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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(4)

      材料熱處理工程師必備的熱處理基礎知識(4)


      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。


      91、簡述激光熱處理的原理和優點是什么?

      激光淬火技術,又稱激光相變硬化,是利用聚焦后的激光束照射到鋼鐵材料表面,使其溫度迅速升高到相變點以上,當激光移開后,由于仍處于低溫的內層材料快速導熱作用,是表層快速冷卻到馬氏體相變點以下,獲得淬硬層。

      優點:與感應加熱淬火相比,使用的能量密度更高,加熱速度更快,不需要淬火介質,工件變形更小,加熱層深度和加熱軌跡易于控制,易于實現自動化,激光淬火可使工件表層0.1-1.0mm范圍內的組織結構和性能發生明顯變化。

      92、淬火態鋼中常見的馬氏體有哪幾種類型?形成條件是什么?分別指出其亞結構和性能特點。

      主要形態板條馬氏體、片狀馬氏體。

      奧氏體轉變后,所產生的M的形態取決于A中的含碳量,含碳量<0.6%的為板條馬氏體,含碳量在0.6-1.0%之間為板條和針狀混合的M,>1%的為針狀馬氏體。板條馬氏體的亞結構主要由高密度的位錯組成,并存在條間A。板條馬氏體具有較高的強度和硬度,而且塑性任性也好。

      片狀馬氏體的亞結構主要由互相平行的細小孿晶組成,并集中在M片的中央部分,具有高硬度,脆性大。

      93、錯位分哪兩種類型?位錯運動方式有哪兩種?位錯的固溶強化原理是什么?

      刃型位錯和螺型位錯,滑移和攀移;融入固溶體中的溶質原子造成晶格畸變,晶格畸變增大了位錯運動的阻力,使滑移難以進行,從而使合金固溶體的強度與硬度增加。 

      94、零件失效的主要形式分為哪四大類?

      答:材料的變形,斷裂,磨損和腐蝕。

      95、對高碳鋼實施球化退火工藝的目的是什么?

      目的:使鋼中碳化物球狀化,從而達到降低硬度、改善切削加工性,并為以后淬火做準備。

      96、在正常條件下,對45鋼、40Cr、GCr15、W6MO5Cr4V2鋼進行常規淬火, 試選擇這些鋼的淬火介質及常規的淬火方法:

      45鋼:采用單液淬火法,自來水為淬火介質;

      40Cr :小件采用單液淬火法,油為淬火介質;大件采用雙淬火法,先水后油。

      GCr15:采用單液淬火法,油為淬火介質;

      W6MO5Cr4V2:采用分級淬火,淬火介質為空氣。

      97、試指出下列工件整體淬火后進行回火的溫度范圍。

      (1)模具、軸承、齒輪:低溫:150-250℃,

      (2)彈簧:中溫:350-500℃。

      (3)軸類、連桿、螺栓:高溫:500-650℃。

      98、現對機床齒輪、大直徑的軋輥及進行表面淬火,試選擇感應加熱的類型并指出其頻率范圍。

      機床齒輪表面淬火加熱:高頻加熱 ,100 ~1000kHz;

      大直徑的軋輥加熱:工頻加熱,50kHz;

      推土機齒輪表面淬火加熱:中頻加熱,0.5~10kHz。

      99、為了改善低碳鋼的切削性能,應采用何種熱處理工藝?說明原因。

      采用正火處理。因為低碳鋼切削性能差的原因是剛中含有較多的F,只有降低F的量才能改善其切削性能。而正火冷卻屬于非平衡冷卻,冷卻速度的增加會使共析反應的溫度降低,從而使P的連增加,F量減少。

      100、闡述T8鋼淬火加熱過程中A的形成過程及影響A轉變速度的因素。

      A的形成過程:A的形核、長大、殘余滲碳體的溶解及A成分的均勻化四個基本過程。

      影響A轉變速度的因素:

      ①加熱溫度。溫度越高,轉變速度越快

      ②加熱速度。加熱速度快,轉變溫度越高,轉變速度越快

      101、變形鋁合金的回歸處理與時效工藝區別是什么?目的分別是什么?

      1)回歸處理僅用于經淬火和自然時效處理過的零件,既將零件在硝鹽浴中迅速加熱到200~250℃,保溫2~3分鐘后在水中冷卻。

      目的是恢復得到過飽和固溶體淬火相,使合金重新軟化,便于加工、校形等。

      2)時效處理:在一定的溫度下,保持一定的時間,過飽和固溶體發生分解(稱為脫溶),引起鋁合金強度和硬度大幅度提高,這種熱處理過程稱之為時效。

      102、零件選材的基本原則是什么?

      在選材時既要選擇材料的使用性能,又要考慮材料的工藝性能和經濟性。

      1)根據材料的使用性能選材:通過分析零件的工作條件及失效分析結果確定零件的主要使用性能,根據零件使用性能要求提出對材料的性能的要求。

      2)根據材料的工藝性能選材:依據不同材料陶瓷、塑料、金屬的工藝性能選材(如金屬的鑄造、壓力加工、焊接性、熱處理工藝性能等)。

      3)根據材料的經濟性選材:要降低零件的總成本,這包括制造成本材料價格、零件自重、加工費、試驗研究費和附加成本,如零件壽命等。

      103、試簡述影響過冷奧氏體等溫轉變的因素。

      1)談的影響

      2)合金元素的影響

      3)加熱條件的影響

      4)應力影響

      104、對機床主軸有何性能要求?通常選用何種材料制作?

      要求:承受中等扭轉-彎曲復合載荷,轉速中等并承受一定沖擊載荷。材料:大多選用45鋼,載荷大時采用40Cr。

      原始組織:原始P組織越細,相界面越多,Fe3C易于溶解,越有利于A的性和長大,使轉變速度越快。

      合金元素:Co、Ni增大碳在A中的擴散速度,加快A化過程;碳化物形成元素減慢A的形成過程;Si、Al、Mn不影響A化過程 。

      105、若將共析鋼加熱至奧氏體溫度后分別以圖中的冷卻速度Vl、V0、V2、V3、V4進行冷卻至室溫后得到什么組織?連續冷卻轉變曲線的實用意義是什么?

      Vl:M 馬氏體

      V0 :M馬氏體

      V2:T屈氏體

      V3:S索氏體

      V4:P珠光體

      意義:表示在各種不同冷卻速度下,過冷奧氏體轉變開始和轉變終了的溫度和時間的關系,是分析轉變產物的組織與性能的依據,也是制訂熱處理工藝的重要參考資料。

      106、簡述影響鋼的淬透性及淬硬性因素。

      鋼在淬火時能夠獲得馬氏體的能力即鋼被淬透的深度大小稱為淬透性。其影響因素有:

      1)亞共析鋼含碳量↑,C曲線右移,過共析鋼含碳量↑,C曲線左移;

      2)合金元素(除Co外)使C曲線右移;

      3)奧氏體化溫度越高、保溫時間越長,碳化物溶解越完全,奧氏體晶粒越粗大,使C曲線右移;

      4)A的晶粒度,晶粒越細,晶界越多,降低過冷A的穩定性,降低鋼的淬透性;

      5)未溶碳化物及夾雜物,降低過冷A的穩定性,降低鋼的淬透性A

      6)對A實施變形,可以增加鋼的淬透性;

      淬硬性:主要取決于M提的含碳量。含碳越高,淬硬性愈好。

      107、試寫出用20CrMnTi材料制作汽車變速箱齒輪的加工工藝路線,并分析各熱加工工序的作用。

      用20CrMnTi制作汽車變速箱齒輪的加工工藝路線:下料—鍛造—正火—機械加工—滲碳、淬火+低溫回火—噴丸—磨加工—成品。

      正火:可以細化鍛后的粗大晶粒,調整硬度改善切削加工性能,得到所需要的纖維(流線)組織。

      滲碳:提高工件表層的碳含量,使工件經熱處理后表面具有高的硬度和耐磨性,而芯部具有一定的強度和較高的韌性。這樣工件既能承受大的摩擦。工件滲碳后還需進行淬火和低溫回火處理,才能使表面具有高硬度、高耐磨性和較高的接觸疲勞強度及彎曲疲勞強度,芯部具有一定的強度和較高的韌性。

      淬火的目的是:在齒面得到一定深度的M組織,可提高齒輪表面硬度,提高齒面耐磨性和接觸疲勞強度;

      低溫回火的作用是:消除淬火應力,防止磨削裂紋,提高沖擊抗力。

      噴丸處理:可提高齒面硬度約1-3HRC,增加表面殘余壓應力,從而提高接觸疲勞強度

      108、鋼的“TTT”及“CCT”曲線是怎樣獲得的?兩者的區別?

      鋼的過冷奧氏體等溫轉變曲線的開始溫度和終了溫度曲線像英文字母C,它描述了A在等溫轉變過程中,不同溫度和保溫時間下的析出物的規律,成為TTT曲線。而連續冷卻曲線是各種不同冷速下,過冷奧氏體轉變開始和轉變終了溫度和時間的關系簡稱CCT曲線。

      相同點:

      1)都具有滲碳體的先共析線。

      2)相變都有一定的孕育期。

      3)曲線中都有一條相變開始線和一條相變完成線。

      不同點:

      1)CCT曲線中無貝氏體轉變區 。

      2)CCT曲線中發生相變的溫度比TTT曲線中的低。

      3)CCT曲線中發生相變的孕育期比TTT曲線中長

      109、影響“TTT”轉變的因素有哪些?如鋼的含碳量的影響?C曲線的實用價值?

      1)含碳量的影響

      隨著奧氏體含碳量的增加,穩定性增強,c曲線右移,所以在熱處理正常加熱條件下,亞共析碳鋼的C曲線,隨含碳量的增加向右移,過共析碳鋼隨含碳量增加,由于有未溶滲碳體存在,促使奧氏體分解,C曲線左移,共析鋼的C曲線最靠右,穩定性最強。

      2)合金元素的影響

      除了Co外,所有合金元素的溶入均增加過冷奧氏體的穩定性,使C曲線右移。

      3)奧氏體化溫度和保溫時間的影響奧氏體化溫度越高,保溫時間越長,碳化物溶解越完全,A晶粒越粗大,晶界總面積減少,形核減少,因而使C曲線右移推遲珠光體轉變。

      4)原始組織的影響原始組織越細,易得到均勻奧氏體,使C曲線右移,并使Ms點下降。

      5)應力和塑性變形的影響拉應力促使A等溫轉變,等向壓應力阻礙這種轉變。進行塑性變形也加速奧氏體轉變。實用價值: C曲線是對碳鋼加熱得到A后,在冷卻過程中組織轉變進行分析的工具。

      110、馬氏體有哪兩種基本形態?其微觀形態、亞結構及性能有何不同?

      板條馬氏體和片狀馬氏體,

      板條馬氏體:微觀形態,橢圓截面的柱狀晶粒;亞結構:高密度的位錯組成;性能:較高的強度和硬度,而且塑性韌性也較好。

      片狀馬氏體:呈片狀、竹葉狀主體形態為雙凸透鏡狀;亞結構:細小的孿晶組成;性能:硬度高脆性大。

      111、 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。

      亞共析鋼淬火時,應將工件加熱到完全奧氏體,使鐵素體全部溶解,以保證淬火后馬氏體的含碳量,從而保證淬火后硬度。 而過共析鋼淬火加熱溫度應選擇在Ac1~Acm,以使得加熱時碳化物不完全溶解,在隨后的淬火時,這些碳化物成為硬的質點,提高耐磨性,同時,降低淬火溫度,可以降低馬氏體的含碳量,降低馬氏體的脆性,同時,降低淬火溫度,還可以減少殘余奧氏體量,提高工件硬度。

      112、試指出5類常用的電熱原件材料,并說明其適應溫度范圍。

      鐵鉻鋁電熱合金1Cr13Al4,應用于低溫0Cr25Al5,0Cr13Al16Mo2,適應于中溫0Cr27AlMo2,應用于高溫最高1300;鎳鉻電熱合金Cr15Ni60,應用于低溫。Cr20Ni80,應用于1000度以下中溫;SiC電熱元件可在1350度下長期工作,最高溫度可達1500;MoSi2電熱元件,其最高溫度可達1700;石墨電熱元件,真空爐的電熱元件,工作溫度為1400-2800℃。

      113、晶體中的位錯有哪兩種類型,位錯在晶體中的運動方式有那兩種,位錯的固溶強化原理是什么?

      刃位錯與螺位錯;坪团室。固溶強化:1,化學交互作用:一些溶質原子可以偏聚在層錯面附近,形成鈴木氣團,增加位錯擴展的寬度,交滑移困難;增大位錯阻力增大層錯能。

      114、試畫出Fe-Fe3C相圖的簡單示意圖,簡要說明T12鋼(過共析鋼)的平衡凝固過程。(要求畫出各溫度區間的簡單組織示意圖即可)

      在T1~ T2開始由液相結晶出奧氏體,到T2結晶完畢。到T3溫度時由奧氏體結晶出二次滲碳體,當到達共析溫度時剩余的奧氏體發生共析反應生成珠光體,低于共析溫度由鐵素體析出三滲碳體忽略!


      材料熱處理工程師必備的熱處理基礎知識(4)


      室溫組織是:珠光體+二次滲碳體

      115、簡述淬火冷卻方法(至少說出五種)。

      1)水冷:用于形狀簡單的碳鋼工件,主要是調質件;

      2)油冷:合金鋼、合金工具鋼工件。

      3)延時淬火:工件在浸入冷卻劑之前先在空氣中降溫以減少熱應力;

      4)雙介質淬火:工件一般先浸入水中冷卻,待冷到馬氏體開始轉變點附近,然后立即轉入油中緩冷;

      5)馬氏體分級淬火:鋼材或工件加熱奧氏體化,隨之浸入稍高或稍低于鋼的上馬氏體點的液態介質(鹽浴或堿。┲,保持適當時間,待鋼件的內、外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。用于合金工具鋼及小截面碳素工具鋼,可減少變形與開裂;

      6)熱浴淬火:工件只浸入150-180℃的硝煙或堿浴中冷卻,停留時間等于總加熱時間的1/3-1/2,最后取出在空氣中冷卻;

      7)貝氏體等溫淬火:鋼材或工件加熱奧氏體化,隨之快冷到貝氏體轉變溫度區域(260-400℃)等溫保持,使奧氏體轉變為貝氏體的淬火工藝。用于要求變形小、韌性高的合金鋼工件 。

      {完}

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