熱處理工藝與設備第4章習題答案

第4章鋼的淬火與回火

1.名詞解釋

臨界淬火冷卻速度：指得到完全馬氏體組織的最低冷卻速度。

淬透性：是指鋼在淬火時獲得馬氏體的能力。

淬硬性：是指鋼在大于臨界冷卻速度冷卻時.，獲得的馬氏體組織所能達到的

最高硬度。

臨界直徑：鋼在淬火介質中能夠完全淬透的最大直徑。

理想臨界直徑：是指在淬火烈度為無限大的假想的淬火介質中淬火時的臨界

直徑。

淬火應力：在淬火過程中由于工件不同部位的溫度差異及組織轉變的不同時

性所引起的內(nèi)應力。

殘余應力：是指冷卻終了后，殘存于，件內(nèi)部的應力。

熱應力：工件在加熱（或冷卻）時，由于不同部位的溫度差異，導致熱脹（或

冷縮）的不一致所引起的應力。

組織應力：由于工件不同不問組織轉變不同時性而引起的內(nèi)應力。

直接淬火：又稱單液淬火，它是將奧氏體化的工件直接淬入單一淬火介質中

冷卻到底的一種方法。

雙液淬火：將奧氏體化后的工件先淬入冷卻能力較強的介質中冷卻，使過冷

奧氏體躲過C曲線孕育期較短的鼻尖處，待冷卻到250。（2~3（）0。（2再轉到另一種緩

和的介質中冷卻的工藝。

預冷淬火：將奧氏體化后的工件出爐后在空氣中（或其他預冷爐中）預冷到

稍高于A門（或Ac）的溫度，再進行淬火的工藝。

分級淬火：將奧氏體化后的工件淬入溫度在Ms點附件的鹽浴中，保持適當

時間，待工件心部和表層都達到介質溫度后取出空冷，以獲得馬氏體組織的淬火

工藝。

等溫淬火：將奧氏體化后的工件，在下貝氏體轉變溫度區(qū)間（4（）0C~26（）C）

保溫，使其轉變?yōu)橐韵仑愂象w為主的淬火工藝。

冷處理：工件淬火到室溫后，繼續(xù)在0C以下的淬火介質中冷卻的熱處理工

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乙O

形變熱處理：是將形變強化和熱處理強化有機結合在一起的復合強化工藝。

亞溫淬火：亞共析鋼在ACLAC3之間的溫度加熱淬火。

2.分析水、鹽水、堿水的冷卻特性，并指出影響其冷卻能力的因素。

答：水的冷卻特性：（1）水溫對冷卻特性的影響很大，隨著水溫的升高，誰

的冷卻速度降低，特別是蒸汽膜階段延長，特性溫度降低；（2）水的冷卻速度快，

特別是在40（TC~100C范圍內(nèi)的冷卻速度特別快；（3）循環(huán)水的冷卻能力大于靜

止水的，特別是在蒸汽膜階段的冷卻能力提高得更多。

鹽水、堿水的冷卻特性：鹽水溶液的冷卻能力在鹽濃度較低時隨著鹽濃度的

增加而提高，質量分數(shù)為10%的鹽水溶液幾乎沒有蒸汽膜階段，在65（TC?400C

溫度范圍內(nèi)有最大冷卻速度，無論質量分數(shù)為1%或質量分數(shù)為10%的鹽水溶液

的冷卻速度均大于水的，而質量分數(shù)為1（）%的又近大于質量分數(shù)為1%的鹽水溶

液的冷卻速度一or的誡水溶液也具有很高的冷卻能力，幾乎看不到蒸汽膜階段c

影響水冷卻能力的因素是溫度。

影響鹽水、堿水冷卻能力的因素是溫度和鹽水、堿水的濃度。

3.舉例說明鋼的淬透性、淬硬性、淬硬深度三者之間的區(qū)別，并分別指出它們

各自的影響因素。今有6100mm,45鋼制軸，討論提高淬硬深度和淬硬性的可

能性。

答：淬透性：是指鋼在淬火時獲得馬氏體的能力。主要和鋼的過冷奧氏體的

穩(wěn)定性有關，或者說與鋼的臨界淬火冷卻速度有關。

淬硬性：是指鋼在大于臨界冷卻速度冷卻時，獲得的馬氏體組織所能達到的

最高硬度。它主要和鋼中含碳量有關。

淬硬深度：一般規(guī)定為工件表面至半馬氏體點之間的距離。它除取決于鋼材的淬

透性之外，還與所采用的冷卻介質、冬件尺寸等外部因素有關。

從上述關丁淬硬深度和淬硬性的影響因素可知，由lOOnnn的45鋼制軸可以

提高其淬硬深度，但不能提高其淬硬性。

4.分級淬火和等溫淬火有何異同點？

答：等溫淬火用的淬火介質與分級淬火相同。

等溫淬火與分級淬火的區(qū)別在于前者獲得下貝氏體組織，后者獲得馬氏體組

織。

5.試分析熱應力，組織應力和殘余應力三者之間的區(qū)別及其影響因素，怎樣減

少淬火后的殘余應力？

答：熱應力是工件在Ai以下溫度進行快冷過程中，即使不發(fā)生相變，但是

由于表層與心部溫差引起體積漲縮不均勻所產(chǎn)生的內(nèi)應力。由熱應力所形成的殘

余應力分布特點是表層為壓應力，心部為拉應力。冷卻速度和冷卻之前的溫度高

低（一次冷卻造成的溫差）是影響熱應力的主要因素，冷速對熱應力有顯著影響，

冷卻越快熱應力越大。此外，升高淬火加熱溫度、工件尺寸增大、鋼的導熱性差

等均會增大熱應力。材料的高溫強度高，應力松弛少，會使殘余應力增加。

組織應力是指快速冷卻（或者不是快速冷卻）時表層與心部相變不同時而導

致的應力。在室溫下組織應力引起的殘余應力分布是表層為拉應力，心部為壓應

力。組織應力的大小與鋼的馬氏體相變溫度范圍的溫差和奧氏體與馬氏體之詞的

體積差別有關.截面溫度差越大，組織應力越大.此外，相變時體積膨脹量越大，

則組織應力也越大。鋼的淬透性越好，工件尺寸越大，則淬火后組織應力越大。

殘余應力是熱應力、組織應力和附加應力在熱處理過程中綜合作用的結果。

成分或工件尺寸不同，殘余應力分布將有明顯變化。

為減少淬火后的殘余應力應著手減少造成熱應力、組織應力及附加應力的因

素：（1）降低冷速或者降低淬火時的加熱溫度以減少溫差，可適當降低熱應力；

（2）減少淬火前后組織的比容差，使原始組織均勻或碳化物分布均勻，均有利

于降低組織應力；（3）降低Ms溫度以下冷速可減少馬氏體轉變組織應力，淬火

前預冷可減少熱應力，減小淬火工件的表面與心部的溫差可減少熱處理殘余應力;

（4）在淬火工件設計中減少工件各部位截面差異，使之對稱，薄厚均勻，減少

棱角、尖角、溝槽、盲孔等也可起到減少熱處理殘余應力的作用；（5）表面脫碳、

增碳、局部淬火、快速加熱及表面和心部相變條件不同，沿截面組織、結構不均

勻都能夠產(chǎn)生附加應力，所以需加以控制以減少殘余熱處理應力。

6.4）20mm,T12A鋼制沖頭，淬火前原始組織為網(wǎng)狀二次滲碳體+珠光體.試

制訂該沖頭正確的預先熱處理、淬火回火工藝規(guī)程（T12鋼，Aci=730℃,

Acm=820℃,Ad=700℃,Ms=200℃,要求硬度HRC58~60）。

答：為了消除淬火前原始組織中的網(wǎng)狀二次滲碳體，預先熱處理選用正火，

加熱溫度為Acm+（30?50）℃，加熱方式為熱爐裝料，加熱時間為工件有效厚度

(20mm)乘以加熱系數(shù)(50-60s/mm),冷卻方式為空冷。

淬火：加熱溫度Aci+(30-50)℃,加熱方式為熱爐裝料，加熱時間為工件

有效厚度(20mm)乘以加熱系數(shù)(1.2?