硬度、耐磨性提高。45钢（中碳钢）制造的齿轮：表面感应加热淬火，控制冷却时间可实现自回火，可以不用专门进行低温回火，表面的硬度提高，内部的性能和组织不发生变化。
第六章 钢铁材料
6-1合金钢和碳钢相比，为什么它的力学性能好，热处理变形小？为什么合金工具钢的耐磨性、热硬性比碳钢高？
（1）合金元素加入后并经适当的热处理，可使钢的力学性能提高或得意改善。（2）合金元素（除Co外）加入后使钢的淬透性增加，因此获得同样组织时合金钢可选择较缓的冷却介质，故热处理变形小。（3）合金工具钢由于含有一些合金元素，与钢中的碳形成合金碳化物，而这些合金碳化物的硬度高。熔点高，所以合金工具钢的耐磨性、热硬性比碳钢高。
6-2低合金高强度钢中合金元素主要通过哪些途径起强化作用？这类钢经常用于哪些场合？
答：低合金高强度钢主加合金元素为锰，锰具有固溶强化作用；辅加元素为V、Ti、Nb、Al等强碳（氮）化合物形成元素，所产生的细小化合物质点即可通过弥散强化进一步提高强度，又可细化钢基体晶粒而起到细晶强韧化（尤其是韧化）作用。这类钢经常用于制作大型构件。
6-3现有40Cr钢制造的机床主轴，心部要求良好的强韧性（200~300HBW），轴颈处要求硬而耐磨（54~58HRC），试问： （1） 应进行那种预备热处理和最终热处理？
预备热处理：淬火+高温回火；最终热处理：轴颈表面淬火 （2） 热处理后各获得什么组织？
预备热处理后获得回火索氏体；最终热处理后获得表面回火马氏体、心部回火索氏体。
（3） 各热处理工序在加工工艺路线中位置安排？
6-4现有20CrMnTi钢制造的汽车齿轮，要求齿面硬化层，齿面硬度为58~62HRC，心部硬度为35~40 HRC，请确定其最终热处理方法及最终获得的表层与心部组织。
⑴ 齿轮生产工艺路线：
下料→锻造→正火→加工齿形→渗碳→预冷淬火→低温回火→喷丸→精磨
⑵
20CrMnTi齿轮最终热处理工艺曲线
温度（℃） 920～940 6h 840 90min 油冷230 90min ⑶ 正火：消除锻造应力；细化晶粒；降低硬度，改善切削加工性能。 预冷淬火＋低温回火：获得表层的高硬度；心部的高强度和高韧性。 喷丸：消除表面氧化皮，提高表面质量；使表面留存残余压应力，提高疲劳强度。
⑷ 表层：高碳回火马氏体＋渗碳体或碳化物；
心部：低碳回火马氏体＋屈氏体。
6-5弹簧为什么要进行淬火，中温回火？弹簧的表面质量对其使用寿命有何影响？可采用哪些措施提高弹簧使用寿命？
为了提高弹簧的疲劳寿命，对淬火加回火处理后的弹簧采用喷丸处理，经喷丸处理后弹簧表层处于压应力状态，形成一层极薄变形层，可使疲劳寿命成倍提高。 6-6滚动轴承钢除专用于制造滚动轴承外，是否可用来制造其他结构零件和工具？举例说明。
可以，高碳铬轴承钢也可用于制造精密量具，冷冲模，机床丝杠等耐磨件。 6-7在20Cr、40Cr 、GC9 、50CrV等钢中，铬的质量分数都小于1.5％，问铬在钢中的存在形式、钢的性能、热处理及用途上是否相同？为什么？
碳化物形成元素Cr少量溶于铁素体，主要溶于渗碳体形成(FeCr)3C、Cr7C3等合金渗碳体。 20Cr是渗碳钢，具有较高的屈服强度和冲击韧性，渗碳后表面硬度大于HRC60； 热处理：（930±10）℃渗碳，预冷至略高至Ar3(850-880℃)后直接淬火，然后进行150-230℃、1-2h低温回火。主要用作小齿轮、小轴、活塞销等。
40Cr是调质钢，调质钢调质后具有良好的综合力学性能，热处理为：850℃左右淬火，在进行500-650℃高温回火。常用做轴类零件、齿轮、连杆；
空冷 时间
GCr9是高碳的轴承钢，有较高的淬透性、屈服强度、弹性极限、高的接触疲劳强度、足够的韧性和良好的尺寸稳定性。热处理：830-850℃淬火和150-160℃、2-3h的回火。常用作直径小于20mm的滚珠；
50CrV为弹簧钢，高的疲劳强度、屈服极限、弹性极限、以及足够的塑性和韧性。 热处理：950℃以上直接淬火，然后再420-500℃进行中温回火。用作弹簧。 6-9 试分析高速工具钢中，碳与合金元素的作用及高速工具钢热处理工艺特点。为什么高速工具钢中，含碳量有普遍提高的趋势？
钢中加入较多的碳，起作用是既保证它的淬硬性，又保证淬火后有足够多的碳化物相；钨元素是提高钢红硬性的主要元素；Cr元素的加入可提高钢的淬透性，并能形成碳化物强化相，铬在高温下可形成三氧化二铬,能起到氧化膜的保护作用；V和C的亲和力很强，在高速钢中形成碳化物（VC）,它有很高的稳定性。VC的最高硬度可达到83~85HRC，在高温多次回火过程中VC呈弥散状析出，进一步提高了高速钢的硬度、强度和耐磨性；Co在高速钢中的主要作用是加强二次硬化的效果，提高红硬性。
高速工具钢的热处理工艺特点：高速钢锻后进行球化退火，以降低硬度，消除锻造应力，便于切削加工，并为淬火做好组织准备。退火后的组织为索氏体及粒状碳化物，为了缩短退火时间，生产中常采用等温退火工艺。高速钢的优越性能只有经过正确的淬火、回火才能获得。第一，高速工具钢中有大量的W、Mo、Cr、V的难溶碳化物，他们只有在1200℃以上的高温才能充分溶于奥氏体中，淬火后马氏体的强度高硬度高，且较稳定，回火后得到高热硬性 。因此高速钢淬火加热温度非常高；第二，高速钢中合金元素多，导热性较差。淬火加热时采用分级预热，一次预热温度600~650℃，二次预热在800~850℃，这样的加热工艺可避免由热应力而造成的变形或开裂。淬火冷却采用油中分级淬火法。高速钢的回火一般进行三次，回火温度560，每次1~1.5h。三次回火后高速钢残余奥氏体量从30％减少到3％~4％，与此同时，碳化物析出量增多，产生二次硬化现象，提高了刃具使用性能。
6-10高速工具钢经锻造后为什么要锻造？锻造后在切削加工前为什么必须退火？为什么高速工具钢退火温度较低[略高于Ac1（830℃）]而淬火温度却高达1280℃？淬火后为什么要经三次560℃回火？能否改用一次较长时间的回火？高速工具钢在560℃回火是否调质处理？为什么？
高速工具钢经锻造后的组织，不能用热处理办法矫正，必须借助于反复的压力热加工，一般选择多次轧制和锻压，将粗大的共晶碳化物和二次碳化物破碎，并使它们均匀分布在基体中。
锻造后必须进行回火，目的在于既调整硬度便于切削加工，又调整组织为淬火作准备。
高速工具钢中有大量的W、Mo、Cr、V的难溶碳化物，他们只有在1200以上的高温才能充分溶于奥氏体中，
三次560℃的回火的目的是为了降低或消除残余奥氏体；不能改用一次较长时间的回火，因为三次回火是利用每次回火后冷却时发生奥氏体向马氏体的转变来降低残奥的量，与回火时间长短无关。
6-13解释下列现象：
（1） 在含碳量相同的情况下，大多数合金钢的热处理加热温度都比碳钢高，保
温时间长。(合金元素增加碳化物的稳定性并阻碍碳在奥氏体中的扩散速度，使合金钢加热时奥氏体成分均匀化比较困难。)
（2） w(C)=0.4% 、w(C)=12%的铬钢为过共析钢，w(C)=1.5% 、w(C)=12%的
铬钢为莱氏体钢。（Cr为缩小奥氏体相区的元素）
（3） 高速工具钢在热轧或热锻后空冷，能获得马氏体组织。（高速钢中添加的
元素使冷却C曲线右移，还使其分离成上下两个C曲线。）
（4） 在砂轮上磨制各种钢制刀具时，需经常用水冷却，而磨硬质合金制成的工
具时，却不需要水冷。（W、Mo等强碳化物形成元素是其良好热硬性的保证）
6-14如果要用Cr13不锈钢制作机械零件 外科医用工具 滚动轴承及弹簧，应分别选择什么牌号和热处理方法？
0Cr13用于外科医用工具，热处理规范：1)退火,800～900℃缓冷或约750℃快冷; 2)
淬火(固溶),950～1000℃油冷;3)回火,700～750℃快冷。
1Cr13用于制造机械零件，热处理规范：1)退火,800～900℃缓冷或约750℃快冷; 2)淬火,950～1000℃油冷;3)回火,700～750℃快冷。
2Cr13用于制造滚动轴承，1)退火,800～900℃缓冷或约750℃快冷;2)淬
火,920～980℃油 冷;3)回火,600～750℃快冷
3Cr13制造弹簧，1）退火，800～900℃缓冷或约750℃快冷;2)淬火,920～980℃油 冷;3)回火,600～750℃快冷
6-15奥氏体不锈钢能否通过热处理来强化？为什么？生产中常用什么方法使其强化？
不能。因为奥氏体不锈钢在淬火后，由于没有相变，加之第二相微粒全部溶入奥氏体，所以淬火后，其硬度强度将至最低，所以不能通过热处理使其强化。生产中常用加工硬化方法使其强化。
6-16奥氏体不锈钢和耐磨钢淬火的目的与一般钢的淬火目的有何不同？高锰钢的耐磨原理与淬火钢的耐磨原理又有何不同？它们的应用场合有何不同？ 奥氏体不锈钢和耐磨钢淬火的目的是为了获得单一、成分均匀的奥氏体组织，防止出现第二相引起晶向腐蚀，因此奥氏体不锈钢淬火称固溶处理，而耐磨钢由于淬火后获得的单一奥氏体组织塑韧性较高，亦称其淬火为水韧处理。耐磨钢的耐磨原理是单一奥氏体组织在工作中受到强大的冲击、压力作用，从而产生应力诱发马氏体，使钢的耐磨性大大增加。淬火工具钢是通过淬火+低温回火，获得高硬度、高耐磨性的回火马氏体，使钢具有较高的耐磨性。耐磨钢用于制作承受强烈冲击、压力作用的工作零件，例推土机大铲，淬火工具钢用于不承受强烈冲击压力作用，要求耐磨性高的场合。