《机械制造基础（第三版）习题册》-模块三钢的热处理（答案）.docx

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1、模块三钢的热处理课题一概述一、填空题（将正确答案填写在横线上）1 .加热保温2 .使用工艺3 .加热保温冷却4 .同素异构5 .不完全奥氏体化6 .奥氏体化7 .等温转变图8 .温度时间9 . 550 350 B 上 350 M B 下10 .马氏体11 .马氏体M12 .碳含量二、判断题（正确的，在括号内打错误的，在括号内打X）1. V2. V3. V4. X5. V6. V7. X8. V三、选择题（将正确答案的序号填写在括号内）1. B2. B3. C四、简答题1 .答：热处理是采用适当的方式对金属材料或工件进行加热、保温和冷却,以获得预期的组织结构与性能的工艺。热处理工艺在机械制造业中

2、应用极为广泛。它能提高零件的使用性能，充分 发挥钢材的潜力，延长零件的使用寿命。止匕外，热处理还可以改善零件的工艺性 能，提高加工质量，减小刀具磨损等。2 .答：任何一种热处理工艺都是由加热、保温和冷却3个阶段组成的。热 处理工艺曲线如下所示。3 .答：热处理之所以能使钢的性能发生变化，其根本原因是由于铁有同素 异构转变，从而使钢在加热和冷却过程中组织与结构发生变化。4 .答：将钢加热到一定温度，以获得全部或部分奥氏体组织的过程称为钢 的奥氏体化。奥氏体的形成分为以下三个阶段：（1）奥氏体晶核的形成及长大。 奥氏体的晶核是在铁素体和渗碳体的相界面处优先形成的。奥氏体晶核的长大是 新相奥氏体的界

3、面向渗碳体与铁素体方向同时推移的过程，它是靠铁、碳原子的 扩散使其邻近的渗碳体不断溶解，以及铁素体晶格改组为面心立方晶格来完成的。（2）残余渗碳体的溶解 在铁素体全部消失后,仍有部分渗碳体尚未溶解， 需延长保温时间，使渗碳体全部溶入奥氏体中。（3）奥氏体成分的均匀化 当残余渗碳体刚刚溶解完毕时，奥氏体中的碳 浓度是不均匀的。为此需要继续延长保温时间，通过碳原子的扩散，使奥氏体成 分均匀。5 .答：固溶在奥氏体中的碳转变后原封不动地保留在铁的晶格中，形成碳 在a-Fe中的过饱和固溶体，称为马氏体，用符号M表示。碳含量高（Wc1.0%）的马氏体，在显微镜下呈针片状，故称为片状马氏体， 又称高碳马氏

4、体。碳含量低（Wc0.2%）的马氏体，其形状为一束束相互平行的 细条，故称为板条状马氏体，又称低碳马氏体。而碳含量wc =0.2%1.0%的 奥氏体，则形两种马氏体的混合组织。片状马氏体的性能特点是硬度高而脆性大。板条状马氏体的性能特点是具有高的强度及较好的韧性。课题二钢的退火与正火一、填空题（将正确答案填写在横线上）1 .预先最终2 .最终3 .完全球化去应力4 . 30 505 . 20 306 .正火7 . 500 6508 . 30 509 .球化退火二、判断题（正确的，在括号内打错误的，在括号内打X）1. V2. X3. V4. V5. X6. X三、选择题（将正确答案的序号填写在括

5、号内）1. D2. C3. A四、简答题1 .答：将钢加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却（一般随炉冷 却）的热处理工艺称为退火。退火的主要目的有以下几点：（1）降低钢的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工。（2）细化晶粒，均匀钢的组织及成分，改善钢的性能或为以后的热处理做准备。（3）消除钢中的残余内应力，以防止变形和开裂。2 .答：常用的退火方法有完全退火、球化退火、去应力退火等。完全退火的目的：在完全退火加热过程中，钢的组织全部转变为奥氏体，在 冷却过程中，奥氏体转变为细小而均匀的平衡组织（铁素体+珠光体），从而达 到降低钢的硬度、细化晶粒、充分消除内应力的目的。球化退火的目的

6、：是得到球状珠光体组织。求应力退火的目的：消除由于塑性变形、铸造、焊接、切削加工等形成的残 余应力。3 .答：正火是将钢加热到43或ACcm以上3050 ，保温适当的时间， 在空气中冷却的工艺方法。正火与退火相比，主要区别是正火的冷却速度比退火稍快，故正火后得到的 组织比较细小，其强度、硬度比退火钢高一些。4 .答：（1）改善低碳钢和低碳合金钢的切削加工性。（2）对于力学性能要求不太高的普通结构零件，正火也可作为最终热处理。（3）消除过共析钢中的网状渗碳体，改善钢的力学性能，并为球化退火做 好组织准备。5 .答：（1）从切削加工性考虑。（2）从零件的结构形状考虑。（3）从经济 性考虑。课题三

7、钢的淬火与回火一、填空题（将正确答案填写在横线上）1 .马氏体2 . Jc3/1c 13 .单介质淬火4 .水油5 .碳含量6 .差 好7 .粗化8 .过烧9 .内应力10 .回火温度11 .调质12 .分解吸收扩散13 .渗碳渗氮碳氮共渗14 .气体固体液体15 .感应火焰感应16 .热冷却17 .电流频率18 .调质二、判断题（正确的，在括号内打错误的，在括号内打X）1. V2. V3. X4. V5. V6. V7. V8. X9. X10. V11. X12. V13. X14. X15. V16. V18. J三、选择题（将正确答案的序号填写在括号内）1. B2. C3. D4. B

8、四、名词解释1 .答：将钢加热到八C3或4C1以上某一温度，保温一定时间，然后以适当 方式冷却，获得马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺称为淬火。2 .答：将淬火后的钢再加热到八ci以下的某一温度，保温一定时间，然后 冷却到室温的热处理工艺称为回火。3 .答：渗碳是指为了增加工件表层的碳含量和形成一定的碳浓度梯度，将 工件在渗碳介质中加热并保温使碳原子渗入表层的化学热处理工艺。4 .答：渗氮是指在一定温度下使活性氮原子渗入工件表层的化学热处理工 乙。五、简答题1 .答：淬火的主要目的是为了获得马氏体，以便在适当温度回火后获得所 需要的力学性能。2 .答：亚共析钢的淬火加热温度应选择在AC3以上30

9、50 0这是为 了得到细晶粒的奥氏体，使钢淬火后获得细小的马氏体组织。如果加热温度过高, 会引起奥氏体晶粒粗化，淬火后马氏体的组织粗大，使钢脆化。若加热温度过低 （在AciAC3之间），则淬火组织中含有一部分铁素体，将降低淬火钢的强度 和硬度。3 .答：共析钢和过共析钢的淬火加热温度应选择在八ci以上3050 o 淬火后将形成在细小马氏体基体上均匀分布着细颗粒状渗碳体的组织，这种组织 不仅耐磨性好，而且脆性也小。如果淬火加热温度选择在ACcm以上，不仅奥氏 体的晶粒粗化，淬火后得到粗大的马氏体，增大脆性以及变形和开裂倾向，而且 残余奥氏体量也增多，使钢的硬度和耐磨性降低。4 .答：常用的淬火冷

10、却介质有油、水、盐水、碱水等。其中水的冷却能力 介于油和盐水之间。采用盐水作为冷却介质时、在650500 C范围内冷却速 度快，但在300200 的温度范围内冷却速度仍然很快，容易引起变形或开 裂。采用油作为冷却介质时，在300200 的温度范围内冷却速度比较慢， 但在650500 范围内冷却速度过慢，一般用于临界淬火冷却速度较小的合 金钢零件的淬火。而水或盐水常用于碳钢零件的淬火。5 .答：淬透性是指在规定条件下，钢在淬火后获得淬硬层深度的能力。钢的淬透性与钢的临界淬火冷却速度有密切的关系，临界淬火冷却速度越低, 钢的淬透性越好。所以，能增加过冷奥氏体稳定性、降低临界淬火冷却速度的因 素（主

11、要是钢的化学成分）均可以提高钢的淬透性。6 .答：常见的淬火缺陷有氧化与脱碳、过热和过烧、变形与开裂、硬度不 足。7 .答：（1）减小或消除内应力通过回火可减小或消除工件在淬火时产生 的内应力，以防止工件变形和开裂。（2）获得所需的组织和性能为了满足各种工件不同的性能要求，就必须 配合适当的回火，以获得所需的组织和性能。（3）稳定工件的尺寸和形状 淬火马氏体和残余奥氏体都是不稳定的组织， 它们具有自发地向稳定组织转变的趋势，因而将引起工件的尺寸和形状的改变。 回火可使钢的组织稳定，从而保证工件在使用过程中不再发生尺寸和形状的改变。8 .答：（1）低温回火（150250 ） 低温回火得到的组织是

12、回火马氏 体（过饱和程度较低的马氏体与高度弥散的碳化物），其性能是：具有高的硬度（5864HRC）、高的耐磨性和一定的韧性。低温回火主要用于刀具、量具、 冷冲压模具及其他要求硬而耐磨的零件。（2）中温回火（350500 ） 中温回火得到的组织是回火托氏体（铁 素体与极细小的粒状渗碳体），其性能是：具有高的弹性极限、屈服强度和适当 的韧性，硬度可达3550HRCo中温回火主要用于弹性零件及热锻模具等。（3）高温回火（500650 ） 高温回火得到的组织是回火索氏体（铁 素体与细粒状渗碳体），其性能是：具有良好的综合力学性能（足够的强度与高 韧性相配合），硬度可达200330HBWo生产中常把淬火

13、及高温回火的复合热 处理工艺称为调质。调质处理广泛用于承受交变载荷或冲击的重要零件，如螺栓、 连杆、齿轮、曲轴等。9 .答：表面淬火是利用快速加热的方法使钢的表层奥氏体化，然后淬火的 热处理工艺。根据加热方法的不同，常用的表面淬火分为感应加热表面淬火和火 焰加热表面淬火等，其中以感应加热表面淬火应用最广泛。10 .答：利用感应电流通过工件所产生的热效应，使工件表层迅速加热并快 速冷却的淬火工艺称为感应加热表面淬火。感应加热表面淬火主要适用于中碳钢 或中碳合金钢，在某些条件下，也可用于高碳钢或铸铁。零件在表面淬火前一般 先进行正火或调质处理。11 .答：化学热处理是将工件置于一定温度的活性介质中

14、保温，使一种或几 种元素渗入它的表层，以改变工件表层的化学成分、组织和性能的热处理工艺。化学热处理都是由分解、吸收和扩散3个基本过程组成的。化学热处理种 类很多，常用的有渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗金属等。六、应用题1 .答：45钢机床主轴属于承受交变载荷或冲击的重要零件，淬火后应采用 高温回火，高温回火得到的组织是回火索氏体（铁素体与细粒状渗碳体），其性 能是：具有良好的综合力学性能（足够的强度与高韧性相配合），硬度可达200 330HBWo65钢弹簧淬火后应采用中温回火，中温回火得到的组织是回火托氏体（铁 素体与极细小的粒状渗碳体），其性能是：具有高的弹性极限、屈服强度和适当 的韧性，硬度可达3550HRCoT10钢手锯条淬火后应采用低温回火，得到的组织是回火马氏体（过饱和程 度较低的马氏体与高度弥散的碳化物），其性能是：具有高的硬度（5864HRC）、 高的耐磨性和一定的韧性。2 .答：45钢属于中碳钢，工艺路线中热处理工序采用如下工艺：（1）热处理（一）采用去应力退火，主要用于消除锻件的内应力，以稳定 工件尺寸，防止变形或开裂。（2）热处理（二）采用调质处理，调质得到的组织是回火索氏体（铁素体 与细粒状渗碳体），其性能是：具有良好的综合力学性能（足够的强度与高韧性 相配合），硬度可达200330HBWo