【正文】 ，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(jī)床變速箱齒輪（模數(shù)m=4），要求齒面耐磨，心部強(qiáng)度和韌性要求不高，材料選用45鋼；（2）某機(jī)床主軸，要求有良好的綜合機(jī)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(yùn)轉(zhuǎn)，要求鏜桿表面有極高的硬度，心部有較高的綜合機(jī)械性能，材料選用38CrMo。（2）終熱處理后的顯微組織為回火馬氏體 ，大致的硬度60HRC。，工藝路線為：鍛造—熱處理—機(jī)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(jī)加工—淬火后低溫回火—磨加工。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。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。與滲碳相比、氮化工件具有以下特點(diǎn)：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(qiáng)度和韌性。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?！?C范圍。~%的低碳鋼和低碳合金鋼,如20Cr、20CrMnTi、20SiMnVB等。（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。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。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）。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(jī)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(qiáng)度高的零件(高速柴油機(jī)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。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。氮化的主要特點(diǎn)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)。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。并說明其技術(shù)條件的標(biāo)注方法。常用的化學(xué)熱處理方法有：滲碳、氮化、碳氮共滲、氮碳共滲。？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(jī)械性能。4)生產(chǎn)率高,便于機(jī)械化、自動化,適宜于大批量生產(chǎn)。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。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。答：表面淬火的目的是使工件表層得到強(qiáng)化，使它具有較高的強(qiáng)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哪幾種？比較它們的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用范圍。馬氏體（M）是由A 直接轉(zhuǎn)變成碳在α—Fe中過飽和固溶體。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。：（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。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?qiáng)度和足夠的塑性和韌性。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。內(nèi)應(yīng)力和脆性降低，保持了高硬度和高耐磨性。常用的回火操作有低溫回火、中溫回火、高溫回火。？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。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”。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。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?！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。對同一種鋼Dc油＜Dc水，因?yàn)橛偷睦鋮s能力比水低。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。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。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。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。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。，如鍵槽，孔眼等用石棉堵塞。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。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。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。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(qiáng)度時，工件就發(fā)生變形，殘余應(yīng)力超過鋼的抗拉強(qiáng)度時，工件就產(chǎn)生開裂。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)。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。，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。（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。，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(jī)械性能）；（2）60鋼彈簧；（3）T12鋼銼刀。（4）哪個溫度加熱淬火后未溶碳化物較少？答：因?yàn)榧訜釡囟?60℃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。（2）哪個溫度加熱淬火后馬氏體含碳量較多？答；因?yàn)榧訜釡囟?60℃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(kuò)散型轉(zhuǎn)變，所以冷卻后馬氏體含碳量較多。試問：（1）哪個溫度加熱淬火后馬氏體晶粒較粗大？答。1100℃：因它的加熱溫度過高，加熱時奧氏體晶粒粗化，淬火后得到粗片狀馬氏體和少量殘余奧氏體。760℃：它的加熱溫度在Ac1～Ac3之間，因此組織為鐵素體、馬氏體和少量殘余奧氏體。（Φ10mm）經(jīng)下列溫度加熱、保溫并在水中冷卻得到的室溫組織：700℃，760℃，840℃，1100℃。這種方法可以減少工件內(nèi)外的溫差和減慢馬氏體轉(zhuǎn)變時的冷卻速度，從而有效地減少內(nèi)應(yīng)力，防止產(chǎn)生變形和開裂。下貝氏體與回火馬氏體相比，在碳量相近，硬度相當(dāng)?shù)那闆r下，前者比后者具有較高的塑性與韌性，適用于尺寸較小，形狀復(fù)雜，要求變形小，具有高硬度和強(qiáng)韌性的工具，模具等。等溫淬火法：它是將加熱的工件放入溫度稍高于Ms的硝鹽浴或堿浴中，保溫足夠長的時間使其完成B轉(zhuǎn)變。充分利用了水在高溫區(qū)冷速快和油在低溫區(qū)冷速慢的優(yōu)點(diǎn)，既可以保證工件得到馬氏體組織，又可以降低工件在馬氏體區(qū)的冷速，減少組織應(yīng)力，從而防止工件變形或開裂。適合于小尺寸且形狀簡單的工件。單液淬火法：這種方法操作簡單，容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，自動化，如碳鋼在水中淬火，合金鋼在油中淬火。？說明它們的主要特點(diǎn)及其應(yīng)用范圍。如果加熱溫度超過Accm，滲碳體溶解過多，奧氏體晶粒粗大，會使淬火組織中馬氏體針變粗，滲碳體量減少，殘余奧氏體量增多，從而降低鋼的硬度和耐磨性。但溫度不能超過Ac3點(diǎn)過高，以防奧氏體晶粒粗化，淬火后獲得粗大馬氏體。 亞共析碳鋼淬火加熱溫度Ac3+（30～50℃），淬火后的組織為均勻而細(xì)小的馬氏體。19. 淬火的目的是什么？亞共析碳鋼及過共析碳鋼淬火加熱溫度應(yīng)如何選擇？試從獲得的組織及性能等方面加以說明。（3）因其加熱溫度過高，加熱時奧氏體晶粒劇烈長大，故冷卻后得到晶粒粗大的鐵素體和珠光體。擬采用以下幾種退火工藝；（1）緩慢加熱至700℃，保溫足夠時間，隨爐冷卻至室溫；（2）緩慢加熱至840℃，保溫足夠時間，隨爐冷卻至室溫；（3）緩慢加熱至1100℃，保溫足夠時間，隨爐冷卻至室溫； 問上述三種工藝各得到何種組織？若要得到大小均勻的細(xì)小晶粒，選何種工藝最合適？答：（1）因其未達(dá)到退火溫度，加熱時沒有經(jīng)過完全奧氏體化，故冷卻后依然得到組織、晶粒大小不均勻的鐵素體和珠光體。組織：索氏體和球狀滲碳體。組織：晶粒均勻細(xì)小的鐵素體和索氏體。組織：晶粒均勻細(xì)小的大量鐵素體和少量索氏體。（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。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。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。 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。②冷速快，組織細(xì)，強(qiáng)度和硬度有所提高。組織：粒狀珠光體和球狀滲碳體。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。組織：晶粒均勻細(xì)小的少量鐵素體和大量珠光體。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。組織：晶粒均勻細(xì)小的鐵素體和珠光體。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。組織：等軸晶的大量鐵素體和少量珠光體。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。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。？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。球化退火主要用于共析或過共析成分的碳鋼及合金鋼。 （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。 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。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。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：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。答：(1)珠光體：冷卻至線~550℃范圍內(nèi)等溫停留一段時間，再冷卻下來得到珠光體組織。162。只有冷速大于Vk的工件外層部分才能得到馬氏體。如果工件截面中心的冷速高于Vk，工件就會淬透。 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）化學(xué)成分的影響：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；合金元素中，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。其次連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線位于等溫轉(zhuǎn)變曲線的右下側(cè)，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。熱處理可以顯著提高鋼的機(jī)械性能，延長機(jī)器零件的使用壽命。連續(xù)冷卻：在一定冷卻速度下，過冷奧氏體在一個溫度范圍內(nèi)所發(fā)生的轉(zhuǎn)變。？試?yán)L出奧氏體這兩種冷卻方式的示意圖。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。這是因?yàn)榈吞捡R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。含碳量較高的鋼的晶體結(jié)構(gòu)一般出現(xiàn)體心正方。低碳馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)為體心立方。？它們在形成條件、晶體結(jié)構(gòu)、組織形態(tài)、性能有何特點(diǎn)？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。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)小的滲碳體粒子組成的。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。上貝氏體和下貝氏體。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。索氏體是在650～600℃溫度范圍內(nèi)形成層片較細(xì)的珠光體。分別是珠光體、索氏體和屈氏體。本質(zhì)粗晶粒鋼在較低加