钢的热处理习题与思考题参考答案
一、钢的热处理基本概念相关习题与答案
1.什么是钢的热处理？
钢的热处理是一种通过对钢件进行加热、保温和冷却等操作，以改变其组织结构，从而获得所需性能的工艺方法。热处理的目的在于充分发挥钢材的潜力，提高零件的使用性能，延长其使用寿命；同时，还可以改善钢材的加工性能，提高加工质量和生产效率。例如，通过淬火和回火处理，可以显著提高刀具的硬度和耐磨性，使其能够更好地切削金属材料。
2.钢的热处理分为哪几类？
钢的热处理通常分为整体热处理、表面热处理和化学热处理三大类。
-整体热处理：包括退火、正火、淬火和回火等工艺。退火是将钢加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺，主要用于消除应力、改善组织和降低硬度，以利于切削加工。正火是将钢加热到临界温度以上，保温适当时间后在空气中冷却的热处理工艺，其目的与退火相似，但正火后的强度和硬度比退火后的高。淬火是将钢加热到临界温度以上，保温一定时间后迅速冷却的热处理工艺，能使钢获得高硬度和高强度，但会产生较大的内应力。回火是将淬火后的钢加热到低于临界温度的某一温度范围，保温一定时间后冷却的热处理工艺，主要作用是消除淬火内应力，降低钢的脆性，调整硬度和韧性之间的关系。
-表面热处理：包括感应加热表面淬火和火焰加热表面淬火等。感应加热表面淬火是利用电磁感应原理，在工件表面产生感应电流，迅速将工件表面加热到淬火温度，然后喷水冷却，使表面获得高硬度和耐磨性，而心部仍保持原来的韧性和塑性。火焰加热表面淬火是用高温火焰为热源的一种表面淬火法，将工件快速加热到淬火温度，随后喷水冷却，获得所需的表层硬度和淬硬层硬度。
-化学热处理：包括渗碳、渗氮和碳氮共渗等。渗碳是将低碳钢在富碳的介质中加热到高温，使活性碳原子渗入钢表面，以获得高碳的渗层组织。随后经淬火和低温回火，使表面具有高的硬度、耐磨性及疲劳抗力，心部仍保持足够的强度和韧性。渗氮是使氮原子渗入钢件表面，形成富氮硬化层的化学热处理工艺。与渗碳相比，渗氮处理后的零件具有较高的硬度、耐磨性、抗咬合性和抗蚀性等，缺点是周期长、成本高、渗层薄而脆。碳氮共渗是向钢的表面同时渗入碳和氮的过程，它比单一的渗碳或渗氮具有更高的硬度、耐磨性、抗疲劳性能和抗蚀性，且处理周期短。
3.简述过冷奥氏体、残余奥氏体和回火马氏体的概念。
-过冷奥氏体：在临界温度以下处于不稳定状态的奥氏体称为过冷奥氏体。在热处理过程中，当钢加热到奥氏体状态后，快速冷却到临界温度以下，此时奥氏体并没有立即发生转变，而是处于一种不稳定的过冷状态，这种过冷状态的奥氏体具有较高的活性，在一定条件下会发生转变，如转变为珠光体、贝氏体或马氏体等。
-残余奥氏体：在淬火冷却时，由于马氏体转变是在一定温度范围内进行的，当冷却到室温时，总有一部分奥氏体未能转变为马氏体，这部分未转变的奥氏体就称为残余奥氏体。残余奥氏体的存在会降低钢的硬度和耐磨性，同时还会影响零件的尺寸稳定性。通常可以通过回火或冷处理等方法来减少残余奥氏体的含量。
-回火马氏体：淬火马氏体在低温回火时，马氏体中的过饱和碳以ε-碳化物的形式析出，这种由过饱和的α固溶体和与其共格的ε-碳化物所组成的组织称为回火马氏体。回火马氏体的硬度和强度比淬火马氏体略有降低，但韧性有所提高，同时内应力也得到了一定程度的消除。
二、钢的加热转变相关习题与答案
1.简述共析钢加热时奥氏体的形成过程。
共析钢加热时奥氏体的形成过程包括四个阶段：
-奥氏体晶核的形成：当共析钢加热到Ac?以上时，珠光体中的铁素体和渗碳体的相界面处首先形成奥氏体晶核。这是因为相界面处原子排列不规则，能量较高，原子的扩散速度较快，为奥氏体晶核的形成提供了有利条件。
-奥氏体晶核的长大：奥氏体晶核形成后，通过碳原子的扩散，奥氏体向铁素体和渗碳体两个方向长大。铁素体向奥氏体的转变速度比渗碳体向奥氏体的转变速度快，这是因为铁素体的晶格结构与奥氏体的晶格结构更为接近，原子的扩散阻力较小。
-残余渗碳体的溶解：随着奥氏体的长大，残余渗碳体逐渐溶解。由于渗碳体的溶解速度较慢，在奥氏体晶粒长大到一定程度后，仍会有少量残余渗碳体存在。只有继续加热或保温一段时间，残余渗碳体才能完全溶解。
-奥氏体的均匀化：残余渗碳体完全溶解后，奥氏体中的碳浓度是不均匀的，原先是渗碳体的部位碳浓度较高，原先是铁素体的部位碳浓度较低。通过继续加热和保温，碳原子在奥氏体内充分扩散，使奥氏体的成分逐渐均匀化。
2.影响奥氏体形成速度的因素有哪些？
-加热温度：加热温度越高，原子的扩散速度越快，奥氏体的形成速度也越快。因为温度升高，原子的热运动加剧，扩散激活能降低，碳原子和铁原子的扩散能力增强，从而加速了奥氏体晶核的形成和长大过程。
-加热速度