发布时间 : 星期四 文章金属学与热处理课后习题答案（含有9·10章） - 图文更新完毕开始阅读
形状系数k的乘积相等时,以同种方式加热时则加热速度相等
2、回火炉中装置风扇的目的是什么?气体渗碳炉中装置风扇的目的是什么?(J)
回火炉中装置风扇的目的是为了温度均匀,避免因为温度不均而造成材料回火后的硬度不均.气体渗碳炉中装置的风扇的目的是为了气氛的均匀,避免造成贫碳区从而影响组织性能. 3、今有T8钢工件在极强的氧化气氛中分别与950度和830度长时间加热,试述加热后表层缓冷的组织结构,为什么?(H)
根据题意,由于气氛氧化性强,则炉火碳势低.在950℃长时间加热时,加热过程中工件表面发生氧化脱碳.工件最外层发生氧化反应,往里,由于950℃高于Fe-C状态图中的G点,所以无论气氛碳势如何低,脱碳过程中从表面至中心始终处于A状态,缓冷后,由表面至中心碳浓度由于脱碳和扩散作用,碳含量依次升高直至0.8%,所以组织依次为铁素体和珠光体逐渐过渡到珠光体,再至相当于碳含量为0.8%的钢的退火组织(P+C).当工件在830℃加热时,温度低于G点,最外层依然会发生氧化反应.往里,工件将在该温度下发生脱碳.由于气氛氧化性极强,则碳势将位于铁素体和奥氏体的双相区,所以工件发生完全脱碳.由外及里的组织在缓冷后依次是铁素体,铁素体加珠光体,珠光体加渗碳体.
4、什么叫回火稳定性? 能明显提高回火稳定性的合金元素有哪些? 提高钢的回火稳定性有什么作用?(J)
回火稳定性:淬火钢随回火温度升高,材料的强度和硬度下降快慢的程度,也称回火抗力或抗回火软化能力(如马氏体的分解,碳化物的析出与铁素体的再结晶)的抵抗能力.通常以钢的回火温度-硬度曲线来表示,硬度下降慢则表示回火稳定性高或回火抗力大.回火稳定性也是与回火时组织变化相联系的,它与钢的热稳定性共同表征钢在高温下的组织稳定性程度,表征模具在高温下的变形抗力.
提高钢的回火稳定性:这主要表现为合金元素在回火过程中推迟了马氏体的分解和残余奥氏体的转变,提高了铁素体的再结晶温度,使碳化物难以聚集长大而保持较大的弥散度,从而提高了钢对回火软化的抗力,即提高了钢的回火稳定性.提高回火稳定性作用较强的合金元素有:V、Si、Mo、W、Ni、Co等.提高钢的回火稳定性,可以使得合金钢在相同温度下回火时,比同样碳含量的碳钢具有更高的硬度和强度(对工具钢和耐热钢特别重要),或者在保证相同强度的条件下,可在更高的温度下回火,而使韧性更好些(对结构钢很重要). 5、影响淬火介质冷却能力的因素;
分为材料本身的物理性质的影响和外界条件的影响:
介质本身:(1)比热容:比热容越大,介质冷却能力越大;(2)导热率:导热系数越大,冷却能力越小;(3)粘度:粘度越大,冷却能力越小;(4)汽化热:汽化热越大,冷却能力越大;(5)蒸汽压:蒸汽压越小,冷却能力越大;(6)添加剂改善淬火介质的冷却能力.
外界条件:(1)温度:温度越高,冷却能力越小;(2)搅拌:加快淬火介质的运动,故对冷却能力有很大影响;(3)工件的运动状况,运动程度越剧烈,淬火介质冷却能力越大.
6、20GrMnTi钢拖拉机传动齿轮,锻后要进行车内孔,拉花键及滚齿等机械加工,然后进行渗碳淬火,回火.问锻后和机械加工前是否需要热处理?若需要,应进行何种热处理?主要工艺参数如何选择?(J)
锻后和机械加工前需要正火处理,这样可使同批毛坯具有相同的硬度(便于切削加工),可以细化精粒,均匀组织,为后续的渗碳与淬火提供良好的组织状态;二则应该是把硬度调整到利于切削加工的硬度
正火工艺:正火加热温度为Ac3以上120~150(即在960℃左右),其原则是在不引起晶粒粗话的前提下尽量采用高的加热温度,以加速合金碳化物的溶解和奥氏体的均匀化,然后风冷5分钟左右,接着在640℃等温适当时间后空冷,硬度在HB180左右,利于切削加工.
7、45钢普通车床传动齿轮,其工艺路线为锻造---热处理---机械加工----高频淬火m回火.试问
锻后应进行何种热处理,为什么?常用淬火介质及冷却特性;(H)
进行正火处理,45钢市中碳钢,正火后其硬度接近于最佳切削加工的硬度.对45钢,虽然碳含量较高,硬度稍高,但由于正火生产率高,成本低,随意采用正火处理. 8、65Mn钢制弹簧,已知该种钢直径30mm的轴在循环水中淬时可以完全淬透,现有弹簧系由直径为15mm的圆钢盘制,试问,用循环油淬火时能否淬透?(G) 可以淬透.水的淬火烈度为1.2,油的为0.4,在理想临界直径、实际临界直径与淬火烈度的关系图中,可以得到该钢的理想临界直径为44mm,再从此处向上引垂线,与H=0.4相交,再从交点引水平线与纵坐标交于16mm处,即该种钢在油淬中的临界直径为16mm,故15mm的圆钢盘油中能淬透. 9、设有一种490柴油机连杆螺栓,直径12mm,长77mm,材料为40Cr钢,调质处理.要求淬火后心部硬度大于HRC45,调质处理后心部为HRC22~33,试制定调质处理工艺.(W)
淬火后心部硬度大于45,即完全淬透,可采有在825~860摄氏度油冷(H=0.4),淬火后低温回火,可得板条状M,可满足调质后心部硬度要求. 10、回火温度的选择和确定; 9、热处理加热时间的确定.(G)
回火温度的选择和确定主要取决于工件的使用性能,技术要求,材料类型及淬火状态.
(1)采用强烈的淬火介质淬火时,回火温度取上限,分级淬火或等温淬火的工件,回火温度取下限.
(2)采用油冷淬火时,如果工件出油温度较高,尤其是大件,回火温度取下限. (3)装箱工件回火温度取上限,甚至更高些,不装箱工件取下限. (4)箱型回火炉取上限,盐熔炉回火取下限;
(5)合金工具钢,渗碳件,高碳钢淬火后硬度超过HRC56,中碳硬度超过HRC45,按正常温度回火,若低于上述硬度,回火温度应取低一些.
回火时间:一般空气炉中按2-5min/mm选取,但整个工件的回火时间不小于80-40min.在液体介质中回火是时间可缩短50-60%. 11、有直径25mm,长125mm光轴一种,离轴端1/3处有5x5x25键槽一个,45钢制,自820度水淬,入水方向为轴线垂直水面,试分析淬火后可能引起的变形.(W)
(1)淬火前后组织变化而引起的体积变形45号钢为亚共析钢,淬火前的组织为先共析铁素体和珠光体,即铁素体和渗碳体的混合组织,而淬火后大部分为为马氏体组织.由于这些组织的幽邃不同,淬火前后将引起体积变化,体面产生变形.
(2)入水方向为轴线垂直水面,结构上含键槽,高温时冷却不均匀,将会发生扭曲变形.
(3)直径25MM,大于45号钢的临界淬透直径,故不能完全淬透,所产生的应力我与热应力类似,尺寸较大的一方缩小,而尺寸较小的一方刚胀大,对于上述构件,长度方向缩短,直径方向胀大.键槽处壁向内凸出.
12、何谓透入式加热和传导式加热?试比较它们的优缺点.如何选择这两种假如方式?(C) 感应加热的类型及其特性 特性
感应加热的类型 传导式加热 透入式加热 零件热能的产生 在表面
在淬硬层内为主 温度分布
按热传导定律 陡,接近直角 表面过热度 快速加热时较大 小(快速加热时亦小) 零件非淬火部分受热 较大 小
加热时间
较长(按分计),特别在要求深度大、过热度小时 较短(按秒计),在要求深度大、过热度小时也相同 劳动生产率
低高零件加热热效率
低,当表面过热度Dt=100℃时,e=13% 高,当表面过热度Dt=100℃时,e>30%
透入式加热也称作热容量加热,即当零件加热时,电流热透入深度大于淬硬层深度.可用下式表示:d热>X淬.透入式加热时淬硬层的热能由涡流产生,整个层中的温度基本上是均匀的. 传导式加热也称作表层加热,即当零件加热时,电流热透入深度小于淬硬层深度.可用下式表示d热 透入式加热较传导式加热有如下特点: (a)表面的温度超过A2 点以后,最大密度的涡流流向内层,表层加热速度开始变慢,不易过 热,而传导式加热随着加热时间的延长,表面继续加热容易过热. (b)加热迅速,热损失小,热效率高 (c)热量分布较陡,淬火后过渡层较窄,使表面压应力提高. 如何选择:(1)在大量生产条件下应选择透入式加热 (2)透人式加热电能消耗少,淬火成本低. (3)传导式加热时,随着淬硬层深度的增加,热的有效利用率更加降低,淬火成本 更趋增高. 13、淬火变形的控制. (G) (1)改进工件结构,合理选材,调整加工余量; (2)增加预热或去应力退火工艺; (3)采用多次预热、预冷淬火、双液淬火、分级淬火、等温淬火等多种操作方法; (4)合理支撑捆绑淬火加热工件; (5)对变形工件进行校直. 14、试比较高频感应加热,火焰加热之异同点,以及它们在表面淬火时的特点.(W) 原理:感应加热表面淬火即以电磁感应原理在工件表面门生电流密度很高朋满座涡流来加热工件表面的淬火方法.火焰淬火即用温度极高的可燃气体火焰直接加热工件表面的表面淬火方法. 感应加热所需热能除涡流产生的热效应处,还有\磁滞现象\所引起的热效应.由于集肤效应,交变频率越高,电流密度分布不均的现象越严重,工件表面能迅速被加热,其心部刚几乎未被加热.加热方式分为透入式加热和传导式加热.感应加热温度与加热速度和淬火前原始组织有关,一般高频加热淬火温度可比普通加热淬火温度高30~200度.常用感应加热有两种方式 ,同时加热法和连续加热法.通常借控制加热时间来控制加热温度最常用的盗劫方式 是喷射 冷却法和浸液冷却法.常用的淬火介质有水,聚已烯醇水溶液,聚丙烯水溶液,乳化液和油.感应加热淬火后一般只进行低温回火,其目的是为了降低瑹应力和脆性,而又不度,一 回火方式有炉中回火 ,自回火和感应加热回火. 火焰加油表面淬火的优点是:设备简单,使用方便,成本低;不受工件体积大小的限制,可灵活移动使用;淬火后表面清洁,无氧化,脱碳现象,变形也小.其缺点是:表面容易过热;较难得到小于2MM的淬硬层尝试,只适用于火焰喷射方便的表层上下一心所采用的混合气体有爆炸危险. 15、淬透性曲线在工艺上的应用(G) (1)根据淬火曲线合理选择钢材,以满足心部硬度的要求; (2)预测材料的组织和硬度; (3)根据端淬试验曲线,确定热处理工艺,如在给定工件所用材料及淬火硬度的要求情况下,选用淬火介质等. 16、钢在非平衡加热时的相变特点;(G) (1)在一定的加热速度范围内,临界点随加热速度的增加而提高; (2)奥氏体成分不均匀性随着加热速度的增大而增大,随着加热速度的增大,转变温度提高,转变温度范围扩大; (3)提高加热速度可显著细化奥氏体晶粒; (4)快速加热对过冷奥氏体的转变及马氏体回火有明显影响. 17、淬火介质及冷却方式的选择;(G) 选择淬火介质应从以下几个方面考虑:(1)淬火介质的冷却能力(2)对工件变形和开裂的影响(3)介质的成本和稳定性(4)安全环保(5)在保证淬硬的前提下,尽量选择较缓和的淬火介质,以减少淬火变形和开裂. 冷却方式:(1)细长的工件应当垂直得浸入淬火介质,否则发生弯曲;(2)薄而平的工件应当立着放入淬火介质;(3)薄壁环状工件进入淬火介质时,其轴应该垂直于液面;(4)具有凹面的工件,不要使凹面向下浸入淬火介质,避免在凹面处产生蒸汽膜. 18、淬火热应力的变化规律;(G) 在开始冷却阶段,工件表面与淬火介质温差很大,散热很快,因而温度下降的很快,但心部靠工件内部温差由热传导方式散热,温度下降很慢.工件因温度下降导致体积收缩,表面部位温度低,收缩的多;心部温度下降的少,收缩的少.在同一工件上,因内外收缩量不同,则相互之间发生作用力.表面因心部抵制收缩力而胀大,因而产生张应力,心部则相反,产生压应力.当应力增大到一定时,由于此时温度较高,材料屈服强度比较低,将产生塑性变形,松弛一部分弹性应力.再继续冷却时,由于表面温度已降低,与介质间的热交换已减少,故温度下降的较慢,表面收缩比较慢,比容减得少,,而心部由于与表面温差大,故流向表面的热流交大,温度下降得快,故收缩的快,比容减得多.因此表面和心部的比容差减少,相互膨胀的牵制作用减少,内应力降低.由于在开始冷却阶段产生的塑变削去了部分内应力,此时内应力为零.再进一步冷却,表面和心部均达到室温,但由于在继续冷却阶段,心部温度高于表面温度,故在这段时间内心部收缩的比表面多.由于工件内应力为零,此时将再次产生内应力,心部为拉应力,表面为压应力.因此此时温度很低,材料屈服强度较高,不发生塑性变形,内应力不会削减,此应力将残留在工件内. 19、简述渗剂原子的吸附过程及影响因素;(G) 化学热处理时,相界面反应是和金属表面对渗剂的吸附过程紧密相关的.一般固体表面对气相的吸附分成两类:即物理吸附和化学吸附.物理吸附是固体表面对气体分子的凝聚作用,吸附速度快,达到平衡也快,吸附大多数为多分子层,固体晶格与气体分子间没有电子的转移和化学键的生成.随着温度的升高,吸附在固体表面的分子离开固体表面愈多.化学吸附则不同,它在吸附过程中的结合力类似于化学键力,而且有明显选择性.化学吸附只能是单分子层,吸附的发生需要活化能,吸附速度随着温度的升高而增大,一般化学热处理的吸附过程随着温度的 提高而增大. 吸附能力还和工件表面活性有关.所谓工件表面活性,也就是吸附和吸收被渗活性原子能力的大小.工件表面光洁度愈差,吸附和吸收被渗原子的表面愈大,活性愈大;工件表面越新鲜,即工件表面既没有氧化也没有被玷污,则表面原子的自由键力场完全暴露,增加了捕获被渗元素气体分子的能力,因而增大了表面活性. 20、简述化学热处理渗剂原子的渗入过程;(G) (1)渗剂中的反应:渗碳-CH4=2H2+[C],形成活性碳原子.渗氮:2NH3=3H2+2[N]; (2)渗剂中的扩散(外扩散),包括深入元素向工件表面扩散剂相界面反应产物从界面逸出,温度升高,扩散也加快; (3)相界面反应,活性原子吸附于工件表面,被吸附的活性原子与工件表面原子发生吸附与解吸附反应; (4)工件中的内扩散,渗入原子从表面向内部扩散; (5)金属中的反应,渗入原子达到一定浓度后,在工件中形成新相. 21、写出20Cr2Ni4A钢重载渗碳齿轮的冷,热加工工序安排,并说明热处理工序所起的作用.(C) (1)渗碳件的加工路线一般为:下料一锻造一正火一机械粗加工、半精加工一局部渗碳时, 不渗碳部位镀铜(或留防渗余量)一渗碳一淬火、低温回火一磨削 (2)热处理作用: 对20Cr2Ni4A等高合金渗碳钢制零件,在渗碳后保留有大量残余奥氏体,为了渗碳层表面硬度,在一次淬火加热钱应进行高温回火.回火温度的选择应最有利于残余奥氏体的转变为原则,对20Cr2Ni4A钢采用640~680℃、6~8小时的回火,使残余奥氏体发生分解,碳化物充分析出和聚集. 高温回火后,在稍高于Ac1的温度(780~800℃)加热淬火.由于淬火加热温度低,碳化物不能全部溶于奥氏体中,因此残余奥氏体量较少,提高了渗层强度和韧性. 22、何谓碳势?何谓氮势?其本质有何异同点?怎样调整碳势和氮势?(C) (1)碳势:纯铁在一定温度小于加热炉气中加热时既不增碳也不脱碳并与炉气保持平衡时表面的 含碳量. 氮势:温度一定时, 与炉气平衡的钢中氮的活度成正比,故可作为这种气氛 渗氮能力的度量,并把它定义为氮势,用r表示,即(2)调整碳势:①炉气碳势随着CO2含量的增加而减小 ②在相同温度和CO2含量条件下,不同钢材的碳势不同 ③不同渗碳温度,通一CO2含量所得碳势不同,炉温较高时,碳势较低 调整氮势:①可以直接通过控制气氛中的NH3和H2的分压来调整氮势的大小 ②亦可以通过调整N2含量从而影响气氛中氨和氢的分压 和 碳势氮势的本质异同没找到