体或渗碳体）存在，要得到单一的奥氏体，必须提高加热温度，对亚共析钢来说，加热温度超过Ac3后，先共析铁素体才逐渐转变为奥氏体；对共析钢来说，加热温度超过Arcm后，先共析渗碳体才会全部溶解到奥氏体中去。
5-2以共析钢为例，说明将其奥氏体化后立即随炉冷却、空气中冷却、油中冷却和水中冷却，各得到什么组织？力学性能有何差异？（如图：温度上限为MS线，冷速下限为Vk）
① 当冷却速度V＜VK时，冷却曲线与珠光体转变开始线相交便发生形成全部的珠光体。
② 当冷速VK＜V＜VK时，冷却曲线只与珠光体转变开始线相交，而不再与转变终了线相交，但会与中止线相交，这时奥氏体只有一部分转变为珠光体。冷却曲线一旦与中止线相交就不再发生转变，只有一直冷却到Ms线以下才发生马氏体转变。并且随着冷速 V 的增大，珠光体转变量越来越少，而马氏体量越来越多。 ③ 当冷速V＞VK 时，冷却曲线不再与珠光体转变开始线相交，即不发生
//??P，与终了线相交时，转变便告结束，
??P，而全部过冷到马氏体区，
只发生马氏体转变。此后再增大冷速，转变情况不再变化。由上面分析可见，VK 是保证奥氏体在连续冷却过程中不发生分解而全部过冷到马氏体区的最小冷速，称为“上临界冷速”，通常也叫做“淬火临界冷速”。VK则是保证奥氏体在连续冷却过程中全部分解而不发生马氏体转变的最大冷速，称为“下临界冷速”。
④ 共析碳钢的连续冷却转变只发生珠光体转变和马氏体转变，不发生贝氏体转变，也就是说，共析碳钢在连续冷却时得不到贝氏体组织。但有些钢在连续冷却时会发生贝氏体转变，得到贝氏体组织。
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5-3过冷奥氏体在不同温度等温转变时，可得到哪些转变产物？试列表比较他们的组织和性能。 根据等温温度不同，其转变产物有珠光体型和贝氏体型两种。 高温转变
Ac1～650℃ 珠光体 P 粗片状铁素体与渗碳体混合物 HRC<25；
650～600℃ 索氏体 S 600倍光学金相显微镜下才能分辨的细片状珠光体HRC为25～35； 600～550℃ 托氏体 T 在光学金相显微镜下已无法分辨的极细片状珠光体HRC为35～40； 中温转变
550～350℃ 上贝氏体 B上 羽毛状组织 HRC40～45；
350℃～Ms 下贝氏体 B下 黑色针状或称竹叶状组织 HRC45～55； 5-4什么是Vk？其主要影响因素有哪些？
Vk是指淬火临界冷却速度。其主要受化学成分的影响：亚共析钢中随着含碳量的增加，C曲线右移，过冷奥氏体稳定性增加，则Vk减小，过共析钢中随着含碳量的增加，C曲线左移，过冷奥氏体稳定性减小，则Vk增大；合金元素中，除Co和Al(>2.5%)以外的所有合金元素，都增大过冷奥氏体稳定性，使C曲线右移，则Vk减小。 5-5什么是马氏体？其组织形态和性能取决于什么因素？马氏体转变有何特点？
马氏体最初是在钢（中、高碳钢）中发现的：将钢加热到一定温度（形成奥氏体）后经迅速冷却（淬火），得到的能使钢变硬、增强的一种淬火组织。
其组织形态和性能取决于材料和淬火速率。
马氏体相变属于一种广义的位移型无扩散相变，以切变位移为其特征，新旧相成分不变。相变特征是：
①新相与母相之间有一定的位向关系。例如 Fe-C合金的体心四方马氏体（M）与面心立方奥氏体(γ)──碳在γ-Fe中的固溶
体──间有，。② 相界面是确定的晶面，称为惯习面。例如含碳量为 0.5～1.4C
的Fe-C合金的惯习面是。惯习面在相变过程中不畸变不转动（即所谓不变平面）。③转变区由于形成马氏体发生切变，
所以在平的样品表面上会出现浮凸。④马氏体形态呈片状或条状，内有亚结构，往往是孪晶。⑤是一级相变，具有成核成长过程。⑥晶体长大速率接近声速⑦相变动力学有两类：a.变温转变，成核率很大，马氏体形成数量只是温度的函数，不依赖于时间。b.等温转变，成核率（或孕育期）依赖于温度,具有“C”字形动力学曲线。变温转变可视为很快的阶梯式的等温转变；而等温转变如仅考虑转变后期马氏体的极限量则同样满足变温转变的动力学方程。⑧转变的不完全性。由于多数钢的Mf（马氏体转变结束的温度点）在室温以下，因此钢冷却到室温时仍有部分未转变的奥氏体存在，称之为残余奥氏体（Ar），随碳含量的增加，Ar也随之增加。一般钢经过淬火后要经过深冷处理来减少Ar的量。
5-7生产中常把加热到淬火温度的钳工扁铲的刃部款入水中急冷片刻后，出水停留一段时间，在整体投入水中冷却。说明两次水冷的作用及水冷后的组织。 分级淬火的目的是使工件内部温度趋于一致，减少在后续冷却过程
中的内应力及变形和开裂倾向。淬火后产生马氏体组织。
5-8对一批45钢零件进行热处理时，不慎将淬火件和调质件弄混，如何通过最简单的方法将他们区分开？为什么？ 淬火加高温回火的热处理过程称为调质处理，调质处理后的钢件具有优良的综合力学性能，强度和韧性均好于直接淬火零件，微观组织也更细化；所以可以测硬度、进行冲击试验、观察微观组织来进行区分，调质工件的硬度更大，韧性更好，微观晶粒更细化。 5-9 将两个12钢小试样分别加热到780和860，保温后以大于的速度冷却至室温，试问：
（1） 哪个温度淬火后马氏体晶粒粗大？ 因为860℃加热温度高，加热时形成的奥氏体晶粒粗大，冷却后得到的马氏体晶
粒较粗大。
（2） 哪个温度淬火后参与奥氏体多？ 因为加热温度860℃已经超过了Accm，此时碳化物全部溶于奥氏体中，使奥氏体
中含碳量增加，降低钢的Ms和Mf点，淬火后残余奥氏体增多。
（3） 哪个温度淬火后未溶碳化物量多？ 因为加热温度860℃已经超过了Accm，此时碳化物全部溶于奥氏体中，因此加热淬
火后未溶碳化物较少。
（4） 哪个温度淬火合适？为什么？ 780℃加热淬火后合适。因为含碳量为1.2%的碳钢属于过共析钢，过共析碳钢淬火加
热温度Ac1+（30～50℃），而780℃在这个温度范围内，这时淬火后的组织为均匀而细小的马氏体和颗粒状渗碳体及残余奥氏体的混合组织，使钢具有高的强度、硬度和耐磨性，而且也具有较好的韧性。
5-10 什么是钢的淬透性和淬硬性？它们对于钢材的使用各有何意义？ 淬透性是指钢在淬火时获得淬硬层的能力。淬硬性：是指钢以大于临界冷却速度冷却时，获得的马氏体组织所能达到的最高硬度。 5-11回火的目的是什么？为什么淬火工件务必要及时回火？
回火是工件淬硬后加热到AC1以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。回火的目的有一下几方面：1．降低脆性，消除或减少内应力，钢件淬火后存在很大内应力和脆性，如不及时回火往往会使钢件发生变形甚至开裂。 2．获得工件所要求的机械性能，工件经淬火后硬度高而脆性大，为了满足各种工件的不同性能的要求，可以通过适当回火的配合来调整硬度，减小脆性，得到所需要的韧性，塑性。 3．稳定工件尺寸，保证精度； 4．对于退火难以软化的某些合金钢，在淬火（或正火）后常采用高温回火，使钢中碳化物适当聚集，将硬度降低，以利切削加工。
淬火工件务必要及时回火是为了降低脆性，防止开裂。
5-12 为什么生产中对刃具、冷作模具、量具、滚动轴承等热处理常采用淬火+低温回火，对弹性零件则采用淬火+中温回火，而对轴 连杆等零件却采用淬火+高温回火？
答：刃具、冷作模具、量具、滚动轴承的材质要求要较高的硬度，而淬火+低温回火热处理可以得到高硬度的回火马氏体室温组织。弹性零件的材质要求要有高的弹性模量，而用淬火+中温回火热处理可以得到高弹性模量的回火屈氏体室温组织组织。轴 连杆等零件的材质要求材质要有高的力学综合性能，而淬火+高温回火的热处理可以得到综合力学性能良好的回火索氏体。 5-13在硬度相同条件下，为什么经调质处理的工件比正火后的工件具有较好的力学性能？
答：因为正火得到的索氏体中的渗碳体是片状的，而调质处理得到的索氏体索氏体中的渗碳体是粒状的，粒状渗碳体阻止断裂过程的发展比片状渗碳体有利。
5-14用T12（碳素工具钢）钢制造的丝锥，其成品硬度要求为 〉60HRC，加工工艺过程为：轧制-热处理1-机加工-热处理2-机加工。
（1） 写出个热处理工序的名称及作用； 热处理1：第一次热处理是去应力退火，因为轧制的过程产生加工硬化，同时有应力
存在，为了免去后面加工过程中因为应力释放导致产品变形或者应力集中断裂。热处理2第二次热处理是刃部的低温淬火和低温回火。淬火的作用是提高其硬度。回火是降低脆性还有释放淬火产生的应力
（2） 制订最终热处理的工艺规范（加热温度 冷却介质）。 第一次热处理是去应力退火：升温到500℃-650℃，保温后随炉冷
却。第二次热处理是刃部的低温淬火和低温回火：温度升高到300-500℃，用油或熔融的碱或盐做为淬火介质。然后在150~250°C保温1-3小时。
5-15用20钢进行表面淬火和45钢进行渗碳处理是否合适？为什么？ 20钢不适合行行表面淬火。表面淬火的具体方法是将工件表面快速加热到奥氏体区，在热量尚未达到心部时立即迅速冷却，使表面得到一定深度的淬硬层，而心部仍保持原始组织的一种局部淬火方法；其目的为提高表面硬度，保持心部良好的塑韧性。使表面具有高的硬度、耐磨性和疲劳极限；而心部在保持一定的强度、硬度的条件下，具有足够的塑性和韧性。即表硬里韧。适用于承受弯曲、扭转、摩擦和冲击的零件。 含碳量为0.4-0.5%C的中碳钢适合进行表面淬火，若含碳量过低，则表面硬度、耐磨性下降，若含碳量过高，心部韧性下降。
45钢不适合进行渗碳处理。渗碳工件的材料一般为低碳钢或低碳合金钢(含碳量小于0.25％)。渗碳后﹐钢件表面的化学成分可接近高碳钢。工件渗碳后还要经过淬火﹐以得到高的表面硬度﹑高的耐磨性和疲劳强度﹐并保持心部有低碳钢淬火后的强韧性﹐使工件能承受冲击载荷。
5-16现有20钢和45钢制造的齿轮各一个，为了提高齿轮齿面的硬度和耐磨性，宜采用何种热处理工艺？热处理后的组织和性能有何不同？答：20钢（低碳钢）：渗碳后淬火+低温回火，表面得到高碳回火马氏体，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。
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
温度（℃） 920～940 6h 840 90min 油冷 230 90min 空冷 时间
20CrMnTi齿轮最终热处理工艺曲线
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。
6-9 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。 6-15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。