第六章钢的热处理。
1、热处理与其他加工方法（如铸、锻、焊、切削加工等）相比较具有何种特点？钢的热处理和fe-c合金相图有什么关系？10
答：热处理是指将钢在固态下施以不同的加热、保温盒冷却措施，以改变其组织，从而获得需要的组织结构与性能的加工方法。金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其他加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。
钢在加热或冷却时，形成奥氏体的温度范围一般可根据fe-c合金相图进行近似估计。由fe-c合金相图得知，a1、a3和acm是碳钢在极缓慢的加热或冷却时的转变温度，因此a1、a3和acm是平衡临界点，但在实际生产中，加热和冷却不是极缓慢的，因此钢不可能在临界点发生转变。实际加热时各临界点的位置分别为图中ac1、ac3和accm线，而世界冷却时各临界点的位置分别为ar1、ar3和arcm。
2、试述奥氏体（a）的形成过程，并指出奥氏体（a）的合金化（碳和合金元素的溶入）及均匀化的意义。12
答：若加热温度高于相变温度，钢在加热和保温阶段（保温的目的是使钢件里外加热到同一温度），将发生室温组织向奥氏体的转变，称奥氏体化。奥氏体化过程也是形核与长大过程，是依靠铁原子和碳原子的扩散来实现的，属于扩散型相变。
奥氏体的形成是通过形核及长大方式来实现的，其基本过程可分为四个阶段：
奥氏体晶核的形成：钢加热到ac1以上时，变得不稳定，f和fec3的界面在成分和结构上处于最有利于转变的条件下，首先在这里形成晶核。
奥氏体晶核的长大：晶核形成后，随即也建立起a-f和a- fec3的浓度平衡，并存在一个浓度梯度。在此浓度梯度的作用下，a 内发生c原子由fec3边界向f边界的扩散，使其同fec3和f的两边界上的平衡浓度遭破坏。
为了维持浓度的平衡，渗碳体必须不断往a中溶解，且f不断转变为a。这样，a晶核便向两边长大了。
剩余fec3的溶解：在a晶核长大过程中，由于fec3溶解提供的c原子远多于同体积f转变为a的需要，所以f比fec3先消失，而在a全部形成之后，还残存一定量的未溶fec3。它们只能在随后的保温过程中逐渐溶入a中，直至完全消失。
奥氏体的均匀化：fec3完全溶解后，a中c浓度的分布并不均匀，原先是fec3的地方c浓度较高，原先是f的地方c浓度较低，必须继续保温(保温目的之二)，通过碳的扩散，使 a成分均匀化。
奥氏体合金化和均匀化意义：奥氏体化过程与碳的扩散能力有关，除钴、镍等元素外，大多数合金元素均使碳的扩散能力降低，尤其是强碳化物形成元素(如钒等)所形成的特殊碳化物，能阻碍碳的扩散。这种碳化物稳定性大，又难以分解，使奥氏体均匀化过程变得困难。
因此，大多数低合金钢与合金钢为获得成分均匀的奥氏体，需提高加热温度和延长保温时间。合金元素(除锰、磷外)均不同程度的阻碍奥氏体晶粒长大，尤其是强碳化物形成元素(如钛、钒、铌等)更为显著，它们形成的碳化物在高温下较稳定，且呈弥散质点分布在奥氏体晶界上，能阻碍奥氏体晶粒长大。其目的是利用各种元素和铁的相互作用规律，通过控制钢中合金元素的种类和含量获得所需的组织。
因此，低合金钢与合金钢经热处理后的晶粒比相同含碳量的碳钢更细小，其性能较高。
3、奥氏体（a）晶粒大小是什么因素决定的？奥氏体（a）晶粒大小对转变产物的组织和性能有何影响？10
答：影响奥氏体晶粒大小的因素：
加热温度与保温时间的影响，奥氏体化温度越低，保温时间越短，奥氏体晶粒越细。
加热速度的影响，最高加热温度相同，加热速度越快，奥氏体晶粒越细小。
加热温度和保温时间相同时，钢中碳质量分数越低，奥氏体晶粒越细小。一般阻止奥氏体长大的合金元素均能生成弥散分布的稳定碳化物或氮化物，在奥氏体化过程中，阻碍奥氏体晶粒长大。而促进奥氏体晶粒长大的元素固溶在奥氏体中会减弱铁原子的结合力，加速铁原子的自扩散，从而促进奥氏体晶粒长大。
原始组织的影响，原始组织细小，相界面大，奥氏体形核率大，则启始晶粒细小，但晶粒长大倾向大，即过热敏感性大。
奥氏体晶粒大小对转变产物的组织和性能的影响：
奥氏体晶粒细小，冷却后产物组织的晶粒也细小。细晶粒组织不仅强度、塑性比粗晶粒高，而且冲击韧性也有明显提高。
4、解释下列名词24
（1）奥氏体的起始晶粒度，实际晶粒度和本质晶粒度；
答：奥氏体的起始晶粒度：钢进行加热时，当珠光体刚刚全部转变为奥氏体时的奥氏体晶粒度。
实际晶粒度：钢在某一具体的热处理或热加工条件下实际获得的奥氏体的晶粒度。
本质晶粒度：表示钢在一定的加热条件下奥氏体晶粒长大的倾向。
（2）连续冷却和等温冷却；
答：连续冷却：即将奥氏体化的钢件以一定的冷却速度从高温一直冷却至室温，在连续冷却过程完成组织转变的过程。
等温冷却：把奥氏体化后的钢件迅速冷到临界点以下的某一温度，等温保持一定的时间后在冷却至室温，在保温过程中完成组织的转变过程。c曲线。
（3）孕育期；
答：转变开始线与纵坐标轴的距离，550℃最短。
（4）片间距；片状珠光体和粒状珠光体；索氏体；屈氏体；
答：片间距：珠光体的层间的距离。
片状珠光体和粒状珠光体：铁素体与渗碳体间的片层状组织。
索氏体：650°c～600°c生成细片状的珠光体组织。
屈氏体：600°c～550°c生成极细片状的珠光体组织。
（5）临界冷却速度vk
答：得到全部马氏体的最小冷却速度。
（6）贝氏体；上贝氏体和下贝氏体；
答：贝氏体是过冷奥氏体的中温（550°c～ms）转变产物，以贝氏体铁素体为基，同时可能存在θ-渗碳体或ε-碳化物或残余奥氏体等相构成的整合组织。
上贝氏体：过饱和的平行条状α相和夹于α相条间的断续条状渗碳体的混合物。（在贝氏体转变温度范围较高温度区域（550°c～350°c）形成上贝氏体）
下贝氏体：过饱和的片状α相和其他内部沉淀的ε-碳化物的混合物。（下贝氏体在贝氏体转变温度范围的较低温度区域（350°c～ms）形成）
（7）马氏体：位错马氏体和孪晶马氏体；隐晶马氏体；
答：马氏体是碳在α-fe中的过饱和固溶体。
位错马氏体：即为板条马氏体，含碳量为0.2%以下的碳钢几乎全部生成板条状马氏体，亚结构为密度高达1011～1012 /cm2的位错，即每个板条内有高密度的位错。
孪晶马氏体：即为片状马氏体，含碳量在1.0%以上的碳钢几乎全部生成双凸透镜状的片状马氏体，其亚结构主要为微细孪晶，即每个针片内存在大量的孪晶。
隐晶马氏体：wc（0.2% （8）ms和mf, 残余奥氏体。
答：ms：马氏体转变开始温度。
mf：马氏体转变结束温度。
残余奥氏体：淬火未能转变成马氏体而保留到室温的奥氏体。
5、马氏体组织有哪几种基本形态？它们在组织和性能上各有什么特点？10
答：钢中马氏体主要有片状和板状两种基本形态。
板条状马氏体的含碳量为0.2%以下，每个板条内有高密度的位错。片状马氏体的含碳量在1%以上，每个针片内存在大量的孪晶。
性能上片状马氏体的性能特点是硬度高而脆性大，而板条状马氏体有较高的强韧性。
10、区别下列名词12
①调质处理和变质处理；
答：调质处理：淬火+高温回火=是淬火加高温回火的双重热处理，其目的是使工件具有良好的综合机械性能。
变质处理：变质处理就是向金属液体中加入一些细小的形核剂（又称为孕育剂或变质剂），使它在金属液中形成大量分散的人工制造的非自发晶核，从而获得细小的铸造晶粒，达到提高材料性能的目的。
②淬透性与淬硬性；
答：淬透性：淬透性表示钢在一定条件下淬火时获得淬硬层（马氏体层）深度。它是衡量各个不同钢种接受淬火能力的重要指标之一。主要与钢的过冷奥氏体稳定性和钢的临界冷却速度有关。
淬硬性：指钢在淬火时硬化能力，用淬成马氏体可能得到的最高硬度表示。主要取决于马氏体中的含碳量，碳含量越高，则钢的淬硬性越高。其他合金元素的影响比较小。
再结晶与重结晶。
答：再结晶：当退火温度足够高、时间足够长时，在变形金属或合金的显微组织中，产生无应变的新晶粒──再结晶核心。
重结晶：是将晶体溶于溶剂或熔融以后，又重新从溶液或熔体中结晶的过程。重结晶可以使不纯净的物质获得纯化，或使混合在一起的盐类彼此分离。
6、何谓正火和退火？为什么当含碳和含合金元素的量增加时不可用正火代替退火？
答：正火：将亚共析钢加热到ac3以上30～50°c，过共析钢加热到acm以上30～50°c，保温后从炉中取出再空气中冷却的热处理工艺。
退火：将钢加热到预定温度，保温一定时间后缓慢冷却（随炉冷却），获得接近平衡组织的热处理工艺。（完全退火：
将亚共析钢加热到ac3以上30~50℃，保温后随炉冷却到500℃以下在空气中冷却，以获得接近平衡组织的热处理工艺。球化退火：将钢加热到ac1以上20～30℃，保温一段时间，然后缓慢冷却到略低于ac1的温度，并停留一段时间，使组织转变完成，得到在铁素体基体上均匀分布的球状或颗粒状碳化物的组织。
去应力退火：退火是将钢材或各种金属机械零件加热到适当温度，保温一段时间，然后缓慢冷却，可以获得接近平衡状态组织的热处理工艺。）
正火适用于碳质量分数不同的碳钢和低、中合金钢，但不适用高合金钢。因为当含碳量和合金元素增加时，使c曲线游艺，增大奥氏体的稳定性，即过冷奥氏体十分稳定，空冷就可以得到马氏体组织，不能得到珠光体组织。正火和完全退火的组织中都有片状珠光体，但正火得到的伪共析组织，其片间距更小，钢的强度、硬度也更高。
7、工具钢为什么要采用球化退火？
答：工具钢组织多数为层状渗碳体和网状二次渗碳体，不仅硬度高，而且难以切削加工，而且增大钢的脆性，容易产生淬火变形及开裂。通过球化退火，使层状渗碳体和网状渗碳体变为球状渗碳体，以降低硬度，均匀组织、改善切削加工性。
8、为了改善切削加工性能，对下列锻件应进行何种热处理？
①t10 ② 45 ③20
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