退火炉的知识及正火退火的选择(五)
33. 试说明表面淬火、渗碳、氮化热处理工艺在用钢、性能、应用范围等方面的差别。
答：表面淬火一般适用于中碳钢（0.4～0.5%c）和中碳低合金钢（40cr 、40mnb 等），也可用于高碳工具钢，低合金工具钢（如t8、9mn2v 、gcr15等）。以及球墨铸铁等。它是利用快速加热使钢件表面奥氏体化，而中心尚处于较低温度即迅速予以冷却，表层被淬硬为马氏体，而中心仍保持原来的退火炉退火、正火或调质状态的组织。应用范围：（1）高频感应加热表面淬火应用于中小模数齿轮、小型轴的表面淬火。（2）中频感应加热表面淬火主要用于承受较大载荷和磨损的零件，例如大模数齿轮、尺寸较大的曲轴和凸轮轴等。(3)工频感应加热表面淬火工频感应加热主要用于大直径钢材穿透加热和要求淬硬深度深的大直径零件，例如火车车轮、轧辘等的表面淬火。
渗碳钢都是含0.15～0.25%的低碳钢和低碳合金钢，如20、20cr 、20crmnti 、20simnvb 等。渗碳层深度一般都在0.5～2.5mm 。
钢渗碳后表面层的碳量可达到0.8～1.1%c范围。渗碳件渗碳后缓冷到室温的组织接近于铁碳相图所反映的平衡组织，从表层到心部依次是过共析组织，共析组织，亚共析过渡层，心部原始组织。
渗碳主要用于表面受严重磨损，并在较大的冲载荷下工作的零件（受较大接触应力）如齿轮、轴类、套角等。
氮化用钢通常是含al 、cr 、mo 等合金元素的钢，如38crmoala 是一种比较典型的氮化钢，此外还有35crmo 、18crniw 等也经常作为氮化钢。与渗碳相比、氮化工件具有以下特点：
1）氮化前需经调质处理，以便使心部组织具有较高的强度和韧性。
2）表面硬度可达hrc65～72，具有较高的耐磨性。
3）氮化表面形成致密氮化物组成的连续薄膜，具有一定的耐腐蚀性。
4）氮化处理温度低，渗氮后不需再进行其它热处理。
氮化处理适用于耐磨性和精度都要求较高的零件或要求抗热、抗蚀的耐磨件。如：发动机的汽缸、排气阀、高精度传动齿轮等。
34. 拟用t10制造形状简单的车刀，工艺路线为：
锻造—热处理—机加工—热处理—磨加工
（1）试写出各热处理工序的名称并指出各热处理工序的作用；
（2）指出最终热处理后的显微组织及大致硬度；
（3）制定最终热处理工艺规定（温度、冷却介质）
答：（1）工艺路线为：锻造—退火—机加工—淬火后低温回火—磨加工。退火处理可细化组织，调整硬度，改善切削加工性；淬火及低温回火可获得高硬度和耐磨性以及去除内应力。
（2）终热处理后的显微组织为回火马氏体，大致的硬度60hrc 。
（3）t10车刀的淬火温度为780℃左右，冷却介质为水；回火温度为150℃～250℃。
35. 选择下列零件的热处理方法，并编写简明的工艺路线（各零件均选用锻造毛坯，并且钢材具有足够的淬透性）：
（1）某机床变速箱齿轮（模数m=4），要求齿面耐磨，心部强度和韧性要求不高，材料选用45钢；
（2）某机床主轴，要求有良好的综合机械性能，轴径部分要求耐磨（hrc 50-55），材料选用45钢；
（3
）镗床镗杆，在重载荷下工作，精度要求极高，并在滑动轴承中运转，要求镗杆表面有极
高的硬度，心部有较高的综合机械性能，材料选用38crmoala 。
答：（1）下料→锻造→正火→粗加工→精加工→局部表面淬火+低温回火→精磨→成品
（2）下料→锻造→正火→粗加工→调质→精加工→局部表面淬火+低温回火→精磨→成品
（3）下料→锻造→退火→粗加工→调质→精加工→氮化→研磨→成品
36. 某型号柴油机的凸轮轴，要求凸轮表面有高的硬度（hrc>50），而心部具有良好的韧性（ak>40j），原采用45钢调质处理再在凸轮表面进行高频淬火，最后低温回火，现因工厂库存的45钢已用完，只剩15钢，拟用15钢代替。试说明：
（1）原45钢各热处理工序的作用；
（2）改用15钢后，应按原热处理工序进行能否满足性能要求？为什么？
（3）改用15钢后，为达到所要求的性能，在心部强度足够的前提下采用何种热处理工艺？答：（1）正火处理可细化组织，调整硬度，改善切削加工性；调质处理可获得高的综合机械性能和疲劳强度；局部表面淬火及低温回火可获得局部高硬度和耐磨性。
（2）不能。改用15钢后按原热处理工序会造成心部较软，表面硬，会造成表面脱落。
（3）渗碳。
37. 有甲、乙两种钢，同时加热至1150℃，保温两小时，经金相显微组织检查，甲钢奥氏体晶粒度为3级，乙钢为6级。由此能否得出结论：甲钢是本质粗晶粒钢，而乙钢是本质细晶粒钢？
答：不能。本质晶粒度是在930±19℃, 保温3~8小时后测定的奥氏体晶粒大小。本质细晶粒钢在加热到临界点acl 以上直到930℃晶粒并未显著长大。超过此温度后, 由于阻止晶粒长大的难溶质点消失, 晶粒随即迅速长大。1150℃超过930℃，有可能晶粒随即迅速长大，所以不能得出结论甲钢是本质粗晶粒钢，而乙钢是本质细晶粒钢。
38. 为什么用铝脱氧的钢及加入少量ti ，zr ，v ，nb, w 等合金元素的钢都是本质细晶粒钢？奥氏体晶粒大小对转变产物的机械性能有何影响？
答：铝脱氧及加入少量ti ，zr ，v ，nb, w 等合金元素会形成高温难溶的合金化合物，在930±19℃左右抑制了晶粒的长大。所以加入以上合金元素的钢都是本质细晶粒钢。
39. 钢获得马氏体组织的条件是什么？与钢的珠光体相变及贝氏体相变比较，马氏体相变有何特点？
答：钢获得马氏体组织的条件是：钢从奥氏体状态快速冷却, 来不及发生扩散分解而发生无扩散型的相变。
马氏体相变的特点为：
(1)无扩散性。钢在马氏体转变前后, 组织中固溶的碳浓度没有变化, 马氏体和奥氏体中固溶的碳量一致, 仅发生晶格改变, 因而马氏体的转变速度极快。
(2)有共格位向关系。马氏体形成时, 马氏体和奥氏体相界面上的原子是共有的, 既属于马氏体, 又属于奥氏体, 称这种关系为共格关系。
(3)在通常情况下, 过冷奥氏体向马氏体转变开始后, 必须在不断降温条件下转变才能继续进行, 冷却过程中断, 转变立即停止。
40. 说明共析钢c 曲线各个区, 各条线的物理意义，并指出影响c 曲线形状和位置的主要因素。
答：退火炉过冷奥氏体等温转变曲线说明：
1) 由过冷奥氏体开始转变点连接起来的曲线称为转变开始线; 由转变终了点连接起来的曲线称为转变终了线。a 1线以右转变开始线以左的区域是过冷奥氏体区;a1线以下, 转变终了线以右和ms 点以上的区域为转变产物区;
在转变开始线与转变终了线之间的区域为过冷奥氏体和转
变产物共存区。
2) 过冷奥氏体在各个温度等温转变时, 都要经过一段孕育期（它以转变开始线与纵坐标之间的水平距离来表示）。对共析碳钢来说, 转变开始线在550℃出现拐弯，该处被称为c 曲线的鼻尖，它所对应的温度称为鼻温。
3) 共析碳钢的过冷奥氏体在三个不同温度区间, 可发生三种不同的转变:在c 曲线鼻尖以上部分，即a1～550℃之间过冷奥氏体发生珠光体转变，转变产物是珠光体, 故又称珠光体转变；在c 曲线鼻尖以下部分, 即550℃～ms 之间，过冷奥氏体发生贝氏体转变, 转变产物是贝氏体，故又称贝氏体转变；在ms 点以下过冷奥氏体发生马氏体转变，转变产物是马氏体，故又称马氏体转变。
亚共析和过共析钢的等温转变c 曲线，与共析钢的不同是, 亚共析钢的c 曲线上多一条代表析出铁素体的线。过共析钢的c 曲线上多一条代表二次渗碳体的析出线。
影响c 曲线形状和位置的主要因素有：
凡是提高奥氏体稳定性的因素，都使孕育期延长，转变减慢，因而使c 曲线右移。反之，使c 曲线左移。碳钢c 曲线的位置与钢的含碳量有关，在亚共析钢中, 随着含碳量的增加, 钢的c 曲线位置右移。在过共析钢中, 随着含碳量的增加，c 曲线又向左移。除此之外，钢的奥氏体化温度愈高，保温时间愈长，奥氏体晶粒愈粗大，则c 曲线的位置愈右移。
41. 将20钢及60钢同时加热至860℃，并保温相同时间，问哪种钢奥氏体晶粒粗大些？答：60
钢奥氏体晶粒粗大些。
退火炉的知识及正火退火的选择(五)
33. 试说明表面淬火、渗碳、氮化热处理工艺在用钢、性能、应用范围等方面的差别。
答：表面淬火一般适用于中碳钢（0.4～0.5%c）和中碳低合金钢（40cr 、40mnb 等），也可用于高碳工具钢，低合金工具钢（如t8、9mn2v 、gcr15等）。以及球墨铸铁等。它是利用快速加热使钢件表面奥氏体化，而中心尚处于较低温度即迅速予以冷却，表层被淬硬为马氏体，而中心仍保持原来的退火炉退火、正火或调质状态的组织。应用范围：（1）高频感应加热表面淬火应用于中小模数齿轮、小型轴的表面淬火。（2）中频感应加热表面淬火主要用于承受较大载荷和磨损的零件，例如大模数齿轮、尺寸较大的曲轴和凸轮轴等。(3)工频感应加热表面淬火工频感应加热主要用于大直径钢材穿透加热和要求淬硬深度深的大直径零件，例如火车车轮、轧辘等的表面淬火。
渗碳钢都是含0.15～0.25%的低碳钢和低碳合金钢，如20、20cr 、20crmnti 、20simnvb 等。渗碳层深度一般都在0.5～2.5mm 。
钢渗碳后表面层的碳量可达到0.8～1.1%c范围。渗碳件渗碳后缓冷到室温的组织接近于铁碳相图所反映的平衡组织，从表层到心部依次是过共析组织，共析组织，亚共析过渡层，心部原始组织。
渗碳主要用于表面受严重磨损，并在较大的冲载荷下工作的零件（受较大接触应力）如齿轮、轴类、套角等。
氮化用钢通常是含al 、cr 、mo 等合金元素的钢，如38crmoala 是一种比较典型的氮化钢，此外还有35crmo 、18crniw 等也经常作为氮化钢。与渗碳相比、氮化工件具有以下特点：
1）氮化前需经调质处理，以便使心部组织具有较高的强度和韧性。
2）表面硬度可达hrc65～72，具有较高的耐磨性。
3）氮化表面形成致密氮化物组成的连续薄膜，具有一定的耐腐蚀性。
4）氮化处理温度低，渗氮后不需再进行其它热处理。
氮化处理适用于耐磨性和精度都要求较高的零件或要求抗热、抗蚀的耐磨件。如：发动机的汽缸、排气阀、高精度传动齿轮等。
34. 拟用t10制造形状简单的车刀，工艺路线为：
锻造—热处理—机加工—热处理—磨加工
（1）试写出各热处理工序的名称并指出各热处理工序的作用；
（2）指出最终热处理后的显微组织及大致硬度；
（3）制定最终热处理工艺规定（温度、冷却介质）
答：（1）工艺路线为：锻造—退火—机加工—淬火后低温回火—磨加工。退火处理可细化组织，调整硬度，改善切削加工性；淬火及低温回火可获得高硬度和耐磨性以及去除内应力。
（2）终热处理后的显微组织为回火马氏体，大致的硬度60hrc 。
（3）t10车刀的淬火温度为780℃左右，冷却介质为水；回火温度为150℃～250℃。
35. 选择下列零件的热处理方法，并编写简明的工艺路线（各零件均选用锻造毛坯，并且钢材具有足够的淬透性）：
（1）某机床变速箱齿轮（模数m=4），要求齿面耐磨，心部强度和韧性要求不高，材料选用45钢；
（2）某机床主轴，要求有良好的综合机械性能，轴径部分要求耐磨（hrc 50-55），材料选用45钢；
（3
）镗床镗杆，在重载荷下工作，精度要求极高，并在滑动轴承中运转，要求镗杆表面有极
高的硬度，心部有较高的综合机械性能，材料选用38crmoala 。
答：（1）下料→锻造→正火→粗加工→精加工→局部表面淬火+低温回火→精磨→成品
（2）下料→锻造→正火→粗加工→调质→精加工→局部表面淬火+低温回火→精磨→成品
（3）下料→锻造→退火→粗加工→调质→精加工→氮化→研磨→成品
36. 某型号柴油机的凸轮轴，要求凸轮表面有高的硬度（hrc>50），而心部具有良好的韧性（ak>40j），原采用45钢调质处理再在凸轮表面进行高频淬火，最后低温回火，现因工厂库存的45钢已用完，只剩15钢，拟用15钢代替。试说明：
（1）原45钢各热处理工序的作用；
（2）改用15钢后，应按原热处理工序进行能否满足性能要求？为什么？
（3）改用15钢后，为达到所要求的性能，在心部强度足够的前提下采用何种热处理工艺？答：（1）正火处理可细化组织，调整硬度，改善切削加工性；调质处理可获得高的综合机械性能和疲劳强度；局部表面淬火及低温回火可获得局部高硬度和耐磨性。
（2）不能。改用15钢后按原热处理工序会造成心部较软，表面硬，会造成表面脱落。
（3）渗碳。
37. 有甲、乙两种钢，同时加热至1150℃，保温两小时，经金相显微组织检查，甲钢奥氏体晶粒度为3级，乙钢为6级。由此能否得出结论：甲钢是本质粗晶粒钢，而乙钢是本质细晶粒钢？
答：不能。本质晶粒度是在930±19℃, 保温3~8小时后测定的奥氏体晶粒大小。本质细晶粒钢在加热到临界点acl 以上直到930℃晶粒并未显著长大。超过此温度后, 由于阻止晶粒长大的难溶质点消失, 晶粒随即迅速长大。1150℃超过930℃，有可能晶粒随即迅速长大，所以不能得出结论甲钢是本质粗晶粒钢，而乙钢是本质细晶粒钢。
38. 为什么用铝脱氧的钢及加入少量ti ，zr ，v ，nb, w 等合金元素的钢都是本质细晶粒钢？奥氏体晶粒大小对转变产物的机械性能有何影响？
答：铝脱氧及加入少量ti ，zr ，v ，nb, w 等合金元素会形成高温难溶的合金化合物，在930±19℃左右抑制了晶粒的长大。所以加入以上合金元素的钢都是本质细晶粒钢。
39. 钢获得马氏体组织的条件是什么？与钢的珠光体相变及贝氏体相变比较，马氏体相变有何特点？
答：钢获得马氏体组织的条件是：钢从奥氏体状态快速冷却, 来不及发生扩散分解而发生无扩散型的相变。
马氏体相变的特点为：
(1)无扩散性。钢在马氏体转变前后, 组织中固溶的碳浓度没有变化, 马氏体和奥氏体中固溶的碳量一致, 仅发生晶格改变, 因而马氏体的转变速度极快。
(2)有共格位向关系。马氏体形成时, 马氏体和奥氏体相界面上的原子是共有的, 既属于马氏体, 又属于奥氏体, 称这种关系为共格关系。
(3)在通常情况下, 过冷奥氏体向马氏体转变开始后, 必须在不断降温条件下转变才能继续进行, 冷却过程中断, 转变立即停止。
40. 说明共析钢c 曲线各个区, 各条线的物理意义，并指出影响c 曲线形状和位置的主要因素。
答：退火炉过冷奥氏体等温转变曲线说明：
1) 由过冷奥氏体开始转变点连接起来的曲线称为转变开始线; 由转变终了点连接起来的曲线称为转变终了线。a 1线以右转变开始线以左的区域是过冷奥氏体区;a1线以下, 转变终了线以右和ms 点以上的区域为转变产物区;
在转变开始线与转变终了线之间的区域为过冷奥氏体和转
变产物共存区。
2) 过冷奥氏体在各个温度等温转变时, 都要经过一段孕育期（它以转变开始线与纵坐标之间的水平距离来表示）。对共析碳钢来说, 转变开始线在550℃出现拐弯，该处被称为c 曲线的鼻尖，它所对应的温度称为鼻温。
3) 共析碳钢的过冷奥氏体在三个不同温度区间, 可发生三种不同的转变:在c 曲线鼻尖以上部分，即a1～550℃之间过冷奥氏体发生珠光体转变，转变产物是珠光体, 故又称珠光体转变；在c 曲线鼻尖以下部分, 即550℃～ms 之间，过冷奥氏体发生贝氏体转变, 转变产物是贝氏体，故又称贝氏体转变；在ms 点以下过冷奥氏体发生马氏体转变，转变产物是马氏体，故又称马氏体转变。
亚共析和过共析钢的等温转变c 曲线，与共析钢的不同是, 亚共析钢的c 曲线上多一条代表析出铁素体的线。过共析钢的c 曲线上多一条代表二次渗碳体的析出线。
影响c 曲线形状和位置的主要因素有：
凡是提高奥氏体稳定性的因素，都使孕育期延长，转变减慢，因而使c 曲线右移。反之，使c 曲线左移。碳钢c 曲线的位置与钢的含碳量有关，在亚共析钢中, 随着含碳量的增加, 钢的c 曲线位置右移。在过共析钢中, 随着含碳量的增加，c 曲线又向左移。除此之外，钢的奥氏体化温度愈高，保温时间愈长，奥氏体晶粒愈粗大，则c 曲线的位置愈右移。
41. 将20钢及60钢同时加热至860℃，并保温相同时间，问哪种钢奥氏体晶粒粗大些？答：60
钢奥氏体晶粒粗大些。