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      鋼管加工之金屬材料熱處理工程師必備的熱處理基礎知識(1)

      金屬材料熱處理工程師必備的熱處理基礎知識(1)


      今天分享一下見習材料熱處理工程師的考試題,這些題是作為一名合格的熱處理工程師必須具備的基礎知識,希望搞熱處理的朋友抽空看一下,也行對大家有幫助,新入門的更要看了,當然也可以作為企業員工培訓使用。

      因內容較多,咱們分為4次分享。

      1、常用的淬火方法有哪些,說明選用不同淬火方法的原則?

      單液淬火——在一種淬火介質中冷卻到底的工藝,單液淬火組織應力熱應力都比較大,淬火變形大。

      雙液淬火——目的:在650~Ms之間快冷,使V>Vc,在Ms以下緩慢冷卻,以降低組織應力。碳鋼:先水后油。合金鋼:先油后空氣。

      分級淬火——將工件取出后在某一溫度停留使工件內外溫度一致,然后空冷的工藝,分級淬火是在空冷時發生M相變得,內應力小。

      等溫淬火——指在貝氏體溫度區等溫,發生貝氏體轉變,內應力減小,變形小。

      淬火方法選擇的原則既要考慮滿足性能的要求,同時要盡量降低淬火應力,以免淬火變形與開裂。

      2、化學氣相沉積與物理氣象沉積技術的區別是什么,它們的主要應用場合?

      化學氣象沉積主要是CVD法,含有涂層材料元素的反應介質在較低溫度下氣化,然后送入高溫的反應室與工件表面接觸產生高溫化學反應,析出合金或金屬及其化合物沉積于工件表面形成涂層。

      CVD法的主要特點:1)可以沉積各種晶態或非晶態的無機薄膜材料。2)純度高,集體的結合力強。3)沉積層致密,氣孔極少。4)均度性好,設備及工藝簡單。5)反應溫度較高。

      應用:在鋼鐵、硬質合金、有色金屬、無機非金屬等材料表面制備各種用途的薄膜,主要是絕緣體薄膜,半導體薄膜,導體及超導體薄膜以及耐蝕性薄膜。

      物理氣象沉積:氣態物質在工件表面直接沉積成固體薄膜的過程稱PVD法。有三種基本方法,真空蒸鍍,濺射鍍膜和離子鍍。應用:耐磨涂層,耐熱涂層,耐蝕涂層,潤滑涂層,功能涂層裝飾涂層。

      3、說明疲勞斷口的微觀形貌和宏觀形貌。

      微觀:是在微觀電子顯微鏡下觀察到的條形花樣,稱為疲勞條帶或疲勞輝紋。疲勞條帶有延性和脆性兩種,疲勞條帶具有一定的間距,在某種特定的條件下,每條條紋與一次應力循環相對應。

      宏觀:多說情況下具有脆性斷裂特征,不發生肉眼可見得宏觀變形,典型的疲勞斷口由裂紋源區、裂紋擴展區、和最終瞬斷區組成。疲勞源面積較少平坦有時呈光亮鏡面,裂紋擴展區呈河灘或貝殼花樣,有一些間距不等的疲勞源為圓心的平行弧線。瞬斷區的微觀形貌取材料的特性載荷方式與大小等,可能為韌窩或準解離,解離沿晶斷口或混合形。

      4、指出感應加熱淬火常出現的三種質量問題,試分析其原因。

      1)開裂:加熱溫度過高、溫度不均;淬火介質及溫度溫度選擇不當;回火不及時且回火不足;材料淬透性偏高,成分偏析、有缺陷,含過量夾雜物;零件設計不合理。

      2)表面硬度不均:感應結構不合理;加熱不均;冷卻不均;材料組織不良(有帶狀組織,局部脫碳。

      3)表面熔化:感應器結構不合理;零件存在尖角、孔、糟等;加熱時間過長等,工件表面有裂紋。

      5、高速鋼低高溫回火新工藝特點是什么?(以w18Cr4v為例)為什么它比普通回火后的力學性能好?

      W18Cr4v鋼1275加熱淬火+320*1h+540到560*1h*2次回火。

      1)低高溫回火高速鋼比普通回火高速鋼的m2c型碳化物析出充分,M2c、V4c及Fe3c型碳化物彌散度大、均勻性好,而且有約5%到7%貝氏體存在,這是低高溫回火高速鋼性能優于普通回火的重要組織因素。

      6、常用可控氣氛有那些種類?簡述每種氣氛的特點和應用。

      有吸熱式氣氛、滴注式氣氛、直身式氣氛、其他可控氣氛(氮機氣氛、氨分解氣氛、放熱式氣氛)等。

      1)吸熱式氣氛是將原料氣按一定比例同空氣混合,在高溫下經過觸媒,反應生成主要含CO、H2、N2和微量CO2、O2和H2O的氣氛,由于該反應要吸收熱量,故叫吸熱式氣氛或RX氣。用于滲碳、碳氮共滲。

      2)滴注式氣氛是將甲醇直接點入爐內裂解,生成含CO、H2的載體,再添加富化劑進行滲碳;較低溫度下的碳氮共滲、保護加熱光亮淬火等。

      3)將滲劑如天然氣和空氣一定比例混合后直接通入爐內,在高溫下900反應直接生成滲碳氣氛。氨分解氣用于滲氮載氣、鋼鐵或有色金屬低溫加熱保護氣氛。氮基氣氛用于高碳鋼或軸承鋼的保護效果好。放熱式氣氛用于低碳鋼、銅材光亮熱處理或可鍛鑄鐵的脫碳退火。

      7、球墨鑄鐵等溫淬火目的是什么?等溫溫度及等溫淬火后的組織是什么?

      目的:球墨鑄鐵奧氏體化后在貝氏體轉變區進行等溫淬火可獲得良好的力學性能和小的畸變。

      等溫溫度: 260~300℃ 獲得下貝氏體組織; 350~400℃ 獲得上貝氏體組織。

      8、簡述常用的化學熱處理(滲碳、滲氮、碳氮共滲和氮碳共滲)的工藝主要特點、熱處理后的組織和性能特點,主要適用于哪些材料或零件?

      滲碳:主要是向工件表面滲入碳原子的過程,表層回火馬氏體,殘A及碳化物,心部目的是提高表層碳含量,具有高硬度高耐磨性,心部具有一定的強度和高韌性,使其承受大的沖擊和摩擦,低碳鋼如20CrMnTi,齒輪和活塞銷常用。

      滲氮:向表面滲入氮原子,是表面硬度耐磨性疲勞強度和耐腐蝕性以及熱硬性提高,表層是氮化物,心部回火索氏體,有氣體滲氮,液體滲氮等,常用38CrMoAlA,18CrNiW。

      碳氮共滲:碳氮共滲溫度低,速度快,零件變形小。表層組織為細針回火馬氏體+顆粒狀碳氮化合物Fe3(C、N)+少量殘余奧氏體。 具有較高的耐磨性和疲勞強度及抗壓強度,并兼有一定的耐蝕性。常應用于低中碳合金鋼制造的重、中負荷齒輪。

      氮碳共滲:氮碳共滲工藝共滲速度較快,表面硬度略低于滲氮,但抗疲勞性能好。主要用于受沖擊負荷小,要求耐磨、疲勞極限較高及變形小的零件和工模具。一般鋼零件 碳素結構鋼,合金結構鋼,合金工具鋼,灰鑄鐵,球墨鑄鐵和粉末冶金等均可氮碳共滲。

      9、簡述熱處理工藝設計的原則

      1)工藝的先進性

      2)工藝可靠、合理、可行

      3)工藝的經濟性

      4)工藝的安全性

      5)盡量采用機械化、自動化程序高的工藝裝備

      10、熱處理工藝流程的優化設計應考慮哪些問題

      1)充分考慮冷熱加工工藝之間的銜接,熱處理工序的安排要合理;

      2)盡可能采用新技術,簡述熱處理工藝,縮短生產周期。在保證零件所要求的組織和性能的條件下,盡量使不同工序或工藝過程互相結合;

      3)有時為了提高產品質量,延長工件使用壽命,需要增加熱處理工序。

      11、簡述感應器設計所應遵循的原則

      1)感應器與工件的耦合距離應盡可能的近

      2)對于依靠線圈外壁加熱的工件必須加驅流導磁體

      3)對有尖角的工件感應器的設計避免尖角效應

      4)要避免磁力線的抵銷現象 5、感應器設計要盡量滿足工件在加熱時能回轉。

      12、設計人員在選材時應考慮哪些基本原則

      1)根據零件的工作條件,包括載荷類型及大小,環境條件及主要失效模式等選用材料;2)考慮零件的結構、形狀和尺寸大小等因素,對易產生淬火畸變和開裂的要選用淬透性較好,可采用油淬或水溶性淬火介質處理的材料;

      3)了解材料熱處理后的組織和性能,有些針對各種熱處理工藝方法開發的鋼種,其處理后的組織和性能會更好;

      4)在保證零件使用性能和壽命的前提下,應盡量選用可簡化熱處理工序,特別是能夠節省的材料。

      13、選擇金屬材料制造零件時應考慮哪些工藝性能

      1)鑄造性能

      2)壓力加工性能

      3)機械加工性能

      4)焊接性能

      5)熱處理工藝性能。

      14、磨損失效類型有幾種?如何防止零件的各類磨損失效?

      磨損類型:粘著磨損、磨粒磨損、腐蝕磨損、接觸疲勞。

      防止方法:對粘著磨損,合理選擇摩擦副配對材料;采用表面處理減小摩擦系數或提高表面硬度;減小接觸壓應力;減小表面粗糙度。對磨粒磨損,除在設計時減小接觸壓力和滑動摩擦距離一級改進潤滑油過濾裝置以清除磨粒外,還要合理選用高硬度材料;采用表面熱處理和表面加工硬化等方法提高摩擦副材料表面硬度。對于腐蝕磨損,選擇抗氧化材料;表面涂層;選用耐蝕材料;電化學保護;加緩蝕劑設計時減小拉應力的應力集中;進行去應力退火;選擇對應力腐蝕不敏感的材料;改變介質條件。對接觸疲勞,提高材料硬度;提高材料的純凈度,減少夾雜物;提高零件心部強度和硬度;減小零件表面粗糙度;提高潤滑油的粘度以降低油楔作用。

      15、鋼的化學熱處理的基本過程是什么?

      分解,吸附,擴散三部。

      16、試述加速化學熱處理的主要途徑有哪些?

      分段控制法的應用,復合滲處理,高溫擴散,采用加速擴散過程的新材料,化學催滲,物理催滲。

      17、“滲碳分段控制工藝法”的優越性是什么?

      防止工件表面氧化,利于擴散,使三個過程充分協調,減少工件表面形成炭黑的過程,加快滲碳的過程,保證得到過渡層較寬較平緩的優質滲層。

      18、通常情況下低碳鋼滲碳淬火后表層和心部的組織是怎樣的?

      由表面向心部依次為過共析,共析,過度亞共析,原始亞共析。

      19、什么是粒狀貝氏體?

      是由塊狀(等軸狀)的鐵素體和高碳的A區組成。

      20、說明球退的類型、目的及用途?

      普通球退:增加硬度,改善切削加工性,減少淬火畸變開裂。

      等溫球退:用于高碳工具鋼、合金工具鋼。

      循環球退:用于碳素工具鋼、合金工具鋼。

      21、亞共析鋼的淬火溫度常選在Ac3以上,而過共析鋼淬火加熱溫度為何選在Ac1-Acm之間,試從理論上加以分析?

      (1)亞共析鋼由于含量較低,原始組織P+F,若淬火溫度低于Ac3,則會有未溶F,淬火后將會出現軟點。對于過共析鋼,若溫度過高,過多的k’溶解,使片狀M的量增加,易造成變形和開裂,增加A’量,過多的k’溶解,又使鋼的耐磨性降低。

      (2)對于過共析鋼溫度過高,氧化脫碳傾向增大,使鋼的表面成分不均勻,MS高低不同,導致淬火開裂。

      (3)選擇淬火溫度Ac1+(30-50℃)可以保留未溶k’以提高耐磨性,使基體的含碳量降低,是鋼的強度塑性和韌性增加。

      22、高速鋼的低溫、高溫回火新工藝,會使高速鋼淬火回火件的壽命提高,試從理論加以分析?

      均勻析出ε和M3C使M2C,MC在二次硬化溫度范圍內更加均勻析出,促進部分殘余奧氏體轉變為貝氏體,提高強韌性。

      23、指出下列合金類型

      ZL104:鑄鋁

      MB2:形變鎂合金

      ZM3: 鑄鎂

      TA4 :α型鈦合金

      H68:黃銅

      QSn4-3:錫黃銅

      QBe2: 鈹黃銅

      TB2 : β型鈦合金

      24、何謂斷裂韌性?如何根據材料的斷裂韌性K1c、零件的工作應力σ和零件中的裂紋半徑長度α來判斷零件是否發生低應力脆斷?

      表明材料抵抗斷裂的能力的性能指標即為斷裂韌性。

      根據公式:

      材料熱處理工程師必備的熱處理基礎知識(1)


      如果 K1>K1c 則材料發生低應力脆斷。

      25、與剛相比灰鑄鐵的相變特點

      (1)鑄鐵是Fe-C-Si三元合金,共析轉變在一個很寬的溫度范圍,在此溫度內存在鐵素體+奧氏體+石墨;

      2)鑄鐵的石墨化過程易于進行,控制該過程得到鐵素體基體、珠光體基體及鐵素體+珠光體基體的鑄鐵;

      (3)通過控制奧氏體化溫度加熱、保溫、冷卻條件可在相當大的范圍內調整和控制A及轉變產物的碳含量;

      (4)與鋼相比,碳原子擴散距離較長;

      (5)鑄鐵的熱處理不能改變石墨的形狀和分布,只能改變集體的組織和性能。

      26、鋼加熱時A形成基本過程?影響A晶粒大小的因素?

      形成過程:A晶核的形成,A晶粒的長大,殘余滲碳體的溶解,A的均勻化;

      因素:加熱溫度、保溫時間、加熱速度、鋼的成分、原始組織。

      27、加速化學熱處理的主要途徑有哪些?比較一段滲碳,二段滲碳及動態碳勢控制特點?

      途徑:分段控制法,復合滲處理,高溫擴散。

      特點:采用加速擴散過程的新材料,化學催滲,物理催滲。

      28、基本傳熱方式有哪三種?分別舉例在熱處理爐節能中的應用?

      傳熱方式:傳導傳熱,對流換熱,輻射換熱;

      應用:

      1)傳導傳熱主要應用如爐墻的傳熱。

      2)對流傳熱主要表現在:爐氣、鹽浴中熔鹽、流動粒子爐中流動粒子與工件表面、爐墻表面與車間空氣之間四種形式。

      3)700度以上真空爐為輻射換熱。

      29、什么是碳氮共滲中出現的黑色組織?如何防止其產生?

      黑色組織是指黑點、黑帶、黑網。

      1)為了防止黑色組織出現,滲層中氮含量不宜夠高,一般大于0.5%就易出現點狀黑色組織;滲層中氮含量也不宜過低,否則易形成托氏體網。

      2)為抑制托氏體網,氨的加入量要適中,氨氣量過高,爐氣露點降低,均會促使黑色組織的出現。為了抑制托氏體網的出現,也可適當提高淬火加熱溫度或采用冷卻能力較強的冷卻介質。黑色組織深度小于0.02mm時采用噴完強化補救。

      30、簡述感應加熱淬火工藝參數選擇原則

      加熱方法:感應加熱淬火有同時加熱一次淬火和移動加熱連續淬火兩種方法可視設備條件和零件種類選擇。同時加熱的比功率一般采用0.5~4.0kw/平方厘米,移動加熱的比功率一般采用大于1.5kw/平方厘米。較長的軸類零件、管狀的內孔淬火零件、齒寬大的中模數齒輪、板條狀零件采用連續淬火;特大齒輪采用單齒連續淬火。

      加熱參數:1)加熱溫度,由于感應加熱速度快,為使組織轉變充分,淬火溫度比一般熱處理高30-50度;2)加熱時間:根據零件的技術要求、材料、形狀、尺寸電流頻率、比功率等多種因素而定。

      淬火冷卻方法及淬火介質:淬火加熱的淬火冷卻方式通常采用噴射冷卻和侵入冷卻。

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