構(gòu)。球化退火主要用于共析或過共析成分的碳 鋼及合金鋼。去應(yīng)力退火主要用于消除鑄件、鍛件、焊接件、冷沖壓件（或冷拔件）及機(jī)加工的殘余內(nèi)應(yīng)力。 ？為什么過共析鋼必須采用球化退火而不采用完全退火？ 答： （ 1）將鋼件加熱到 Ac1以上 30～ 50℃，保溫一定時間后隨爐緩慢冷卻至 600℃后出爐空冷。 （ 2） 如果進(jìn)行 完全退火 ， 過共析鋼 組織 中的滲碳體 為層狀滲碳體和網(wǎng)狀二次滲碳體 ，不僅硬度高，難以切削加工，而且增大鋼的脆性， 隨后淬火時 容易產(chǎn)生變形及開裂。通過球化退火，使層狀滲碳體和網(wǎng)狀滲碳體變?yōu)榍驙顫B碳體，以降低硬度，均勻組織、改善切削加工性。 ，并指出退火目的及退火后的組織： 1）經(jīng)冷軋后的 15 鋼鋼板，要求降低硬度； 答：再結(jié)晶退火。目的：使變形晶粒重新轉(zhuǎn)變?yōu)榈容S晶粒，以消除加工硬化現(xiàn)象，降低了硬度，消除內(nèi)應(yīng)力。細(xì)化晶粒，均勻組織，消除內(nèi)應(yīng)力，降低硬度以消除加工硬化現(xiàn)象。組織：等軸晶的大量 鐵素體和 少量 珠光體。 2） ZG35 的鑄造齒輪 答：完全退火。 經(jīng)鑄造后的齒輪存在晶粒粗大并不均勻現(xiàn)象，且存在殘余內(nèi)應(yīng)力。因此退火 目的：細(xì)化晶粒，均勻組織，消除內(nèi)應(yīng)力，降低硬度， 改善切削加工性。組織：晶粒均勻細(xì)小的鐵素體和珠光體。 3）鍛造 過熱后的 60 鋼鍛坯； 答：完全退火。由于鍛造過熱后組織晶粒劇烈粗化并分布不均勻，且存在殘余內(nèi)應(yīng)力。因此退火目的：細(xì)化晶粒，均勻組織，消除內(nèi)應(yīng)力，降低硬度，改善切削加工性。組織：晶粒均勻細(xì)小的少量鐵素體和大量珠光體。 4）具有片狀滲碳體的 T12 鋼坯； 答：球化退火。由于 T12 鋼坯里的滲碳體呈片狀，因此 不僅硬度高，難以切削加工，而且增大鋼的脆性，容易產(chǎn)生淬火變形及開裂。通過球化退火，使層狀滲碳體和網(wǎng)狀滲碳體變?yōu)榍?34 狀滲碳體，以降低硬度，均勻組織、改善切削加工性。組織：粒狀珠光體和球狀滲碳體。 要區(qū)別是什么？生產(chǎn)中應(yīng)如何選擇正火及退火？ 答： 區(qū)別： 與退火的區(qū)別是①加熱溫度不同，對于過共析鋼退火加熱溫度在 Ac1以上 30～ 50℃而正火加熱溫度在 Accm以上 30～ 50℃。②冷速快，組織細(xì)，強(qiáng)度和硬度有所提高。當(dāng)鋼件尺寸較小時，正火后組織： S，而退火后組織： P。 選擇： （ 1）從切削加工性上考慮 ： 切削加工性又包括硬度，切削脆性，表面粗糙度及對刀具的磨損等。一般金屬的硬度在 HB140～ 250 范圍內(nèi)，切削性能較好。高于它過硬，難以加工，且刀具磨損快；過低則切屑不易斷，造成刀具發(fā)熱和磨損，加工后的零件表 面粗糙度很大。對于低、中碳結(jié)構(gòu)鋼以正火作為預(yù)先熱處理比較合適，高碳結(jié)構(gòu)鋼和工具鋼則以退火為宜。至于合金鋼，由于合金元素的加入，使鋼的硬度有所提高，故中碳以上的合金鋼一般都采用退火以改善切削性。 （ 2）從使用性能上考慮 ： 如工件性能要求不太高，隨后不再進(jìn)行淬火和回火，那么往往用正火來提高其機(jī)械性能，但若零件的形狀比較復(fù)雜， 或隨后還要進(jìn)行淬火和回火處理，則退火可以減小淬火變形和開裂的傾向， 應(yīng)采用退火。 （ 3）從經(jīng)濟(jì)上考慮 ： 正火比退火的生產(chǎn)周期短，耗能少，且操作簡便，故在可能的條件下，應(yīng)優(yōu)先考慮以正火代替退火。 （ 補充： 從 C 曲線分析， 正火與退火都屬于高溫擴(kuò)散型