热处理新工艺

项目二　钢的热处理技术

钢的热处理是将钢在固态范围内，采用适当的方式进行加热、保温和冷却，以改变钢的内部组织，获得所需组织和性能的一种工艺方法。

热处理工艺在机械制造业中应用极为广泛，它能提高零件的使用性能，充分发挥钢材的潜力，延长零件的使用寿命。此外，热处理还可以改善工件的工艺性能，提高加工质量，减少刀具磨损。因此，绝大多数的零件都要进行热处理。例如汽车、拖拉机中，70%～80%的零件要进行热处理，在机床中有60%～70%的零件要进行热处理，各种刀具、量具、模具和轴承等几乎全部要进行热处理，可见热处理在机械制造业中占有十分重要的地位。

根据加热和冷却方式的不同，热处理分类如下：

不同的热处理方法，都由加热、保温和冷却三个阶段组成，一般可用热处理工艺曲线来表示，如图2－1所示。因此，只要掌握钢在这三个阶段中组织变化的规律，就能了解不同热处理的实质和特点。

图2-1　热处理工艺曲线

任务一　45钢热处理前后的性能测试

一　学习目标

知识目标

了解热处理的含义及热处理工艺曲线；

掌握钢的奥氏体化过程；

熟悉奥氏体晶粒大小对钢性能的影响及细化奥氏体晶粒的措施；

明确过冷奥氏体在不同温度下转变产物的组织和性能。

能力目标

熟悉钢在加热和冷却时组织变化规律，并能熟练应用钢的等温及连续冷却转变图。

二　任务引入

45钢具有良好的综合力学性能，主要用来制造齿轮、连杆、轴类零件。它的具体性能指标为：σs＝355MPa，σb＝600MPa，σ5＝16%，HBS＝229。将45钢加热到830℃保温一段时间后，在不同的冷却条件下冷却，45钢性能会发生什么变化呢？

三　相关知识

1．钢在加热时的组织转变

碳钢的室温组织是由铁素体和渗碳体两相组成的，只有在奥氏体状态下才能通过不同冷却方式使钢转变为不同组织，获得所需要的性能。在钢的热处理工艺中，加热的目的是为了获得奥氏体组织，其晶粒大小、成分及其均匀程度，对钢冷却后的组织和性能有着重要影响。

图2-2　钢在加热和冷却时的临界温度

由图2－2可知，A1、A3、Acm是钢在极缓慢加热和冷却时的临界点，但在实际的加热和冷却条件下，钢的转变总有滞后现象，在加热时要高于、在冷却时要低于相图上的临界点。为了便于区别，通常把加热时的各临界点分别用Ac1、Ac3、Accm来表示；冷却时的各临界点分别用Ar1、Ar3、Arcm来表示。

（1）奥氏体的形成　将钢加热到Ac1或Ac3点以上，以获得全部或部分奥氏体组织的操作称为奥氏体化。

以共析钢为例说明奥氏体形成过程。共析钢加热到Ac1以上时，钢中珠光体将向奥氏体转变，这一过程遵循结晶过程的基本规律，是通过形核和晶核长大、残余渗碳体的溶解、奥氏体成分均匀化四个基本过程来进行的。奥氏体形成过程如图2－3所示。

图2-3　共析钢的奥氏体形成过程

①奥氏体晶核的形成：奥氏体的晶核优先在铁素体和渗碳体的相界面上形成。这是由于奥氏体的含碳量介于铁素体和渗碳体的含碳量之间，并且相界面处原子排列比较紊乱，位错和空位密度较高，因此有利于奥氏体的形核，如图2－3（a）所示。

②奥氏体晶核的长大：奥氏体晶核形成以后，它一面与渗碳体相接，另一面与铁素体相接，通过原子的扩散，使其相邻铁素体晶格改组和渗碳体不断溶解，这样奥氏体逐渐向铁素体及渗碳体两个方向长大，如图2－3（b）所示。

③残余渗碳体溶解：在奥氏体长大过程中，铁素体比渗碳体先消失，故当铁素体完全转变为奥氏体后，仍有部分渗碳体尚未溶解，随着保温时间延长，未溶解的剩余渗碳体不断地溶入奥氏体中，直至完全消失，如图2－3（c）所示。

④奥氏体的均匀化：残余渗碳体完全溶解后，钢的组织完全成为奥氏体，但其中碳的浓度是不均匀的，原来渗碳体区域的奥氏体碳浓度高于原先铁素体区域的奥氏体，继续保温，通过碳原子的扩散逐渐形成均匀的单相奥氏体组织。

亚共析钢和过共析钢的奥氏体化过程基本相同，但加热到Ac1以上温度时，组织中的珠光体先转变为奥氏体，而组织中的铁素体（亚共析钢）或二次渗碳体（过共析钢），需待加热到Ac3或Acm以上时才全部溶解转变为奥氏体，最后形成均匀的单相奥氏体组织。

（2）影响奥氏体化的因素

①加热温度的影响：当加热到A1点温度时，珠光体经过一个孕育期后转变为奥氏体，加热温度越高，所需孕育期就越短，而且从转变开始到转变结束的整个转变时间也变短。因此，温度升高，奥氏体速度加快。

②加热速度的影响：加热速度越快，转变的孕育期和转变所需的时间就越短，也就是说奥氏体化的速度越快。

③原始组织的影响：因为形核是在相界面处，所以原始组织越细，相界面面积就越大，形核率就越高，故奥氏体化速度就越快。

④化学成分的影响：钢中化学成分对奥氏体化影响较大。对碳钢而言，随着碳含量的增加，渗碳体增多，铁素体与渗碳体的相界面增大，有利于奥氏体形核，加速奥氏体形成。一般说来，钢中加入合金元素（如铬、钨）后，使铁、碳原子的扩散速度减慢，故合金元素一般都使奥氏体化过程减慢。

（3）奥氏体晶粒长大及影响因素

钢的奥氏体晶粒大小直接影响冷却后的组织和性能。奥氏体晶粒均匀而细小，冷却后奥氏体转变产物的组织也均匀细小，其强度、塑性、韧性都比较高，尤其对淬火回火钢的韧性具有很大影响。因此，加热时总是力求获得均匀细小的奥氏体晶粒。

①奥氏体晶粒的大小：钢加热至珠光体完全转变为奥氏体的温度，晶粒一般尚未充分长大，较为细小，被称为起始晶粒。但是，准确控制完成奥氏体化的温度和时间，实际上是很困难的。在实际的加热条件下获得的奥氏体晶粒大小，称为实际晶粒度。通常实际晶粒度都大于起始晶粒度。为了测定和比较奥氏体晶粒大小，GB6394－86《金属平均晶粒度测定法》规定，晶粒度级别分为00、0、1、……、10级共12级。级数越高，晶粒越细。

②影响奥氏体晶粒大小的因素：不同的外在因素对奥氏体晶粒长大都有促进或抑制作用，主要的影响因素有以下方面：

加热温度和保温时间的影响：加热温度愈高，保温时间愈长，则晶粒愈容易长大，其中加热温度的影响最大。在一定温度下，晶粒长到一定程度后，再延长保温时间，晶粒度变化也不大。因此，在实际生产中应首先注意加热温度的控制。

加热速度的影响：进行连续加热时，加热速度越快，到达某个温度所经历的时间越短，相当于钢在较高温下作短时间加热，晶粒形成后还来不及长大，加热过程便告结束。在实际生产中，常利用这种快速短时加热来细化奥氏体晶粒。

化学成分的影响：钢中含碳量增加，F和Fe3C相界面增多，加速了奥氏体的形成。合金元素的影响较复杂，大多数合金元素（如铬、钨、钼、钛等）都阻碍奥氏体晶粒长大，所以合金钢的加热温度范围要比碳钢宽。但锰、磷等元素，则有加速晶粒长大的倾向。

原始组织的影响：一般奥氏体化速度快的组织，完成奥氏体化后容易晶粒粗大。因此，工具钢、滚动轴承钢等合金钢，要求热处理前的原始组织是球状渗碳体，而不希望是易溶解转变的片状渗碳体组织。其目的是热处理后能获得性能较好的细晶粒组织。

2．钢在冷却时的转变

钢经加热获得奥氏体组织后，如在不同的冷却条件下冷却，最后可使钢获得不同的力学性能。根据冷却方法的不同，奥氏体转变可以分为两种，即连续冷却转变和等温冷却转变，如图2－4所示。连续冷却转变是将已经奥氏体化的钢，以不同的冷却速度，如空冷、炉冷、油冷和水冷等，连续冷却到室温，使之发生转变；等温冷却转变就是将奥氏体过冷到A1以下，在某一温度保持一定时间，在等温过程中进行的转变。

图2-4　冷却方式

图2-5　过冷奥氏体转变

奥氏体在A1线以上温度为稳定组织，而冷却至A1以下还未发生转变的奥氏体，处于不稳定的过冷状态，通常称这种不稳定的过冷状态奥氏体为过冷奥氏体。在低于A1某一温度下，保温足够时间，就会发生组织转变。

过冷奥氏体在不同过冷度下的等温过程中转变温度、转变时间与转变产物量（转变开始和终了）的关系曲线图称为等温转变图，也称C曲线图或TTT曲线图，如图2－5所示为共析钢的等温转变图。

（1）过冷奥氏体等温转变图的分析　由图2－5可知，在A1以上是奥氏体稳定区域。aa为过冷奥氏体转变开始线，在转变开始线左方是过冷奥氏体区（这一段时间称为孕育期）；bb为过冷奥氏体转变终止线，在转变终止线右方，转变已经完成，是转变产物区；在aa线与bb线之间是过渡区，转变正在进行中。在等温转变图的下方有两根水平线，Ms称为上马氏点，约230℃，Mf称为下马氏点，约－50℃。在等温转变图上的“C”字曲线转弯处（约550℃）俗称“鼻尖”，孕育期最短，此时奥氏体最不稳定，最容易分解。

（2）过冷奥氏体等温转变产物组织和性能

①高温转变区（珠光体型转变区）：过冷奥氏体在A1线至550℃温度范围的转变产物为铁素体和渗碳体片层相间的珠光体型组织。其中，A1～650℃范围为粗片珠光体组织；650℃～600℃范围为细珠光体组织，称索氏体（S）；600℃～550℃范围为极细珠光体组织，称托氏体（T）。这三种高温转变产物，在组织形态和性能上有差异，但其相结构没有本质的不同，均属珠光体组织，其显微组织如图2－6、2－7所示。共析钢高温转变产物性能见表2－1。

图2-6　索氏体显微组织

图2-7　托氏体显微组织

表2-1　共析钢珠光体变形所形成的组织

②中温转变区（贝氏体型转变区）：过冷奥氏体在550℃至Ms线温度范围的转变产物为贝氏体组织，是过饱和铁素体和渗碳体组织的多相复合组织。当转变温度为550℃～350℃时，为板条状过饱和铁素体之间分布着细小渗碳体的羽毛状组织（图2－8），称为上贝氏体（B上），由于上贝氏体力学性能差，故无实用价值；而在350℃～Ms线范围内，转变产物为针片状的下贝氏体（B下），其强度和硬度高，并有良好的塑性和韧性，是一种综合力学性能好的组织，如图2－9所示。

图2-8　上贝氏体显微组织

图2-9　下贝氏体显微组织

③低温转变区（马氏体型转变区）：当奥氏体被连续急冷至Ms线以下温度时，由于过冷度很大，原子扩散困难，过冷奥氏体发生特殊的马氏体转变。马氏体组织是碳在α－Fe中的过饱和固溶体，用“M”表示。马氏体具有很高的硬度和强度，耐磨性也很高。由于马氏体转变速度很快，转变温度很低，所以马氏体转变一般不能全部完成，部分奥氏体被转变的马氏体所包围而难于转变。这部分残留下来未来得及转变的奥氏体，称为残余奥氏体。马氏体和残余奥氏体都是不稳定组织，需要进行专门的稳定处理，否则，不稳定的组织直接影响零件形状、尺寸和性能的稳定。

马氏体的组织形态和性能，因其碳的过饱和度不同而有很大差异。碳的过饱和度大的马氏体（wC＞1．0%）呈片针状，称片状马氏体或针状马氏体；过饱和度小的马氏体（wC＜0．20%）呈板条状，称板条马氏体；过饱和度中等，则为片状和板条状马氏体的复合组织。片状马氏体和板条状马氏体显微组织如图2－10、2－11所示。

图2-10　片状马氏体显微组织

图2-11　板条状马氏体显微组织

在钢的所有组织中，马氏体的比容最大，而奥氏体的比容最小，所以当奥氏体转变为马氏体时，体积就要增大，造成零件在淬火时发生变形或开裂，这是热处理时需要重视的问题。

四 任务实施

把45钢加热到830℃，保温一段时间后，分别在不同条件下冷却，钢的机械性能见表2－2。可见，同样的钢，加热条件相同，但在不同的冷却速度条件下会得到不同的机械性能。

表2-2　不同冷却速度对45钢机械性能的影响

五　经验交流

用等温转变图估计连续冷却转变产物的方法

实际生产中，冷却一般不是等温而是连续进行的，共析钢连续冷却转变曲线如图2－12所示，即等温转变曲线向右下方移了一些，没有贝氏体转变区。因为连续冷却转变图的测定比较困难，故常用等温转变图近似地分析连续冷却转变的过程。

图2-12　连续冷却转变

在等温转变图上可估计连续冷却转变产物，把代表连续冷却的冷却曲线叠画在等温转变图上，如图2－13所示，根据它们同C曲线相交的位置，便可大致估计其冷却转变情况。例如，图中冷却速度V1相当于随炉冷却，则奥氏体将在A1以下附近的温度进行转变，得到粗片的珠光体组织；V2相当于在空气中的冷却速度，可估计出它将转变为索氏体；V3相当于在风中的冷却速度，则奥氏体一部分转变为索氏体，其余的奥氏体则转变为马氏体，最后得到索氏体和马氏体的混合物；V4相当于在油中的冷却速度，则奥氏体在“鼻子”附近分解一小部分，而其余的奥氏体则转变为马氏体，最后得到托氏体和马氏体的混合物；V5相当于在水中冷却，它不与C曲线相交，奥氏体将全部冷却到Mf以下进行马氏体转变。

图2-13　在C曲线上估计连续冷却时的组织

任务二　W18Cr4V钢拉刀的热处理工艺

一　学习目标

知识目标

明确钢的退火与正火的目的及其工艺过程；

掌握退火与正火的选用原则；

明确钢的淬火与回火的目的及工艺过程；

掌握淬火与回火的选用原则。

能力目标

能根据零件的化学成分、性能和技术要求，合理选择退火、正火、淬火与回火工艺。

二　任务引入

拉刀常用于成批和大量生产中加工圆孔、花键孔、键槽、平面和成形表面等。拉刀表面上有多排刀齿，各排刀齿的尺寸和形状从切入端至切出端依次增加和变化。当拉刀作拉削运动时，每个刀齿就从工件上切下一定厚度的金属，最终得到所要求的尺寸和形状。

拉削加工由于拉削幅度很宽，齿增量逐步加大，即使在很小的进刀量情况下，其阻力也是相当大的，所以拉削的速度一般比较慢。在拉削过程中，轴向承受很大的拉力，同时切削齿因受到工件的摩擦而产生热量，所以，拉刀除具有一般刀具的高硬度、高耐磨性特点外，更重要的是要有很高的强度和韧性。

W18Cr4V钢拉刀形状如图2－14所示，其生产制造流程如图2－15所示，要选择合适的预备热处理和最终热处理才能满足其性能要求。

图2-14　高速钢拉刀

图2-15　W18Cr4V钢拉削生产制造流程

三　相关知识

在机械零件或工模具等工件的制造过程中，往往要经过各种冷、热加工，而且在各加工工序中，还要经常穿插多次热处理工序。在生产中，常把热处理工序分为预备热处理和最终热处理。退火和正火是生产中应用很广泛的预备热处理工艺，一般安排在铸造、锻造之后，切削加工之前，用来消除前一工序所带来的某些缺陷，为随后的工序作准备。对于一些受力不大、性能要求不高的机器零件，也可作最终热处理。而为满足零件使用性能，必须对零件进行淬火处理，并同时与回火工艺配合使用。淬火和回火的方法有很多种，其特点及使用场合有所不同，只有了解了他们的特性，才能为机械零件、工模具选择恰当的淬火及回火方法。

1．钢的退火和正火

（1）退火　退火是将钢加热到适当温度，保温一定时间后缓慢冷却，以获得接近平衡组织的热处理工艺。

退火的主要目的是降低硬度，改善切削加工性能；消除残余内应力，防止变形与开裂，稳定尺寸；细化晶粒，均匀组织及成分，改善钢性能并为以后的热处理作准备。

常用的退火方法有以下几种：

①完全退火：又称为重结晶退火，是将钢加热至完全奥氏体化（Ac3以上30℃～50℃），保温一定时间，随炉缓慢冷却的工艺方法。在实际生产中，为节省时间，在转变结束后的650℃～500℃以下，可把工件取出炉外空冷。

完全退火可以细化晶粒，充分消除工件的内应力，降低钢的硬度，为随后的切削加工和淬火做好组织准备。主要用于中碳钢及低、中碳合金结构钢的锻件、铸件、热轧型材等，有时也用于焊接件。但完全退火费时间、效率低，所以在条件允许时常用等温退火或正火代替。

②等温退火：将钢件加热到Ac3以上30℃～50℃（亚共析钢）或Ac1以上20℃～40℃（共析钢和过共析钢），保温一定时间后，以较快速度冷却到Ar1以下某一温度，并在此温度等温停留，使奥氏体转变为珠光体型组织，然后在空气中冷却的热处理工艺。

等温退火不仅可大大缩短退火时间，而且组织转变时工件内外处于同一温度，故能得到均匀的组织和性能。主要用于处理高碳钢、合金工具钢和高合金钢。

③球化退火：将钢加热到Ac1以上20℃～40℃，保温一定时间，以不大于50℃/h的冷却速度随炉冷却到室温，或者在略低于Ar1的温度下保温之后再出炉空冷，使钢中碳化物球状化的热处理工艺。球化退火后获得的组织为铁素体基体上分布着细小均匀球状渗碳体的混合物，即球状珠光体组织。

球化退火主要用于共析钢和过共析钢，如刃具钢、模具钢和轴承钢的锻轧件。

④去应力退火：消除铸钢件、锻轧件和焊接件因温度不均所造成的残余应力，以及机加工零件因受切削力的作用所造成的残余应力的退火工艺。

去应力退火一般是使工件以100℃/h～150℃/h的速度升温至Ac1以下100℃～200℃，保温2h～4h后，炉冷至200℃～300℃出炉空冷。由于去应力退火的加热温度在A1以下，所以也叫低温退火。

⑤扩散退火：为消除钢锭和铸钢件在铸造凝固过程中产生的成分偏析，使化学成分均匀和改善树枝状晶体等铸造组织，要在1 000℃～1 300℃左右的高温下加热一定时间，保温10h～15h，然后缓冷，这就是扩散退火，有时也叫做均匀化退火。

由于扩散退火温度高，钢中组织粗大，使力学性能大为下降，而成型铸件又不再进行压力加工，故在扩散退火后还必须进行细化晶粒的重结晶退火或正火。

（2）钢的正火　正火是将钢加热到临界温度Ac3或Accm以上某一适当温度，保温一定时间后在空气中冷却，以获得珠光体组织的热处理工艺。正火与退火的目的基本相同，但正火的冷却速度比退火稍快，故正火后得到的珠光体组织比较细，它的强度、硬度、韧性比退火钢高。正火主要用于：

①提高硬度，改善低碳钢和低碳合金钢的切削加工性；

②消除内应力、细化晶粒，用于普通结构零件或大型结构零件的最终热处理；

③消除过共析钢中的网状渗碳体组织，改善钢的力学性能，并为球化退火作好组织准备；

④作为中碳钢和合金结构钢制作的较重要零件的预备热处理。

各种退火和正火的工艺如图2－16所示。

图2-16　各种退火和正火工艺

2．钢的淬火

将钢加热到临界点Ac3或Ac1以上某一温度，保持一定时间，然后以适当速度冷却以获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺，叫做淬火。把经过淬火的工件加热到Ac1以下适当温度保持一定时间，然后以符合要求的方法冷却的热处理工艺叫做回火。钢件通过淬火与回火可达到提高工件的硬度、耐磨性、强韧性、弹性及某些特殊性能的目的。

（1）淬火工艺

①加热温度：选择淬火加热温度的依据是钢的相变点，原则上亚共析钢为Ac3以上30℃～50℃，共析钢和过共析钢为Ac1以上30℃～50℃，如图2－17所示。具体选择淬火加热温度时，还应考虑工件的钢种、性能要求、形状和质量大小等因素。

图2-17　钢的淬火温度范围

②淬火冷却介质：淬火时为了得到足够的冷却速度，必须选择适当的冷却介质，以保证零件既能淬成马氏体，又不致引起太大的淬火应力。由C曲线可知，理想的淬火介质在冷却过程中，要求在C曲线的“鼻子”以上温度缓冷，以减小急冷所产生的热应力；在“鼻子”处具有保证奥氏体不发生分解的冷却速度；而在进行马氏体转变时，即在Ms点以下的温度时，冷却速度尽量小，以减小组织转变产生的应力。

生产中使用的冷却介质，约在20种以上，最常用的为水和油。

水的冷却能力较好，而且具有很高的化学稳定性，来源容易，价格便宜，所以应用广泛。水的冷却特点是：在650℃～500℃的温度区，冷却速度不大，而在300℃～200℃的危险温度区，冷却速度反而相当大，在这种情况下，容易导致工件变形和开裂。水冷一般用于形状简单、尺寸不大的碳钢工件，而合金钢工件水淬易导致工件变形或开裂，应选用油冷。

油在低温危险区的冷却速度缓慢，有利于减小工件的变形和开裂。但是，油在高温区的冷却能力也很低，达不到碳钢淬火时所需要的冷却速度，得不到马氏体组织，故只能用于过冷奥氏体稳定性较高的各类合金钢的淬火冷却。

（2）淬火方法　工件的淬火方法，应根据钢的成分、工件的性能要求等进行选择。常用的淬火方法有：

①单液淬火：将钢奥氏体化后，在单一淬火介质中冷却到室温的热处理，其冷却曲线如图2－18（a）所示，这种淬火方法适用于形状简单的碳钢和合金钢工件。碳钢的冷却介质一般采用水、盐水或碱水，合金钢多采用油冷。

单液淬火适宜大批量生产，并容易实现机械化和自动化。其缺点是水淬或盐水淬时，因低温危险区的冷却速度快，容易产生变形和开裂；采用油淬时，中温区的冷却速度很低，有些钢又不容易淬上火（即硬度不足）。

②双液淬火：钢奥氏体化后，先浸入一种冷却能力强的介质中，快冷至稍高于马氏体转变温度时，立即浸入另一种冷却能力弱的介质中，缓冷到室温，如图2－18（b）所示，这种方法特别适合于形状复杂的高碳钢工件。双液淬火通常用水淬油冷和油淬空冷等方法。

图2-18　常用淬火方法冷却曲线

采用这种方式淬火时，工件在第一种冷却介质中停留的时间难于掌握，要求操作者的技术应足够熟练，故主要应用于碳素工具钢制造的易开裂的工件，如丝锥等。

③马氏体分级淬火：钢奥氏体化后，随之浸入温度稍高于或稍低于钢的上马氏体点的液态介质中，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，这样的淬火方法叫做分级淬火，如图2－18（c）所示。

由于分级冷却介质的温度比较高，工件与介质间的温差比单液、双液淬火时小，故冷速较慢，因而对于较大截面的工件有可能达不到淬火的临界冷却速度。所以，分级淬火时碳钢工件直径应不大于10mm～12mm，合金钢（高速钢除外）工件直径应不大于20mm～30mm。

④贝氏体等温淬火：钢件奥氏体化后，随之快冷到贝氏体转变温度区间（260℃～400℃）等温保持，使奥氏体转变为下贝氏体组织，如图2－18（d）所示，常用于对变形要求比较严格和要求具有良好综合机械性能的高中碳钢的重要工件。

（3）冷处理　冷处理是把淬火冷却到室温的工件继续深冷到零下温度，使淬火冷却尚未转变的残余奥氏体继续转变为马氏体，以达到最大限度地减少残余奥氏体量，从而进一步提高工件淬火后的硬度和提高工件尺寸的稳定性。

冷处理适用于工具钢、渗碳零件、精度要求高的零件及特殊性能的高合金钢。

如GCr15钢量仪头冷处理工艺，如图2－19所示。

图2-19　GCr15钢量仪头冷处理工艺曲线

（4）淬透性和淬硬性　工件在淬火冷却时，截面上各处的冷却速度是不一样的。工件表面冷得最快，由表面到心部，冷却速度逐渐减小。当工件表面和心部的冷却速度都大于钢的临界冷却速度时，则在工件的整个截面上都能得到马氏体组织，即钢被完全淬透了。当工件心部的冷却速度小于钢的临界冷却速度时，则表面得到马氏体组织，心部就不能变成马氏体，而是转变成其他组织。

淬透性是指在规定条件下，决定钢材淬硬深度和硬度分布的特性，即钢淬火时得到淬硬层深度大小的能力。它是反映钢在淬火时，奥氏体转变为马氏体的容易程度。因此，淬透性好的钢较淬透性差的钢便于整体淬硬。

淬硬性指钢淬火硬化后所能达到的最高硬度的能力。钢的淬硬性主要决定于钢中马氏体的含碳量。

3．钢的回火

工件淬火之后，其组织和内部应力都是不稳定的，为了稳定组织、消除应力、调整硬度、提高塑性和韧性等，必须进行回火处理。按回火温度范围不同，回火分为低温回火、中温回火和高温回火三类。

（1）低温回火（＜250℃）　低温回火得到的组织是回火马氏体，其性能是：具有高的硬度（可达58～64HRC）、高的耐磨性和一定的韧性。主要用于各种刃具、量具、滚动轴承、冷变形模具、渗碳件和高频感应淬火件等。

（2）中温回火（300℃～500℃）　中温回火得到的组织是回火托氏体，其性能是：具有高的弹性极限、屈服点和适当的韧性，硬度为40～50HRC。主要用于各种弹簧、某些模具以及要求具有高强度的轴、轴套和刀杆等。

（3）高温回火（500℃～560℃）　高温回火得到的组织是回火索氏体，其性能是：具有良好的综合力学性能（足够的强度与高韧性相配合），硬度一般为200～330HBS。主要用于汽车、拖拉机、机床上的各种重要构件。还常作为氮化、高频淬火等表面强化件以及某些精密零件如丝杠、量具、模具的预备热处理。

生产中把淬火后高温回火的复合热处理称为调质处理。

一般来说，回火钢的性能只与加热温度有关，而与冷却速度无关。但有些钢回火后，自538℃以上慢冷到室温时其韧性会降低，这种回火后韧性降低的现象称为回火脆性。遇到这种情况，可以用加热后快冷的方法加以避免，如图2－20所示。

图2-20　钢的回火脆性

四　任务实施

根据W18Cr4V钢拉刀性能要求及上述热处理工艺特点，选择其热处理工艺流程如图2－21所示，其去应力、淬火回火工艺曲线如图2－22所示。

图2-21　W18Cr4V钢拉刀热处理工艺流程

图2-22　W18Cr4V钢拉刀热处理工艺曲线

拉刀的热处理工艺为1 205℃～1 215℃油淬，两次或三次分级冷却。每次高温回火后必须校直，硬度可达64～66．5HRC。

五　能力训练

3Cr2W8V钢铝合金压铸模的热处理工艺

压铸模具是模具中的一个大类。随着我国汽车摩托车工业的迅速发展，压铸行业迎来了发展的新时期。同时，也对压铸模具的综合力学性能、寿命等提出了更高的要求。要满足不断提高的使用性能需求，仅仅依靠新型模具材料的应用仍然很难满足，必须要进行热处理才能达到对压铸模具高效率、高精度和高寿命的要求。压力铸造是使熔融金属在高压、高速下充满模具型腔而压铸成型，在工作过程中反复与炽热金属接触，因此要求压铸模具有较高的耐热疲劳性、导热性、耐磨性、耐蚀性、冲击韧性、红硬性和良好的脱模性等。

3Cr2W8V钢铝合金压铸模尺寸如图2－23所示，其技术要求为：

图2-23　铝合金压铸模

硬度要求42～47HRC；热处理后孔1与2之间的中心距的变形量应控制在0．02mm以内。

根据压铸模的要求，热处理应采用马氏体分级淬火后回火，其淬火回火工艺曲线如图2－24所示。

图2-24　3Cr2W8V钢压铸模的热处理工艺曲线

为了减少热处理变形，先在箱式电炉中500℃～550℃一次预热1．5h，随后在850℃盐炉中二次预热12min，在1 050℃盐炉中加热12min，然后在560℃～580℃的20%NaCl＋30%BaCl＋50%CaCl盐浴中分级冷却50min，立即转入200℃～220℃硝盐中，停留2h后空冷至室温。回火在560℃～580℃盐浴中进行。回火三次，回火后油冷或空冷，最后在200℃～220℃油中回火2h，处理后的硬度为46～50HRC，变形量不大于0．02mm。

六　经验交流

热处理工序位置的安排

1．热处理技术条件的标注

根据零件的性能要求，在零件样图上应标出热处理技术条件，其内容包括最终热处理方法（如调质、淬火、回火、渗碳等）及应达到的力学性能要求等，作为热处理生产及检验时的依据。

由于硬度检验方便，又不损坏零件，且可以近似反映材料的其他力学性能，故热处理零件一般在图样上都以硬度作为热处理技术条件。渗碳零件，应标注渗碳层深度，渗碳淬火回火后的硬度和渗碳部位等。表面淬火零件，应标明淬硬层深度、淬硬层硬度、淬硬部位等。

在标注硬度范围时，允许有波动范围，一般布氏硬度波动范围是30～40个单位，洛氏硬度波动范围约5个单位。

2．热处理工序位置安排

零件加工都是按照一定工艺路线进行的。合理安排热处理工序位置，对于保证零件质量和改善切削加工性，具有重要意义。预备热处理和最终热处理的工序位置安排规律一般如下：

（1）预备热处理　预备热处理包括退火、正火、调质等。这类热处理的作用是为消除前一道工序所造成的某些缺陷（如内应力、晶粒粗大、组织不均匀等），并为后续工序准备条件。预备热处理的工序位置一般安排在毛坯生产之后，切削加工之前，或粗加工之后，精加工之前。

①退火、正火的工序位置：凡经过热加工的零件毛坯，一般都先要进行退火或正火处理，以消除毛坯的内应力，细化晶粒，均匀组织，改善切削加工性，或为最终热处理做好组织准备。其工序位置均安排在毛坯生产之后，切削加工之前：毛坯生产→正火（或退火）→切削加工。

②调质的工序位置：调质的目的主要是为了提高零件的综合力学性能，或为以后表面淬火做组织准备。调质工序一般安排在粗加工之后，半精加工之前进行。若在粗加工前调质，则粗加工时零件表面调质层的优良组织有可能大部或全部被加工掉，特别是对淬透性差、尺寸较大的碳钢零件其可能性更大。

调质零件的加工路线一般为：下料→铸造→正火（或退火）→粗加工（留余量）→调质→半精加工。

在实际生产中，普通铸铁件、铸钢件和某些无特殊要求的铸钢件，经退火、正火或调质后，其性能已能满足使用要求，可不进行最终热处理。

（2）最终热处理　最终热处理包括淬火、回火、渗碳和渗氮处理等。零件经这类热处理后获得所需的使用性能（如耐磨性），因其硬度高，除磨削加工外，不能用其他切削加工方法加工，故其工序位置一般均安排在半精加工之后，磨削加工之前进行。

①淬火的工序位置：整体淬火零件加工路线一般为：下料→锻造→正火（或退火）→粗、半精加工（留余量）→淬火→回火（低、中温）→磨削。

表面淬火零件（经预先调质）的加工路线一般为：下料→锻造→正火（或退火）→粗加工→调质→半精加工（留余量）→表面淬火→回火→磨削。

②渗碳淬火的工序位置：渗碳分为整体渗碳和局部渗碳。因局部渗碳时要对不渗碳部位采取防渗措施，故两者在工序安排上略有不同。局部渗碳在局部工艺上一般采用在不渗碳的部位增大原加工余量（称防渗余量），待渗碳后淬火前将渗碳余量切掉。因此，对于局部渗碳零件，需增加切去防渗余量的工序，其余与整体渗碳零件相同。另外，也可以采用在粗、半精加工之后，对局部不渗碳部位镀铜或涂防渗剂，然后再渗碳，其后续加工工艺路线与整体渗碳相同。

渗碳零件的加工路线一般为：下料→锻造→正火→粗加工、半精加工（留余量，局部不渗碳处留防渗余量）→

③渗氮的工序位置：渗氮温度低、变形小，渗氮层硬而薄，因此工序位置尽量靠后，一般渗氮后不再磨削加工，个别质量要求高的零件可进行精磨或超精磨。为防止因切削加工生产的内应力使渗氮件变形，常在渗氮前安排去应力退火工序。

渗氮零件的加工路线一般为：下料→锻造→退火→粗加工→调质→半精、精加工→去应力退火→粗磨→渗氮→精磨或超精磨。

任务三　20CrMnTi汽车变速箱齿轮的热处理工艺

一　学习目标

知识目标

熟悉感应加热表面淬火原理、特点及应用；

了解火焰表面淬火原理、特点及应用；

了解化学热处理过程；

掌握渗碳、渗氮和碳氮共渗原理、特点、常用方法及应用。

能力目标

能根据零件的化学成分、性能要求和技术条件，合理选择表面淬火和化学热处理方法。

二　任务引入

变速箱齿轮位于汽车传动部分，用于传递扭矩与动力、调整速度。由于传递扭矩，齿根要承受较大的弯曲应力和交变应力；由于变速箱齿轮转速变化范围广，齿轮表面承受较大的接触应力，并在高速下承受强烈的摩擦力；由于工作时不断换挡，轮齿之间经常要承受换挡造成的冲击与碰撞。这就要求齿轮表面有高硬度和高耐磨性，齿面有高的接触疲劳强度，心部有较高的强度和高韧性。

图2－25所示的20CrMnTi汽车变速箱齿轮的热处理技术要求如下：

渗碳层表面含碳量为0．80%～1．05%；渗碳层深度为0．80mm～1．3mm；淬火回火后齿面硬度为58～62HRC，心部硬度为33～48HRC。

图2-25　汽车变速箱齿轮

三　相关知识

在机械设备中，有许多零件（如齿轮、曲轴、活塞销等）是在冲击载荷及表面摩擦条件下工作的，这类零件表面需要具有高硬度和高耐磨性，而心部需要足够的塑性和韧性。为满足这类零件的性能要求，必须进行表面热处理。常用的表面热处理方法有表面淬火及化学热处理两种。

1．钢的表面淬火

表面淬火是通过快速加热，使钢件表层奥氏体化，然后迅速冷却，使表层形成一定深度的淬硬组织——马氏体，而心部仍保持原来塑性、韧度较好的组织的热处理工艺。在钢的表面淬火方法中，感应加热表面淬火应用最广。

（1）感应加热表面淬火　感应加热表面淬火时，将工件放在铜管制成的感应器内，即图2－26所示装置中，感应器中通入一定频率的交流电，以产生交变磁场，于是工件内部就会产生频率相同、方向相反的感应电流（涡流）。由于涡流的趋肤效应，使涡流在工件截面上的分布是不均匀的，表面电流密度大，心部电流密度小。感应器中的电流频率越高，涡流越集中于工件表面。由于工件表面涡流产生的热量，使工件表面被迅速加热到淬火温度（心部温度仍接近室温），随即喷水快速冷却（合金钢浸油冷却），从而达到了表面淬火的目的。

图2-26　感应加热表面淬火

感应加热表面淬火表面淬硬层的厚度取决于交流电的频率，一般频率高加热深度浅，淬硬层深度也就浅。频率f与加热深度δ的关系采用下面近似经验公式表示：

式中　f的单位是Hz；δ的单位是mm。

为了得到不同的淬硬层深度，可采用不同频率的电流进行加热，电流频率与淬硬层深度的关系见表2－3。

表2-3　感应加热表面淬火的频率选择

（2）火焰加热表面淬火　应用氧—乙炔或氧—煤气的混合气体燃烧的火焰对零件表面进行快速加热并随之快速冷却的工艺称为火焰加热表面淬火，如图2－27所示。

火焰加热表面淬火的淬硬层深度一般为2mm～6mm。这种方法的特点是：加热温度及淬硬层深度不易控制，淬火质量不稳定，常造成表层过热，甚至局部熔化。但不需要特殊设备，故适用于单件或小批量生产。

图2-27　火焰加热表面淬火

2．钢的化学热处理

将工件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种化学元素的原子渗入它的表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺，叫做化学热处理。常用的化学热处理有渗碳、渗氮、碳氮共渗和渗金属等。

（1）渗碳　渗碳是指将工件置于渗碳介质中加热保温，使碳原子渗入表层的化学热处理工艺。渗碳适用于承受冲击载荷和强烈摩擦的低碳钢或低碳合金钢工件，如汽车和拖拉机的齿轮、凸轮、活塞销等零件。其目的是在保持零件心部高韧性的条件下，得到具有高硬度的表面层，以提高零件的耐磨性和疲劳强度。渗碳层深度一般为0．5mm～2．0mm，含碳量从表面到心部逐渐减少，表面wC＝0．8%～1．1%，心部仍保持原来低碳钢的含碳量。渗碳后必需经淬火和回火处理后，才能达到表面高硬度、心部高韧性的要求。

图2-28　气体渗碳

根据渗碳剂不同，渗碳可分为气体渗碳、固体渗碳及盐浴渗碳三种，目前常用的是前两种，应用最广泛的是气体渗碳。

①气体渗碳：气体渗碳是将工件置于密封的加热炉（如井式渗碳炉）中，通入渗碳气体（如煤气、天然气等）或滴入易于分解和气化的液体（如煤油、丙酮、甲醇等），并加热到渗碳温度（900℃～950℃），使工件在高温渗碳气氛中进行渗碳的一种热处理工艺方法，图2－28为气体渗碳示意图。

气体渗碳过程中渗碳剂在高温下分解，产生活性碳原子，其反应式如下：

2CO→〔C〕＋CO2

CH4→2H2＋〔C〕

CO＋H2→H2O＋〔C〕

随后活性碳原子被工件表面吸收而溶于高温奥氏体中，并向内部扩散形成一定深度的渗碳层。

气体渗碳的渗碳层质量好，渗碳过程容易控制，生产率高，劳动条件较好，易于实现机械化和自动化。但设备成本较高，维护调试要求较高，因此不适宜单件和小批量生产。

图2-29　固体渗碳装置

②固体渗碳：固体渗碳是将工件置于四周填满固体渗碳剂的密封箱中，然后放入加热炉内，加热到900℃～950℃，保温一定时间后出炉空冷的热处理工艺（图2－29）。

固体渗碳剂主要由供碳剂（木炭）和催渗剂（碳酸盐如碳酸钡）组成。其活性碳原子是依靠木炭的不完全燃烧所产生的一氧化碳在工件表面分解获得的。因此，固体渗碳实际也是在气体中进行的，故渗碳的基本原理和过程与气体渗碳相似。

（2）渗氮　渗氮又称氮化，是指将工件置于含氮介质中加热至500℃～560℃时，介质中分解出的活性氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺。其目的是将氮原子渗入工件表面，形成以氮化物为主的渗氮层（渗氮层深度一般为0．6mm～0．7mm），以提高工件表层的硬度、耐磨、耐蚀和耐疲劳强度等多种性能，广泛应用于承受冲击、交变载荷和强烈摩擦的中碳合金结构钢重要精密零件，如精密机床丝杠、镗床主轴、汽轮机的阀门、阀杆等。

渗氮的方法很多，目前应用最多的渗氮方法为气体渗氮和离子渗氮。

①气体渗氮：气体渗氮是将工件放入密闭的炉内，加热到500℃～600℃，通入氨气（NH3），氨气分解出活性氮原子被工件表面吸收，与钢中的合金元素Al、Cr、Mo形成氮化物，并向心部扩散，形成一定厚度的渗层。气体渗氮适用于含有Al、Cr、Mo等合金元素的钢，最常用的渗氮用钢如38CrMoAl、35CrMo、18CrNiW等。渗氮的生产周期长，渗氮层薄而脆，不宜承受集中的重载荷，使渗氮的应用受到一定限制。

②离子渗氮：离子渗氮是工件在密封炉内作阴极，密封炉抽真空后通入氨气，并在相对应的阳极和阴极之间加上500V～800V的高压直流电，使氨气电离产生氮离子，在高压电场作用下，氮离子轰击阴极工件表面，在工件表面形成辉光放电并产生高温。氮离子在阴极获得电子后，还原成氮原子，并向工件表层渗入扩散，形成渗氮层。

离子渗氮具有速度快、生产周期短（渗氮时间仅为气体渗氮的1/3～1/4）、渗氮层质量高、工件变形小、对材料的适应性强（适用于各种钢、铸铁和钛等金属材料）等优点，目前离子渗氮还存在投资大、装炉量小、测温困难及质量不稳定等问题，需要进一步改进，主要用于要求高的重要精密件。

（3）碳氮共渗　在一定温度下，将碳、氮原子同时渗入工件表层奥氏体中，并以渗碳为主的化学热处理工艺称为碳氮共渗，其目的是提高工件的耐磨性和疲劳强度。目前主要使用的是气体碳氮共渗。

气体碳氮共渗又称氰化。高温（820℃～880℃）碳氮共渗，以渗碳为主，气氛中含有一定氮时，碳的渗入速度比相同温度下单独渗碳的速度要快，厚度更深。低温（520℃～580℃）碳氮共渗，以渗氮为主，共渗后表面形成白亮层，可大大提高工件的耐磨性和抗咬卡、抗擦伤的性能。

碳氮共渗与渗碳相比，具有加热温度低，零件变形小，生产周期短，渗层具有较高的硬度、耐磨性和疲劳强度等优点，广泛用于自行车、缝纫机、仪表零件，齿轮、轴类等机床、汽车的小型零件，以及模具、量具和刃具等表面处理。

四　任务实施

根据20CrMnTi变速箱齿轮的工作条件、失效形式及对变速箱齿轮的技术条件要求确定：

为消除经过锻造的变速箱齿轮毛坯的内应力、细化晶粒、均匀组织，并改善切削加工性能，为淬火作好组织准备，可采用退火或正火作为预备热处理。由于变速箱齿轮尺寸较小，且厚度较均匀，在正火、退火均可使用的前提下，为提高工作效率，宜选用正火作为预备热处理。

因零件硬度较高，除磨削加工之外不宜进行其他形式的切削加工，故最终热处理均安排在半精加工之后，磨削加工之前。采用的最终热处理工艺为：先渗碳，使表面碳含量增加，心部仍维持低的含碳量，保持心部较高的强度和冲击韧性；渗碳之后进行淬火和低温回火，使轮齿表面硬度达到高硬度要求，心部仍维持较低的硬度。

变速箱齿轮的加工工艺路线为：下料→锻造→正火→粗、半精切削加工→渗碳→淬火、低温回火→喷丸处理→加工花键→磨端面→磨齿→最终检验。

五　能力训练

C616车床主轴的热处理工艺

主轴在机床上是传递动力的零件，常承受弯曲、扭转、疲劳、冲击载荷，同时在滑动与转动部位受摩擦作用，因此主轴性能要求具有高强度、高硬度、足够的韧性及疲劳强度、变形要小。

如图2－30所示的C616车床主轴采用45钢制造。

图2-30　C616车床主轴

热处理工艺路线为：粗加工→正火→机加工→高频淬火→回火→磨削。

正火：840℃～860℃，1h～1．5h后空冷，工艺曲线如图2－31所示。

图2-31　机床主轴正火工艺曲线

图2-32　机床主轴高频感应淬火回火工艺曲线

高频感应淬火：860℃～880℃水冷，220℃～250℃、1．5h回火，硬度为45～50HRC，工艺如图2－32所示。

六　经验交流

常见热处理缺陷及对策

1．过热与过烧

工件在热处理时，若加热温度过高或保温时间过长，使奥氏体晶粒显著长大的现象称为过热，过热一般可以用正火来消除。

若加热温度接近开始熔化的温度，使晶界处产生熔化或氧化的现象称为过烧，过烧无法挽回，只能报废。

2．氧化与脱碳

氧化是指工件被加热介质中的O2、CO2、H2O等氧化后，使其表面形成氧化皮的现象。

脱碳是指工件表面的碳被加热介质中的O2、CO2、H2O等烧损，使其表面含碳量下降的现象。

氧化和脱碳不仅降低工件的表面硬度和疲劳强度，而且增加淬火开裂的倾向。在现代热处理生产中，为防止氧化和脱碳，常采用可控气氛热处理和真空热处理。

3．变形和开裂

工件在热处理时尺寸和形状发生的变化称为变形。变形是热处理较难解决的问题，一般是将变形量控制在一定范围内。

开裂要绝对避免，因为工件开裂后只能报废。

为减少和防止变形和开裂，应采取以下措施：正确选用钢材；合理进行结构设计；合理的锻造与预备热处理；采用合理的热处理工艺；冷、热加工密切配合以及正确的操作方法等。

热处理新工艺

在20世纪70年代和80年代，国内外热处理得到迅速发展，新工艺不断出现。现作简单介绍，以便有一个初步的了解。

1．真空热处理

真空热处理特别是真空淬火是随着航天技术的发展而迅速发展起来的新技术，是将工件置于低于一个大气压的封闭环境中进行的热处理工艺，包括真空退火、真空淬火和真空化学热处理等。它具有无氧化、无脱碳、质量高、节约能源、无污染等优点，但设备复杂、成本高、维护调试要求高。多用于工具、模具、精密零件以及一些特殊要求的工件热处理。

2．激光热处理

激光热处理是用高能激光束扫射金属零件表面，被扫射的表面以极快速度加热，使温度上升到相变点以上，随着激光束离开工件表面，表面的热量迅速向工件本体传递，使表面以极快速度冷却，从而实现表面淬火。

激光淬火表面光洁、变形极小、表面组织晶粒细小、硬度和耐磨性好，还能对具有微孔、沟槽、盲孔等其他热处理方法不能解决的复杂形状工件的表面进行淬火。但激光热处理电光转换效率低（10%左右）、零件表面需预先黑化处理，而黑化处理成本较高、一次投资较高。

3．电子束加热处理

电子束加热是将从灯丝发出的电子流，经加速及聚焦后射向零件，使零件表面加热。电子束加热的作用和处理方式与激光加热基本相同，但零件表面不需要黑化处理，电光转换效率高达90%以上，因而这两点优于激光加热。由于电子束加热必须在真空设备中进行，所以零件表面质量也比激光加热好。

电子束热处理已在军用飞机涡轮主轴承环的滚道接触面，以及汽车零件上得到广泛应用。

4．太阳能热处理

利用高密度太阳能进行零件局部表面淬火的试验，由我国首创。试验成果已应用到用30CrNi3钢制造的机枪枪机体的局部淬火的批量生产中。机枪枪机体需硬化的部位被称为弹底窝，是凹曲面，火焰加热和感应加热均有困难，唯有利用太阳能才满足它的热处理技术要求。

5．超塑形变热处理

超塑成形与热处理相结合，构成节能、省料、高效、优质的超塑形变热处理工艺。

预形变热处理主要是使具有铁素体＋碳化物组织的钢预先冷变形，随后的热处理条件应使加工硬化引起的组织变化保存下来，图2－33为预形变热处理的工艺曲线。

图2-33　预形变热处理的工艺曲线

这种变形热处理的强化效应是：冷加工硬化所产生的缺陷在中间回火和淬火及最终回火后保留下来，因回火后钢的稳定性比普通淬火后高，所以回火后钢可以获得高的硬度和强度。

6．流动化热处理

流动化热处理在国外又称蓝热，其原理如图2－34所示。隔板只能通过气体，不能通过粉末。在隔板上撒一层Al2O3或Zr砂粉，并从底部送气，粉末就像气体一样流动。

图2-34　流动化加热

其优点是：传热优良，加热快、均匀，控温准确，零件歪曲和开裂倾向小，操作准确，无毒无公害。这种热处理使用范围广，能送入各种气氛，可进行渗碳、渗氮等。逐渐代替熔融盐、水、油、空气冷却，可用于分级淬火和高速钢的淬火。

7．循环热处理

与一般热处理的区别是在恒温的温度下没有保温时间，在循环加热和以适当速度冷却时多次发生相变，如图2－35所示。每一牌号的钢加热循环次数由试验方法确定，这种热处理可大大提高钢和铸铁的性能。

图2-35　中温循环热处理工艺曲线

问题讨论

1．简述共析钢的奥氏体化过程。

2．试画出共析钢的过冷奥氏体等温转变曲线，以此说明各种转变产物的名称、转变温度区范围及转变产物的性能。

3．热处理使钢奥氏体化时，原始组织以粗粒状珠光体好还是以细片状珠光体好？为什么？

4．珠光体、贝氏体和马氏体的组织和性能有什么区别？

5．简述退火、正火的概念、目的、种类和应用范围。

6．淬火的目的是什么？亚共析钢和过共析钢淬火加热温度如何选择？

7．对淬火来讲，什么样的冷却介质才是理想的？

8．试述淬透性和淬硬性的概念。

9．为什么淬火后的钢一般都要紧接着进行回火？指出各种回火得到的组织及适用范围。

10．为了改善碳素工具钢的切削加工性，应采用何种预备热处理？

①完全退火　②再结晶退火　③球化退火

11．一个工件原始组织中含有网状碳化物，制订热处理工艺使其获得回火马氏体组织。

12．什么是化学热处理？它与普通热处理有什么不同？

13．表面淬火的目的是什么？有几种表面淬火方法？

14．现有三个形状、尺寸、材质（低碳钢）完全相同的齿轮，分别进行普通整体淬火、渗碳淬火和高频感应加热淬火，使用最简单的方法把它们区别出来。

15．某柴油机的凸轮轴，要求表面有高的硬度（HRC＞50），而心部具有良好的韧性（AKU＞40J）。原来用45钢调质处理，再在凸轮表面进行高频淬火，最后低温回火。现因45钢已用完，拟改用20钢代替，试说明：

（1）原45钢各热处理工序的作用；

（2）改用20钢后，其热处理工序是否应进行修改？应采用何种热处理工艺最恰当？

16．确定下列钢件的退火工艺，并说明其退火目的和退火后组织。

（1）经冷轧后的15钢板；

（2）ZG270－500的主钢齿轮；

（3）锻造过热的60钢坯；

（4）具有片状珠光体的T12钢坯。

17．甲、乙两厂同时生产一批45钢零件，硬度要求为220～250HBS。甲厂采用调质处理，乙厂采用正火处理，都可达到硬度要求，试分析甲、乙两厂产品的组织和性能的差别。

18．下列零件均选用锻造毛坯。试为其选择热处理方法，并写出简明的工艺路线。

（1）机床变速箱齿轮，模数m＝4，要求齿面耐磨，心部强度和韧性要求不高，选用45钢；

（2）重载荷工作的镗床镗杆，要求精度很高，并在滑动轴承中运转，镗杆表面应具有高硬度，心部应具有较高综合力学性能，选用38CrMoAl钢。

19．现有T12钢制作的丝锥，成品硬度要求60HRC以上，加工工艺路线为：轧制—热处理—机加工—热处理—机加工。试写出上述热处理工序的方法及其作用。

20．某发动机轴承是用GCr15制造的，它经淬火和回火后达到所需要性能，正常操作条件下似乎满足要求，但在零度以下暴露一段时间后发动机失效了。拆卸后发现轴承尺寸明显胀大的同时，轴承中出现不少脆性裂纹，失效的原因是什么？