贝氏体等温淬火工艺及其在GCr15钢精密轴承加工中的应用详解

61、贝氏体等温淬火

钢材或钢件进行加热，使其奥氏体化。接着快速冷却到贝氏体转变温度区域，这个区域是 260 到 400℃。然后在该温度区域进行等温保持，这样能使奥氏体转变为贝氏体，这是一种淬火工艺。有时这种工艺也被称作等温淬火。该工艺可应用于要求变形小且韧性高的合金钢工件。

已知 GCr15 钢精密轴承的加工工艺路线包含下料、锻造等步骤。其中超细化处理的相关情况如下：未提及具体加热温度和冷却方法等参数；淬火的情况为：未提及具体加热温度和冷却方法等参数；冷处理的情况为：未提及具体加热温度和冷却方法等参数；回火的情况为：未提及具体加热温度和冷却方法等参数；稳定化处理的情况为：未提及具体加热温度和冷却方法等参数。采用这些工艺的目的：未提及具体目的相关内容。

预备热处理：在 1050℃下保持 20 到 30 分钟。高温固溶之后，在 320 到 340℃下保持 2 小时。接着等温升温至 735 到 740℃并保持 3 小时。然后炉冷至 600℃，最后出炉空冷。这样做有利于提高淬火后获得细小针状马氏体组织的效果，并且能够提高冲击韧度、耐磨性和疲劳强度。

淬火：先在 835 到 850℃的温度下加热 45 到 60 分钟，且是在保护气氛中进行加热；接着在 150 到 170℃的 10 号机油中冷却 5 到 10 分钟；之后再在 30 到 60℃的油中进行冷却。

冷处理：清洗后在-40~-70℃×1~1.5h深冷处理。

回火：160~200℃×3~4h回火。

粗磨之后进行温度为 140 到 180℃且时间为 4 到 12 小时的处理；精磨之后进行温度为 120 到 160℃且时间为 6 到 24 小时的处理。

什么是实际晶粒度呢？从热处理生产的实际情况来考虑，应该选用哪种晶粒钢比较合适呢？

实际晶粒度指的是在某一特定的实际热处理加热条件之下，所最终获得的晶粒的大小。

从热处理生产的角度来看，为了能够获得细小的奥氏体晶粒，最好选用本质细晶粒钢。因为这样一来，它的晶粒长大倾向会比较小，淬火温度的范围也会比较宽，在生产过程中也就更容易掌握。

64、碳氮共渗时出现的黑色组织是什么？如何避免？

黑色组织是指碳氮共渗表层中出现的黑点，黑带和黑网。

为避免黑色住址的出现，渗层中的氮含量不能过高，通常一旦超过 Wn0.5%，就容易出现点状黑色组织。同时，渗层中的氮含量也不能过低，不然容易形成托氏体网。所以，氨的加入量要恰当，若氨气量过高，炉气的露点就会降低，这些情况都会促使黑色组织的出现。

为了出现一只拖氏体网，能够适当提升淬火加热温度，并且采用冷却能力较强的冷却介质。当黑色组织深度小于 0.02mm 时，还可以通过喷丸强化来进行补救。

65、珠光体有哪几类？他们的形态和性能特点是什么？

珠光体的组织形态可以分为两类：片状珠光体和粒状珠光体。

（1）片状珠光体

是由相互交替排列的渗碳体和铁素体所组成

而奥氏体的富碳又会促使渗碳体沿着奥氏体—铁素体界面形核并长大。如此反复交替，最终会形成片状珠光体。珠光体以这种方式向横向发展的同时，片状铁素体前沿的奥氏体中的碳会向渗碳体的前沿扩散，这促使转广体沿着纵向长大，其结果就是形成了珠光体领域。在一个奥氏体晶粒内，能够形成若干个珠光体领域。

珠光体的片间距指的是珠光体中相邻两片渗碳体之间的平均距离。它的大小主要由转变温度（过冷度）来决定。转变温度越低，片层间距就会越小，此时珠光体组织会越细，渗碳体的弥散度也会越大。

（2）粒状珠光体

粒状珠光体的形成是渗碳体和铁素体交替析出的过程。在这个过程中，渗碳体的析出是以奥氏体晶粒内未溶碳化物或富碳区作为非自发晶核。因为各项成长近似一致，所以最终形成了在铁素体基体上均匀分布着粒状（球状）渗碳体的粒状珠光体。一般认为，奥氏体化温度较低有利于形成粒状珠光体。

（3）珠光体的力学性能

片状珠光体的强度较高，硬度也较高。它的强度和硬度会随着片层间距的减小而不断提高。粒状珠光体的强度和硬度相对较低，然而它的塑性较好，韧性也较好。

为了在加热过程中让钢获得细小的奥氏体晶粒度，需要采取哪些措施呢？ 要使钢达到这种状态，有哪些办法可以采用呢？ 在加热钢的时候，怎样做才能获得细小的奥氏体晶粒度呢？ 为获取细小的奥氏体晶粒度，在加热钢时可以采取哪些举措呢？ 为让钢在加热过程中拥有细小的奥氏体晶粒度，应当采取哪些措施呢？

加热温度与保温时间的关系：温度越高且保温时间越长，奥氏体晶粒的生长速度就越快，晶粒也越粗大。奥氏体晶粒的长大速度会随着温度的升高而按照指数关系增加；并且在高温状态下，保温时间对晶粒长大所产生的影响比在低温时要大。

加热速度较大且过热度较大时，奥氏体的实际形成温度会变高。因为形核率与长大速度的比值增大了，所以能够获得较小的初始晶粒。这表明快速加热能够得到细小的奥氏体晶粒。

钢的化学成分方面，当钢种的碳含量增加，然而又没有达到能够形成未溶碳化物的程度时，奥氏体晶粒会容易出现长大并粗化的情况。基于此，共析碳钢相较于过共析碳钢，对过热现象更为敏感。

钢的原始组织情况如下：一般来说，原始组织越细，或者原始组织属于非平衡组织，那么碳化物的分解度就会越大，这样得到的奥氏体起始晶粒就会越细小。然而，与此同时，钢的晶粒长大倾向会增加，过热敏感度也会增大。基于此，对于原始组织极细的钢，不适合采用过高的加热温度和过长的保温时间。

第一类回火脆性是如何产生的呢？第二类回火脆性又是怎样产生的呢？产生回火脆性之后怎样去消除它呢？

碳钢在 200 到 400°C 的温度范围内进行回火时，会出现室温冲击韧度下降的情况，从而导致脆性产生。这种情况就是第一类回火脆性，也被称为回火马氏体脆性。对于合金钢来说，这类脆性发生的温度范围稍微高一些，大约在 250 到 450 度之间。

如果零件回火后产生第一类回火脆性则需重新加热淬火方可消除。

第二类回火脆性：某些合金钢在 450 度到 650 度的温度范围内回火后，若缓慢冷却通过该温度范围，会出现冲击韧度降低的情况。这类已产生脆性的钢，再次加热到预订的回火温度（稍高于造成脆化的温度范围）并快速冷却至室温，脆性就会消失。因此，又称为可逆回火脆性。

68、何谓钢的淬透性？

钢在淬火时能够获得马氏体，这种能力也就是钢被淬透的深度大小，此深度大小被称为淬透性。钢的淬透性大小与钢的临界冷却速度有关。C 曲线位置越靠右，临界冷却速度就越小，而淬透性也就越大。

69、影响淬透性的因素有哪些？

奥氏体含碳量增加时，其稳定性会增加，并且会使 C 曲线向右移动，这体现了含碳量的影响。

合金元素的影响在于，除 Co 以外的其他合金元素都能够提升钢的淬透性。

总之，加热速度越快，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，等温转变速度就越快，会使 C 曲线左移。

在进行热处理时，需要对奥氏体晶粒的长大进行控制。接下来分析影响奥氏体晶粒长大的因素，以及控制奥氏体晶粒长大的措施。

加热温度与保温时间的关系为：加热温度越高，保温时间越长时，奥氏体晶粒会越粗大，其中加热温度起着主要作用。

加热速度较快时，过热度会越大。若能使形核率和长大速度的比值增大，便可细化晶粒，同时奥氏体的实际晶粒度也会越高。

3）钢的化学成分：

①碳素钢—共析钢较过共析钢易于过热；

合金钢在钢中加入如 Ti、V、Vr、Nb、W、Mo、Cr 等碳、氮化物形成元素，这些元素会强烈阻碍奥氏体晶界的迁移，从而使晶粒得以细化。用 Al 脱氧的钢，其晶粒较为细小；而用 Si 脱氧的钢，其晶粒则相对较粗。

原始组织情况如下：当原始组织较为细小的时候，或者原始组织为非平衡组织的时候，钢的晶粒度长大的倾向会增大，并且晶粒容易出现粗化的现象。

铸铁通常被分为几大类呢？这些铸铁中碳的存在形式分别是什么？它们对铸铁性能又有着怎样的影响呢？

灰铸铁具备高的抗压强度，其耐磨性优良，消振性也良好，并且缺口敏感较低。

球墨铸铁：它既有灰铸铁的某些特点，同时又具备中碳钢那样的抗拉强度、弯曲疲劳强度，并且还具有良好的塑形与韧性。

但可锻铸铁不能进行锻造。

蠕墨铸铁的抗拉强度优于灰铸铁，且塑性、疲劳强度等也优于灰铸铁，同时它接近铁素体基体的球铁合金铸铁。另外，蠕墨铸铁的热导性优于球铁，铸造性优于球铁，可切削加工性也优于球铁，并且与灰铸铁相近。

举例说明提高模具寿命可以采用哪些有效的热处理工艺方法，并且简要进行说明。比如可以采用淬火工艺，通过快速冷却使模具获得高硬度和良好的耐磨性；还可以采用回火工艺，消除淬火应力，提高模具的韧性；采用退火工艺，降低模具的硬度，改善其加工性能；采用正火工艺，细化晶粒，提高模具的力学性能；采用调质处理，既具有较高的强度又有良好的韧性。以上仅列举了五种热处理工艺方法，实际上还有其他方法也可用于提高模具寿命。

5CrMnMo 钢热锻模复合渗处理工艺：在 850 - 900℃的高温下进行淬火，此淬火利用 C、N 共渗；接着在 500℃进行高温回火；在保持钢的耐热性、耐磨性以及一定硬度的前提下，再于 540℃进行 4 小时的气体氮碳共渗。

5CrNiMo 钢热锻模的强韧化以及表面复合渗工艺如下：首先在 950℃进行淬油处理；接着将其预淬至 180 - 260℃；然后在 280℃进行等温处理；最后在 450℃进行回火。

最后 640℃×8h 进行第二次回火。

5Cr2NiMoVSi 钢锤锻模镶块的强韧化热处理工艺：先加热至 1150 - 1200℃，接着始锻温度是 1150℃，终锻温度为 850℃，锻后堆冷。

3Cr2W8V 钢压铸模进行气体氮碳共渗处理：在 580℃的温度下处理 4.5 小时，使用 50%的甲醇和 50%的氨作为共渗剂，处理后采用油冷的方式。

稳定化处理的工艺参数（加热温度和冷却方法）及目的需具体阐述。

超细化热处理工艺包括：将材料在 1050℃下加热 20 至 30 分钟进行高温处理；接着在 250 至 350℃的盐槽中进行 2 小时的等温处理；然后在 690 至 720℃下加热 3 小时，并随炉冷却至 500℃后出炉空冷。

淬火：先在 835～850℃的温度下加热 45～60 分钟，且要在保护气氛中进行；然后将其在 150～170℃的油中冷却 5～10 分钟；最后再在 30—60℃的油中冷却。

冷处理的方式为：先进行清洗，然后将其置于-40—-70℃的环境中，持续处理 1～1.5 小时。

粗磨之后进行温度在 140 到 180℃之间，时间为 4 到 12 小时的热处理；精磨之后进行温度在 120 到 160℃之间，时间为 6 到 24 小时的热处理。

为什么加工机床齿轮时通常选用 45 钢等材料呢？而汽车齿轮的材料为 20CrMnTi 等。请分别制定它们的加工工艺路线，以及采用热处理工艺的目的分别是什么。

机床齿轮工作时平稳且无强烈冲击，其负荷不大，转速处于中等水平。因为对齿轮心部的强度和韧性要求不高，所以通常会选用 40 钢或 45 钢来制造。汽车和拖拉机的齿轮工作条件较为恶劣，它们受力比较大。在超载以及启动、制动和变速时，会频繁受到冲击。对于耐磨性、弯曲疲劳强度、接触疲劳强度、心部强度和韧性等性能方面的要求都比较高。用中碳钢或者中碳低合金经高频感应加热表面淬火，已经无法保证其使用性能了。

最后进行精磨，从而得到成品。调质处理能让齿轮具备较高的综合力学性能。它可以提高齿心的强度和韧性，使齿轮能够承受较大的弯曲应力和冲击载荷，同时还能减小淬火变形。高频感应加热表面淬火能够提升齿轮表面的硬度和耐磨性，增强齿面的接触疲劳。低温回火在不降低表面硬度的前提下，可以消除淬火应力，防止产生磨削裂纹，提高齿轮的抗冲击能力。

汽车齿轮的加工工艺路线包含以下步骤：首先进行下料操作；接着进行锻造；然后进行正火处理；之后进行机加工；再进行渗碳和淬火以及低温回火；之后进行喷丸处理；接着进行磨加工；最后形成成品。正火处理能让组织变得均匀，还能调整硬度，改善切削加工性；渗碳可以提升齿面碳的质量分数，其范围是 0.8%到 1.05%；淬火能够提高齿面硬度，并且获得一定的淬硬层深度，该深度为 2.8 到 1.3mm，进而提高齿面的耐磨性和接触疲劳强度；低温回火的作用在于消除淬火产生的应力，避免磨削出现裂纹，提升冲击抗力；喷丸处理可以使齿面硬度大约提高 1 到 3HRC，增加表面的残余压应力，以此来提高接触疲劳强度。

75、回火脆性的类型及解决办法。

淬火钢在回火过程中，随着回火温度逐渐升高，会在某一特定的回火温度范围内，出现使钢的冲击韧性显著下降，同时脆性显著增大的现象。这种现象分为第一类和第二类。

淬火钢在 250℃到 400℃之间回火时会出现不可逆回火脆；淬火钢在 450℃到 650℃之间回火时会出现可逆回火脆。

其二，在脆性温度进行短时间回火，快冷不会产生，而慢冷则会产生。若重新加热且在脆性温度进行短时间回火，快冷便可消除。

冷作模具钢进行微细化热处理的目的是什么？Cr12MoV 钢的循环超细化处理工艺是怎样的？

目的：微细化热处理包含两个方面，一是钢种基体组织的细化，二是碳化物的细化。组织细化能够提升钢的强韧性，而碳化物细化有助于增强强韧性以及耐磨性。

工艺包括：将材料加热至 1150℃进行淬火，接着在 650℃进行回火；然后将材料加热至 1000℃进行油淬，之后在 650℃再次回火；再将材料加热至 1030℃进行油淬，接着在 170℃等温 30 分钟后空冷，最后在 170℃进行回火。

淬火态钢中常见的马氏体有哪些？其亚结构是什么？性能特点怎样？形成条件又是什么？

片状：多见于中高碳且在 200℃以下的情况，其亚结构为孪晶，性能表现为硬度高，但脆性大。

78、铸锭中的主要缺陷有哪些？

1）缩孔、缩松气孔及夹杂物等

2）偏析：宏观偏析（正常偏析、反偏析、比重偏析）；显微偏析

79、制造铸造铝合金的固溶处理工艺应遵循哪些原则？

1）淬火温度：一般比最大溶解度温度略低一些。

淬火加热时，为了避免铸件过热与变形，最好是将其在 350℃以下的低温状态下入炉，接着让其随炉以缓慢的速度加热到淬火温度。

3）保温时间：保温时间较长，一般为3~20h。

4）冷却方式：一般在热水中冷却。

说明不同铝合金强化的手段有哪些？对于 ZL104 汽油机，采用哪种热处理可以提高其强度？

形变铝合金的强化方式有冷变形强化（也就是加工硬化）以及热处理强化（包括固溶和时效强化）；铸造铝合金的强化方式有变质处理（能细化组织）以及固溶和时效。

ZL104 铝合金进行（535±5）℃×3h 的固溶处理，以及（175±5）℃×9h 的处理。此工艺是以砂型浇铸为基础，时效时间相对较长。当采用钠变质和金属型低压浇铸时，ZL104 铝合金在 175℃×5h 时效过程中，会在基体里形成 GP 区，强化作业效果较为显著。

工业生产中，为了控制金属结晶时的晶粒大小，通常会采用哪些方法来细化晶粒呢？

1）增加环境冷却能力。

2）化学变质法。

3）增加液体流动。

W18Cr4V 钢为改善切削加工性能应进行何种热处理？

15Cr：正火；

20Cr2Ni4：正火+回火；

40Cr：调质；

5CrMnMo：退火；

GCr15：球化退火；

W18Cr4V：球化退火。

试分析在正常淬火条件下，20 钢的淬透性和淬硬性情况；试比较在正常淬火条件下，45 钢的淬透性和淬硬性情况；试分析在正常淬火条件下，40Cr 钢的淬透性和淬硬性情况；试比较在正常淬火条件下，T8 钢的淬透性和淬硬性情况；试分析在正常淬火条件下，65 钢的淬透性和淬硬性情况。

淬透性由高到低：40Cr、T8、65、45、20；

淬硬性由高到低：T8、65、45、40Cr、20。

84、能否用W18Cr4V钢制造冷冲模，为什么？

可以用于制作模具，不过通常在对模具要求高强度、高耐磨性且少冲击的情况下使用。然而，因其韧性不佳，材质特性较脆，价格又贵，所以不建议将其用作冷冲模。

45 钢经调质处理后期望硬度为 217HB 至 255HB。然而热处理后发现硬度偏高，那么能否通过减慢回火时的冷却速度来使硬度降低呢？倘若热处理后硬度偏低，能否依靠降低回火时的温度让硬度提高呢？需说明其原因。

1）不可以，需要调整回火温度；

2）不可以，需要重新淬火后降低回火温度。

中型拖拉机发动机曲轴需要具备较高强度以及较好韧性，并且曲轴轴颈要具有良好的耐磨性（50HRC 至 55HRC）。其一，要选择合适的材料并写出钢号；其二，需制定加工制造的简明工艺路线；其三，要说明在使用状态下曲轴的组织以及曲轴轴颈表面的组织。

20MnVB 属于合金渗碳钢。

最终制成成品。

心部组织：细片状珠光体；表面组织：回火马氏体

87、使用硝盐浴炉时，需要注意哪些安全措施？

要注意防爆等安全措施。硝盐浴炉中，若有局部温度超过 595℃，就可能着火或爆炸，所以使用温度需严格控制在 550℃以下。硝盐混合物是氧化型的，不能与容易被氧化的材料混合。不能用微细的碳化材料作硝盐的覆盖物，也得避免渗碳炉出料端聚集的贪黑对硝盐浴炉造成污染。在处理镁合金轻金属时，盐浴最高温度有一定规定。

在制定热处理工艺时，对于以下几种形状的工件，需要考虑如何计算加热的有效厚度。 一种形状的工件，要思考怎样计算其加热的有效厚度。 另一种形状的工件，需探讨如何去计算加热的有效厚度。 还有其他形状的工件，同样要研究如何计算加热的有效厚度。

1）圆棒形状：以直径计算；

2）扁平工件：以厚度计算；

3）实心圆锥体：按大端的1/3高度处的直径计算；

4）阶梯轴或截面突变的工件：按较大直径或较大截面计算。

89、制定铸造铝合金的固溶处理工艺应遵循哪些原则？

淬火温度的选择情况如下：淬火温度通常要比最大溶解度温度稍微低一些，这样做是为了避免出现过烧的情况或者产生裂纹。

淬火加热方式如下：为避免铸件过热与变形，一般在空气循环炉内进行加热操作。同时，为防止变形，最好是以 350 度以下的低温将铸件送入炉内，接着让其随炉缓慢地加热至淬火温度。

铸铝合金的晶粒比较粗大，过剩相的溶解存在困难，所以保温时间需要较长。通常情况下，保温时间为 3 至 20 小时，并且保温时间与工件的厚度关联不大。

铸件形状复杂，内部缺陷较多，导致其强度与塑性降低。冷速过快的话，会使铸件产生严重变形。所以，在淬火之后，应该在热水中进行冷却。

什么是马氏体相变塑性现象？“TRIR”钢是什么？它的性能特点又是什么？

金属及合金在发生相变过程时，其塑性会增加。通常在低于母相屈服极限的条件下，就会发生塑性变形，这种在相变过程中出现的塑性变形被称为相变塑性。

有几种钢是利用马氏体相变塑性设计出来的，这些钢的 Ma 高于室温而 Ms 低于室温。在常温下形变时，会诱发形成 M，M 的转变又会反过来诱发塑性提高。这种钢兼具很高的强度和塑形，所以被称为相变诱发塑性（TRIR）钢。