材料加工與成型工藝第四章簡(jiǎn)答

1、1.鋼的熱處理：將鋼在固態(tài)下通過(guò)加熱、保溫、冷卻以改變組織，從而獲得所需性能的一種工藝方法. 目的：消除毛坯中的缺陷，改善其工藝性能，為后續(xù)工藝過(guò)程創(chuàng)造條件，并能提高鋼的力學(xué)性能，充分發(fā)揮鋼材的潛力，提高零件使用壽命。2.熱處理分類：1）整體：退火、正火、淬火、回火等 2）表面：表面淬火 3)化學(xué)：滲碳、碳氮共滲、滲氮等.3.根據(jù)工序位置的不同，熱處理還分為預(yù)備熱處理和最終熱處理.4.鋼加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變：1)鋼的奧氏體化：首先是珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，然后先共析相向奧氏體轉(zhuǎn)變或溶解，最后得到單相的奧氏體組織。 2）奧氏體晶粒的長(zhǎng)大及控制：奧氏體晶粒越小，冷卻轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織越細(xì)，其屈服強(qiáng)度、沖擊韌度越高

2、。奧氏體晶粒的大小是評(píng)定加熱質(zhì)量的指標(biāo)之一。 過(guò)熱：晶粒度超過(guò)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)的一種加熱缺陷?？刂茒W氏體的晶粒大小方法：加熱溫度、保溫時(shí)間、加熱速度。加熱溫度越高，保溫時(shí)間越長(zhǎng)，奧氏體晶粒越大；加熱溫度相同，加熱速度越快，保溫時(shí)間越短，奧氏體晶粒越小。（表面淬火） 5.冷卻方式：連續(xù)冷卻（爐冷、空冷、水冷），等溫冷卻（等溫淬火）。 研究奧氏體的冷卻轉(zhuǎn)變規(guī)律的方法：一是在不同的過(guò)冷度下進(jìn)行等溫冷卻測(cè)定奧氏體的轉(zhuǎn)變過(guò)程，繪出奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線；另是在不同的冷卻速度下進(jìn)行連續(xù)冷卻測(cè)定奧氏體的轉(zhuǎn)變過(guò)程，繪出奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線。6.奧氏體在臨界點(diǎn)以上為穩(wěn)定相，以下成不穩(wěn)定相，處于過(guò)冷狀態(tài)，稱為過(guò)冷奧氏體

3、。7.珠光體（P）轉(zhuǎn)變（550攝氏度以上）；貝氏體轉(zhuǎn)變（550-230），上貝氏體（B上：550-350），下貝氏體（B下：350-M）。8.珠光體轉(zhuǎn)變的三條曲線：Ps線為A-P轉(zhuǎn)變開始線；Pf線為A-P轉(zhuǎn)變終止線；K為A-P轉(zhuǎn)變終止線，它表示冷卻曲線碰到K線時(shí)，過(guò)冷奧氏體停止向珠光體轉(zhuǎn)變，剩余部分一直冷卻到Ms線以下發(fā)生馬氏體（M）轉(zhuǎn)變。9.馬氏體是淬火鋼的基本組織，按其金相組織形態(tài)分：針片狀馬氏體；板條狀馬氏體。馬氏體強(qiáng)度、硬度取決于含碳量。10.高碳馬氏體硬度高、脆性大；低碳馬氏體具有高的強(qiáng)韌性。11.馬氏體轉(zhuǎn)變量隨溫度降低而不斷增多，直至Mf,轉(zhuǎn)變停止。此時(shí)獲得殘留奧氏體（As）。殘奧

4、會(huì)降低鋼的硬度和耐磨性；導(dǎo)致工件的尺寸發(fā)生變化，降低尺寸精度。 改變方法：將淬火件放到零下溫度的冷卻介質(zhì)中，以最大限度的消除殘留奧氏體，達(dá)到提高硬度、耐磨性與穩(wěn)定尺寸的目的。稱為“過(guò)冷卻”。12.鋼的退火：將鋼材或鋼件加熱到適當(dāng)?shù)臏囟?，保持一定的時(shí)間，隨后緩慢冷卻以獲得接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝，稱為退火 。 退火分類：均化退火、再結(jié)晶退火、去應(yīng)力退火、去氫退火，其特點(diǎn)：通過(guò)控制加熱溫度和報(bào)溫時(shí)間使冶金及冷熱加溫過(guò)程中產(chǎn)生的不平衡狀態(tài)（成分偏析、形變強(qiáng)化、內(nèi)應(yīng)力等）過(guò)渡到平衡狀態(tài)。 ：完全退火、不完全退火、等溫退火、球化退火等，通過(guò)改變組織和性能為目的，其特點(diǎn)：通過(guò)控制加熱溫度、保溫時(shí)間以及

5、冷卻速度等工藝參數(shù)，來(lái)改變鋼中的珠光體、鐵素體和碳化物等組織形態(tài)及分布，從而改變性能。13.鋼的正火：鋼材或鋼件加熱到Ac3以上，保溫適當(dāng)時(shí)間，在空氣中冷卻。14.剛的淬火：將鋼件加熱到Ac1或Ac3以上某一溫度，保溫一定時(shí)間，然后以大于臨界冷卻速度冷卻以獲得馬氏體和下貝氏體組織。15.通過(guò)調(diào)整冷卻介質(zhì)、淬火方法可以控制淬火件的冷卻速度。水和油是最常用的冷卻介質(zhì)，水是最廉價(jià)的冷卻介質(zhì)，它的冷能力較大，使用安全，y污染環(huán)境，淬火工件不需要清洗（食鹽水溶液、堿水溶液）。油是常用的冷卻介質(zhì)，主要采用礦物油，冷卻性能好，速度較水低，多用于合金鋼淬火。 常用淬火方法：?jiǎn)我捍慊?、雙液淬火、馬氏體分級(jí)淬火和

6、貝氏體等溫淬火。16.鋼的淬透性：指在規(guī)定條件下，決定鋼材有效淬硬深度和硬度分布的特性。 鋼的淬透性主要決定于馬氏體臨界冷速。過(guò)冷奧氏體越穩(wěn)定，馬氏體臨界冷深越小，鋼的淬透性越好。17.注意：要把鋼的淬透性和淬硬性區(qū)別開，淬硬性是指鋼在淬火后能夠達(dá)到的最高硬度，反鋼的硬化能力，主要取決于鋼的碳含量。 要吧鋼的淬透性與具體淬火條件下工件的淬透層深度區(qū)別開，同一鋼種在同一奧氏體化條件下，其淬透性是相同的，但是，水淬比油淬的淬透層深，小件比大件的淬透層深，這并不意味著同一種水淬比油淬的淬透性大。 方法：結(jié)構(gòu)鋼末端淬透性實(shí)驗(yàn)法最常用。18.淬火缺陷及其防止：變形與開裂：在淬火冷卻過(guò)程中，由于工件內(nèi)外溫

7、差而導(dǎo)致熱脹冷縮不一致，由此而產(chǎn)生的應(yīng)力稱為熱應(yīng)力，除此之外，在組織轉(zhuǎn)變過(guò)程中，由比熱容的變化而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力稱為組織應(yīng)力。 熱應(yīng)力和組織應(yīng)力是形成淬火應(yīng)力的根源。 硬度不足：指工件上較大區(qū)域內(nèi)的硬度達(dá)不到技術(shù)要求。 形成缺陷的原因：淬火介質(zhì)冷卻能力不足；淬火加熱溫度過(guò)低或保溫時(shí)間短，淬火組織中存在珠光體或鐵素體；表面脫碳降低了鋼的淬硬性。 對(duì)于硬度不足的工件，可以重新淬火，但在淬火前，應(yīng)進(jìn)行一次退火、正火、或高溫回火以消除淬火應(yīng)力，防止在重新淬火的過(guò)程中產(chǎn)生更大的變形甚至開裂。 氧化與脫碳：鋼在加熱時(shí)，鐵和合金元素與氧化性介質(zhì)作用在工件表面生成氧化物餓現(xiàn)象稱為氧化。 脫碳是指鋼在加熱時(shí)，鋼表層

8、中的碳與周圍介質(zhì)中氧、二氧化碳等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成含碳?xì)怏w逸出鋼外，使鋼表層含碳量下降。氧化會(huì)使工件尺寸減小，表面粗糙度增加。 脫碳會(huì)降低鋼的表面硬度、耐磨性和抗疲勞能力。氧化脫碳還會(huì)增加淬火開裂傾向。 為了防止，通常采用脫氧良好的鹽浴加熱、保護(hù)氣體加熱、真空加熱、高溫短時(shí)加熱等。19.淬火鋼的回火：強(qiáng)度、硬度降低，韌性、塑性升高。 回火：鋼件淬硬后，再加熱到Ac1點(diǎn)以下的某一溫度、保溫一點(diǎn)時(shí)間后冷卻到室溫的熱處理過(guò)程。20.回火分類：低溫回火（150-250）：回火馬氏體，硬度58-64HRC具有較高強(qiáng)度、硬度及耐磨性。 中溫回火（350-500）：回火托氏體，硬度為35-45HRC，由鐵素

9、體基體和碳化物顆粒組成。具有很高的彈性極限，較高強(qiáng)度、中等的硬度和韌性。 高溫回火（500-650）：回火索氏體，硬度為200-330HBW，油鐵素體和粒狀碳化物組成，具有良好的綜合力學(xué)性能。21.習(xí)慣上將高溫回火加淬火稱為調(diào)質(zhì)處理。調(diào)質(zhì)一般作為最終熱處理，但也可以作為表面淬火和化學(xué)熱處理的預(yù)備熱處理，以保證表面和心部不同的性能要求。第一類回火脆性（250-350）；第二類回火脆性（450-650）。22.鋼的表面熱處理：僅對(duì)鋼的表層進(jìn)行熱處理以改變其組織性能的工藝。最常用的的是表面淬火加回火。 鋼的表面淬火是通過(guò)快速加熱，使鋼的表層奧氏體化，在心部組織尚未發(fā)生相變時(shí)立即予以淬火冷卻，使表層獲

10、得硬而耐磨的馬氏體組織，心部仍保持原來(lái)的塑性和韌性較好的退火、正火、或調(diào)質(zhì)狀態(tài)的組織。 表面淬火加熱可采用：感應(yīng)加熱、火焰加熱、激光加熱等。（頻率：高頻：50-300KHZ 中頻：1-10 工頻：50HZ）。多用于中碳鋼和中碳低合金鋼，如45、49Cr、40MnB。 感應(yīng)加熱表面淬火優(yōu)點(diǎn)：加熱速度快、時(shí)間短，表面氧化、脫碳較小，生產(chǎn)率較高；表層局部加熱，工件變形??；淬火組織為細(xì)隱晶馬氏體，表面硬度較高脆性低；表層獲得馬氏體后，表層膨脹，造成殘留壓應(yīng)力，提高疲勞強(qiáng)度；可用于生產(chǎn)流水線，工藝質(zhì)量穩(wěn)定。23.鋼的化學(xué)熱處理：把鋼制零件放在含欲滲元素的活性介質(zhì)中加熱到預(yù)定的溫度，保溫一定時(shí)間，使該元素

11、滲入到工件表層中，從而改變表層的成分、組織和性能。 鋼的滲碳：為了增加鋼件表層的碳含量和獲得一定的碳濃度梯度，將鋼件在滲碳介質(zhì)中加熱并保溫，使碳原子滲入到鋼件表層。 根據(jù)滲碳劑的不同，滲碳方法分：固體、氣體、液體滲碳。 滲碳層的表面碳含量在0.8%-1.1%之間為好，尤其在0.85%-1.05%之間最好。 表面碳含量低，則不耐磨且疲勞強(qiáng)度也較低；反之，則滲碳層變脆，易出現(xiàn)壓碎剝落。 鋼經(jīng)滲碳淬火、低溫回火后表面硬度可達(dá)58-64HRC，耐磨性好，心部韌性好。適用于重載、磨損、沖擊條件下工件的零件。24.鋼的滲氮：在一定溫度下使活性氮原子滲入到工件表面。目的：更大提高鋼件表面的硬度、耐磨性、疲勞

12、強(qiáng)度和抗蝕性。25.氣體滲碳與氣體滲氮比較：滲氮溫度低，心部不發(fā)生相變，零件變形小。滲氮后，具有高耐磨性和熱硬性。滲氮后，不再進(jìn)行熱處理，只進(jìn)行磨削和拋光。滲氮時(shí)間長(zhǎng)，工藝較復(fù)雜，滲氮層薄。26.碳氮共滲：同時(shí)向零件表面滲入碳和氮。27.預(yù)備熱處理：退火、正火、調(diào)質(zhì)。調(diào)質(zhì)作為預(yù)備熱處理，主要是為了保證表面淬火或化學(xué)熱處理零件心部的力學(xué)性能和為易變形零件最終熱處理組織準(zhǔn)備。鍛造-正火或退火-粗加工-調(diào)質(zhì)-精加工-表面熱處理或滲氮。28：最終熱處理的工序位置：整體淬火：鍛造-正火或退火-粗加工、半精加工-淬火+回火-精加工。 表面淬火：鍛造-正火或退火-粗加工-調(diào)質(zhì)-半精加工-表面淬火、回火-精加工。 整體滲氮：鍛造-正火-粗加工-滲碳-半精加工-表面淬火、回火-精加工。 局部滲氮：鍛造-正火-粗加工-滲碳-去局部滲氮層-淬火、回火-精加工。 鍛造-正火-機(jī)加工-鍍銅-滲碳-淬火、回火-退銅-精加工。 滲氮：鍛造-退火-粗加工-調(diào)質(zhì)-精加工-去應(yīng)力退火-粗磨-滲氮-精磨或研磨。29.非鐵合金的固溶處理：將固溶隨溫度的升高而增大的合金，加熱到單相固溶體相區(qū)內(nèi)的適當(dāng)溫度，保溫適當(dāng)時(shí)間，以使原組織中的脫溶