《工程材料及成形工藝基礎(chǔ)》課件項(xiàng)目3

項(xiàng)目3習(xí)題答案1.熱處理工藝都是由哪三個(gè)階段組成的？每個(gè)階段的目的是什么?答：熱處理工藝都由加熱、保溫和冷卻三個(gè)階段組成。鋼的加熱目的是為了獲得奧氏體，保溫是為了使奧氏體成分均勻化，冷卻直接決定熱處理后材料的組織和性能。2.根據(jù)共析鋼的C曲線，寫出過冷奧氏體在A1線以下等溫轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物類型。怎樣判斷連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變得到的產(chǎn)物？答：高溫轉(zhuǎn)變，A1-550℃，過冷A→P型組織；中溫轉(zhuǎn)變，550℃-MS，過冷A→貝氏體(B)；低溫轉(zhuǎn)變，MS-Mf，過冷A→馬氏體(M)。將代表連續(xù)冷卻的冷卻速度線畫在C曲線上，根據(jù)與C曲線相交的位置，就能估計(jì)出所得到的組織性能。3.何謂退火、正火？怎樣選擇正火和退火？答：退火是將鋼加熱到臨界點(diǎn)以上或在臨界點(diǎn)以下某一溫度保溫一定時(shí)間后，進(jìn)行緩慢冷卻（爐冷、坑冷、灰冷）的熱處理工藝。正火是將鋼件加熱到Ac3或Accm以上30～50℃，保溫后從爐中取出在空氣中冷卻。退火與正火的加熱溫度、保溫時(shí)間都相似，目的也有相似之處，在實(shí)際生產(chǎn)中又可部分替代，選擇退火與正火應(yīng)考慮：（1）切削加工性能，對(duì)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，故中碳以上的合金鋼一般都采用退火以改善切削性能。（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，正火的冷卻速度快，有形成裂紋的危險(xiǎn)，應(yīng)采用退火。（3）從經(jīng)濟(jì)上考慮，優(yōu)先考慮以正火代替退火。4.低碳鋼退火后切削加工時(shí)易出現(xiàn)粘刀現(xiàn)象，改用哪種熱處理方法可改善切削加工性能?答：改用正火，熱處理后組織為F和S，而退火組織為F+P，故改用正火硬度提高，可改善切削加工性能。5.淬火的目的是什么?為什么亞共析鋼的正常淬火溫度范圍為Ac3+(30～50)℃；而過共析鋼選擇Ac1+(30～50)℃?答：淬火的目的是提高鋼的強(qiáng)度和硬度。亞共析鋼的淬火加熱溫度一般為Ac3以上30-50℃，淬火后可獲得細(xì)小的均勻的馬氏體。如溫度過高則有晶粒粗化現(xiàn)象，淬火后獲得粗大的馬氏體，使鋼的脆性增大；如溫度過低則鐵素體未完全奧氏體化，淬火后有鐵素體出現(xiàn)，淬火硬度不足。過共析鋼的淬火加熱溫度則為Ac1以上30-50℃，能保證得到高的硬度和耐磨性。如果加熱溫度超過Accm將會(huì)使碳化物全部溶入奧氏體中，使奧氏體中的含碳量增加，淬火后殘余奧氏體量增多，降低鋼的硬度和耐磨性；同時(shí)淬火溫度過高，奧氏體晶粒粗化，淬火后易得到含有顯微裂紋的粗片狀馬氏體，使鋼的脆性增大。6.把兩個(gè)45鋼的退火態(tài)小試樣分別加熱到760℃和860℃快速水冷，所得組織分別是什么？哪個(gè)溫度下淬火硬度高?為什么?答：45鋼加熱到760℃得到A+F，快速水冷得到M+F；45鋼加熱到860℃得到A，快速水冷得到M。860℃條件下淬火硬度高，因?yàn)?60℃條件下的淬火組織中含有F，降低鋼的整體硬度。7.何謂鋼的淬透性?何謂鋼的淬硬性？它們各自取決于什么因素？答：鋼的淬透性是指鋼淬火時(shí)獲得馬氏體淬硬層深度的能力，淬透性主要與鋼的臨界冷卻速度有關(guān)；淬硬性是指鋼在理想條件下淬成馬氏體組織所能達(dá)到的最高硬度，鋼的淬硬性主要決定于馬氏體的含碳量，即鋼的含碳量。8.常用的淬火方法有哪幾種?說明它們的主要特點(diǎn)及其應(yīng)用范圍。答：最常用的淬火方法有單液淬火法、雙液淬火法、分級(jí)淬火法和等溫淬火法四種。單液淬火法操作簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，自動(dòng)化，如碳鋼在水中淬火，合金鋼在油中淬火。缺點(diǎn)是不符合理想淬火冷卻速度的要求，水淬容易產(chǎn)生變形和裂紋，油淬容易產(chǎn)生硬度不足或硬度不均勻等現(xiàn)象。雙液淬火是將加熱的工件先在快速冷卻的介質(zhì)中冷卻到300℃左右，立即轉(zhuǎn)入另一種緩慢冷卻的介質(zhì)中冷卻至室溫，以降低馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)的應(yīng)力，防止變形開裂。分級(jí)淬火是將加熱的工件先放入溫度稍高于Ms（150~260℃）的硝鹽浴或堿浴中，保溫2～5min，使零件內(nèi)外的溫度均勻后，立即取出在空氣中冷卻。只適用于淬透性好的合金鋼或零件尺寸較小、形狀復(fù)雜、要求變形小、尺寸精度高的碳鋼工件，如模具、刀具等。將加熱的工件放入溫度稍高于Ms（260~400℃）的硝鹽浴或堿浴中，保溫足夠長(zhǎng)的時(shí)間使其完成貝氏體轉(zhuǎn)變的熱處理工藝稱為等溫淬火。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。9.何謂回火？回火的目的是什么？回火可分為哪幾類？各用于什么場(chǎng)合？答：鋼件淬火后，再加熱到A1以下某一溫度，保持一定時(shí)間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝稱為回火?；鼗鸬哪康模簻p小或消除淬火應(yīng)力，防止工件在使用或精加工時(shí)變形；穩(wěn)定尺寸和組織，保證精度；調(diào)整淬火鋼的硬度、強(qiáng)度和塑性、韌性，獲得良好的綜合使用性能。回火的分類：（1）低溫回火（150℃~250℃）。低溫回火的組織是回火馬氏體。與淬火馬氏體相比，回火馬氏體既保持了鋼的高硬度（58~64HRC）、高強(qiáng)度和良好耐磨性，又適當(dāng)提高了韌性。主要用于高碳鋼、合金工具鋼制造的刃具、量具、冷作模具及滾動(dòng)軸承，滲碳、碳氮共滲和表面淬火件等要求表面耐磨的零件。（2）中溫回火（350℃~500℃）。中溫回火組織為回火托氏體。對(duì)于一般碳鋼和低合金鋼，中溫回火相當(dāng)于回火的第三階段，此時(shí)碳化物開始聚集，基體開始回復(fù)，淬火應(yīng)力基本消失。硬度為35～50HRC，具有高的彈性極限、屈服強(qiáng)度和韌性，主用于彈性件及熱作模具處理。（3）高溫回火（500℃~650℃）。高溫回火組織為回火索氏體。具有良好的綜合力學(xué)性能，硬度為25~40ＨRC，廣泛用于各種重要結(jié)構(gòu)件。10.化學(xué)熱處理的基本過程是由那幾個(gè)個(gè)階段組成？滲碳零件具有什么優(yōu)點(diǎn)？答：化學(xué)熱處理的三個(gè)基本過程由分解、吸收和擴(kuò)散組成，滲碳零件必須用低碳鋼或低碳合金鋼來制造，如20、20Cr、20CrMnTi等。滲碳只提高零件表層的含碳量，因此滲碳后必須經(jīng)熱處理（淬火加低溫回火），使零件表面組織變?yōu)榧?xì)針回火馬氏體，獲得高硬度和耐磨性，而心部仍保有一定強(qiáng)度和良好的塑性、韌性。11.某汽車齒輪選用20CrMnTi制造，其工藝路線為：下料→鍛造→正火①→切削加工→滲碳②→淬火③→低溫回火④→噴丸→磨削請(qǐng)說明①、②、③、④四項(xiàng)熱處理工藝的目的及大致工藝參數(shù)。答：①正火Ac3+30-50℃，正火的目的是細(xì)化晶粒，均勻組織，調(diào)整硬度。②滲碳900-950℃，滲碳只提高零件表層的含碳量，滲碳后必須經(jīng)熱處理（淬火加低溫回火），使齒輪表面組織變?yōu)榧?xì)針回火馬氏體，獲得高硬度和耐磨性，而齒輪心部仍保有一定強(qiáng)度和良好的塑性、韌性。③淬火Ac3+30-50℃，獲得馬氏體組織，提高硬度。④低溫回火150℃-250℃，提高鋼的硬度、強(qiáng)度和耐磨性，改善鋼的韌性。12.寫出具有網(wǎng)狀滲碳體的過共析鋼鍛造冷作模具毛坯在加工過程中的熱處理工藝。答：預(yù)備熱處理：正火后球化退火，正火清除網(wǎng)狀滲碳體；最終熱處理：淬火和低溫回火。13.指出下列鐵碳合金工件的淬火及回火溫度，并說明回火后得到的組織和大致硬度。①Wc=0．45％鋼制小軸(要求綜合力學(xué)性能好)；②Wc=0．60％鋼制彈簧；③Wc=1．2％鋼制銼刀。答：①淬火Ac3+(3