材料热处理工程师必备的热处理基础知识（4）

今天分享一下见习材料热处理工程师的考试题，这些题是作为一名合格的热处理工程师必须具备的基础知识，希望搞热处理的朋友抽空看一下，也行对大家有帮助，新入门的更要看了，当然也可以作为企业员工培训使用。

因内容较多，咱们分为4次分享。

 

91、简述激光热处理的原理和优点是什么？

激光淬火技术，又称激光相变硬化，是利用聚焦后的激光束照射到钢铁材料表面，使其温度迅速升高到相变点以上，当激光移开后，由于仍处于低温的内层材料快速导热作用，是表层快速冷却到马氏体相变点以下，获得淬硬层。

 

优点：与感应加热淬火相比，使用的能量密度更高，加热速度更快，不需要淬火介质，工件变形更小，加热层深度和加热轨迹易于控制，易于实现自动化，激光淬火可使工件表层0.1-1.0mm范围内的组织结构和性能发生明显变化。

 

92、淬火态钢中常见的马氏体有哪几种类型?形成条件是什么?分别指出其亚结构和性能特点。

主要形态板条马氏体、片状马氏体。

 

奥氏体转变后，所产生的M的形态取决于A中的含碳量，含碳量<0.6%的为板条马氏体，含碳量在0.6-1.0%之间为板条和针状混合的M，>1%的为针状马氏体。板条马氏体的亚结构主要由高密度的位错组成，并存在条间A。板条马氏体具有较高的强度和硬度，而且塑性任性也好。

 

片状马氏体的亚结构主要由互相平行的细小孪晶组成，并集中在M片的中央部分，具有高硬度，脆性大。

 

93、错位分哪两种类型？位错运动方式有哪两种？位错的固溶强化原理是什么？

刃型位错和螺型位错，滑移和攀移；融入固溶体中的溶质原子造成晶格畸变，晶格畸变增大了位错运动的阻力，使滑移难以进行，从而使合金固溶体的强度与硬度增加。 

 

94、零件失效的主要形式分为哪四大类？

答：材料的变形，断裂，磨损和腐蚀。

 

95、对高碳钢实施球化退火工艺的目的是什么? 

目的：使钢中碳化物球状化，从而达到降低硬度、改善切削加工性，并为以后淬火做准备。

 

96、在正常条件下，对45钢、40Cr、GCr15、W6MO5Cr4V2钢进行常规淬火， 试选择这些钢的淬火介质及常规的淬火方法：

45钢：采用单液淬火法，自来水为淬火介质； 

 

40Cr ：小件采用单液淬火法，油为淬火介质；大件采用双淬火法，先水后油。 

 

GCr15：采用单液淬火法，油为淬火介质;

 

W6MO5Cr4V2：采用分级淬火，淬火介质为空气。 

 

97、试指出下列工件整体淬火后进行回火的温度范围。

（1）模具、轴承、齿轮：低温：150-250℃，

（2）弹簧：中温：350-500℃。

（3）轴类、连杆、螺栓：高温：500-650℃。

 

98、现对机床齿轮、大直径的轧辊及进行表面淬火，试选择感应加热的类型并指出其频率范围。

机床齿轮表面淬火加热：高频加热 ，100 ~1000kHz；

大直径的轧辊加热：工频加热，50kHz；

推土机齿轮表面淬火加热：中频加热，0.5~10kHz。

 

99、为了改善低碳钢的切削性能，应采用何种热处理工艺？说明原因。

采用正火处理。因为低碳钢切削性能差的原因是刚中含有较多的F,只有降低F的量才能改善其切削性能。而正火冷却属于非平衡冷却，冷却速度的增加会使共析反应的温度降低，从而使P的连增加，F量减少。

 

100、阐述T8钢淬火加热过程中A的形成过程及影响A转变速度的因素。

A的形成过程：A的形核、长大、残余渗碳体的溶解及A成分的均匀化四个基本过程。

 

影响A转变速度的因素：

①加热温度。温度越高，转变速度越快

②加热速度。加热速度快，转变温度越高，转变速度越快

 

 

101、变形铝合金的回归处理与时效工艺区别是什么？目的分别是什么？

1）回归处理仅用于经淬火和自然时效处理过的零件，既将零件在硝盐浴中迅速加热到200~250℃，保温2~3分钟后在水中冷却。

目的是恢复得到过饱和固溶体淬火相，使合金重新软化，便于加工、校形等。

 

2）时效处理：在一定的温度下，保持一定的时间，过饱和固溶体发生分解(称为脱溶)，引起铝合金强度和硬度大幅度提高，这种热处理过程称之为时效。

 

102、零件选材的基本原则是什么？

在选材时既要选择材料的使用性能，又要考虑材料的工艺性能和经济性。

 

1）根据材料的使用性能选材：通过分析零件的工作条件及失效分析结果确定零件的主要使用性能，根据零件使用性能要求提出对材料的性能的要求。

 

2）根据材料的工艺性能选材：依据不同材料陶瓷、塑料、金属的工艺性能选材（如金属的铸造、压力加工、焊接性、热处理工艺性能等）。

 

3）根据材料的经济性选材：要降低零件的总成本，这包括制造成本材料价格、零件自重、加工费、试验研究费和附加成本，如零件寿命等。 

 

103、试简述影响过冷奥氏体等温转变的因素。

1）谈的影响

2）合金元素的影响

3）加热条件的影响

4）应力影响

 

104、对机床主轴有何性能要求？通常选用何种材料制作？

要求：承受中等扭转-弯曲复合载荷，转速中等并承受一定冲击载荷。材料：大多选用45钢，载荷大时采用40Cr。

 

原始组织：原始P组织越细，相界面越多，Fe3C易于溶解，越有利于A的性和长大，使转变速度越快。

 

合金元素：Co、Ni增大碳在A中的扩散速度，加快A化过程；碳化物形成元素减慢A的形成过程；Si、Al、Mn不影响A化过程 。

 

105、若将共析钢加热至奥氏体温度后分别以图中的冷却速度V_l、V₀、V₂、V₃、V₄进行冷却至室温后得到什么组织?连续冷却转变曲线的实用意义是什么?

 V_l:M 马氏体

V₀ :M马氏体

V₂：T屈氏体

V₃：S索氏体

V₄：P珠光体

意义：表示在各种不同冷却速度下，过冷奥氏体转变开始和转变终了的温度和时间的关系，是分析转变产物的组织与性能的依据，也是制订热处理工艺的重要参考资料。

 

106、简述影响钢的淬透性及淬硬性因素。

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。其影响因素有：

 

1)亚共析钢含碳量↑，C曲线右移，过共析钢含碳量↑，C曲线左移；

 

2)合金元素（除Co外）使C曲线右移；

 

3)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，使C曲线右移；

 

4)A的晶粒度，晶粒越细，晶界越多，降低过冷A的稳定性，降低钢的淬透性；

 

5)未溶碳化物及夹杂物，降低过冷A的稳定性，降低钢的淬透性A

 

6)对A实施变形，可以增加钢的淬透性；

 

淬硬性：主要取决于M提的含碳量。含碳越高，淬硬性愈好。

 

 

107、试写出用20CrMnTi材料制作汽车变速箱齿轮的加工工艺路线，并分析各热加工工序的作用。

用20CrMnTi制作汽车变速箱齿轮的加工工艺路线：下料—锻造—正火—机械加工—渗碳、淬火+低温回火—喷丸—磨加工—成品。

 

正火：可以细化锻后的粗大晶粒，调整硬度改善切削加工性能，得到所需要的纤维（流线）组织。

 

渗碳：提高工件表层的碳含量，使工件经热处理后表面具有高的硬度和耐磨性，而芯部具有一定的强度和较高的韧性。这样工件既能承受大的摩擦。工件渗碳后还需进行淬火和低温回火处理，才能使表面具有高硬度、高耐磨性和较高的接触疲劳强度及弯曲疲劳强度，芯部具有一定的强度和较高的韧性。

 

淬火的目的是：在齿面得到一定深度的M组织，可提高齿轮表面硬度，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

 

108、钢的“TTT”及“CCT”曲线是怎样获得的？两者的区别？

钢的过冷奥氏体等温转变曲线的开始温度和终了温度曲线像英文字母C，它描述了A在等温转变过程中，不同温度和保温时间下的析出物的规律，成为TTT曲线。而连续冷却曲线是各种不同冷速下，过冷奥氏体转变开始和转变终了温度和时间的关系简称CCT曲线。

 

相同点：

1）都具有渗碳体的先共析线。

2）相变都有一定的孕育期。

3）曲线中都有一条相变开始线和一条相变完成线。

 

不同点：

1）CCT曲线中无贝氏体转变区 。

2）CCT曲线中发生相变的温度比TTT曲线中的低。

3）CCT曲线中发生相变的孕育期比TTT曲线中长

 

109、影响“TTT”转变的因素有哪些？如钢的含碳量的影响？C曲线的实用价值？

1）含碳量的影响

随着奥氏体含碳量的增加，稳定性增强，c曲线右移，所以在热处理正常加热条件下，亚共析碳钢的C曲线，随含碳量的增加向右移，过共析碳钢随含碳量增加，由于有未溶渗碳体存在，促使奥氏体分解，C曲线左移，共析钢的C曲线最靠右，稳定性最强。

 

2）合金元素的影响

除了Co外，所有合金元素的溶入均增加过冷奥氏体的稳定性，使C曲线右移。

 

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，A晶粒越粗大，晶界总面积减少，形核减少，因而使C曲线右移推迟珠光体转变。

 

4）原始组织的影响原始组织越细，易得到均匀奥氏体，使C曲线右移，并使Ms点下降。

 

5）应力和塑性变形的影响拉应力促使A等温转变，等向压应力阻碍这种转变。进行塑性变形也加速奥氏体转变。实用价值: C曲线是对碳钢加热得到A后，在冷却过程中组织转变进行分析的工具。

 

110、马氏体有哪两种基本形态？其微观形态、亚结构及性能有何不同？

板条马氏体和片状马氏体，

 

板条马氏体：微观形态，椭圆截面的柱状晶粒；亚结构：高密度的位错组成；性能：较高的强度和硬度，而且塑性韧性也较好。

 

片状马氏体：呈片状、竹叶状主体形态为双凸透镜状；亚结构：细小的孪晶组成；性能：硬度高脆性大。

 

111、 亚共析钢的淬火温度常选在Ac₃以上，而过共析钢淬火加热温度为何选在Ac₁～Acm之间，试从理论上加以分析。 

亚共析钢淬火时，应将工件加热到完全奥氏体，使铁素体全部溶解，以保证淬火后马氏体的含碳量，从而保证淬火后硬度。 而过共析钢淬火加热温度应选择在Ac₁~Acm，以使得加热时碳化物不完全溶解，在随后的淬火时，这些碳化物成为硬的质点，提高耐磨性，同时，降低淬火温度，可以降低马氏体的含碳量，降低马氏体的脆性，同时，降低淬火温度，还可以减少残余奥氏体量，提高工件硬度。 

 

112、试指出5类常用的电热原件材料，并说明其适应温度范围。

铁铬铝电热合金1Cr13Al4，应用于低温0Cr25Al5,0Cr13Al16Mo2，适应于中温0Cr27AlMo2，应用于高温最高1300；镍铬电热合金Cr15Ni60，应用于低温。Cr20Ni80，应用于1000度以下中温；SiC电热元件可在1350度下长期工作，最高温度可达1500；MoSi2电热元件，其最高温度可达1700；石墨电热元件，真空炉的电热元件，工作温度为1400-2800℃。

 

113、晶体中的位错有哪两种类型，位错在晶体中的运动方式有那两种，位错的固溶强化原理是什么？

刃位错与螺位错。滑移和攀移。固溶强化：1，化学交互作用：一些溶质原子可以偏聚在层错面附近，形成铃木气团，增加位错扩展的宽度，交滑移困难；增大位错阻力增大层错能。  

 

114、试画出Fe-Fe₃C相图的简单示意图，简要说明T12钢（过共析钢）的平衡凝固过程。（要求画出各温度区间的简单组织示意图即可）

在T1~ T2开始由液相结晶出奥氏体，到T2结晶完毕。到T3温度时由奥氏体结晶出二次渗碳体，当到达共析温度时剩余的奥氏体发生共析反应生成珠光体，低于共析温度由铁素体析出三渗碳体忽略！ 

室温组织是：珠光体+二次渗碳体 

 

115、简述淬火冷却方法(至少说出五种)。 

1）水冷：用于形状简单的碳钢工件，主要是调质件；

 

2）油冷：合金钢、合金工具钢工件。

 

3）延时淬火：工件在浸入冷却剂之前先在空气中降温以减少热应力；

 

4)双介质淬火：工件一般先浸入水中冷却，待冷到马氏体开始转变点附近，然后立即转入油中缓冷；

 

5)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。用于合金工具钢及小截面碳素工具钢，可减少变形与开裂；

 

6）热浴淬火：工件只浸入150-180℃的硝烟或碱浴中冷却，停留时间等于总加热时间的1/3-1/2，最后取出在空气中冷却；

 

7）贝氏体等温淬火：钢材或工件加热奥氏体化，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。用于要求变形小、韧性高的合金钢工件 。

 

{完}