表1 铁和钢材料的基本结构。数字名称的含义：1. 晶粒和晶界金属结晶后形成的小晶体在形状上不一致，内部特征排列方向相同，称为晶粒。晶粒与晶粒之间的界面称为晶界；2. 相和相界。在金属或合金中，具有相同组成、相同结构且彼此分离的统一组分被称为相。相之间的界面称为相界；3. 固溶体由合金中一个金属元素的晶体中溶解另一个元素原子而形成的固态相称为固溶体。固溶体通常具有较高强度、良好塑性、耐腐蚀性和较高电阻率。
表1 钢材的基本结构
序号 名称 含义
1. 颗粒和晶界 在金属结晶后，具有不一致外观和相同内部特征排列的小晶体被称为颗粒。颗粒之间的界面被称为晶界。
2. 相和相界 在金属或合金中，所有具有相同组成、相同结构且彼此分离的均匀组分被称为相。相之间的界面被称为相界。
3. 固溶体 由合金中一个金属元素的晶体中溶解另一个元素的原子形成的固态相被称为固溶体。固溶体通常具有较高强度、良好塑性、耐腐蚀性以及较高电阻和磁性。
4. 金属化合物 合金中不同元素原子之间通过格点作用形成并具有完全不同于其组成元素特性的具有金属特征的固态相，被称为金属化合物。
5. 奥氏体
奥氏体是一种固溶体，其中碳和其他元素溶解在γ-Fe中。奥氏体具有面心立方晶格，良好的塑性，并且通常存在于高温下。
6. 铁素体
铁素体是一种固溶体，其中碳和其他元素溶解在α-Fe中。铁素体具有一个以原子为中心的立方晶格，并且含有很少的碳。它的性能非常类似于纯铁。也被称为纯铁素。
7. 渗碳骨架
渗碳骨架是由铁和碳组成的化合物，也被称为碳化亚铁（#c），其含有6.69% 的碳并具有复杂结构特征。它的性能硬而脆，几乎没有塑性。
8. 珠光体
珠光体是介于铁素体和渗碳骨架之间的层状结构。它因其显微结构中像指纹般带有珍珠般光泽而得名。其性能介于铁素体和渗碳骨架之间，强度和硬度适中，并且具有良好的塑性和韧性。
9. 索尔拜特
也被称为细珠光体，在低于珠光形成温度时由奥氏粒子分解产生的一种由铁素相与渗碳相混合而成的物质。其层片比珠光更薄，在高倍显微镜下才能区分出来。硬度、强度和冲击韧性都高于珠光。
10. 特罗斯坦
也被称为超细珠光贝壳，在低于珠光形成温度时由奥氏粒子分解产生的一种由铁素相与渗碳相混合而成的物质。其层片比索尔拜特更薄。其硬度和强度高于索尔拜特
11. 贝氏体
贝氏体是过饱和铁素体和渗碳体的混合物。贝氏体分为上贝氏体和下贝氏体。在较高温度形成的称为“上贝氏体”，而在较低温度形成的则被称为针状或竹叶状。与上贝氏体相比，下贝氏体具有更高的硬度和强度，并保持一定的韧性和塑性。
12. 马氏体
马氏体通常指α-Fe中超饱和固溶碳化物。钢中马氏体的硬度随着碳含量增加而增加。高碳马氏体具有很高的硬度和脆性，而低碳马氏ite具有更高的韧性。马tai是奥sten变换产物中最硬的。
13. 乐得堡结构
它是一种含碳合金中共晶组织。在高温下，由奥stenite 和cementite 组成；在低于727°C 的低温下，则由珠光itE 和cementite 组成 。其碳含量为4.3%，结构中含有大量cementite ，因此其硬ness 高，塑性及韧性较差。
14. 断口检查
断口结构是钢材品质标志之一 。将试样刻缺或折断后 ，用肉眼或10倍放大镜检查断口 ，这就是所谓 的断口检查 。从断裂面可以看出金属缺陷。
15. 塔转发纹理检验
将钢车制作成规定尺寸、形状并进行了塔处理后,通过酸蚀法或者磁粉法来观察表面纹理,这就被称作塔转发纹理检验。
注意： 碳含量指代了百分数
表2钢铁材料的一般热处理
名字
热处理工艺
热处理目的
1. 退火
将钢加热到一定温度，保存一定时间，然后慢慢冷却到室温
①降低钢的硬度，增加塑性，便于切削和冷变形加工
②细化晶粒，均匀钢的组织，提高钢的性能，为后续的热处理做准备
③消除钢的内应力。防止加工后零件变形和开裂
撤退
火
种类
不
(1)完全退火
将钢加热至临界温度(不同钢的临界温度也不同，一般为710-750℃，个别合金钢的临界温度可达800-900℃)30-50℃，保持一定时间，然后用炉慢慢冷却(或埋在沙中冷却)。
细化晶粒，组织均匀，降低硬度，充分消除内应力，完全退火适用于含碳量(质量分数)在8%以下的o型锻件或铸钢件
(2)球化退火
将钢件加热至临界温度以上20~30℃，保温后缓慢冷却至500℃以下，然后风冷出炉
降低钢的硬度，提高切削性能，为后续淬火做准备，减少淬火后的变形和开裂。球化退火适用于含碳量(质量分数)大于0.8%的碳钢和合金工具钢
(3)去应力退火
将钢件加热至500~650℃，保持一定时间，然后慢慢冷却(一般采用炉膛冷却)
消除钢件焊接和冷校直过程中产生的内应力，消除精密零件切割过程中产生的内应力，防止后续加工和使用过程中的变形
消应力退火适用于各种铸件、锻件、焊接件及冷挤压件等。
2. 正常化
将钢加热到临界温度以上40~60℃，保存一定时间，然后在空气中冷却
①改进组织结构和切削性能
②对机械性能要求不高的零件，常采用正火作为最终热处理
③消除内应力
3.淬火
将钢加热至淬火温度，保存一段时间，然后在水中、盐水或油中迅速冷却(空气中的个别材料)
①使钢件获得更高的硬度和耐磨性
②使钢件在回火后获得一些特殊的性能，如更高的强度、弹性和韧性等。
淬火
火
种类
不
(1)单液淬火
将钢件加热至淬火温度，保温后放入淬火剂中冷却
单液淬火只适用于形状简单、技术要求低的碳钢和合金钢零件。淬火时，对于直径或厚度大于5-8mm的碳钢件，选择盐水或水冷却;合金钢零件选用油冷却
(2)双液淬火
将钢件加热至淬火温度，保温后在水中迅速冷却至300-400℃，然后移至油中冷却
(3)火焰表面淬火
将乙炔和氧气混合燃烧的火焰喷在零件表面，使零件迅速加热到淬火温度，然后立即用水喷洒零件表面。火焰表面淬火适用于单件或小批量生产，且表面要求坚硬耐磨，能承受冲击载荷的大型中碳钢和中碳合金钢零件，如曲轴、齿轮和导轨等。
(4)表面感应硬化
火
将钢件放入电感器中，电感器在一定频率的交流电作用下产生磁场，钢件在磁场作用下产生感应电流，使钢件表面被迅速加热(2-10min)至淬火温度，然后立即向钢件表面喷水。
表面感应淬火零件表面坚硬耐磨，而芯部保持良好的强度和韧性。
表面感应淬火适用于中等含碳量的中碳钢和合金钢零件
4. 脾气
将淬火后的钢加热至临界温度以下，保存一段时间，然后在空气或油中冷却
回火在淬火后立即进行，也是热处理的最后一道工序
①获得所需的力学性能。一般情况下，淬火后的零件强度和硬度有很大提高，但塑性和韧性明显降低，零件的实际工作条件要求有良好的强度和韧性。选择合适的回火温度进行回火后，可获得所需的力学性能
②组织稳定，规模稳定
③消除内应力
(1)低温回火
将淬硬钢件加热至150 ~ 50℃，在此温度下保存一段时间，然后在空气中冷却。低温回火多用于刀具、量具、模具、滚动轴承及渗碳件等。
消除钢件淬火产生的内应力
种类
不
(1)中温回火
将淬火钢件加热至350-450%，保温一段时间后冷却。一般用于各种弹簧、热冲压模具等零件
使钢件获得较高的弹性，一定的韧性和硬度
(1)高温回火
淬火后的钢件加热至500~650℃，保温后冷却。主要用于要求高强度和韧性的重要结构件，如主轴、曲轴、凸轮、齿轮、连杆等。
使钢件获得较好的综合力学性能，即较高的强度、韧性和足够的硬度，并消除钢件淬火产生的内应力
5. 回火
淬火钢件的高温(500~600℃)回火多用于重要结构件，如轴、齿轮、连杆等。淬火和回火一般在粗加工后进行
细化晶粒，使钢件获得较高的韧性和足够的强度，使其具有良好的综合力学性能
6.
及时治疗
(1)人工老化
淬火后的钢件加热到100~160℃，经过长时间保温后，再冷却
消除内应力，减小零件变形，稳定尺寸，对于精度要求较高的零件更为重要
(2)自然老化
将铸件露天放置;钢件(如长轴、丝杠等)置于海水中或长时间悬浮或轻拍。经过自然老化的部件最好先进行粗加工
7. 化学热处理
将钢件置于含有某些活性原子(如碳、氮、铬等)的化学介质中，并通过加热、保温、冷却等方法，使介质中的某些原子渗透到钢件表面，从而达到改变钢件表层化学成分的目的，使钢件表层具有某种特殊性能
改变
学习
热
的地方
原因
(1)钢渗碳
将碳原子渗透到钢的表面
常用于耐磨和受冲击影响的零件，如车轮、齿轮、轴、活塞销等。
使表面具有较高的硬度(HRC60~65)和耐磨性，而中心仍保持较高的韧性
(2)钢的氮化
将氮原子渗透到钢件表面
常用于重要螺栓、螺母、销钉等零件
提高钢件表面的硬度和耐磨性;
耐蚀性
种类
不
(3)钢的氰化物
同时将碳原子和氮原子渗透到钢件表面。适用于低碳钢、中碳钢或合金钢零件，也可用于高速钢刀具
提高钢件表层的硬度和耐磨性
8. 变黑
将金属零件在强碱和氧化剂溶液中加热氧化，在金属零件表面形成磁性的三氧化铁膜。常用于低碳钢和低碳合金工具钢
由于材料等因素的影响，发黑层膜的颜色为蓝黑色、黑色、红棕色、棕褐色等，其厚度为0.6~ 0。8µm
防锈，增加金属表面的美观和光泽，消除淬火过程中的应力
碳体的晶核以片状的形式向区内生长，其两侧出现贫碳奥氏体，促进了铁素体在奥氏体和渗碳体界面上的形核生长。片层铁素体使奥氏体附近富含碳，促进渗碳体沿奥氏体-铁素体界面形核生长。这种反复的交替最终形成片状珠光体。当上述珠光体横向发育时，片状铁素体前部奥氏体中的碳向渗碳体前部扩散，促使相变垂直向上生长，形成珠光体场。在奥氏体晶粒中，可形成若干珠光体场。
(2)珠光体片间距离珠光体片间距离是指珠光体中相邻两个渗碳体片间的平均距离，其大小主要取决于转变温度(过冷度)。转变温度越低，片层间距越小，珠光体组织越细，渗碳体弥散越大。B.粒状珠光体，粒状珠光体的形成也是渗碳体和铁素体交替析出的过程。渗碳体的析出是奥氏体晶粒中不溶碳化物的富碳区。自发核由于各项目生长相似，最终形成粒状珠光体，粒状(球形)渗碳体均匀分布在铁素体基体上。一般认为，较低的奥氏体化温度有利于粒状珠光体的形成。C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增大;粒状珠光体具有较低的强度、硬度、塑性和韧性。
57. 在加热过程中可以采取什么措施来获得细小的奥氏体晶粒尺寸?
A:加热温度和保温时间:温度越高，保温时间越长，奥氏体晶粒生长越快，晶粒越粗。随着温度的升高，奥氏体晶粒的生长速率呈指数增长;而在高温下，保温时间对晶粒生长的影响在低温下更大。
B:升温速率:升温速率越大，过热程度越大，奥氏体的实际形成温度也就越高，因为成核速率与生长速率之比增大。因此，可以获得小的初始晶粒。这也表明快速加热可以获得细小的奥氏体晶粒。
C:钢的化学成分:随着钢中碳含量的增加，但不足以形成不溶碳化物，奥氏体晶粒容易长大和变粗。因此，共析碳钢比过共析碳钢对过热更敏感。
D:钢的原始组织:一般来说，原始组织越细或原始组织的非平衡组织，碳化物分解程度越大，获得的初始奥氏体晶粒越小，但钢晶粒有长大的倾向，过热敏感性增大。因此，不应使用加热温度过高、保温时间过长的原始结构极其精细的钢。
58. 第一类和第二类回火脆性是如何产生的?回火脆性发生后如何消除?
第一类回火脆性(回火马氏体脆性):碳钢在200~400℃的温度范围内回火，会使其在室温下的冲击韧性下降，从而产生脆性。这是回火脆性的第一种类型，或称为脆性。回火马氏体易碎。对于合金钢，发生脆性的温度范围稍高，约为250 ~ 450度。
如果零件回火后发生第一种回火脆性，则需要再加热淬火以消除它。
第二类回火脆性(马氏体高温回火脆性或可逆回火脆性):当某些合金钢在450 ~ 650度的温度范围内回火并缓慢冷却通过上述温度范围时，会出现冲击韧性降低的现象。如果将这类脆性钢再加热到预定的回火温度(略高于引起脆性的温度范围)，然后迅速冷却到室温，脆性就会消失。由于这个原因，它也被称为可逆回火脆性。
59. 钢的淬透性是什么?影响淬透性的因素有哪些?
A:钢在淬火时获得马氏体的能力，即钢淬火到的深度，称为淬透性。钢的淬透性取决于钢的临界冷却速率。C曲线越向右，临界冷却速率越低，淬透性越好。
B: 1。含碳量的影响:随着奥氏体含碳量的增加，稳定性增加，C曲线右移。
2. 合金元素的影响:合金元素(Co除外)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，碳化物溶解越彻底，奥氏体晶粒越大，总边界面积减小，形核减少，从而使C曲线右移延迟珠光体转变。简而言之，升温速度越快，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，等温转变速度越快，使C曲线向左偏移。
60. 热处理过程中必须控制奥氏体晶粒的生长。试图分析影响奥氏体晶粒长大的因素及控制奥氏体晶粒长大的措施。
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，加热温度是主要因素。
加热速率:加热速率越快，过热程度越大，使成核速率与生长速率之比增大，使晶粒细化，奥氏体的实际晶粒尺寸更高。钢的化学成分:
1. 碳钢-共析钢比过共析钢更容易过热;
2. 合金钢-在钢中加入Ti、V、Vr、Nb、W、Mo、Cr等碳氮形成元素，能强烈阻碍奥氏体晶界的迁移，细化晶粒。Al脱氧钢的晶粒细，Si脱氧钢的晶粒粗;
原始组织-当原始组织较细或非平衡组织时，钢的晶粒尺寸有增大的趋势，晶粒容易变粗。
61. 铸铁通常分为几类?分别指出了这些铸铁中碳的形态及其对铸铁性能的影响。
灰口铸铁:抗压强度高，耐磨性和吸振性好，缺口敏感性低。
球墨铸铁:它既有灰口铸铁的优点，又具有中碳钢的抗拉强度、弯曲疲劳强度和良好的形状韧性。
可锻铸铁石墨呈絮凝体形式，对基体的切削作用小，因此其强度、塑性和韧性均高于灰铸铁。特别是珠光体可锻铸铁，其性能可与铸钢相媲美，但不能锻铸。
蠕墨铸铁:蠕墨铸铁的抗拉强度、塑性、疲劳强度均优于灰口铸铁，球墨铸铁接近铁素体基体。此外，其导热性、浇注性和可加工性优于球墨铸铁，与灰铸铁相似。
62. 举例并简要说明可以采用哪些有效的热处理工艺来提高模具寿命。请举例说明五种以上。
已知的GCr15钢精密轴承加工路线为:
切削-锻造-超精加工-加工-淬火-冷处理-稳定化处理。热处理工艺包括:
①超细热处理工艺为1050℃×20~30min高温加热，250~350℃×2h盐浴等温，690~720℃×3h加炉冷却至500℃和风冷。
②淬火:在保护气氛中835~850℃×45~60min加热，在150~170℃油中冷却5~10min，然后在30 ~60℃油中冷却。
③冷处理:清洗后-40—70℃低温处理×1~1.5h
④稳定热处理:粗磨后140~180℃×4~12h;120~160℃×6~24h后细磨。
63. 为什么加工机床齿轮的材料通常选用45钢等，而汽车齿轮的材料选用20CrMnTi等?请分别制定加工路线和热处理工艺的目的。P90
(1)机床的齿轮工作平稳，无强烈冲击，负荷不大，转速中等，对齿轮芯的强度和韧性要求不高。一般采用40或45钢。汽车和拖拉机齿轮的工作条件比机床齿轮差，承受的应力更大。在过载、起动、制动、换挡等过程中受到频繁的冲击，并具有耐磨性、弯曲疲劳强度、接触疲劳强度、心脏强度和韧性等特点。要求比较高，采用中碳钢或中碳低合金表面高频感应加热淬火已不能保证性能。
(2)机床齿轮加工工艺路线:落料-锻造-正火-淬火回火-半精加工-高频感应加热表面淬火+低温回火-精磨-成品。正火可以使组织均匀化，消除锻件应力，调节硬度，提高可加工性。调质处理可使齿轮具有更高的综合力学性能，提高齿芯的强度和韧性，使齿轮能承受更大的弯曲应力和冲击载荷，并减少淬火变形;高频感应加热表面淬火可提高齿轮的硬度和表面硬度，提高齿轮的耐磨性，改善齿面接触疲劳;低温回火是在不降低表面硬度的情况下消除淬火应力。防止磨削裂纹的产生，提高齿轮的抗冲击性。
汽车齿轮的加工路线:落料-锻造-正火-加工-渗碳-淬火+低温回火-抛丸-磨削-成品。正火处理可使组织均匀，调整硬度，提高可加工性;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的硬化层深度(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，提高抗冲击性;喷丸强化可使齿面硬度提高约1-3HRC，使表面残余压应力增大，从而提高接触疲劳强度。
64. 回火脆性的类型及解决方法
回火脆性:淬火钢回火时，随着回火温度的升高，在一定的回火温度范围内，钢的冲击韧性明显降低，脆性明显增加。分为第一类和第二类。
第一类:淬火钢在250-400回火时的不可逆回火脆性;第二类:450-650可逆。
方法:第一类生产不能消除，可加入si使脆性转变温度提高到300℃以上，然后在250℃回火;第二类:在脆性温度下回火时间短，不发生快速冷却，发生慢速冷却。短时间内在脆性温度下再加热回火，可消除快速冷却。
65. 冷作模具钢微型化热处理的目的?Cr12MoV钢的循环超细处理工艺是什么?
目的:微型化热处理包括钢基体组织的细化和碳化物的细化。组织的细化可以提高钢的强度和韧性，碳化物的细化有利于提高韧性和耐磨性。
工艺流程:1150加热淬火+ 650回火+ 1000加热油淬火+ 650回火+ 1030加热油淬火170等温30min空冷+ 170回火。
66. 淬火钢中常见的马氏体有多少种?底座吗?性能特点?形成条件?
板条和片状的。板条的下部结构为位错，性能:强度高、硬度大、塑性和韧性好;形成条件:低碳钢，温度在200℃以上。片状中高碳，温度低于200℃，亚结构为双晶，性能:硬度高，脆性
67. 铸锭的主要缺陷有哪些?
微观偏析。宏观偏析1)正常偏析2)反向比重3)包裹体和孔隙。缩孔率
68. 铸造铝合金制造固溶处理工艺应遵循哪些原则?
1. 淬火温度:一般略低于最大溶解度温度。2. 淬火加热:为防止铸件过热变形，最好在350℃以下低温入炉，然后随炉慢慢加热至淬火温度。3.保温时间:保温时间较长，一般为3~20h。4. 冷却方法:一般用热水冷却。
69. 解释不同铝合金的强化方法?ZL104汽油机采用什么样的热处理来提高其强度?
变形铝合金强化: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。该工艺以砂型铸造为基础，时效时间较长。采用钠变质和低压金属铸造。当ZL104铝合金在175℃*5h时效时，基体中形成GP区，强化作用显著。
70. 为了控制金属结晶过程中的晶粒尺寸，在工业生产中通常采用哪些方法来细化晶粒?
1. 增加环境制冷量。2. 化学改性法。3.增加液体流量。
71. 为了提高切削性能，对15Cr、20Cr2Ni4、40Cr、5CrMnMo、GCr15、W18Cr4V钢应进行怎样的热处理?
15 cr:正常化;20Cr2Ni4:正火+回火;40Cr:淬火回火;5 crmnmo:退火;GCr15:球化退火;W18Cr4V:球化退火。
72. 尝试分析比较20、45、40Cr、T8、65等钢在正常淬火条件下的淬透性和淬透性。
淬透性由高到低:40Cr、T8、65、45、20;
淬透性由高到低:T8、65、45、40Cr、20。
73. 是否可以用W18Cr4V钢做冷冲压模具，为什么?
它可以用作模具，但一般用于要求高强度，高耐磨性和小冲击的模具。但由于其韧性差，材料性能脆，价格高，不建议用作冷冲压模具。
74和45钢要求淬火回火后硬度为217HB~255 HB，但热处理后发现硬度较高。我可以通过减缓回火过程中的冷却速度来降低硬度吗?如果热处理后的硬度较低，是否可以通过回火时降低温度来提高硬度?解释原因。
不，你需要调整回火温度;不，你需要在再淬火后降低回火温度。
75. 中型拖拉机发动机的曲轴要求强度高、韧性好，曲轴轴颈要求耐磨性好(50HRC~ 55hrc)。(1)选择材料，写出钢号;(2)制定简洁的制造工艺路线;(3)说明曲轴的组织和曲轴轴颈在使用中的表面。
合金渗碳钢:20CrMnMo, 20CrMnTi, 20MnVB
工艺路线:落料-锻造-正火-机械加工-渗碳、淬火+低温回火-抛丸强化-磨削加工-成品
心脏组织:细片状珠光体;表面组织:回火马氏体
76. 使用硝酸浴炉时应注意哪些安全措施?
必须注意防爆等安全措施。
在硝酸浴炉中，任何局部温度超过595℃都可能发生火灾或爆炸。操作温度应严格控制在550℃以下。
硝酸混合物具有氧化性，不宜与易氧化物质混合。
精细炭化的材料不宜用作硝酸盐盖，也必须避免渗碳炉排出端积存的黑色对硝酸盐浴炉的污染。
在加工镁合金轻金属时，最高盐浴温度有一定的规定。
