钢的热管理方案计划考试学习知识点.doc

.* 钢的热处理钢的热处理 1 1、、钢的热处理工艺主要有几种钢的热处理工艺主要有几种 退火、淬火、正火、回火、表面热处理 2 2、、什么是同素异构转变、多形性转变什么是同素异构转变、多形性转变 同素异构转变：同素异构转变：纯金属在温度和压力变化时，由某一种晶体结构转变为另一种 晶体结构的过程称为同素异构转变。 多形性转变：多形性转变：在固溶体中发生的由一种晶体结构转变为另一种晶体结构的过程 称为多形性转变。 3 3、、奥氏体及其结构特点奥氏体及其结构特点 奥氏体是碳在 γ-Fe 中的间隙固溶体，具有面心立方结构。 奥氏体的面心立方结构使其具有高的塑性和低的屈服强度，在相变过程中容易 发生塑性变形，产生大量位错或出现孪晶，从而造成相变硬化和随后的再结晶、 高温下经历的反常细化以及低温下马氏体相变的一系列特点。 .* 4 4、、共析碳钢在加热转变时，奥氏体优先形核位置及原因共析碳钢在加热转变时，奥氏体优先形核位置及原因 奥氏体的形核奥氏体的形核 1 1））球状珠光体中： 优先在 F/Fe3C 界面形核 2 2））片状珠光体中： 优先在珠光体团的界面形核,也在 F/Fe3C 片层界面形核 奥氏体在奥氏体在 F/Fe3CF/Fe3C 界面形核原因：界面形核原因： (1) 易获得形成 A 所需浓度起伏，结构起伏和能量起伏. (2) 在相界面形核使界面能和应变能的增加减少。 △G = -△Gv + △Gs + △Ge △Gv—体积自由能差， △Gs —表面能， △Ge —弹性应变能 .* 5 5、、珠光体向奥氏体转变的三阶段，并说明为什么铁素体完全转变为奥氏体后仍珠光体向奥氏体转变的三阶段，并说明为什么铁素体完全转变为奥氏体后仍 然有一部分碳化物没有溶解？然有一部分碳化物没有溶解？ （（1 1））奥氏体的形核；（（2 2））奥氏体的长大；（（3 3））残余碳化物的溶解和奥氏体成 分的均匀化； 奥氏体长大的是通过 γ/α 界面和 γ/Fe3C 界面分别向铁素体和渗碳体迁移来 实现的。由于 γ/α 界面向铁素体的迁移远比 γ/Fe3C 界面向 Fe3C 的迁移来的 快，因此当铁素体已完全转变为奥氏体后仍然有一部分渗碳体没有溶解。 6 6、、晶粒度概念晶粒度概念 奥氏体本质晶粒度：奥氏体本质晶粒度：根据标准试验方法，在 93010C 保温足够时间后测得的 奥氏体晶粒大小。 奥氏体起始晶粒度：奥氏体起始晶粒度：在临界温度以上，奥氏体形成刚刚完成，其晶粒边界刚刚 相互接触时的晶粒大小 奥氏体实际晶粒度：奥氏体实际晶粒度：在某一加热条件下所得的实际奥氏体晶粒大小。 7 7、共析碳钢、共析碳钢 ITIT 图图 .* 8 8、、扩散型、非扩散型、半扩散型特点扩散型、非扩散型、半扩散型特点 扩散型相变：扩散型相变：相变过程中伴随着原子的扩散，相变过程受原子扩散控制。 半扩散型相变：半扩散型相变：相变过程中有原子扩散，相变部分受原子扩散控制。 非扩散型相变：非扩散型相变：相变过程中无原子扩散。 9 9、、退火定义、目的（作用）退火定义、目的（作用） 、种类、种类 退火定义：退火是将钢加热到适当的温度，经过保温后以适当的速度冷却以降 低硬度、改善组织、提高加工性的一种热处理工艺。 ⑴⑴完全退火（亚共析钢 温度高于 Ac3；过共析钢 温度高于 Accm） 完全退火后可获得接近平衡状态的组织。 （过共析钢不能采用完全退火，因为这 样的加热并慢冷后会出现网状渗碳体。 ） .* ⑵⑵等温退火（Ar1 以下的某一温度等温停留） 等温退火可以缩短退火时间，所以可以得到均匀的组织。 ⑶⑶球化退火(珠光体 低于并接近 A1 的温度，奥氏体 Ac1 以上) 主要对高碳工具钢、模具钢和轴承钢等进行，目的是改善碳化物分布，并使碳 化物球化为细小圆形颗粒分布在马氏体基体，提高塑性和韧性，改善切削加工 性能和减少最终热处理的变形和开裂。 ⑷⑷扩散退火（一般为 1100～1200℃） 目的：目的：改善和消除在冶金过程中形成成分不均匀性 ⑸⑸低温退火（碳钢和低合金钢的低温退火温度为 550～650℃，高合金钢和高速 钢为 600～750℃，时间约为 1～2 小时。 ） 目的：目的：消除铸、锻、焊及切削加工过程内应力。 ⑹⑹再结晶退火（650℃或稍高，时间为 0.5～1h） 目的：目的：为了使冷形变钢通过再结晶而恢复塑性，降低硬度，有利于随后的再形 变或获得稳定的组织。 （再结晶退火常用于冷轧低碳钢板和钢带） 1010、、退火温度范围、适用范围、得到组织（见退火温度范围、适用范围、得到组织（见 9 9 题）题） 1111、、球化退火、球化途径、工艺流程球化退火、球化途径、工艺流程 获得球化体的途径主要有三种：获得球化体的途径主要有三种： ⑴⑴珠光体的球化；珠光体的球化； 珠光体在高于亚临界温度（即低于并接近 A1 的温度）长时间保温得到球化体组 织。 ⑵⑵由奥氏体转变为球化体；由奥氏体转变为球化体； 退火工艺有三种：退火工艺有三种：①加热到 Ac1 以上 20℃左右，然后以 3～5℃/h 的速度控制 冷却到 Ar1 一下一定温度，即一般的球化退火；②加热到 Ac1 以上 20℃左右， .* 然后在略低于 A1 的温度等温保持，随后在略低于 A1 的温度等温保持，随后冷 却之，又称等温球化退火；③在 A1 上、下 20℃左右交替保温，随后冷却之， 又称周期球化退火 ⑶⑶马氏体低于并接近马氏体低于并接近 A1A1 的温度分解。的温度分解。 1212、、正火定义、目的（作用）正火定义、目的（作用） 定义：定义：将铁碳合金加热到临界点 Acs 以上适当温度并保持一定的时间，然后在 空气中冷却的工艺叫正火 目的：目的：消除网状碳化物、改善切削性能；使铸、锻件过热晶粒细化；消除内应 力 1313、、退火与正火的选择（表）退火与正火的选择（表） （钢给出温度范围选工艺、排号和碳钢）（钢给出温度范围选工艺、排号和碳钢） 钢的碳含量（%）最佳显微组织推荐热处理工艺 0.06~0.20 铁素体+细珠光体 热轧（最经济） 正火 0.20~0.30 铁素体+细珠光体 Φ75mm 以下 正火 Φ75mm 以上 热轧 0.30~0.40 粗珠光体+最少的铁素体完全退火 0.40~0.60 粗珠光体到粗球化体 不完全退火 球化退火 0.60~1.00 球化体球化退火 1414、、马氏体定义、结构、结构特点、转变特点马氏体定义、结构、结构特点、转变特点 .* 定义：定义：马氏体是碳在 α－Fe 中的过饱和固溶体 结构：结构：体心正方晶格 结构特点：结构特点：C% 越高，正方度越大，正方畸变越严重。 当＜0.25%C 时，c/a=1，此时马氏体为体心立方晶格 马氏体转变特点：马氏体转变特点： （1）表面浮凸效应和切变共格性 （2）无扩散性 （3）新相与母相间具有一定的晶体学关系（取向关系及惯习面） （4）转变的不完全性 （5）转变的可逆性 1515、、板条马氏体、片状马氏体，形貌特点、组织结构、机械性能、亚结构板条马氏体、片状马氏体，形貌特点、组织结构、机械性能、亚结构 板条马氏体：板条马氏体：板条状，亚结构：位错（又称位错马氏体） 片状马氏体：片状马氏体：片状，亚结构：孪晶（又称孪晶马氏体） 含碳量1%完全为片状马氏体。 片状马氏体强度比板条马氏体高（马氏体强度主要取决于含碳量） ，板条马氏体 韧性好于片状马氏体（马氏体韧性主要取决于亚结构） 。 1616、、什么是奥氏体稳定化、热稳定化、机械稳定化，特点、影响因素什么是奥氏体稳定化、热稳定化、机械稳定化，特点、影响因素 奥氏体稳定化：奥氏体稳定化：指奥氏体内部结构在外界因素作用下发生某种变化而使奥氏体 向马氏体转变呈现迟滞现象。 热稳定化：热稳定化：淬火时因缓慢冷却或在冷却过程中停留而引起奥氏体的稳定性提高， 使马氏体转变迟滞的现象。 .* 机械稳定化：机械稳定化：奥氏体在淬火过程中受到较大塑性变形而引起的稳定化现象。 热稳定化影响因素：热稳定化影响因素：①等温 T ↗ ，A 稳定化愈好； 但 T 高于某一定值后，随 等温 T ↗ ，A 稳定化下降，出现反稳定化。②在一定等温 T 下，停留 t↗，A 稳定化愈好。③C％ ↗，A 稳定化程度↗。 机械稳定化影响因素：机械稳定化影响因素：①在 Md 点以下温度对 A 进行塑性变形，将发生形变诱发 M 转变。②在 Md 点以上，对 A 小量塑性变形将促进随后冷却时的 M 转变；对 A 大量塑性变形将抑制随后冷却时的 M 转变，使奥氏体稳定化。 1717、、上贝氏体、下贝氏体形貌组织、力学性能上贝氏体、下贝氏体形貌组织、力学性能 上 B：羽毛状，条状或针状。 形成条件：形成条件： 温度在马氏体转变温度以上、珠光体转变温度以下范 围的稍高温度；转变温度 高于下贝氏体。碳含量在低、中碳钢中，随碳含量增加，铁素体板条变薄、渗 碳体量增加。 下 B：暗黑色针状或片状。 形成条件：形成条件： 温度在马氏体转变温度以上、珠光体转变温度以下范围的稍低温度；转变温度 低于上贝氏体。 性能差别：性能差别：下贝氏体强度和韧性高上贝氏体 1818、、钢的淬透性、淬硬性，定义、相关因素钢的淬透性、淬硬性，定义、相关因素 淬透性：淬透性：钢在淬火时能够获得马氏体的能力。其大小是用规定条件下淬硬层深 度来表示。 淬硬性：淬硬性：是在正常淬火条件下,钢淬火后所能达到的最高硬度，即硬化能力 淬透性决定因素淬透性决定因素: :临界冷却速度即化学成分及奥氏体化的条件; .* 淬硬性影响因素淬硬性影响因素: :取决于马氏体的含碳量。 工件的淬透深度：工件的淬透深度：取决于钢材淬透性, 还与冷却介质、工件尺寸等外部因素有 关 1919、、亚共析、过共析淬火加热温度选择原则，为什么过共析钢不能超过亚共析、过共析淬火加热温度选择原则，为什么过共析钢不能超过 AccmAccm 线线 选择原则：选择原则：亚共析刚 Ac3+30～50C； 过共析钢 Ac1+30～50C 原因：原因：若加热到 Accm 线以上，会带来一些不良后果：（（1 1））由于渗碳体全部融 入奥氏体，使淬火后钢的耐磨性降低（（2 2））Ac1～Accm 之间，存在未溶二次渗碳 体，反而阻碍奥氏体晶粒长大，能够细化晶粒，从而使形成显微裂纹的倾向减 小， （（3 3））由于奥氏体中碳含量显著增高，使 Ms 点降低，淬火后残余奥氏体量增 多，从而降低钢的硬度（（4 4））加热温度高，使钢的氧化.脱碳加剧，也使淬火和 开裂倾向增大，同时也缩短炉子的使用寿命。 2020、、淬火内应力、热应力、组织应力，产生原因及过冷过程中应力状态变化淬火内应力、热应力、组织应力，产生原因及过冷过程中应力状态变化 （（1 1）热应力：）热应力：由于工件心部和表面冷却速度不一致，其冷却收缩不同而造成内 应力。 热应力产生过程：热应力产生过程： 冷却初期，表面冷速快，表面收缩，产生拉应力；心部冷速慢，不收缩，产生 压应力； 冷却结束，表面冷速慢，表面不收缩，产生压应力；心部冷速快，收缩，产生 拉应力； 最终的淬火热应力：最终的淬火热应力：表面压应力、心部拉应力。 （（2 2）组织应力：）组织应力：由于工件表层和心部发生马氏体转变的不同时性而造成的内应 力。 组织应力产生过程：组织应力产生过程： 冷却初期，表面发生马氏体相变，表面体积膨胀，产生压应力；心部冷速慢牵 .* 制表面膨胀，产生拉应力；冷却结束，心部发生马氏体相变，表面体积膨胀， 产生压应力；表面牵制心部膨胀，产生拉应力； 最终的淬火组织应力：表面拉应力、心部压应力。 在发生相变前主要内应力为热应力；当发生相变后主要内应力为组织应力，热 应力为辅。 2121、、淬火介质分类，其中有物态变化的三个阶段、力学性能、特点变化淬火介质分类，其中有物态变化的三个阶段、力学性能、特点变化 淬火介质分为有物态变化的介质和无物态变化的介质。有物态变化的淬火介质 沸点都低于工件淬火加热温度， 冷却机理：冷却机理： 第一阶段（第一阶段（ABAB 段）：段）：蒸汽膜阶段。冷却速度慢 第二阶段（第二阶段（BCBC 段）：段）：沸腾阶段。冷却速度快 第三阶段（第三阶段（CDCD 段）：段）：对流阶段。冷却速度慢 2222、、什么是二次硬化现象，本质什么是二次硬化现象，本质 定义：定义：是指某些淬火合金钢在 500~650℃回火后硬度增高，在硬度-回火温度曲 线上出现峰值的现象。 本质：本质：二次硬化本质上是一种共格析出的合金碳化物（VC，TiC 或 Mo2C 等）的 .* 弥散强化。 2323、、钢回火的几个阶段，各阶段温度范围、组织变化钢回火的几个阶段，各阶段温度范围、组织变化 P P 碳素钢淬火后在不同温度下回火时，组织将发生不同的变化。由于组织变化会 带来物理性能的变化，而不同的组织变化，物理性能的变化也不同。通常根据 物理性能的变化把回火转变分成四种类型。 时效阶段（时效阶段（100℃100℃以下）：以下）：碳原子的重新分布 回火第一阶段（回火第一阶段（100~200℃100~200℃）：）：过渡碳化物的析出 回火第二阶段（回火第二阶段（200~300℃200~300℃）：）：残余奥氏体的分解 回火第三阶段（回火第三阶段（200~350℃200~350℃）：）：过渡碳化物转变为 Fe3C 回火第四阶段（回火第四阶段（350℃350℃以上）：以上）：Fe3C 的粗化和球化，以及等轴铁素体晶粒的形成 主要发生如下变化： 内应力消除：内应力消除： 宏观区域性内应力（工件内外） ，550 ℃全部消除； 微观区域性内应力（晶粒 之间） ， 500 ℃基本消除； 晶格弹性畸变应力（碳过饱和） ， ε 转变完即消除。 （300℃马氏体分解完毕） 回复与再结晶：回复与再结晶： 回火使亚结构（位错、孪晶）消失；板条和片状马氏体特征保 留（回复） 、消失（再结晶） 。 碳化物聚集长大：碳化物聚集长大：原棒状、片状、粒状渗碳体消失、溶解，并逐渐球化长大， 越来越粗大。 2424、、回火工艺低温、中温、高温，温度范围、组织变化、力学性能变化、应用回火工艺低温、中温、高温，温度范围、组织变化、力学性能变化、应用 于什么钢于什么钢 （（1 1））低温回火低温回火 回火温度：回火温度：150~250℃。 .* 目的：目的：降低应力；提高韧性 组织：组织：回火马氏体（α/+ε） ，保留淬火形态 性能：性能：硬度与淬火时相当，高碳钢→耐磨性好，韧性提高，内应力降低 适用于处理各种工具、模具、量具、轴承及经渗碳和表面淬火的工件 （（2 2））中温回火中温回火 回火温度：回火温度：350-500℃。 目的：目的：提高弹性极限；获得高的强韧性配合 组织：组织：回火屈氏体（F+细小碳化物） ，保留淬火 M 形貌 性能：性能：弹性极限最高；强韧性配合好 适用于主要用于各类弹簧的热处理 （（3 3））高温回火高温回火 回火温度：回火温度：500-650℃。 目的：目的：获得好的综合力学性能，产生二次硬化效果 组织：组织：回火索氏体（F+颗粒碳化物） ，M 形貌消失 性能：性能：综合性能优于 S，某些合金钢具有高的红硬性 适用于调质广泛用于连杆、轴、齿轮等各种重要结构件的处理。也可作为精密 零件、量具等的预备热处理。 2525、、什么是回火脆性，种类及消除方法什么是回火脆性，种类及消除方法 回火脆性：回火脆性：随回火温度的提高，钢的冲击韧性不是单调的降低或升高，而是可 能出现两个马鞍形，即回火时出现韧性下降的现象。 种类及消除方法：种类及消除方法： .* a.回火马氏体脆性（ 第一类 、低温、不可逆）不能消除，只能减轻。 （1）降 低杂质（2）细化晶粒降低杂质% （脱氧剂；细化元素） （3）加 Mo → 降低 晶 界磷的偏聚（4）降低 Mn → 降低 晶界磷的偏聚（5）等温淬火代替淬火+回火 工艺。 b.回火脆性 （ 第二类、可逆）短时、快冷；避免脆化温区回火 2626、、什么是化学热处理，化学热处理的几个阶段什么是化学热处理，化学热处理的几个阶段 定义：定义：钢的化学热处理是将钢件在特定的介质中加热，保温以改变其表层化学 成分和组织，从而获得所需力学或化学性能的工艺的总称。 三个阶段：三个阶段：分解，吸收和扩散。 2727、、渗碳用于什么钢种、热处理工艺、温度选择渗碳用于什么钢种、热处理工艺、温度选择 钢的渗碳分为钢的渗碳分为 3 3 个阶段：个阶段：分解、吸收、扩散 适用钢种：适用钢种：低碳钢和低碳合金钢（碳含量 0.1%～0.25%) 目的：目的：使钢件表层获得高的硬度、耐磨性和疲劳强度，而心部仍保持一定的强 度和较高的韧性。 热处理工艺为典型气体吸热式连续渗碳工艺，分为升温、渗碳、扩散和冷却四 个区域。 2828、、氮化工艺，软氮化工艺特点，温度选择氮化工艺，软氮化工艺特点，温度选择 氮化原理：氮化原理：将 N 渗入钢件表面，以提高其硬度、耐磨性和疲劳强度的一种化学 热处理方法。 氮化工艺的一般温度氮化工艺的一般温度一般在 500～600℃。 软氮化具有以下特点：软氮化具有以下特点： ⑴处理温度低，时间短，工件变形小。 ⑵不受钢种限制，碳钢、低合金钢、工模具钢、不锈钢、铸铁及铁基粉未冶 金材料均可进行软氮化处理。工件经软氮化后的表面硬度与氮化工艺及材料有 关。 .* ⑶能显着地提高工件的疲劳极限、耐磨性和耐腐蚀性。在干摩擦条件下还具 有抗擦伤和抗咬合等性能。 ⑷由于软氮化层不存在脆性 ξ 相，故氮化层硬而具有一定的韧性，不容易剥 落。 2929、、渗碳渗氮强化机理、异同点渗碳渗氮强化机理、异同点 （（1 1）渗碳强化：）渗碳强化：先渗碳后淬火以获得高碳马氏体强化相 （（2 2）渗氮强化：）渗氮强化：先淬火使心部获得回火 S，后氮化获得间隙固溶强化相 异同点：异同点： 3030、、感应加热表面淬火，基本原理、优缺点感应加热表面淬火，基本原理、优缺点 基本原理：基本原理：零件处于交变磁场（感应线圈产生的）中产生感应电流（涡流） ，从 而产生热量（零件阻抗通电流产生的热量）使零件被加热，随后冷却淬火。 优点：优点：感应加热具有工艺简单，工件畸变小，生产效率高，节能，环境污染小 工艺过程易于实现机械化和自动化等优点。 缺点：缺点：由于它对形状复杂的零件不易得到均匀地硬化层，而且耐磨性和化学热 处理相比还比较差；加之其设备费昂贵，对不同类型的零件都需配以相应的感 应器，使生产成本较高。 3131、、滚动轴承、重在齿轮设计合适的热处理工艺路线，并给出热处理工艺条件、滚动轴承、重在齿轮设计合适的热处理工艺路线，并给出热处理工艺条件、 组织产物组织产物 工序如下：工序如下：下料→锻造→正火→切削加工→渗碳→淬火→低温回火→精加工