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材料科学
题目

8低温回火[1][1]:减少或消除淬火应力,提高塑形和韧性;组织为回火马氏体+粒状碳化物+残余奥氏体。回火组织有一定的塑性韧性,强度、硬度高,耐磨性高。什么是淬火?目的是什么?具体工艺有哪些?简述淬火加热温度的确定原则。把钢加热到临界点(Ac1或 Ac3)以上保温并随之以大于临界冷却速度(Vc)冷却,以得到介稳状态的马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺方法称为淬火。淬火目的:提高工具、渗碳零件和其它高强度耐磨机器零件等的硬度、强度和耐磨性;结构钢通过淬火和回火之后获得良好的综合机械性能;此外,还有很少数的一部分工件是为了改善钢的物理和化学性能。如提高磁钢的磁性,不锈钢淬火以消除第二相,从而改善其耐蚀性等。具体工艺有:单液淬火法;中断淬火法(双淬火介质[2][2]淬火法);喷射淬火法;分级淬火法;等温淬火法。淬火加热温度,主要根据钢的相变点来确定。对亚共析钢,一般选用淬火加热温度为 Ac3+(30~50℃),过共析钢则为 Ac1+(30~50℃) ,合金钢一般比碳钢加热温度高。确定淬火加热温度时,尚应考虑工件的形状、尺寸、原始组织、加热速度、冷却介质和冷却方式等因素。在工件尺寸大、加热速度快的情况下,淬火温度可选得高一些。另外,加热速度快,起始晶粒细,也允许采用较高加热温度。某车床主轴(45 钢)加工路线为:下料→锻造→正火→机械加工→淬火(淬透)→高温回火→花键高频表面淬火→低温回火→半精磨→人工时效→精磨。正火、淬火、高温回火、人工时效的目的是什么?花键高频表面淬火、低温回火的目的是什么?表面和心部的组织是什么?正火处理是为了得到合适的硬度,以便切削加工,同时改善锻造组织,消除锻造应力。淬火是为了得到高强度的马氏体组织,高温回火是为了得到回火索氏体,淬火+高温回火称为调质,目的是为使主轴得到良好的综合力学性能。人工时效主要是为了消除粗磨削加工时产生的残余应力。花键部分用高频淬火后低温回火是为了得到回火马氏体,增加耐磨性。表面为回火马氏体,心部为回火索氏体组织。低碳钢(15、20)、中碳钢(40、45)、共析钢(T8)获得良好综合力学性能的最终热处理工艺及组织。低碳钢:淬火加低温回火,组织为回火马氏体。中碳钢:淬火加高温回火,组织为回火索氏体。共析钢:等温淬火,组织为下贝氏体。三十九、正火、退火工艺选用的原则是什么?含 0.25%C 以下的钢,在没有其它热处理工序时,可用正火来提高强度。对渗碳钢,用正火消除锻造缺陷及提高切削加工性能。对含碳 0.25~0.50%的钢,一般采用正火。对含碳0.50~0.75%的钢,一般采用完全退火。含碳 0.75~1.0%的钢,用来制造弹簧时采用完全退火作预备热处理,用来制造刀具时则采用球化退火。含碳大于 1.0%的钢用于制造工具,均采用球化退火作预备热处理。珠光体、贝氏体、马氏体的特征、性能特点是什么?片状 P 体,片层间距越小,强度越高,塑性、韧性也越好;粒状 P 体,Fe3C 颗粒越细小,分布越均匀,合金的强度越高。第二相的数量越多,对塑性的危害越大;片状与粒状相比,片状强度高,塑性、韧性差;上贝氏体为羽毛状,亚结构为位错,韧性差;下贝氏体为黑针状或竹叶状,亚结构为位错,位错密度高于上贝氏体,综合机械性能好;低碳马氏体为板条状,亚结构为位错,具有良好的综合机械性能;高碳马氏体为片状,亚结构为孪晶,强度硬度高,塑性和韧性差。2) 热脆与冷脆。

8低温回火[1][1]:减少或消除淬火应力,提高塑形和韧性;组织为回火马氏体+粒状碳化物+残余奥氏体。回火组织有一定的塑性韧性,强度、硬度高,耐磨性高。什么是淬火?目的是什么?具体工艺有哪些?简述淬火加热温度的确定原则。把钢加热到临界点(Ac1或 Ac3)以上保温并随之以大于临界冷却速度(Vc)冷却,以得到介稳状态的马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺方法称为淬火。淬火目的:提高工具、渗碳零件和其它高强度耐磨机器零件等的硬度、强度和耐磨性;结构钢通过淬火和回火之后获得良好的综合机械性能;此外,还有很少数的一部分工件是为了改善钢的物理和化学性能。如提高磁钢的磁性,不锈钢淬火以消除第二相,从而改善其耐蚀性等。具体工艺有:单液淬火法;中断淬火法(双淬火介质[2][2]淬火法);喷射淬火法;分级淬火法;等温淬火法。淬火加热温度,主要根据钢的相变点来确定。对亚共析钢,一般选用淬火加热温度为 Ac3+(30~50℃),过共析钢则为 Ac1+(30~50℃) ,合金钢一般比碳钢加热温度高。确定淬火加热温度时,尚应考虑工件的形状、尺寸、原始组织、加热速度、冷却介质和冷却方式等因素。在工件尺寸大、加热速度快的情况下,淬火温度可选得高一些。另外,加热速度快,起始晶粒细,也允许采用较高加热温度。某车床主轴(45 钢)加工路线为:下料→锻造→正火→机械加工→淬火(淬透)→高温回火→花键高频表面淬火→低温回火→半精磨→人工时效→精磨。正火、淬火、高温回火、人工时效的目的是什么?花键高频表面淬火、低温回火的目的是什么?表面和心部的组织是什么?正火处理是为了得到合适的硬度,以便切削加工,同时改善锻造组织,消除锻造应力。淬火是为了得到高强度的马氏体组织,高温回火是为了得到回火索氏体,淬火+高温回火称为调质,目的是为使主轴得到良好的综合力学性能。人工时效主要是为了消除粗磨削加工时产生的残余应力。花键部分用高频淬火后低温回火是为了得到回火马氏体,增加耐磨性。表面为回火马氏体,心部为回火索氏体组织。低碳钢(15、20)、中碳钢(40、45)、共析钢(T8)获得良好综合力学性能的最终热处理工艺及组织。低碳钢:淬火加低温回火,组织为回火马氏体。中碳钢:淬火加高温回火,组织为回火索氏体。共析钢:等温淬火,组织为下贝氏体。三十九、正火、退火工艺选用的原则是什么?含 0.25%C 以下的钢,在没有其它热处理工序时,可用正火来提高强度。对渗碳钢,用正火消除锻造缺陷及提高切削加工性能。对含碳 0.25~0.50%的钢,一般采用正火。对含碳0.50~0.75%的钢,一般采用完全退火。含碳 0.75~1.0%的钢,用来制造弹簧时采用完全退火作预备热处理,用来制造刀具时则采用球化退火。含碳大于 1.0%的钢用于制造工具,均采用球化退火作预备热处理。珠光体、贝氏体、马氏体的特征、性能特点是什么?片状 P 体,片层间距越小,强度越高,塑性、韧性也越好;粒状 P 体,Fe3C 颗粒越细小,分布越均匀,合金的强度越高。第二相的数量越多,对塑性的危害越大;片状与粒状相比,片状强度高,塑性、韧性差;上贝氏体为羽毛状,亚结构为位错,韧性差;下贝氏体为黑针状或竹叶状,亚结构为位错,位错密度高于上贝氏体,综合机械性能好;低碳马氏体为板条状,亚结构为位错,具有良好的综合机械性能;高碳马氏体为片状,亚结构为孪晶,强度硬度高,塑性和韧性差。2) 热脆与冷脆。

题目解答

答案

答 : 热 脆 : S 在 钢 中 以 FeS 形 成 存 在 , FeS 会 与 Fe 形 成 低 熔 点 共 晶 , 当 钢 材 在1000℃~1200℃压力加工时,会沿着这些低熔点共晶体的边界开裂,钢材将变得极脆,这种脆性现象称为热脆。冷脆:P 使室温下的钢的塑性、韧性急剧降低,并使钢的脆性转化温度有所升高,使钢变脆,这种现象称为“冷脆”。

解析

本题主要考查金属热处理及钢材性能相关知识,具体包括淬火的定义、目的、工艺及加热温度确定原则,热处理工序(正火、淬火、高温回火、人工时效、高频表面淬火、低温回火)的目的,不同碳钢的最终热处理工艺及组织,正火与退火的选用原则,珠光体、贝氏体、马氏体的特征与性能,以及热脆和冷脆的成因。

淬火的定义、目的、工艺及加热温度确定原则

  • 淬火定义:将钢加热到临界点(Ac1或Ac3)以上保温,随后以大于临界冷却速度(Vc)冷却,获得介稳的马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺。
  • 淬火目的:提高工具、渗碳零件等的硬度、强度和耐磨性;使结构钢通过淬火+回火获得良好综合机械性能;改善部分工件的物理/化学性能(如磁钢磁性、不锈钢耐蚀性)。
  • 淬火工艺:单液淬火法、中断淬火法、喷射淬火法、分级淬火法、等温淬火法。
  • 淬火加热温度确定原则:以钢的相变点为基础,亚共析钢选Ac3+(30~50℃),过共析钢选Ac1+(30~50℃),合金钢比碳钢温度高;需考虑工件形状、尺寸、原始组织、加热速度、冷却介质等,尺寸大、加热速度快时可选更高温度。

热处理工序的目的及组织

  • 正火:获得合适硬度以便切削,改善锻造组织,消除锻造应力。
  • 淬火:获得高强度马氏体组织。
  • 高温回火:得到回火索氏体,与淬火合称“调质”,使主轴获得良好综合力学性能。
  • 人工时效:消除粗加工产生的残余应力。
  • 花键高频表面淬火+低温回火:表面获得回火马氏体以提高耐磨性;表面组织为回火马氏体,心部为回火索氏体。

不同碳钢的最终热处理工艺及组织

  • 低碳钢(15、20):淬火+低温回火,组织为回火马氏体。
  • 中碳钢(4c=0.25%~0.50%):淬火+高温回火(调质),组织为回火索氏体。
  • 共析钢(T8):等温淬火,组织为下贝氏体(综合机械性能好)。

正火、退火的选用原则

  • 低碳钢(w c<0.25%):无其他热处理时用正火提高强度;渗碳钢用正火消除锻造缺陷及提高切削性。
  • 中碳钢(w c=0.25%~0.50%):一般用正火;w c=0.50%~0.75%用完全退火。
  • 高碳钢(w c=0.75%~1.0%):制造弹簧用完全退火,制造刀具用球化退火;w c>1.0%的工具钢用球化退火作预备热处理。

珠光体、贝氏体、马氏体的特征与性能

  • 珠光体(P):片状P片层间距越小,强度、塑性韧性越高;粒状P中Fe3C颗粒越细且均匀,强度越高。片状P强度高但塑性韧性差,粒状P相反。
  • 贝氏体:上贝氏体(羽毛状,位错亚结构)韧性差;下贝氏体(黑针状/竹叶状,位错密度高)综合机械性能好。
  • 马氏体:低碳马氏体(板条状,位错)综合性能好;高碳马氏体(片状,孪晶)强度硬度高但塑性韧性差。

热脆与冷脆

  • 热脆:S在钢中形成FeS,与Fe生成低熔点共晶(熔点~985℃),钢材在1000~1200℃压力加工时沿共晶边界开裂。
  • 冷脆:P使钢的室温塑性、韧性急剧降低,脆性转化温度升高,导致低温变脆。

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