金属热处理复习

第一章

1、热处理的目的

改变钢的内部结构，以改善钢的性能。 2、热处理的作用

1)提高钢的力学性能，延长机器零件的使用寿命。

2)消除铸、锻、焊等热加工工艺造成的各种缺陷，细化晶粒，消除偏析，降低内应力，使钢的组织和性能更均匀。

3)使工件表面具有抗磨损、耐腐蚀等特殊物理化学性能。

3、原则上，只有在加热或冷却时发生溶解度显著变化或者发生类似纯铁的同素异构转变，即固态相变发生的合金才能进行热处理强化。

4、Ac1：加热时珠光体转变为奥氏体 的开始温度； Ar1：冷却时奥氏体转变为珠光体的开始温度；

Ac3：加热时游离铁素体全部转变为奥氏体的终了温度； Ar3：冷却时奥氏体析出游离铁素体的开始温度；

Accm：加热时二次渗碳体全部溶入奥氏体的终了温度； Arcm：冷却时奥氏体析出二次渗碳体的开始温度。

5、热处理通常由加热、保温和冷却三个阶段组成。通常把钢加热获得奥氏体的转变过程称为奥氏体化。

6、珠光体向奥氏体的转变包括以下四个阶段：

奥氏体形核、奥氏体长大、剩余渗碳体溶解和奥氏体成分均匀化。

（1）奥氏体形核：珠光体加热到A1点以上，首先在铁素体和渗碳体的相界面上形成奥氏体晶核；铁素体与渗碳体都不能直接转变为奥氏体。在铁素体与渗碳体的界面上具备奥氏体形核所需要的浓度、结构起伏和能量起伏条件，因此奥氏体晶核优先在铁素体和渗碳体的相界面上形成。

（2）奥氏体的长大： 奥氏体晶粒长大是通过渗碳体的溶解、碳在奥氏体和铁素体中的扩散以及铁素体继续向奥氏体转变而进行的。C原子的扩散；奥氏体晶格改组；长大速度：向铁素体方向大于渗碳体方向，温度越高速度差越大。 （3）残余Fe3C溶解； （4）奥氏体均匀化；

7、影响奥氏体等温形成速度的因素

（1）加热温度和保温时间的影响1） 加热温度必须高于A1温度，珠光体才能向奥氏体转变，转变前有一段孕育期。温度越高，孕育期越短。2）转变温度越高，奥氏体的形成速度

越快，转变所需要的时间越短。3）为了获得相同的奥氏体状态，既可以通过低温长时间加热得到，也可由高温短时间加热得到。

（2）加热速度的影响：加热速度越快；孕育期越短；奥氏体开始转变的温度与转变终了温度越高；转变所需的时间也就越短。

（3）原始组织的影响：原始组织越细，奥氏体化越快；；原始组织为片状珠光体时，奥氏体形成速度比粒状珠光体时快。

（4）合金元素的影响 ：随着含碳量的增加，奥氏体形成速度加快。但渗碳体溶解及奥氏体均匀化时间增加。

8、只有当加热温度超过Ac3或Accm并保温足够的时间时，才能获得均匀的单相奥氏体，此时成为完全奥氏体化过程。非共析钢的奥氏体化包括两个过程：珠光体的奥氏体化、先共析相的奥氏体化。

9、起始晶粒度：定义：奥氏体转变刚刚完成，即奥氏体晶粒边界刚刚相互接触时的奥氏体晶粒大小称为起始晶粒度 。影响因素：形核率和长大速度

1）增大形核率和增大加热速度，都可使奥氏体的起始晶粒细化，但进一步提高加热温度或在高温下长时间保温，奥氏体晶粒粗化。2）如果晶界上存在难溶化合物质点，能阻碍晶粒继续长大。要使晶粒进一步长大，只有提高加热温度，使难溶质点溶入奥氏体。 10、奥氏体晶粒度有三种，即起始晶粒度、实际晶粒度和本质晶粒度。

11、本质晶粒度：定义：根据标准试验方法(GB6394-2002)，经930℃±10℃，保温3～8h后测得奥氏体晶粒大小。

本质晶粒度表明了奥氏体晶粒长大倾向，是实际晶粒度的特殊情况。 12、随加热温度升高，奥氏体晶粒迅速长大，称为本质粗晶粒钢。

13、在930℃以下随温度升高，奥氏体晶粒长大速度很缓慢，称为本质细晶粒钢。 14、本质晶粒度常用的测定方法为渗碳法和氧化法。

1）渗碳法：将试样加热到930℃±10℃，渗碳8小时获得不低于1mm的渗层，缓冷后在渗层的过共析钢部分形成网状Fe3C，借助于网状Fe3C进行晶粒度评定。

2）氧化法：将样品抛光，在无氧化条件下加热930℃±10℃，使晶粒充分长大，然后在氧化气氛下短时间氧化，由于晶界比晶内容易氧化，冷却后试样抛光和腐蚀，即可把氧化的晶界网清晰地显示出来进行晶粒度评定。

15、实际晶粒度：概念：经热处理后获得的实际奥氏体晶粒大小。 实际晶粒一般总比起始晶粒大。际晶粒度除了与钢的本质晶粒长大倾向有关外，它主要决定于具体的加热温度和保温时间。

16、奥氏体晶粒长大原理：奥氏体晶粒长大在一定条件下是一个自发过程。晶粒长大动力和阻力相互作用使晶界推移，实现奥氏体晶粒长大。 17、影响奥氏体晶粒度的因素：

1）加热温度和保温时间：加热温度越高、保温时间越长，奥氏体晶界迁移速度越大，其晶粒越粗大。

2）加热速度：加热速度快，可获得细小的起始晶粒度。 3）化学成分：c含量高时促进长大，过高阻碍。

4）第二相：若在钢中加入Ti、V、Zr、Nb等强碳化物形成元素时，它们在钢中能形成高熔点的弥散碳化物和氮化物，能阻碍晶粒长大。

5）钢的原始组织的影响：钢的原始组织越细，碳化物弥散度越大，奥氏体的起始晶粒度越小。 18、过热：由于加热工艺不当(加热温度过高、保温时间过长等)而引起实际奥氏体晶粒粗大，在随后的淬火或正火得到十分粗大的组织，从而使钢的力学性能严重恶化，此现象称为过热。

通过正火、退火的重结晶可以消除过热组织(非平衡组织则难以消除)。

19、过烧：由于加热工艺不当(加热温度过高、保温时间过长等)而引起奥氏体晶界熔化的现象称为过烧。

通过正火、退火的重结晶不能消除过烧组织。 20、钢在冷却时的转变：连续冷却、等温冷却

21、临界转变温度：奥氏体在临界转变温度以上稳定，不会发生分解；奥氏体在临界转变温度以下不稳定，冷却时要发生分解。

22、过冷奥氏体：在临界转变温度以下存在但不稳定，将要发生转变的奥氏体。 23、影响过冷奥氏体等温转变的因素：奥氏体成分的影响（碳含量、合金元素）；奥氏体状态的影响（奥氏体晶粒尺寸、奥氏体均匀性、应力和塑性变形）

1）成分影响：亚共析钢：C%↑，右移。过共析钢：C%↑，左移。共析钢： C曲线最靠右，最稳定，但易粗化。Me(Co、Al以外)均使C曲线右移

非（或弱）碳化物形成元素Co、Ni、Mn、Si、Cu及B，使C曲线右移但不分离，Si使鼻子温度上移，其它使之下移。碳化物形成元素Cr、Mo、W、V、Ti、Nb，Me%↑，两组C曲线逐渐分离，使珠光体的鼻子温度上升，而使贝氏体的鼻子温度下降，Cr、Mn使贝氏体转变线强烈右移，而Mo、微量B则使珠光体线强烈右移。 2）奥氏体状态： 奥氏体晶粒尺寸：

奥氏体晶粒大小主要影响先共析转变、珠光体转变和贝氏体转变。晶粒越细小，越有利于新相形核和原子扩散，C—曲线向左移动。对于马氏体转变，晶粒大小影响不大。晶粒越大则Ms越高，马氏体转变越快。加热温度高保温时间长，奥氏体晶粒粗大，成分均匀性提高，奥氏体稳定性增加，C—曲线右移。 奥氏体均匀性

A）奥氏体成分越不均匀，先共析转变和珠光体转变越快，该部分C—曲线左移；贝氏体转变时间则延长，转变终了线右移。同时，Ms线升高，Mf 线降低；b）不均匀奥氏体中的低碳、低合金浓度区使孕育期缩短，转变开始线左移，同时Ms线上升。高碳、高合金浓度区则转变变慢，转变终了线右移；c）加热速度越快，时间越长，则奥氏体越均匀。感应加热速度很快，时间很短，所以形成的奥氏体成分不均匀，晶粒很细小，且残余碳化物较多，这些都使等温转变加快，使C—曲线左移，使Ms线升高；d）合金碳化物溶入奥氏体越多，则奥氏体的碳浓度及合金浓度越高，相界面积也越少，这都使奥氏体的稳定性提高，转变减慢，C—曲线右移，Ms线更低。 塑性变形

奥氏体比容最小，马氏体比容最大，奥氏体转变时体积膨胀，施加拉应力加速其转变，使“C”曲线左移，施加压应力不利其转变，使“C”曲线右移。；对奥氏体施以适当的塑性变形，使缺陷密度增加(加速原子扩散)或析出碳化物(奥氏体中C%降低)，降低过冷奥氏体稳定性，使“C”曲线左移。

24、连续冷却与等温冷却的比较：孕育期不同；过冷度不同；转变产物不同；实际生产中的应用

25、片状珠光体晶粒尺寸大小可以用片间距大小来表示，相邻两片Fe3C(或F)的平均距离S0称珠光体的片层间距 26、珠光体的分类：

1）根据组织形态分类常见的珠光体：片状珠光体和粒状珠光体两种。 片状珠光体：F和Fe3C层片相间的复合混合组织。

粒状珠光体：Fe3C 以粒状分布于F 基体上形成的混合组织。

2）根据珠光体片层间距S0的大小，可将珠光体分为三类：

1)珠光体：用P表示；S0=0.6~1μm。光镜下观察到F与Fe3C呈层片状。

2)索氏体：用S表示；S0=0.25~0.3 μm 。光镜下难以区分F与Fe3C呈层片状，电镜下清晰观察到F与Fe3C的片层。

3)屈氏体：用T表示；是极细的珠光体。S0=0.1~0.15 μm 。光镜下无法分辨F与Fe3C的层片(呈黑球状)，电镜下清晰观察到F与Fe3C的片层。

珠光体片层间距S0的大小，取决于过冷度ΔT 而与原奥氏体晶粒尺寸大小无关。 27、珠光体的力学性能 ： 对于片状珠光体，由于铁素体的塑性变形受到阻碍，位错的移动限于渗碳片之间的铁素体中进行，增加了变形抗力，使强度得到提高。渗碳体片越薄，塑性变形的能力越强，其硬度越高；而厚的渗碳体易在变形中产生断裂。薄片渗碳体却可以承受部分变形，故强度升高的同时，塑性也有所提高。

粒状珠光体中的渗碳体为球状，其阻碍铁素体变形的能力大为下降。比起片状珠光体，粒状珠光体具有较低的强度以及较高的塑性。

珠光体团尺寸的减小，强度将有所提高；同时，晶粒的细小，也使得晶粒位向增多，滑移的有利取向增多，从而塑性亦有所提高。

28、片状珠光体的晶体结构和形成：1）铁素体和渗碳体交替形核长大；2）渗碳体以分枝长大形式进行，造成其相邻的奥氏体贫碳，从而使铁素体在渗碳体枝间形成，最终形成二者片层相间的组织。

29、一个珠光体领域是由一个铁素体晶粒和一个渗碳体晶粒互相穿插而成。

30、粒状珠光体的形成 机理：1）片状珠光体的球化；在不均匀奥氏体中直接形成粒状珠光体；3)淬火+高温回火

组织：渗碳体呈颗粒分布在基体中。

31、影响珠光体球化的因素：奥氏体均匀化程度。合金元素。保温时间。晶体中的缺陷。 32、亚共析钢的珠光体转变：先析出铁素体，转变为珠光体。

33、过共析钢的珠光体转变：(1)粒状Fe3C(球化工艺)；(2)网状Fe3C(奥氏体晶粒较大且成分均匀，冷却速度缓慢)，(3)片针状Fe3C(奥氏体晶粒粗大，成分均匀，冷却速度缓慢)。 34、伪共析组织： 亚(过)共析钢快冷后抑制先共析相的析出，在非共析钢成分下析出的共析组织(F+Fe3C)成为伪共析组织。 35、魏氏组织： 工业上将先共析的片(针)状铁素体或片(针)状碳化物加珠光体组织称魏氏组织，用W表示。前者称α-Fe魏氏组织，后者称碳化物魏氏组织。

36、马氏体是C 在α-Fe 中的过饱和间隙式固溶体。具有体心立方点阵(C%极低钢)或体心正方(淬火亚稳相)点阵。

37、马氏体组织往往有密度较高的位错或较细的孪晶为亚结构

38、马氏体相变的主要特征：马氏体转变的无扩散性；表面浮凸现象和不变平面应变；新旧相保留一定的晶体学位向关系；马氏体内往往具有亚结构；相变的可逆性

39、马氏体相变为无扩散型相变，属形核长大型，并具有可逆性。逆转变时，也出现表面浮突，但与马氏体形成时的方向相反。

40、惯习面：当母相转变为马氏体时，马氏体往往在母相的一定晶面上形成，这一定的晶面即称为惯习面。

通常以母相奥氏体的晶面指数来表示惯习面 马氏体长大时，惯习面即成为两相的交界面。

马氏体片与母相保持切变共格，惯习面为不变平面。

39、淬火钢中的马氏体分为两种主要类型：条状马氏体和片状马氏体。

40、条状马氏体主要出现在低碳钢淬火组织中；片状马氏体主要出现在高碳钢淬火组织中 41、影响形态及亚结构的主要因素：1）母相的化学成分2）压力2）淬火冷却速率4）形成温度。

42、在一定温度范围内的塑性变形，将诱发马氏体相变，通常将塑性变形诱发马氏体相变的最高温度成为Md

43、马氏体重要的性能是：高强度、高硬度。其强化基质分为固溶强化、时效强化和相变强化。马氏体强度主要取决于碳的固溶强化及自回火的时效强化。

44、上贝氏体（羽毛状、复相组织、易腐蚀）和下贝氏体（竹叶状、单相组织、不易腐蚀）主要区别在于贝氏体铁素体的形态及碳化物的析出位置的不同

45、影响贝氏体强度的因素：贝氏体铁素体的晶粒尺寸、碳化物的弥散度及其分布、溶质的固溶强化、位错强化。

第二章 钢的热处理

1、球化退火：钢随炉升温加热到Ac1～Accm以下的双相区，保温后缓慢冷却的热处理工艺。目的：让其中的碳化物球化（粒化）和消除网状的二次渗碳体。（因此叫做球化退火。）目的：1）降低硬度，改善切削加工性能；2）提高塑性、改善钢的冷挤压成形性；3）均匀组织，改善热处理工艺性能；4）为淬火做准备。

2、退火：将钢加热到相变温度Ac1以上或以下，保温以后缓慢冷却（一般随炉冷却）以获得接近平衡状态组织的一种热处理工艺。 3、退火分类：

（临界温度以上）完全退火；扩散退火；不完全退火；球化退火；（临界温度以下）再结晶退火；去应力退火；

按冷却方式：等温退火 连续冷却退火

4、完全退火：将钢件或钢材加热到Ac3以上20℃～30℃，经完全奥氏体化后进行随炉缓慢冷却，以获得近于平衡组织的热处理工艺

适用钢材: 中碳钢（消除魏氏组织、晶粒粗大、带状组织等） 目的

均匀组织，细化晶粒 降低硬度，消除内应力

改善钢的切削加工性能

5、不完全退火：将钢加热到Ac1～Ac3(亚共析钢)或Ac1～Accm (过共析钢)之间的双相区，保温后缓慢冷却的热处理工艺。

6、等温退火：将奥氏体化后的钢较快地冷却到稍低于Ar1温度等温，使奥氏体转变为珠光体，再空冷到室温的热处理工艺。目的：缩短退火时间 7、扩散退火（均匀化退火）：将工件加热到略低于固相线的温度（亚共析钢通常为1050℃～1150℃），长时间（一般10～20h）保温，然后随炉缓慢冷却到室温的热处理工艺。目的：均匀钢内部的化学成分，消除偏析。

8、去应力退火：为了消除由于变形加工以及铸造、焊接过程引起的残余内应力而进行的退火称为去应力退火。 9、再结晶退火： 把冷变形后的金属加热到再结晶温度以上保持适当的时间，使变形晶粒重新转变为均匀等轴晶而消除加工硬化的热处理工艺。 10、正火：将钢材或钢件加热到临界温度以上，保温后空冷从而得到珠光体类组织的热处理工艺

应用：消除网状二次渗碳体；作为最终热处理，提高工件的力学性能；改善切削加工性能；消除热加工缺陷。

百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说综合文库金属热处理复习在线全文阅读。