材料热处理工程师必备的热处理基础知识大全（2）

41、 什么是贝氏体等温淬火？

钢材或钢件加热奥氏体化， 随之快冷至贝氏体转变温度区间（260-400℃）等温保持， 使奥氏体转变为贝氏体的淬火工艺。是常见的淬火工艺的一种。

42、 什么是喷丸强化？对材料表面形貌与性能有什么影响？

利用 高速喷射的细小弹丸在室温下撞击受喷工件的表面， 使表层材料在再结晶温度下产生弹性塑性变形， 并呈现较大的残余压应力， 从而提高工件表面强度， 疲劳强度和抗应力腐蚀能力。使工件表面产生塑性流变和加工硬化， 大幅度提高材料表面的硬度。降低材料表面粗糙度同时使工件表面保留残余压应力， 因而可大幅度提高材料的疲劳强度， 疲劳寿命和抗应力腐蚀能力。

43、 常用的淬火都有哪些?说说选用淬火方法的原则。

1） 单介质淬火：形状简单的碳钢工件用水冷， 合金钢和合金工具钢用油冷；

2） 双介质；形状复杂易变性的工件；

3） 预冷淬火用于工具磨具钢， 可减少其变形和开裂；

4） 分级淬火用于工具钢， 以减少变形和开裂；

5） 等温淬火；用于要求变形小， 强韧性高的合金钢工

件。

44、 何谓钢的本质晶粒度?

本质晶粒度是指按标准试验方法在 930℃左右保温足够时间（3-8h 后） 测定的晶粒大小。

45、 钢加热时为获得细小奥氏体晶粒应采取哪些措施?

措施：降低温度， 减小保温时间， 提高加热速度， 向钢中加入强碳、 氮化物形成元素

46、 低合金钢中的魏氏组织是怎样形成的?它的组织特征是什么?

对于含碳量 Wc 低于 0. 6%的碳钢或低碳合金钢在奥氏体晶粒较粗和一定冷却速度下， 先共析铁素体呈片状或粗大羽毛状析出， 即所谓魏氏体组织。

47、 魏氏组织对钢的性能有什么影响?怎样在热处理中避免产生魏氏组织?

1） 力学性能下降， 如韧性下降。

2） 采用“降温等温” 工艺， 保证一定温度范围内的冷却速度和奥氏体的过冷度

48、 分析轴类零件、 长板状零件、 截面零件相差较大零件、 套筒和薄壁圆环状零件、 有凹面的工件的淬火操作方法。

轴类零件应垂直淬入冷却剂。长板状工件应横向侧面淬入冷却剂。截面零件相差较大零件应将截面大的部分先淬入冷却剂。套筒和薄壁圆环状零件应沿轴向淬入冷却剂。有凹面的工件应将凹面向上淬入冷却剂。

49、 感应加热的基本原理是什么？怎样根据零件要求的淬硬层深度选择最佳电流频率？

感应加热表面淬火它是利用 通入交流电的加热感应器在工件中产生一定频率的感应电流， 感应电流的集肤效应使工件表面层被快速加热到奥氏体区后， 立即喷水冷却， 工件表层获得一定深度的淬硬层。电流频率愈高， 淬硬层愈浅。

一般情况， 硬化层深度在 0. 5～2mm 时， 宜选用 10kHz以上的高频电源：硬化层深度在 1. 0～4. 0nm 时， 宜选用 8～3kHz 电源；硬化层深度在 4. 0mm 以上， 可选用 1～2. 5kHz 电源。当零件面积或直径较大时， 可选用较低的频率：反之，加热面积或直径较小的零件可选用较高的频率。

50、 球墨铸铁等温淬火目 的是什么? 等温温度及等温淬火后的组织是什么?

目 的：球墨铸铁奥氏体化后在贝氏体转变区进行等温进淬火的求获得良好的力学性能和小的畸变。等温温度: 下贝氏体等温淬火的等温温度为 260～300℃：上贝氏体等温淬火的等温温度为 350-400℃。

51、 简述透射电子显微镜成像的原理和特点

透射电镜的结构及成像原理与光学显微镜基本相同， 只是用电子束代替可见光， 用电磁透镜代替光学透镜。由电子枪发射的电子束经加速后， 通过聚光镜会聚成一束很细的高能量电子束斑， 电子束穿过试样， 将其上的细节通过由物镜、中间镜及投影镜组成的成像系统成像， 成像最终投射在荧光屏上形成可见的图像供观察或照像。电镜的辅助系统比较复杂， 包括真空、 稳压、 气动循环、 控制及计算机等系统。

52、 与钢相比, 铸铁的相变有哪些特点?

与钢不同， 铸铁在相变过程中， 碳常需作远距离的扩散，其扩散速度受温度和化学成分等因素的影响， 并对相变过程及相变产物的碳含量产生相当大的影响。

53、 减少零件热处理畸变的主要措施和工艺方法有哪些?

减小应力集中；减缓加热、 冷却速度；零件合理码放；选择合适工装。

54、 试论述钢材在热处理过程中出现脆化现象的主要原

因及解决方法。

①过共析钢奥氏体化后冷却速度较慢出现网状二次渗碳体时， 使钢的脆性增加， 脆性的网状二次渗碳体在空间上把塑性相分割开， 使其变形能力无从发挥。解决方法， 重新加热正火， 增加冷却速度， 抑制脆性相的析出。

②淬火马氏体在低温回火时会出现第一类回火脆性， 高温回火时有第二类回火脆性， 第一类回火脆性不可避免， 第二类回火脆性， 可重新加热到原来的回火温度， 然后快冷恢复韧性。

③工件等温淬火时出现上贝氏体时韧性降低， 重新奥氏体化后降低等温温度得到下贝氏体可以解解。

④奥氏体化温度过高， 晶粒粗大韧性降低。如：过共析钢淬火温度偏高， 晶粒粗大， 获得粗大的片状马氏体时， 韧性降低；奥氏体晶粒粗大， 出现魏氏组织时脆性增加。通过细化晶粒可以解决。

55、 试指出渗碳件热处理后常出现的三种缺陷， 并分析其原因及防止措施。

1） 淬火后硬度偏低：主要是深层表层碳浓度较低或表面脱碳而致；淬火工艺不合理， 没淬上火或有过多的残余奥氏体。

2） 渗层深度不够：主要是炉温低， 时间短， 或炉内气氛循环不良， 零件表面不清洁， 碳势过高工件表面积碳；提高渗碳的温度和时间， 装炉前清洁工件表面， 合理控制碳势。

3） 渗层出现大块状网状碳化物；主要是渗碳时表面碳浓度过高， 降低渗剂活性， 严格控制碳势。

56、 汽车、 拖拉机齿轮选用 20CrMnTi 材料， 其加工工艺路线为：

下料、 锻造、 正火、 机加工、 渗碳、 淬火+低温回火、 喷丸、 磨削成品， 试分析各热处理工序的作用。

正火——消除锻造应力， 使组织均匀， 调整硬度改善切

削加工性。

渗碳——提高齿面碳的浓度， （0. 8~1. 05%C）

淬火——提高齿面硬度并获得一定淬硬层深度， 使表面得到 M 回火+合金碳化物+γ 具有高硬度（58~62HRC）、 高耐磨、 较高强度和一定的韧性。提高齿面耐磨性和接触疲劳强度， 齿的心部得到 M 回火+F， 具有较高的强韧性。

低温回火——消除淬火应力， 防止磨削裂纹， 提高冲击抗力。

57、 何谓钢的淬火？

钢的淬火是将钢 加热到 临界温度 Ac3(亚共析钢 ) 或Ac1(过共析钢) 以上温度， 保温一段时间， 使之全部或部分奥氏体化， 然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到 Ms 以下(或 Ms 附近等温) 进行马氏体(或贝氏体) 转变的热处理工艺。

58、 以碳钢为例， 分别指出钢在淬火过程中可能获得的组织及他们的形成温度范围， 组织形态， 亚结构和性能。

亚共析钢：加热温度 Ac3+(30~50) ℃， 组织为 A+未溶 K，快冷至 550℃以下， 350℃以上获得正常组织为位错， 性能：强度、 硬度高， 塑性韧性好。

过共析钢：加热温度 Ac1+(30~50) ℃， 组织为 A+未溶 K，快冷至 200℃以下， 获得正常组织为：片状 M+残余 A+未溶 K，其亚结构为孪晶， 性能：硬度高， 脆性大。

59、 马氏体分级淬火

钢材或工件加热奥氏体化， 随之浸入稍高或稍低于钢的上马氏体点的液态介质（盐浴或碱浴） 中， 保持适当时间，待钢件的内外层都达到介质温度后取出空冷， 以获得马氏体组织的淬火工艺， 也称为分级淬火。用于合金工具钢及小截面碳素工具钢， 可减少变形和开裂。

60、 热浴淬火

工件只浸入 150~180℃的硝盐火碱中冷却， 停留时间等于总加热时间的三分之一到二分之一， 最后取出在空气中冷却。

61、 贝氏体等温淬火

钢材或钢件加热奥氏体化， 随之快冷到贝氏体转变温度区域（260~400℃） 等温保持， 使奥氏体转变为贝氏体的淬火工艺。有时也称等温淬火。该工艺可用于要求变形小， 韧性高的合金钢工件。

62、 已知 GCr15 钢精密轴承的加工工艺路线为：

下料、锻造、 超细化处理、 机加工、 淬火、 冷处理、 回火、 稳定化处理。简述其中超细化处理， 淬火， 冷处理， 回火和稳定化处理等主要热处理工艺参数（加热温度和冷却方法） 和采用该工艺的目的。

预备热处理：1050℃×20~30min， 高温固溶后再 320~340℃×2h 等温再升温至 735~740℃×3h 炉冷至 600℃出炉空冷，有利于提高淬火后获得细小针状的马氏体组织， 并可提高冲击韧度， 耐磨性和疲劳强度。

淬火：835~850℃× 45~60min 在保护气氛下加热， 在150~170℃的 10 号机油中冷却 5~10min 后， 再在 30~60℃油中冷却。

冷处理：清洗后在-40~-70℃×1~1. 5h 深冷处理。

回火：160~200℃×3~4h 回火。

稳定化处理：粗磨后进行 140~180℃× 4~12h， 精磨后120~160℃×6~24h。

63、 何谓实际晶粒度？从热处理生产实际出发， 宜选用什么晶粒钢？

实际晶粒度：指在某一实际热处理加热条件下， 所得到的晶粒大小。从热处理生产角度看， 为了 获得细小的奥氏体晶粒， 宜选用本质细晶粒钢。这样， 其晶粒长大倾向小， 淬火温度范围宽， 生产上容易掌握。

64、 碳氮共渗时出现的黑色组织是什么？如何避免？

黑色组织是指碳氮共渗表层中出现的黑点， 黑带和黑网。为了防止黑色住址的出现， 渗层中氮含量不宜过高， 一般超过 Wn0. 5%就易出现点状黑色组织， 渗层中氮含量也不宜过低， 否则易形成拖氏体网。因此氨的加入量要适中， 氨气量过高， 炉气露点降低， 均会促使黑色组织的出现。为了 抑制拖氏体网的出现， 也可以适当提高淬火加热温度火采用 冷却能力 较强的冷却介质。黑色组织深度小雨0. 02mm 时也可采用喷丸强化补救。

65、 珠光体有哪几类？他们的形态和性能特点是什么？

珠光体的组织形态可以分为两类：片状珠光体和粒状珠

光体。

（1） 片状珠光体

是由相互交替排列的渗碳体和铁素体所组成

①片状珠光体的形成：首先在奥氏体的晶界上析出渗碳体的晶核， 并呈片状向境内长大， 在其两侧出现了 贫碳的奥氏体， 促使铁素体在奥氏体上于渗碳体的界面上形核长大，生成层片状铁素体， 并使其附近的奥氏体富碳， 又促使渗碳体沿奥氏体—铁素体界面形核长大。如此反复交替， 最终形成片状珠光体， 当珠光体的上述方式向横向发展的同时， 片状铁素体前沿的奥氏体中的碳向渗碳体的前沿扩散， 促使转广体也沿着纵向长大， 其结果形成珠光体领域。在一个奥氏体晶粒内， 可形成若干个珠光体领域。

②珠光体的片间距：珠光体的片间距是指珠光体中相邻两片渗碳体间的平均距离， 其大小主要取决于转变温度（过冷度）。转变温度越低， 片层间距就越小， 珠光体组织越细，渗碳体的弥散度也就越大。

（2） 粒状珠光体

粒状珠光体的形成也是一个渗碳体和铁素体交替析出的过程， 其中， 渗碳体的析出是以奥氏体晶粒内的未溶碳化物火富碳区的非自发晶核， 由于各项成长近似一致， 最终成为在铁素体基体上均匀分布着粒状（球状） 渗碳体的粒状珠光体， 一般认为奥氏体化温度较低有利于形成粒状珠光体。

（3） 珠光体的力学性能

片状珠光体的强度和硬度， 随片层间距的减小而提高；粒状珠光体其强度硬度较低， 塑性， 韧性较好。66、 为了 使钢在加热过程中获得细小的奥氏体晶粒度可采取哪些措施？

1） 加热温度和保温时间：温度越高、 保温时间越长，奥氏体晶粒长得越快、 晶粒越粗大。奥氏体晶粒长大速度是随着温度的升高而呈指数关系增加；而在高温下， 保温时间对晶粒长大的影响教低温要大。

2） 加热速度：加热速度越大、 过热度越大， 奥氏体实际形成温度就越高， 由于形核率与长大速度的比值增大。因而， 可以获得小的初始晶粒。这也说明， 快速加热能获得细小的奥氏体晶粒。

3） 钢的化学成分：随着钢种碳含量的增加， 但又不足以形成未溶碳化物时， 奥氏体晶粒容易长大而粗化。由此，共析碳钢较过共析碳钢对过热更为敏感。

4） 钢的原始组织：通常原始组织越细或原始组织为非平衡组织时， 碳化物分解度越大， 所得的奥氏体起始晶粒就越细小， 但钢的晶粒长大倾向增加， 过热敏感度增大。为此，原始组织极细的钢， 不宜用过高的加热温度和过长的保温时间。

67、 第一、 二类回火脆性是怎样产生的？产生回火脆性后怎样消除？

第一类回火脆性（回火马氏体脆性）：碳钢在 200~400°C 温度范围内回火， 会出现室温冲击韧度下降现象， 造成脆性此即第一类回火脆性或称回火马氏体脆性。对于合金钢这类脆性发生的温度范围稍高， 约在 250~450 度之间。如果零件回火后产生第一类回火脆性则需重新加热淬火方可消除。

第二类回火脆性（马氏体高温回火脆性或可逆回火脆性）：某些合金钢在 450~650 度温度范围内回火后缓慢冷却通过上述温度范围时， 会出现冲击韧度降低的现象。这类已造成的脆性钢如果再次重新加热到预订的回火温度（稍高于造成脆化的温度范围） 然后快速冷至室温， 脆性就会消失。为此， 又称可逆回火脆性。

68、 何谓钢的淬透性？

钢在淬火时能够获得马氏体的能力 即钢被淬透的深度大小称为淬透性。钢的淬透性大小取决于钢的临界冷却速度。C 曲线位置越右， 则临界冷却速度越小， 淬透性就越大。

69、 影响淬透性的因素有哪些？

1） 含碳量的影响：随着奥氏体含碳量增加， 稳定性增加， 使 C 曲线右移。

2） 合金元素的影响：合金元素（除 Co 以外） 都能提高钢的淬透性。

3） 奥氏体化温度和保温时间的影响：奥氏体化温度越高、 保温时间越长、 碳化物溶解越完全、 奥氏体晶粒越粗大，境界总面积减少、 形核减少， 因而使 C 曲线右移推迟珠光体转变。总之， 加热速度越快， 保温时间越短， 奥氏体晶粒越小， 成分越不均匀， 未溶第二相越多， 则等温转变速度越快，

使 C 曲线左移。

70、 在热处理时要控制奥氏体晶粒长大， 试分析影响奥氏体晶粒长大因素及控制奥氏体晶粒长大的措施。

1） 加热温度和保温时间：加热温度越高保温时间越长，奥氏体晶粒越粗大， 加热温度是主要的。

2） 加热速度：加热速度越快， 过热度越大， 使形核率和长大速度的比值增大可细化晶粒， 奥氏体实际晶粒度越高。

3） 钢的化学成分：

①碳素钢—共析钢较过共析钢易于过热；

②合金钢—钢中加入如 Ti、 V、 Vr、 Nb、 W、 Mo、 Cr 等碳、 氮化物形成元素， 强烈阻碍奥氏体晶界的迁移， 使晶粒细化。用 Al 脱氧的钢晶粒细小， 用 Si 脱氧的钢晶粒较粗。

4） 原始组织：原始组织越细或为非平衡组织时， 钢的晶粒度长大倾向增大， 晶粒易于粗化。

71、 铸铁通常分为几大类？分别指出这些铸铁中碳的存在形式以及它们对铸铁性能的影响？

1） 灰铸铁：具有高的抗压强度、 优良的耐磨性和消振性， 低的缺口 敏感。

2） 球墨铸铁：既有灰铸铁优点， 又具有中碳钢的抗拉强度、 弯曲疲劳强度及良好的塑形与韧性。

3） 可锻铸铁：石墨呈团絮状， 对基体的切割作用小，故强度、 塑性及韧性均比灰铸铁高， 尤其是珠光体可锻铸铁可与铸钢媲美， 但不能锻造。

4） 蠕墨铸铁：蠕墨铸铁其抗拉强度、 塑性、 疲劳强度等均优于灰铸铁， 而接近铁素体基体的球铁合金铸铁。此外，它的热导性、 铸造性、 可切削加工性均优于球铁， 与灰铸铁相近。

72、 举例并简要说明提高模具寿命可采用哪些有效的热处理工艺方法， 请举例说明五种以上。

1） 5CrMnMo 钢热锻模复合渗处理工艺：利用 C、 N 共渗在 850-900℃高温淬火， 再经高温 500℃回火后， 在保持钢的耐热性、 耐磨性及一定硬度前提下， 再进行 540℃×4h 气体氮碳共渗。

2） 5CrNiMo 钢热锻模强韧化和表面复合渗工艺：950℃淬油， 预淬至 180-260℃后 280℃等温， 450℃回火。

3） 45Cr2NiMoVSi 钢锤锻模强韧化热处理工艺：模具 500℃入炉， 650℃×2. 5h， 850℃×2h 预热， 970℃×5. 5h 加热，预冷至 780℃油冷至 200℃出油空冷；290℃×4h 预热， 635℃×10h 回火；640℃×8h 第二次回火。

4） 5Cr2NiMoVSi 钢压力机模块和锤锻模镶块的强韧化热处理工艺：加热 1150-1200℃， 始锻 1150℃， 终锻 850℃，锻后堆冷。

5） 3Cr2W8V 钢压铸模气体氮碳共渗处理：经气体氮碳共渗处理， 580℃×4. 5h， 50%甲醇加 50%氨， 油冷。

73、 已知 GCr15 钢精密轴承的加工工艺路线为：

下料—锻造—超细化处理—机加工—淬火—冷处理—稳定化处理。简述其中超细化处理， 淬火， 冷处理， 回火和稳定化处理等主要热处理工艺参数（加热温度和冷却方法） 和采用该工艺的目的。

1） 超细化热处理工艺：1050℃×20～30min 高温加热，250～350℃×2h 盐槽等温， 690～720℃×3h 随炉冷至 500℃出炉空冷。

2） 淬火：835～850℃×45～60min 在保护气氛下加热，150～170℃的油中冷却 5～10min， 再在 30—60℃油中冷却。

3） 冷处理：清洗后在-40—-70℃×1～1. 5h 深冷处理。

4） 稳定化热处理：粗磨后进行 140～180℃×4～12h；精磨后 120～160℃×6～24h。

74、 为什么加工机床齿轮的材料通常选用 45 钢等， 而汽车齿轮的材料为 20CrMnTi 等。请分别制定其加工工艺路线及采用热处理工艺的目的。

（1） 机床齿轮工作平稳无强烈冲击，负荷不大，转速中等， 对齿轮心部强度和韧性的要求不高， 一般选用 40 或45 钢制造。汽车、 拖拉机齿轮的工作条件比机床齿轮恶劣，受力较大， 超载与启动、 制动和变速时受冲击频繁， 对耐磨性、 弯曲疲劳强度、 接触疲劳强度、 心部强度和韧性等性能的要求均比较高， 用中碳钢或中碳低合金经高频感应加热表面淬火已不能保证使用性能。

（2） 机床齿轮加工工艺路线：下料—锻造—正火—调质—半精加工—高频感应加热表面淬火+低温回火—精磨—成品。正火可使组织均匀化， 消除锻造应力， 调整硬度改善切削加工性。调质处理可使齿轮具有较高的综合力学性能，提高齿心强度和韧性使齿轮能承受较大弯曲应力 和冲击载荷，并减小淬火变形；高频感应加热表面淬火可提高齿轮表面硬度和耐磨性， 提高齿面接触疲劳；低温回火是在不降低表面硬度的情况下消除淬火应力。防止产生磨削裂纹和提高齿轮抗冲击能力。

（3） 汽车齿轮的加工工艺路线：下料—锻造—正火—机加工—渗碳、 淬火+低温回火—喷丸—磨加工—成品。正火处理可使组织均匀， 调整硬度改善切削加工性；渗碳是提高齿面碳的质量分数（0. 8%-1. 05%）；淬火可提高齿面硬度并获得一定淬硬层深度（2. 8-1. 3mm）， 提高齿面耐磨性和接触疲劳强度；低温回火的作用是消除淬火应力， 防止磨削裂纹， 提高冲击抗力；喷丸处理可以提高齿面硬度约 1—3HRC，增加表面残余压应力， 从而提高接触疲劳强度。

75、 回火脆性的类型及解决办法。

回火脆性：淬火钢在回火时， 随着回火温度的升高， 在某一回火温度范围内使钢的冲击韧性明显下降， 脆性明显增大的现象。分第一类和第二类。

第一类：淬火钢在 250~400℃回火出现的不可逆回火脆；

第二类：450~650℃可逆。

办法：第一类产生不可消除， 可以加入 si， 使脆性转变温度升高到 300 以上， 然后在 250 回火；第二类：在脆性温度短时间回火， 快冷不产生， 慢冷产生。重新加热在脆性温度短时间回火， 快冷可消除。

76、 冷作模具钢的微细化热处理目 的？Cr12MoV 钢的循环超细化处理工艺？

目的：微细化热处理包括钢种基体组织的细化和碳化物的细化。组织细化可提高钢的强韧性， 碳化物细化有利于增强强韧性和耐磨性。

工艺：1150℃ 加热淬火+650℃ 回 火+1000℃ 加热油淬+650℃回火+1030℃加热油淬 170℃等温 30min空冷+170℃回火。

77、 淬火态钢中常见马氏体有几种？亚结构？性能特点？形成条件？

板条和片状。板条亚结构为位错， 性能：强度、 硬度高，塑性、 韧性好；形成条件低碳钢、 200℃以上温度. 片状中高碳 200℃以下， 亚结构为孪晶， 性能：硬度高， 脆性大。

78、 铸锭中的主要缺陷有哪些？

1） 缩孔、 缩松气孔及夹杂物等

2） 偏析：宏观偏析（正常偏析、 反偏析、 比重偏析）；显微偏析

79、 制造铸造铝合金的固溶处理工艺应遵循哪些原则？

1） 淬火温度：一般比最大溶解度温度略低一些。

2） 淬火加热：为防止铸件过热与变形， 最好采用 350℃以下的低温入炉， 然后随炉缓慢加热到淬火温度。

3） 保温时间：保温时间较长， 一般为 3~20h。

4） 冷却方式：一般在热水中冷却。

80、 试说明不同铝合金强化的手段？对 ZL104 汽油机采用哪种热处理提高强度？

形变铝合金强化：冷变形强化（加工硬化）、 热处理强化（固溶+时效强化）、 铸造铝合金强化：变质处理（细化组织）， 固溶+时效。ZL104 铝合金采用（535±5） ℃×3h 固溶处理，（175±5） ℃× 9h。该工艺是建立在砂型浇铸的基础上， 时效时间较长。采用钠变质和金属型低压浇铸， ZL104 铝合金 175℃×5h 时效时， 在基体中形成 GP 区， 强化作业显

著。