《金属学及热处理》复习习题及答案

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第一章 金属及合金的晶体结构 复习题

一、名词解释

1．晶体：原子（分子、离子或原子集团）在三维空间做有规则的周期性重复排列的物质。

2．非晶体：指原子呈不规则排列的固态物质。

3．空间点阵：描述晶体中原子（离子、分子或原子集团）规律排列的空间格架称为空间点阵。

4．晶格：一个能反映原子排列规律的空间格架。 5．晶胞：构成晶格的最基本单元。 6．晶界：晶粒和晶粒之间的界面。 7．单晶体：只有一个晶粒组成的晶体。

8．多晶体：由许多取向不同，形状和大小甚至成分不同的单晶体（晶粒）通过晶界结合在一起的聚合体。

9．晶粒：组成多晶体的各个小单晶体的外形一般为不规则的颗粒状，故通常称之为晶粒。

10． 合金：是以一种金属为基础，加入其他金属或非金属，经过熔合而获得的具有金属特性的材料。

11． 组元：组成合金最基本的、独立的物质称为组元。

12． 相：金属中具有同一化学成分、同一晶格形式并以界面分开的各个均匀组成部分称为相。

13． 组织：用肉眼观察到或借助于放大镜、显微镜观察到的相的形态及分布的图象统称为组织。

14． 固熔体：合金组元通过溶解形成成分和性能均匀的、结构上与组元之一相同的固相。 二、填空题

1．晶体与非晶体的根本区别在于原子的排列是否规则。

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2．常见金属的晶体结构有体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格三种。 3．实际金属的晶体缺陷有点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷。

4．根据溶质原子在溶剂晶格中占据的位置不同，固溶体可分为置换固溶体和间隙固溶体两种。

5．置换固溶体按照溶解度不同，又分为无限固溶体和有限固溶体。

6．合金相的种类繁多，根据相的晶体结构特点可将其分为固溶体和金属化合物两种。

7．同非金属相比，金属的主要特征是良好的导电性、导热性，良好的塑性，不透明，有光泽，正的电阻温度系数。

8．晶体与非晶体最根本的区别是原子（分子、离子或原子集团）在三维空间做有规则的周期性重复排列的物质，而非晶体则不是。 9．金属晶体中最主要的面缺陷是晶界和亚晶界。

10． 位错两种基本类型是刃型位错和螺型位错，多余半原子面是刃型位错所特有的。

11． 在立方晶系中，｛120｝晶面族包括(120)、(120)、 (120)、(120)等晶面。 12． 点缺陷有空位、间隙原子和置换原子等三种；属于面缺陷的小角度晶界可以用位错来描述。 三、判断题

1．固溶体具有与溶剂金属相同的晶体结构。（√）

2．因为单晶体是各乡异性的，所以实际应用的金属材料在各个方向上的性能也是不相同的。（×）

3．金属多晶体是由许多位向相同的单晶体组成的。（×）

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4．因为面心立方晶格的配位数大于体心立方晶格的配位数，所以面心立方晶格比体心立方晶格更致密。（√）

5．在立方晶系中，原子密度最大的晶面间的距离也最大。（√）

6．在金属晶体中，当存在原子浓度梯度时，原子向各个方向都具有相同的跃迁几率。（×）

7．因为固态金属的扩散系数比液态金属的扩散系数小得多，所以固态下的扩散比液态下的慢得多。（√）

8．金属理想晶体的强度比实际晶体的强度稍强一些。（×） 9．晶体缺陷的共同之处是它们都能引起晶格畸变。（√） 四、选择题

1．组成合金中最基本的，能够独立存在的物质称为：（b）

a．相；b．组元；c．合金。 2．正的电阻温度系数的含义是：（b）

a．随温度升高导电性增大；b．随温度降低电阻降低；c．随温度增高电阻减小。

3．晶体中的位错属于：（c）

a．体缺陷；b．面缺陷；c．线缺陷；d．点缺陷。 4．亚晶界是由：（b）

a．点缺陷堆积而成；b．位错垂直排列成位错墙而构成；c．晶界间的相互作用构成。

5．在面心立方晶格中，原子密度最大的晶向是：（b） a．<100>；b．<110>；c．<111>。

6．在体心立方晶格中，原子密度最大的晶面是：（b） a．｛100｝；b．｛110｝；c．｛111｝。 7．α-Fe和γ-Fe分别属于什么晶格类型：（b）

a．面心立方和体心立方； b．体心立方和面心立方；

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c．均为面心立方； d．均为体心立方 8．固溶体的晶体结构与 相同。（a）

a．溶剂； b．溶质； c．其它晶型。 9．间隙相的性能特点是：（c）

a．熔点高，硬度低； b．硬度高，熔点低；c．硬度高，熔点高 五、问答题

1．常见的金属晶格类型有哪几种？

回答要点：1）体心立方晶格；其晶胞是一个立方体，在立方体的八个顶角和中心各有一个原子。

2）面心立方晶格；其晶胞是一个立方体，在立方体的八个顶角和六个面的中心各有一个原子。

3）密排六方晶格；其晶胞是一个立方六柱体，在六方柱体的各个角上和上下底面中心各排列着一个原子，在顶面和底面间还有三个原子。 2．金属化合物具有什么样的性能特点？

回答要点：熔点高、硬度高、脆性大。

3．指出下面四个晶面和四个晶向的指数填写在对应的括号内。

z (100) (110) (112) (111) A : [100] C F A D B: [ 110] y C: [201] D: [111] B 4．标出图2-1中给定的晶面指数与晶向指数：

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晶面OO′A′A、OO′B′B、OO′C′C、OABC、AA′C′C、AA′D′D；晶向OA、OB、OC、OD、OC′、OD′。

答：晶面OO′A′A：（010）；晶面OO′B′B：（110）； 晶面OO′C′C：（100）；晶面OABC：（001）； 晶面AA′C′C：（110）；晶面AA′D′D：（210）。 晶向OA：[100]；晶向OB：[110]； 晶向OC：[010]；晶向OD：[120]； 晶向OC′：[010]；晶向OD′：[122]。

5．在立方晶胞中标出以下晶面和晶向：

晶面DEE′ D′：（210）； 晶面DBC′：（111）； 晶向D′ E′：[120]； 晶向C′ D：[011]。

第二章 合金的二元相图 复习题

一、名词解释

1．组元：组成合金最基本的、独立的物质称为组元。

2．枝晶偏析：即晶内偏析。固溶体合金结晶时，如果冷却较快，原子扩散不能充分进行，则形成成分不均匀的固溶体。先结晶的树枝晶晶枝含高熔点组元较多，后结晶的树枝晶晶枝含低熔点组元较多。结果造成在一个晶粒内化学成分分布不均，这种现象称为枝晶偏析。 二、填空题

1．固溶体的强度和硬度比溶剂的强度和硬度高。 2．Cu-Ni合金进行塑性变形时，其滑移面为{111}。 3．固溶体出现枝晶偏析后，可用扩散退火加以消除。

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2. 再结晶：是指冷变形金属加热到一定温度之后，在原来的变形组织中重新产生无畸变的新等轴晶粒，而性能也发生明显的变化，并恢复到冷变形之前状态的过程。

3. 临界变形度：使晶粒发生异常长大的变形度(2～10%)称为临界变形度。生产上应尽量避免在临界变形度范围内进行塑性加工变形。 4. 热加工：在金属的再结晶温度以上的塑性变形加工称为热加工。 5. 冷加工：在金属的再结晶温度以下的塑性变形加工称为冷加工。 二、填空题

1．变形金属的最低再结晶温度是指通常用经大变形量(70%以上)的冷塑性变形的金属，经一小时加热后能完全再结晶(＞95%的转变量)的最低温度为再结晶温度。

2．钢在常温下的变形加工称为冷加工，而铅在常温下的变形加工称为热加工。 3．影响再结晶开始温度的因素预变形度、金属的熔点、微量杂质和合金元素、加热速度、保温时间。

4．再结晶后晶粒的大小主要取决于预变形度和加热温度。

5．金属在塑性变形时所消耗的机械能，绝大部分(占90%)转变成热而散发掉。但有一小部分能量（约10%）是以增加金属晶体缺陷（空位和位错）和因变形不均匀而产生弹性应变的形式（残余应力）储存起来，这种能量我们称之为形变储存能。

6．从硬度变化方面来看，金属经大量塑性变形后，会出现加工硬化现象，随后对金属进行热加工，且加工温度高于再结晶温度，由于金属会经过回复(动态回复)与再结晶(动态再结晶)过程，故金属会发生软化（或硬度下降）。

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三、判断题

1．金属的预先变形度越大，其开始再结晶的温度越高。（×）

2．其它条件相同，变形金属的再结晶退火温度越高，退火后得到的晶粒越粗大。（√）

3．金属铸件可以通过再结晶退火来细化晶粒。（×） 4．热加工是指在室温以上的塑性变形加工。（×） 5．再结晶能够消除加工硬化效果，是一种软化过程。（√） 6．再结晶过程是有晶格类型变化的结晶过程。（×） 四、选择题

1．工业纯金属的最低再结晶温度可用下式计算：（b）

a．T再（℃）=0.4T熔（℃）； b．T再（K）=0.4T熔（K）； c．T再（K）=0.4T熔（℃）+273。

2．变形金属再加热时发生的再结晶过程是一个新晶粒代替旧晶粒的过程，这种新晶粒的晶型是：（a）

a．与变形前的金属相同；b．与变形后的金属相同；c．形成新的晶型。 3．再结晶后：（d）

a．形成等轴晶，强度增大； b．形成柱状晶，塑性下降；

c．形成柱状晶，强度升高； d．形成等轴晶，塑性升高。 五、简答题

1．已知金属钨、铁、铅、锡的熔点分别为3380℃，1528℃，327℃和232℃，试计算这些金属的最低再结晶温度，并分析钨和铁在1100下的加工，锡和铅在室温（20℃）下的加工各为何种加工？

（略，提示：根据T再（K）=0.4T熔（K）计算判断，其中注意温度的单位换算！）

2．何谓临界变形度？分析造成临界变形度的原因。

（略，详见教材P113）

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3．热加工对金属的组织和性能有何影响？钢材在热变形加工（如锻造）时，为什么不出现硬化现象？

回答要点：详见教材（P120）； 钢材在热变形加工（如锻造）时，塑性变形产生的加工硬化被随即发生的回复、再结晶的软化作用所消除，使金属不产生硬化。

6． 拉制半成品铜丝的过程如图5-15，试在图的下部绘出不同阶段的组织和性能的变化示意图，并加以适当解释。

（略）

7． 解释说明在室温下，对铅板进行变形，越弯越硬，而稍后再弯折，又像初时柔软现象。

回答要点：（1）首先出现加工硬化现象，（2）铅的再结晶温度低于室温，（3） 室温下加工也已经超过其再结晶温度，故产生再结晶而使铅板变软。

第七章 金属热处理原理 复习题

一、名词解释

1. 实际晶粒度：某一具体热处理或热加工条件下的奥氏体的晶粒度叫实际晶粒度，它决定钢冷却后的组织和性能。

2. 马氏体：碳在α-Fe 中的过饱和间隙固溶体，具有很大的晶格畸变，强度很高。

3. 贝氏体：渗碳体分布在含碳过饱和的铁素体基体上或的两相混合物。根据形貌不同又可分为上贝氏体和下贝氏体。

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二、填空题

1．钢加热时奥氏体形成是由形核；长大；剩余渗碳体的熔解；奥氏体的均匀化等四个基本过程所组成。

2．在过冷奥氏体等温转变产物中，珠光体与屈氏体的主要相同点是都是渗碳体的机械混合物，不同点是层间距不同 ，珠光体较粗，屈氏体较细。

3．用光学显微镜观察，上贝氏体的组织特征呈羽毛状，而下贝氏体则呈针状。 4．与共析钢相比，非共析钢C曲线的特征是C曲线靠左，亚共析钢左上部多一条先共析铁素体析出线，过共析钢多一条二次渗碳体析出线 。

5．马氏体的显微组织形态主要有板条状、针状马氏体两种。其中板条状马氏体的韧性较好。

6．高碳淬火马氏体和回火马氏体在形成条件上的区别是前者是在淬火中形成，后者在低温回火时形成，在金相显微镜下观察二者的区别是前者为竹叶形，后者为黑色针状。

7．目前较普遍采用的测定钢的淬透性的方法是“端淬试验”即末端淬透性试验。 三、判断题

1．所谓本质细晶粒钢就是一种在任何加热条件下晶粒均不发生粗化的钢。（×） 2．当把亚共析钢加热到Ac1和Ac3之间的温度时，将获得由铁素体和奥氏体构成的两相组织，在平衡条件下，其中奥氏体的碳含量总是大于钢的碳含量。（√） 3．当原始组织为片状珠光体的钢加热奥氏体化时，细片状珠光体的奥氏体化速度要比粗片状珠光体的奥氏体化速度快。（√）

4．当共亚析成分的奥氏体在冷却发生珠光体转变时，温度越低，其转变产物组织越粗。（×）

5．贝氏体是过冷奥氏体中温转变产物，在转变过程中，碳原子能进行扩散，而

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铁原子不能进行扩散。（√）

6．不论碳含量高低，马氏体的硬度都很高，脆性都很大。（×）

7．在正常热处理加热条件下，随碳含量的增高，过共析钢的过冷奥氏体越稳定。（√）

8．因为过冷奥氏体的连续冷却转变曲线位于等温转变曲线的右下方，所以连续冷却转变曲线的临界冷却速度比等温转变曲线的大。（×） 四、选择题

1．钢在淬火后获得的马氏体组织的粗细主要取决于：（b） a．奥氏体的本质晶粒度； b．奥氏体的实际晶粒度；

c．奥氏体的起始晶粒度 2．奥氏体向珠光体的转变是：（a）

a．扩散型转变； b．非扩散型转变； c．半扩散型转变 3．若合金元素能使C曲线右移，钢的淬透性将：（b） a．降低； b．提高； c．不改变

4．若合金元素能使C曲线左移，钢的淬透性将：（a） a．降低； b．提高； c．不改变 5．马氏体的硬度取决于：（c）

a．冷却速度； b．转变温度； c．碳含量

6．在过冷奥氏体等温转变图的鼻尖处，孕育期最短，故：（b）

a．过冷奥氏体稳定性最好，转变速度最快； b．过冷奥氏体稳定性最差，转变速度最快； c．过冷奥氏体稳定性最差，转变速度最慢； d．过冷奥氏体稳定性最好，转变速度最慢 7．钢进行奥氏体化的温度愈高，保温时间愈长则：（b）

a．过冷奥氏体愈稳定，C曲线愈靠左； b．过冷奥氏体愈稳定，C曲线愈靠右；

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c．过冷奥氏体愈不稳定，C曲线愈靠左； d．过冷奥氏体愈不稳定，C曲线愈靠右 8．上贝氏体和下贝氏体的机械性能相比较：（d）

a．两者具有较高的强度和韧性； b．两者具有很低的强度和韧性； c．上贝氏体具有较高强度和韧性； d．下贝氏体具有较高强度和韧性

9．过共析钢加热到Ac1一Accm之间时，则：（a）

a．奥氏体的w(C)小于钢的w(C)； b．奥氏体的w (C)大于钢的w(C)； c．奥氏体的w(C)等于钢的w(C)； d．无法判断两者w (C)的关系 五、简答题

1. 奥氏体的起始晶粒度、实际晶粒度、本质晶粒度的含义及区别。

回答要点：（略）（提示：详见教材P151-152。） 2. 奥氏体、过冷奥氏体、残余奥氏体的异同。

回答要点提示：冷却到A1线以下而又尚未转变的奥氏体称为过冷奥氏体；马氏体转变不能完全进行到底，冷却到MS线以下转变停止时仍未能转变的奥氏体称为残余奥氏体。

3. 说明共析钢C曲线各个区、各条线的物理意义，指出影响C曲线形状和位置的主要因素。

回答要点：（略）（提示：“物理意义”详见教材P154-155；因素详见教材P157-160。）

4. 注意比较共析钢过冷奥氏体等温转变曲线和连续转变曲线的异同点。

（略）

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附加思考题：

1．指出影响奥氏体形成速度和奥氏体实际晶粒度的因素。

2．何谓钢的临界冷却速度？它的大小受哪些因素影响？它与钢的淬透性有何关系？

第八章 金属热处理工艺 复习题

一、名词解释

1. 淬透性：淬透性是指在规定条件下，钢在淬火冷却时获得马氏体组织的能力。 2. 淬硬性：淬硬性是指钢在理想的淬火条件下，获得马氏体所能达到的最高硬度。

3. 调质处理：淬火后高温回火的热处理工艺组合。 二、填空题

1. 钢的淬透性越高，则其C曲线的位置越靠右，说明临界冷却速度越慢。 2. 钢的热处理工艺由加热、保温、冷却三个阶段所组成。

3. 利用Fe-C相图确定钢完全退火的正常温度范围是AC3+20 ~ 30℃，它只适应于亚共析钢。

4. 球化退火的主要目的是降低硬度，改善切削加工性，改善组织，提高塑性，它主要适用于共析钢、过共析钢的锻压件，结构钢的冷挤压件。

5. 钢的正常淬火温度范围，对亚共析钢是线以上AC3+30 ~ 50℃，对过共析钢是AC1+30 ~ 50℃。

6. 当钢中发生奥氏体向马氏体的转变时，原奥氏体中碳含量越高，则MS点越低，转变后的残余奥氏体量就越多。

7. 在正常淬火温度下，碳素钢中共亚析钢的临界冷却速度比共析钢和过共析钢

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的临界冷却速度都慢。

8. 钢的临界冷却速度与奥氏体化温度的关系是奥氏体化温度越高，临界冷却速度越慢。

9. 淬火钢进行回火的目的是消除内应力，获得所要求的组织与性能，回火温度越高，钢的强度与硬度越低。

10. 钢在回火时的组织转变过程是由马氏体分解，残余奥氏体分解，碳化物的转变，渗碳体的聚集长大等四个阶段所组成。

11. 化学热处理的基本过程包括介质的分解、吸收、扩散等三个阶段。 三、判断题

1. 高合金钢既具有良好的淬透性，也具有良好的淬硬性。（×）

2. 经退火后再高温回火的钢，能得到回火马氏体组织，具有良好的综合机械性能。（×）

3. 钢的淬透性高，则其淬透层的深度也越大。（√）

4. 在正常加热淬火条件下，亚共析钢的淬透性随碳的增高而增大，过共析钢的淬透性随碳的增高而减小。（√）

5. 表面淬火既能改变钢的表面化学成分，也能改善心部的组织和性能。（×） 四、选择题

1．钢经调制处理后获得的组织是：（c）

a．回火马氏体； b．回火屈氏体； c．回火索氏体 2．过共析钢的正常淬火加热温度是：（a）

a．Ac1+30℃-50℃； b．Ac3+30℃-50℃； c．Accm+30℃-50℃ 3．影响碳钢淬火后残余奥氏体量的主要因素是：（b） a．钢材本身的碳含量； b．钢中奥氏体的碳含量；

c．钢中碳化物的含量

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4．共析钢过冷奥氏体在550-350℃的温度区间等温转变时，所形成的组织是：（b）

a．索氏体； b．下贝氏体； c．上贝氏体； d．珠光体 5．淬硬性好的钢：（b）

a．具有高的合金元素含量； b．具有高的碳含量；

c．具有低的碳含量

6．对形状复杂，截面变化大的零件进行淬火时，应选用：（a） a．高淬透性钢； b．中淬透性钢； c．低淬透性钢 7．对形状复杂，截面变化大的零件进行淬火时，应采用：（b） a．水中淬火； b．油中淬火； c．盐水中淬火 8．若要提高淬火时的淬硬层深度，应采取：（a）

a．选择高淬透性钢； b．增大工件的截面尺寸；

c．选用比较缓和的冷却介质

9．45钢为得到回火马氏体组织，应进行：（c）

a．正火； b．淬火；c．淬火+低温回火；d．淬火+高温回火 10． 完全退火主要适用与：（a）

a．亚共析钢； b．共析钢； c．过共析钢 11． 扩散退火的目的是：（a）

a．消除和改善晶内偏析；b．消除冷塑性变形后产生的加工硬化；

c．降低硬度以便于加工 12． 钢的回火处理是在：（c）

a．退火后进行； b．正火后进行； c．淬火后进行 13． 通常钢的渗碳温度范围是：（c）

a．600-650℃； b．800-850℃； c．900-950℃； d．1000-1050℃ 五、简答题

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1. T12钢加热到Ac1以上，用如图所示的a、b、c的三种方法冷却。 （1）a 和 c 是何种热处理工艺？ （2）a、b、c的三种方法冷却方式应得到的组织是什么？

回答要点 ：（1）a:分级淬火；b:等温淬火。(2）a: M+Ar；b: 下B+M+Ar；c: 下B。

2. 如图所示为共析钢C曲线图，说出图中各冷却曲线对应的热处理方法及其最终组织。

回答要点：a: 完全淬火，马氏体+残余奥氏体；b: 双液淬火，马氏体+残余奥氏体；c: 不完全淬火，曲氏体和马氏体；d: 等温淬火，贝氏体；e: 正火，索氏体；f: 完全退火，珠光体；g: 等温退火，珠光体。 附加思考题：

1．加热使钢的组织完全转变为奥氏体时，原始组织是粗粒状珠光体为好，还是以细片状珠光体为好？为什么？ 2．简述各种淬火方法及其使用范围。

3．用示意图表示珠光体、索氏体、屈氏体、上贝氏体、下贝氏体和马氏体在显微镜下的形态特征。

4．试述马氏体转变的基本特点。

5．马氏体的本质是什么？它的硬度为什么很高？是什么因素决定了它的脆性？

6．淬透性和淬透层深度有何联系与区别？影响钢件淬透层深度的主要因素是

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什么？

7．正火与退火的主要区别是什么？生产中应如何选择正火与退火？ 8．确定下列岗件的退火方法，并指出退火目的及退火后的组织： 1） 经冷轧后的15钢钢板，要求降低硬度； 2） ZG35发铸造齿轮； 3） 锻造过热的60钢锻坯； 4） 改善T12钢的切削加工性能。

9．两个碳含量为1.2%的碳钢薄试样，分别加热到780℃和900℃并保温相同时间奥氏体化后，以大于淬火临界冷却速度的冷却速度冷至室温。试分析：

1） 两个温度加热淬火后马氏体晶粒粗细的比较、马氏体碳含量比较、残余奥氏体数量比较、未溶碳化物数量比较；2）你认为哪个温度加热淬火合适？为什么？

10． 指出下列工件的淬火及回火温度，并说明回火后获得的组织。 1） 45钢小轴（要求综合机械性能好）； 2） 60弹簧； 3） T12钢锉刀。

11． 两根45钢制造的轴，直径分别为10㎜和100㎜，在水中淬火后，横截面上的组织和硬度分布情况如何？

12． 用T10钢制造形状简单的车刀，其工艺路线为：锻造－热处理－机加工—热处理—磨削加工。写出其中热处理工序的名称及其作用。

13． 试说明表面淬火、渗碳、氮化处理工艺在选用钢种、性能、应用范围等方面的区别。

14． 低碳钢（0.2%C）小件经930℃，5h渗碳后，表面碳含量增至1.0%，试分析以下处理后表面层和心部的组织： 1） 渗碳后慢冷；

2） 渗碳后直接水淬并低温回火；

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3） 有渗碳温度预冷到820℃，保温后水淬，再低温回火；

4） 渗碳后慢冷至室温，再加热到780℃，保温后水淬，再低温回火。

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