一、简答题1. 什么叫可控气氛?它是如何制备的?我国目前应用的可控气氛有哪几种类型?
我国对保护气氛及可控渗碳(或碳氮共渗)气氛,统称为可控气氛。将含碳氢化合物的原料气,如天然气、液化石油气、城市煤气、丙烷、甲烷等,按一定的比例和空气混合后,送入燃烧室或反应罐中进行不完全燃烧,可制得可控气氛。根据制备原理,我国目前应用的可控气氛有:放热式气氛、吸热式气氛、氨分解气氛和滴注式气氛。
2. 钢的真空加热特点是什么?
钢在真空加热时,具有一般热处理所没有的以下特点:
(1)保护作用真空炉内氧化性与脱碳性气体极少,故可以防止氧化脱碳,实现光亮淬火。
(2)表面净化作用 真空炉内的气氛中,氧的分压力很低。在高温下,工件表面的氧化物将发生分解反应:2FeO→2Fe+O2,所生成的氧气由真空泵排除,使工件获得光亮的表面。
(3)脱气作用加热时工件处在高温负压状态,常压时溶入金属的气体,如氢、氧、氮等,在负压时将从金属表面逸出,这种现象称为脱气。氢的脱气效果最为明显。脱气作用可使钢在热处理后的强度、韧性都有明显提高。
(4)加热速度低工件在真空炉中的加热是依靠热辐射来实现的。与其他加热方式相比,工件的温度上升较慢,升温过程中工件表面与中心温差较小,工件各处膨胀比较均匀,因而真空热处理的变形较小。
(5)脱元素现象真空加热时,在高温下某些蒸气压高的合金元素(如Cr、Mn)会从工件表面蒸发,这种现象称为脱元素现象。
3. 什么是盐浴校正剂?常用的盐浴校正剂有哪些?
所谓盐浴校正剂,是指能恢复或保持盐浴加热性能、减少工件氧化或脱碳的物质。常用的盐浴校正剂有:木炭、钛白粉(TiO2)、硅胶(SiO2)、硅钙合金(Si-Ca)硼砂(Na2B4O7·10H2O)等。
4. 什么是热处理工艺规程?其基本内容是什么?
热处理工艺规程是各道热处理工序必须遵守的准则,其基本形式是热处理工艺卡。它是操作工人必须遵守的法规文件,其基本内容如下:
1)工件概况包括工件名称及编号、材料牌号、质量大小、轮廓尺寸及热处理有关尺寸、工艺路线等。
2)热处理技术要求是热处理工序完成后的质量验收指标。热处理工艺卡上的技术要求,比图样上提出的热处理技术要求更详细、更具体。如工件化学热处理后还要进行磨削加工,热处理工艺卡上的硬化层深应加上磨削量。
3)在工艺卡上应绘制工件简图,便于操作识别、核对工件,同时也使局部热处理、硬度检查部位等一目了然。
4)装炉方式及装炉量。
5)设备及工装名称、编号。
6)热处理工艺参数,包括加热温度、保温时间、冷却方式、淬火介质等。对于化学热处理,还涉及到碳势、氮势以及活性介质的流量等。
7)热处理后的质量检查内容、检查方法及抽查率。
5. 退火与正火件应如何装炉?
退火、正火件的装炉方法
1)检查炉体各部分是否损坏,台车、卷扬机和其他附属设备的运转是否正常,高温仪表指示是否正确,工件是否装在各种炉型规定的有效加热区内。
2)同炉的工件,工艺规范须相同或相近,各类工件的有效厚度不能相差太大,工件堆放保持适当距离。如果使用箱式电阻炉,工件离炉底板的距离应大于或等于100mm。
3)使用大型燃料炉时,工件的有效厚度相差不能大于200mm.工件装在台车上要平衡稳定,离台车表面距离要大于200mm,横向间隔应大于或等于100mm,以保证炉气良好循环。
4)大件装在底层,小件装在上层,厚壁大件装在近火门处,上层工件的重量不应集中在下层工件的容易变形处。
5)力学性能试棒必须与所代表的工件同炉装在工件有代表性的部位或工艺卡规定的地方。
6)保护气氛加热炉、热浴加热炉、真空加热炉、连续作业炉等以及其他炉型,用于退火或正火时,其操作可按各企业专用的操作规范处理。
6. 淬火与回火件应如何装炉?
淬火、回火件的装炉方法
1)允许不同材料但具有相同加热温度和加热速度的工件装入同一炉中加热。
2)截面大小不同的工件装入同一炉时,大件应装在炉膛里面,以便小件先出炉。
3)工件装炉时,应装在炉内均匀温度区域,应多方面采取措施,力求提高均温程度。
4)装炉时,必须将工件放在装料架或炉底板上。应采用钩、钳堆放,不准将工件直接抛入炉内,以免碰伤工件或损坏设备。
5)入炉工件均应干燥无油污。
6)如图3-1所示,细长工件应尽量垂直吊挂,以免变形。对于某些工件要合理绑扎,以免因自重而变形。
7)盐浴炉的装炉量要适当,工件放入盐浴炉中后,盐浴液面应低于盐浴炉规定的液面线,还要使工件之间保持大于或等于10mm的距离。
8)工件进入盐浴之前,要预热或烘干,对于薄而长的工件,应设法避免盐浴翻滚时工件互相撞击,还要防止工件碰撞电极或距电极太近而造成过热或过烧。
9)箱式炉的装炉一般为单层排列,工件之间距离为10~30mm。小件允许堆放,加热时间须酌量增加,每炉装入的工件数应基本一致。
10)有力学性能要求的工件,其试棒应与工件同时装炉,试棒应放在炉中有代表性的位置。
7. 热处理用工装有哪些基本要求?
热处理工装应满足如下要求:
(1)较好的耐热性能 一般在高温下承载工件的工装,要求具有较好的耐热性能和一定的耐蚀性,以防止严重的氧化,有的还要求能抗渗碳等。为了满足这些要求,一般都从工装的材料选择上加以考虑,因此成本较高。
(2)一定的高温强度 高温强度是指装载工件的工装在高温长时间加热的情况下,能够承载被加热工件的重量,而且工装不发生严重变形甚至散架。工装的高温强度靠材料和工装的结构来保证,但如果结构太强,则重量过大,吸收的热量也多,从而使工件的单位能耗增加,加热时间延长,导致生产成本上升。
(3)较低的材料与制作成本热处理工装是一种易损件,主要的失效形式是高温氧化减薄造成强度严重下降。制作工装常用焊接、铸造的方法。控制工装材料与工装制作成本,是控制热处理生产成本的重要方面。
8. 设计热处理工装时应注意哪些问题?
设计热处理工装时一般应考虑以下问题:
1)对工件结构和技术要求做具体分析,能最大限度地满足工件的技术要求。
2)保证工装能安全可靠地承载工件完成热处理工艺过程,并具有较长的使用寿命。
3)保证工件装载在工装上能均匀的加热、渗碳、碳氮共渗,并能均匀的冷却。
4)工装应尽可能多地装载工件,以提高热处理生产效率,降低能源消耗。
5)工装应具有通用性,以减少工装种类,简化工装管理,降低生产成本。
6)尽可能地降低工装用材料和制造成本。
9. 使用桥式起重机(即行车)时应注意的事项有哪些?
使用桥式起重机时应注意以下几点:
1)应实行凭证操作制度,禁止无证违章操作。
2)禁止超负荷运行。
3)起重机在吊挂工件时,必须正确地钩挂、悬挂重物。不准斜吊远离挂钩重心线的物件。吊运时应保持工件平稳不晃动,不得从人或重要设备上空通过。
4)吊运工件时,不得超重超高,装载应平稳。
5)夹持工件用的工装夹具,如专用起重链、专用吊具,必须定期检查,并登记在册。
10. 简述奥氏体的形成过程。
根据Fe-Fe
3C相图,由铁素体和渗碳体两相所组成的珠光体,当加热温度稍高于Ac
1时要转变为单相奥氏体。由于新形成的奥氏体和原来的铁素体及渗碳体中碳的质量分数和晶格结构相差很大,所以珠光体转变成奥氏体的整个过程,可以看成是由四个基本过程组成,如图4-3所示,即奥氏体晶核的形成、奥氏体晶核的长大、残留渗碳体的溶解和奥氏体成分的均匀化。
11. 什么是实际晶粒度和本质晶粒度?它们对热处理有什么指导意义?
实际晶粒度是指钢在实际生产中的具体加热条件下所获得的奥氏体晶粒度。它的大小直接影响工件的力学性能。而本质晶粒度是在规定的加热条件下(加热到930℃,保温3h或8h)所测得的奥氏体晶粒度。本质晶粒度并不指具体的晶粒,而仅仅是表现某种钢奥氏体晶粒的长大倾向。本质细晶粒钢在热处理时就可选择较宽的加热温度,而本质粗晶粒钢。就要严格控制加热温度,避免因加热时晶粒粗大,使工件在热处理后力学性能变坏。
12. 指出下面名词的主要区别:过冷奥氏体和残留奥氏体;连续冷却与等温冷却。
过冷奥氏体是指暂时存在于A1温度线以下,尚未发生转变的处于不稳定状态的奥氏体;而残留奥氏体是指过冷到Mf温度以下仍未发生马氏体转变的奥氏体。
将奥氏体自高温连续冷却到室温,称为连续冷却;而将奥氏体迅速冷却到临界温度以下某一温度进行保温,然后再冷却到室温,称为等温冷却。
13. 指出题图1中共析钢过冷奥氏体等温转变曲线图中①~⑤区域的组织。
如题图-1所示:①奥氏体;②过冷奥氏体;③过冷奥氏体+转变产物(珠光体、索氏体、托氏体、贝氏体);④根据转变温度的不同,其组织也不同,由高温到低温的组织分别为珠光体、索氏体、托氏体、贝氏体;⑤马氏体+残留奥氏体。
14. 什么叫退火?其目的是什么?
退火就是将工件加热到适当温度,保温一定时间,然后缓慢冷却的热处理工艺。其目的主要是:①降低钢的硬度,提高塑性,以利于切削加工及冷变形加工。②细化晶粒,消除因铸、锻、焊引起的组织缺陷,均匀钢的组织及化学成分,改善钢的力学性能或为以后的热处理作组织准备。③消除钢中的内应力,以防止工件变形和开裂。
15. 常用的退火工艺方法有哪些?
常用的退火工艺方法有:完全退火、球化退火、去应力退火、再结晶退火和均匀化退火等几种。
16. 什么叫正火?其目的是什么?
将工件加热到奥氏体化后在空气中冷却的热处理工艺。其目的主要有:①改善碳的质量分数较低的钢材的切削加工性能。②中碳结构钢要求不高时,可代替调质处理作为最终热处理,可起到简化工艺的目的。③消除过共析钢中的网状渗碳体。④消除钢中缺陷、细化晶粒、改善组织,为最终热处理作准备。
17. 简述如何合理地选择退火与正火工艺。
选择退火和正火工艺主要应从以下三个方面加以考虑:
(1)从切削加工性能考虑一般来说,硬度在170~230HBS范围内的钢材,其切削加工性能最好。硬度过高,难以加工,且刀具易于磨损;硬度太低,切削时容易“粘刀”,使刀具发热而磨损,且工件的表面不光滑。因此,作为预备热处理,低碳钢正火优于退火。而高碳钢正火后硬度太高,必须采用退火。
(2)从使用性能上考虑 对于亚共析钢工件来说,正火比退火具有较好的力学性能。如果零件的力学性能要求不高,则可用正火作为最终热处理。但当工件形状复杂时,由于正火冷却速度快,有引起工件开裂的危险,则采用退火为宜。
(3)从经济上考虑正火比退火的生产周期短、成本低,且操作方便,故在可能的情况或条件下优先采用正火。
18. 什么叫淬火?其目的是什么?
钢的淬火就是将工件加热到奥氏体化后,以适当方式冷却获得马氏体或(和)贝氏体组织的热处理工艺。
淬火的目的是使过冷奥氏体进行马氏体(或下贝氏体)转变,得到马氏体(或下贝氏体)组织,然后配合以不同温度的回火,获得所需要的力学性能。
19. 如何针对工件的具体情况选择淬火加热的方法?
一般的低、中碳钢工件,视工件厚薄可采用现有加热设备能达到的较快加热速度(如到温加热、超温装料或超温加热)进行加热;铸、锻件在其锻后及铸造后的热处理加热时,由于工件内部存在着锻造及铸造应力,因而要控制加热速度,一般采用低温入炉,随炉升温的方法进行加热;大截面工件内部易存在偏析、夹杂、组织不均等缺陷及有较大内应力;高碳钢及高合金钢导热性差,表面和心部温差大,导致热应力大;厚薄相差悬殊及形状复杂工件,易产生应力集中,造成变形和开裂,这三类工件应严格控制加热速度,可采用分段预热的加热方法。
20. 如何选择淬火加热温度?淬火保温时间是根据什么确定的?
淬火加热温度是根据钢的化学成分、组织和不同的力学性能要求来确定的。其基本原则是:亚共析钢——Ac3+30~50℃;共析钢和过共析钢——Ac1+30~50℃。在具体选择钢的淬火加热温度时,除了遵守上述的一般原则外,还应考虑工件的化学成分、技术要求、尺寸形状、原始组织以及加热设备、淬火介质等诸多因素的影响,对加热温度予以适当调整。对于合金钢工件而言,通常取推荐温度的上限或更高温度。对于形状复杂、易变形开裂的碳钢工件,则应取推荐温度的下限,以减小淬火应力。
在具体生产条件下,工件保温时间应根据工件的有效厚度来确定。
21. 如何计算不同形状工件的有效厚度?
工件的有效厚度D的计算可按下述方法确定:
1)圆柱体以其直径作为有效厚度。
2)板件以其厚度作为有效厚度。
3)矩形截面工件以其短边作为有效厚度。
4)筒类工件以其壁厚作为有效厚度。
5)锥体以离小头2/3长度处的直径作为有效厚度。
6)球体以其直径的0.6倍作为有效厚度。
7)形状复杂工件,按工作部分厚度计算,或按几处主要截面部位的平均厚度计算。
22. 什么叫回火?其目的是什么?
回火就是将淬硬后的工件加热到Ac1以下某一温度,保温一定时间,然后冷却到室温的热处理工艺。回火的目的是:①合理地调整力学性能,使工件满足使用要求。②稳定组织,使工件在使用过程中不发生组织转变,从而保证工件的形状、尺寸不变。③降低或消除工件的内应力,以减少工件的变形并防止开裂。
23. 回火的种类有哪些?其适用范围是什么?
回火的种类一般是根据回火温度分为以下三类:
(1)低温回火 将淬硬工件加热到150~250℃回火,可得到回火马氏体组织。主要用于刀具、量具、拉丝模、滚动轴承以及其他要求硬而耐磨的工件。低温回火后硬度一般大于55HRE。
(2)中温淬火 将淬硬工件加热到250~500℃回火,可获得回火托氏体组织。主要用于弹性工件及热锻模等。中温回火后硬度一般在35~50HRC。
(3)高温回火 将淬硬工件加热到500~700℃回火,习惯上将淬火加高温回火的工艺称为调质处理,可获得回火索氏体组织。调质处理广泛应用于受力构件,如螺栓、连杆、齿轮、曲轴等工件,还可作为工件表面淬火、渗氮前的预先热处理。高温回火后硬度一般在25~40HRE。
24. 什么叫深冷处理?其目的是什么?
将淬火工件继续在液氮或液氮蒸气中冷却,使残留奥氏体转变为马氏体的热处理工艺,称为深冷处理。深冷处理的目的是提高工件硬度、稳定尺寸及提高钢的磁性(因奥氏体无磁性)。
25. 什么样的淬火介质最理想?
理想的淬火介质的性能,是使钢在高温区域(700℃以上)较缓慢地冷却,以减少工件的热应力;在550~600℃间以足够快的冷却速度迅速通过奥氏体等温转变图的“鼻尖”,以防止发生珠光体或贝氏体转变;在容易造成淬火裂纹的过冷奥氏体较稳定的低温区域(300℃以下)缓慢冷却,使工件在缓冷条件下通过奥氏体向马氏体的转变区,从而减少相变应力。