【正文】 碳鋼薄試樣，分別加熱到780℃和860℃并保溫相同時間，使之達(dá)到平衡狀態(tài)，然后以大于VK的冷卻速度至室溫。試問：（1）哪個溫度加熱淬火后馬氏體晶粒較粗大？答。因為860℃加熱溫度高，加熱時形成的奧氏體晶粒粗大，冷卻后得到的馬氏體晶粒較粗大。（2）哪個溫度加熱淬火后馬氏體含碳量較多？答；因為加熱溫度860℃已經(jīng)超過了Accm，此時碳化物全部溶于奧氏體中，奧氏體中含碳量增加，而奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變是非擴散型轉(zhuǎn)變，所以冷卻后馬氏體含碳量較多。（3）哪個溫度加熱淬火后殘余奧氏體較多？答：因為加熱溫度860℃已經(jīng)超過了Accm，此時碳化物全部溶于奧氏體中，使奧氏體中含碳量增加，降低鋼的Ms和Mf點，淬火后殘余奧氏體增多。（4）哪個溫度加熱淬火后未溶碳化物較少？答：因為加熱溫度860℃已經(jīng)超過了Accm，此時碳化物全部溶于奧氏體中，因此加熱淬火后未溶碳化物較少（5）你認(rèn)為哪個溫度加熱淬火后合適？為什么？答：780℃加熱淬火后合適。%的碳鋼屬于過共析鋼，過共析碳鋼淬火加熱溫度Ac1+（30～50℃），而780℃在這個溫度范圍內(nèi)，這時淬火后的組織為均勻而細(xì)小的馬氏體和顆粒狀滲碳體及殘余奧氏體的混合組織，使鋼具有高的強度、硬度和耐磨性，而且也具有較好的韌性。，并說明其回火后獲得的組織和大致的硬度：（1）45鋼小軸（要求綜合機械性能）；（2）60鋼彈簧；（3）T12鋼銼刀。答：（1）45鋼小軸（要求綜合機械性能），工件的淬火溫度為850℃左右，回火溫度為500℃～650℃左右，其回火后獲得的組織為回火索氏體 ，大致的硬度25～35HRC。（2）60鋼彈簧，工件的淬火溫度為850℃左右，回火溫度為350℃～500℃左右，其回火后獲得的組織為回火屈氏體 ，大致的硬度40～48HRC。（3）T12鋼銼刀，工件的淬火溫度為780℃左右，回火溫度為150℃～250℃，其回火后獲得的組織為回火馬氏體 ，大致的硬度60HRC。，有的甚至開裂？減小變形及防止開裂有哪些途徑？答：淬火中變形與開裂的主要原因是由于淬火時形成內(nèi)應(yīng)為。淬火內(nèi)應(yīng)力形成的原因不同可分熱應(yīng)力與組織應(yīng)力兩種。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(dǎo)致熱脹和(或)冷縮不一致所引起的應(yīng)力稱為熱應(yīng)力。熱應(yīng)力引起工件變形特點時：使平面邊為凸面，直角邊鈍角，長的方向變短，短的方向增長，一句話，使工件趨于球形。鋼中奧氏體比體積最小,奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌鞣N組織時比體積都會增大,使鋼的體積膨脹。工件淬火時各部位馬氏體轉(zhuǎn)變先后不一致,因而體積膨脹不均勻。這種由于熱處理過程中各部位冷速的差異使工件各部位相轉(zhuǎn)變的不同時性所引起的應(yīng)力,稱為相變應(yīng)力(組織應(yīng)力)。組織應(yīng)力引起工件變形的特點卻與此相反：使平面變?yōu)榘济?，直角變?yōu)殁g角，長的方向變長；短的方向縮短，一句話，使尖角趨向于突出。工件的變形與開裂是熱應(yīng)力與組織應(yīng)力綜合的結(jié)果，但熱應(yīng)力與組織應(yīng)力方向恰好相反，如果熱處理適當(dāng)，它們可部分相互抵消，可使殘余應(yīng)力減小，但是當(dāng)殘余應(yīng)力超過鋼的屈服強度時，工件就發(fā)生變形，殘余應(yīng)力超過鋼的抗拉強度時，工件就產(chǎn)生開裂。為減小變形或開裂，出了正確選擇鋼材和合理設(shè)計工件的結(jié)構(gòu)外，在工藝上可采取下列措施：鍛造可使網(wǎng)狀、帶狀及不均勻的碳化物呈彌散均勻分布。淬火前應(yīng)進(jìn)行預(yù)備熱處理(如球化退火與正火),不但可為淬火作好組織準(zhǔn)備,而且還可消除工件在前面加工過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。；正確確定加熱溫度與加熱時間,可避免奧氏體晶粒粗化。對形狀復(fù)雜或?qū)嵝圆畹母吆辖痄?應(yīng)緩慢加熱或多次預(yù)熱,以減少加熱中產(chǎn)生的熱應(yīng)力。工件在加熱爐中安放時,要盡量保證受熱均勻,防止加熱時變形。選擇合適的淬火冷卻介質(zhì)和洋火方法(如馬氏體分級淬火、貝氏體等溫淬火),以減少冷卻中熱應(yīng)力和相變應(yīng)力等。淬火內(nèi)應(yīng)力如不及時通過回火來消除,對某些形狀復(fù)雜的或碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高的工件,在等待回火期間就會發(fā)生變形與開裂。，如鍵槽，孔眼等用石棉堵塞。？影響鋼淬透性的因素有哪些？影響鋼制零件淬硬層深度的因素有哪些？答：淬透性是指鋼在淬火時獲得淬硬層的能力。不同的鋼在同樣的條件下淬硬層深不同，說明不同的鋼淬透性不同，淬硬層較深的鋼淬透性較好。淬硬性：是指鋼以大于臨界冷卻速度冷卻時，獲得的馬氏體組織所能達(dá)到的最高硬度。鋼的淬硬性主要決定于馬氏體的含碳量，即取決于淬火前奧氏體的含碳量。影響淬透性的因素：① 化學(xué)成分C曲線距縱坐標(biāo)愈遠(yuǎn)，淬火的臨界冷卻速度愈小，則鋼的淬透性愈好。對于碳鋼，鋼中含碳量愈接近共析成分，其C曲線愈靠右，臨界冷卻速度愈小，則淬透性愈好，即亞共析鋼的淬透性隨含碳量增加而增大，過共析鋼的淬透性隨含碳量增加而減小。除Co和Al（＞%）以外的大多數(shù)合金元素都使C曲線右移，使鋼的淬透性增加，因此合金鋼的淬透性比碳鋼好。② 奧氏體化溫度溫度愈高，晶粒愈粗，未溶第二相愈少，淬透性愈好。？用什么方法測定結(jié)構(gòu)鋼的淬透性？怎樣表示鋼的淬透性值。答：為了便于比較各種鋼的淬透性，常利用臨界直徑Dc來表示鋼獲得淬硬層深度的能力。所謂臨界直徑就是指圓柱形鋼棒加熱后在一定的淬火介質(zhì)中能全部淬透的最大直徑。對同一種鋼Dc油＜Dc水，因為油的冷卻能力比水低。目前國內(nèi)外都普遍采用“頂端淬火法”測定鋼的淬透性曲線，比較不同鋼的淬透性?！绊敹舜慊鸱ā薄獓乙?guī)定試樣尺寸為φ25100mm；水柱自由高度65mm；此外應(yīng)注意加熱過程中防止氧化，脫碳。將鋼加熱奧氏體化后，迅速噴水冷卻。顯然，在噴水端冷卻速度最大，沿試樣軸向的冷卻速度逐漸減小。據(jù)此，末端組織應(yīng)為馬氏體，硬度最高，隨距水冷端距離的加大，組織和硬度也相應(yīng)變化，將硬度隨水冷端距離的變化繪成曲線稱為淬透性曲線。不同鋼種有不同的淬透性曲線，工業(yè)上用鋼的淬透性曲線幾乎都已測定，并已匯集成冊可查閱參考。由淬透性曲線就可比較出不同鋼的淬透性大小。此外對于同一種鋼，因冶煉爐冷不同，其化學(xué)成分會在一個限定的范圍內(nèi)波動，對淬透性有一定的影響，因此鋼的淬透性曲線并不是一條線，而是一條帶，即表現(xiàn)出“淬透性帶”。鋼的成分波動愈小，淬透性帶愈窄，其性能愈穩(wěn)定，因此淬透性帶愈窄愈好。？常用的回火操作有哪幾種？指出各種回火操作得到的組織、性能及其應(yīng)用范圍。答：回火的目的是降低淬火鋼的脆性，減少或消除內(nèi)應(yīng)力，使組織趨于穩(wěn)定并獲得所需要的性能。常用的回火操作有低溫回火、中溫回火、高溫回火。低溫回火得到的組織是回火馬氏體。內(nèi)應(yīng)力和脆性降低，保持了高硬度和高耐磨性。這種回火主要應(yīng)用于高碳鋼或高碳合金鋼制造的工、模具、滾動軸承及滲碳和表面淬火的零件，回火后的硬度一般為HRC 5864。中溫回火后的組織為回火屈氏體，硬度HRC3545，具有一定的韌性和高的彈性極限及屈服極限。%的碳鋼和合金鋼制造的各類彈簧。高溫回火后的組織為回火索氏體，其硬度HRC 2535，具有適當(dāng)?shù)膹姸群妥銐虻乃苄院晚g性。%的碳鋼和合金鋼制造的各類連接和傳動的結(jié)構(gòu)零件，如軸、連桿、螺栓等。：（1）索氏體與回火索氏體；（2）屈氏體與回火屈氏體；（3）馬氏體與回火馬氏體。答：由奧氏體冷卻轉(zhuǎn)變而成的屈氏體(淬火屈氏體)和索氏體(淬火索氏體)組織,與由馬氏體分解所得到的回火屈氏體和回火索氏體組織有很大的區(qū)別,主要是碳化物的形態(tài)不同。由奧氏體直接分解的屈氏體及索氏體中的碳化物是片狀的,而由馬氏體分解的回火屈氏體與回火索氏體中碳化物是顆粒狀的?；鼗鹚魇象w和回火屈氏體相對于索氏體與屈氏體其塑性和韌性較好。馬氏體（M）是由A直接轉(zhuǎn)變成碳在α—Fe中過飽和固溶體?；鼗瘃R氏體是過飽和的α固溶體（鐵素體）和與其晶格相聯(lián)系的ε碳化物所組成，其淬火內(nèi)應(yīng)力和脆性得到降低。？常用的表面淬火方法有哪幾種？比較它們的優(yōu)缺點及應(yīng)用范圍。并說明表面淬火前應(yīng)采用何種預(yù)先熱處理。答：表面淬火的目的是使工件表層得到強化，使它具有較高的強度，硬度，耐磨性及疲勞極限，而心部為了能承受沖擊載荷的作用，仍應(yīng)保持足夠的塑性與韌性。常用的表面淬火方法有：；。感應(yīng)加熱表面淬火是把工件放入有空心銅管繞成的感應(yīng)器（線圈）內(nèi)，當(dāng)線圈通入交變電流后，立即產(chǎn)生交變磁場，在工件內(nèi)形成“渦流”，表層迅速被加熱到淬火溫度時而心部仍接近室溫，在立即噴水冷卻后，就達(dá)到表面淬火的目的?；鹧婕訜岜砻娲慊鹗且愿邷鼗鹧鏋闊嵩吹囊环N表面淬火法。將工件快速加熱到淬火溫度，在隨后噴水冷卻后，獲得所需的表層硬度和淬硬層硬度。感應(yīng)加熱表面淬火與火焰加熱淬火相比較有如下特點:1)感應(yīng)加熱速度極快,只要幾秒到幾十秒的時間就可以把工件加熱至淬火溫度,:而且淬火加熱溫度高(AC3以上80~150℃)。2)因加熱時間短,奧氏體晶粒細(xì)小而均勻,淬火后可在表面層獲得極細(xì)馬氏體,使工件表面層較一般淬火硬度高2~3HRC,且脆性較低。3）感應(yīng)加熱表面淬火后,淬硬層中存在很大殘余壓應(yīng)力,有效地提高了工件的疲勞強,且變形小,不易氧化與脫碳。4)生產(chǎn)率高,便于機械化、自動化,適宜于大批量生產(chǎn)。但感應(yīng)加熱設(shè)備比火焰加熱淬火費用較貴,維修調(diào)整比較困難,形狀復(fù)雜的線圈不易制造表面淬火前應(yīng)采用退火或正火預(yù)先熱處理。？常用的化學(xué)熱處理方法有哪幾種？答：化學(xué)熱處理是把鋼制工件放置于某種介質(zhì)中，通過加熱和保溫，使化學(xué)介質(zhì)中某些元素滲入到工件表層，從而改變表層的化學(xué)成分，使心部與表層具有不同的組織與機械性能?；瘜W(xué)熱處理的過程：1分解：化學(xué)介質(zhì)要首先分解出具有活性的原子；2吸收：工件表面吸收活性原子而形成固溶體或化合物；3擴散：被工件吸收的活性原子，從表面想內(nèi)擴散形成一定厚度的擴散層。常用的化學(xué)熱處理方法有：滲碳、氮化、碳氮共滲、氮碳共滲。 ，并說明其技術(shù)條件的標(biāo)注方法。答：一般滲碳件的工藝路線為：下料→鍛造→正火→切削加工→渡銅（不滲碳部位）→滲碳→淬火→低溫回火→噴丸→精磨→成品？說明氮化的主要特點及應(yīng)用范圍。答：在一定溫度(一般在AC1以下)使活性氮原子滲入工件表面的化學(xué)熱處理工藝稱為滲氮。其目的是提高工件表面硬度、耐磨性、耐蝕性及疲勞強度。氮化的主要特點為：1)工件經(jīng)滲氮后表面形成一層極硬的合金氮化物(如CrN、MoN、AIN等),滲氮層的硬度一般可達(dá)950~1200HV(相當(dāng)于6872HRC),且滲氮層具有高的紅硬性(即在600~650℃仍有較高硬度)。2)工件經(jīng)滲氮后滲氮層體積增大,造成表面壓應(yīng)力,使疲勞強度顯著提高。3)滲氮層的致密性和化學(xué)穩(wěn)定性均很高,因此滲氮工件具有高的耐蝕性。4)滲溫度低,滲氮后又不再進(jìn)行熱處理,所以工件變形小,一般只需精磨或研磨、拋光即可。滲氮主要用于要求耐磨性和精密度很高的各種高速傳動的精密齒輪、高精度機床主軸(如鍾軸、磨床主軸)、分配式液壓泵轉(zhuǎn)子,交變載荷作用下要求疲勞強度高的零件(高速柴油機曲軸),以及要求變形小和具有一定耐熱、抗蝕能力的耐磨零件(閥門)等。、滲碳、氮化熱處理工藝在用鋼、性能、應(yīng)用范圍等方面的差別。答：表面淬火一般適用于中碳鋼（~%C）和中碳低合金鋼（40Cr、40MnB等），也可用于高碳工具鋼，低合金工具鋼（如T9Mn2V、GCr15等）。以及球墨鑄鐵等。它是利用快速加熱使鋼件表面奧氏體化，而中心尚處于較低溫度即迅速予以冷卻，表層被淬硬為馬氏體，而中心仍保持原來的退火、正火或調(diào)質(zhì)狀態(tài)的組織。應(yīng)用范圍：（1）高頻感應(yīng)加熱表面淬火應(yīng)用于中小模數(shù)齒輪、小型軸的表面淬火。（2）中頻感應(yīng)加熱表面淬火主要用于承受較大載荷和磨損的零件,例如大模數(shù)齒輪、尺寸較大的曲軸和凸輪軸等。(3)工頻感應(yīng)加熱表面淬火工頻感應(yīng)加熱主要用于大直徑鋼材穿透加熱和要求淬硬深度深的大直徑零件,例如火車車輪、軋轆等的表面淬火。~%的低碳鋼和低碳合金鋼,如20Cr、20CrMnTi、20SiMnVB等。~?！?C范圍。滲碳件滲碳后緩冷到室溫的組織接近于鐵碳相圖所反映的平衡組織，從表層到心部依次是過共析組織，共析組織，亞共析過渡層，心部原始組織。滲碳主要用于表面受嚴(yán)重磨損，并在較大的沖載荷下工作的零件（受較大接觸應(yīng)力）如齒輪、軸類、套角等。氮化用鋼通常是含Al、Cr、Mo等合金元素的鋼，如38CrMoAlA是一種比較典型的氮化鋼，此外還有35CrMo、18CrNiW等也經(jīng)常作為氮化鋼。與滲碳相比、氮化工件具有以下特點：1）氮化前需經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，以便使心部組織具有較高的強度和韌性。2）表面硬度可達(dá)HRC65～72，具有較高的耐磨性。3）氮化表面形成致密氮化物組成的連續(xù)薄膜，具有一定的耐腐蝕性。4）氮化處理溫度低，滲氮后不需再進(jìn)行其它熱處理。氮化處理適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)動機的汽缸、排氣閥、高精度傳動齒輪等。，工藝路線為：鍛造—熱處理—機加工—熱處理—磨加工（1） 試寫出各熱處理工序的名稱并指出各熱處理工序的作用；（2） 指出最終熱處理后的顯微組織及大致硬度；（3） 制定最終熱處理工藝規(guī)定（溫度、冷卻介質(zhì)）答：（1）工藝路線為：鍛造—退火—機加工—淬火后低溫回火—磨加工。退火處理可細(xì)化組織，調(diào)整硬度，改善切削加工性；淬火及低溫回火可獲得高硬度和耐磨性以及去除內(nèi)應(yīng)力。（2）終熱處理后的顯微組織為回火馬氏體 ，大致的硬度60HRC。（3）T10車刀的淬火溫度為780℃左右，冷卻介質(zhì)為水；回火溫度為150℃～250℃。，并編寫簡明的工藝路線（各零件均選用鍛造毛坯，并且鋼材具有足夠的淬透性）：（1）某機床變速箱齒輪（模數(shù)m=4），要求齒面耐磨，心部強度和韌性要求不高，材料選用45鋼；（2）某機床主軸，要求有良好的綜合機械性能，軸徑部分要求耐磨（HRC 5055），材料選用45鋼；（3）鏜床鏜桿，在重載荷下工作，精度要求極高，并在滑動軸承中運轉(zhuǎn)，要求鏜桿表面有極高的硬度，心部有較高的綜合機械性能，材料選用38CrMoALA。答：（1）下料→鍛造→正火→粗加工→精加工→局部表面淬火+低溫回火→精磨→成品（2）下料→鍛造→正火→粗加工→調(diào)質(zhì)→精加工→局部表面淬火+低溫回火→精磨→成品（3）下料→鍛造→退火→粗加工→調(diào)質(zhì)→精加工→氮化→研磨→成品，要求凸輪表面有高的硬度（HRC50），而心部具有良好的韌性（Ak40J），原采用45鋼調(diào)質(zhì)