金属热处理原理与实用工艺复习提纲.docx

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金属热处理原理与实用工艺复习提纲

1、名词解释

1.正火：

把零件加热到临界温度以上30-50℃，保温一段时间，然后在空气中冷却的热处理工艺。

2.退火：

将钢加热、保温后，随炉冷却后，获得接近平衡状态组织的热处理工艺。

3.回火：

将淬火钢重新加热到A1线以下某一温度，保温一定时间后再冷却到室温的热处理工艺。

4.淬火：

将钢加热到AC1或AC3以上某一温度，保温一定时间，以大于临界冷却速度进行快速冷却，获得马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺。

5.淬硬性：

钢淬火后的硬化能力。

6.淬透性：

钢淬火时获得马氏体的能力。

7.贝氏体：

过冷奥氏体中温转变的产物。

8.马氏体：

C原子溶入

-Fe形成的饱和间隙固溶体。

9.贝氏体转变：

奥氏体中温转变得到贝氏体的过程。

10.马氏体转变：

将奥氏体快速冷却到Ms点以下得到马氏体组织的过程。

11.脱溶：

从过饱和固溶体中析出第二相（沉淀相）、形成溶质原子聚集区以及亚稳定过渡相的过程称为脱溶或沉淀，是一种扩散型相变。

12.固溶：

将双相组织加热到固溶度线以上某一温度保温足够时间，获得均匀的单相固溶体的处理工艺。

13.固溶强化：

当溶质原子溶入溶剂原子而形成固溶体时，使强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象。

14.渗碳：

向钢的表面渗入碳原子的过程。

15.渗氮：

向钢的表面渗入氮原子的过程。

16.化学热处理：

将零件放在特定的介质中加热、保温，以改变其表层化学成分和组织，从而获得所需力学或化学性能的工艺总称。

17.表面淬火:

在不改变钢的化学成分及心部组织情况下，利用快速加热将表层奥氏体化后进行淬火以强化零件表面的热处理方法。

2、简答题

1.材料的强韧化机制及其应用

答：

固溶强化；

位错强化；

第二相强化；

④细晶强化。

2.相变应力/组织应力是什么？

对组织性能有什么影响？

答：

组织应力又称相变应力：

金属制品在加热和冷却时发生相变，由于新旧相之间存在着结构和比容差异，制品各部分又难以同时发生相变，或者各部分的相变产物有所不同，也会引起应力，这种因组织结构转变不均均而产生的应力称为组织应力。

热应力：

金属制品在加热和冷却过程中，由于各部分加热速度或冷却速度不同造成制品各部分温度差异，从而热胀冷缩不均匀所引起的内应力。

3.奥氏体化的形成及控制（形成过程、机理、及控制措施）其中包含的化学反应有哪些？

答：

奥氏体：

C溶于γ–Fe的八面体间隙形成间隙式固溶体

形成过程：

形核：

通常在铁素体与渗碳体的两相界面处或珠光体团的边界处；

长大：

奥氏体长大是通过铁素体与奥氏体的点阵重构，渗碳体的溶解和碳在奥氏体中的扩散进行，即奥氏体逐渐吞噬其两边的铁素体和渗碳体而长大；

残余渗碳体分解：

剩余在奥氏体中的渗碳体通过碳原子扩散，不断溶于奥氏体中；

共析钢：

P→A

P→A

F→A

亚共析钢：

影响奥氏体等温形成因素：

加热温度：

加热温度T升高，过热度ΔT增大，相变驱动力ΔG增大，原子扩散速度增加，形核率I和长大速度G均增加；

原始组织：

原始组织越细，碳化物越分散，珠光体的层片间距S0越小，相界面越多，形核率I越大，同时碳的浓度梯度dc/dx增加，长大速度G均增加；

合金元素：

影响奥氏体长大因素:

加热温度和保温时间；

加热速度：

加热速度快，时间短可以细化晶粒；

含碳量的影响；

④合金元素的影响：

形成难溶碳化物阻碍原子扩散，阻止长大；

减小奥氏体晶粒尺寸措施：

两相区和临界区加热；

零保温；快速加热；④细化原始晶粒；⑤循环加热；⑥形变热处理。

4.片状珠光体与粒状珠光体的形成条件？

答：

珠光体转变驱动力：

新旧两相自由能差

粒状珠光体形成机制：

特定条件下过冷奥氏体分解；

片状珠光体低温退火；

高温回火；

④形变球化。

5.表面淬火（感应淬火）与化学热处理（渗氮、渗碳为主）定义、目的及使用范围和优缺点

答：

化学热处理：

将零件放在特定的介质中加热、保温，以改变其表层化学成分和组织，从而获得所需力学或化学性能的工艺总称。

优点：

能有效改善钢表面的成分、组织和性能；不受工件形状限制；很多化学热处理的零件具有变形小，精度高，尺寸稳定性好的特点；经济效果好；有较好的工艺性。

过程：

分解、吸收、扩散

渗碳：

向钢的表面渗入碳原子的过程。

渗碳后进行：

淬火+低温回火

淬火后组织：

表面：

高碳马氏体+Fe3C+Ar心部：

低碳马氏体+少量F

缓冷后组织：

P+Fe3CⅡPP+FF+P（少量）

渗层厚度：

0.8-2mm

渗氮：

将N渗入钢件表面，以提高其硬度、耐磨性和疲劳强度的一种化学热处理方法。

优点：

高硬度，耐磨性；高红硬性；高抗咬和性；高疲劳强度；高抗蚀性；工件变形小

缺点：

生产周期长；成本高；渗层薄；不能承受高的接触应力；和冲击载荷

表面淬火：

在不改变钢的化学成分及心部组织情况下，利用快速加热将表层奥氏体化后进行淬火以强化零件表面的热处理方法。

目的：

使表面具有高的硬度、耐磨性和疲劳极限;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。

表面淬火+低温回火后的组织：

表层组织为M回；心部组织为S回（调质）或F+S（正火）。

与化学热处理区别：

不改变零件表面的化学成分；

使零件表面迅速加热到临界点以上（心部温度仍处于临界点以下），然后快速冷却淬火，获得马氏体组织达到强化表面的目的。

适用材料：

中、高碳钢，普通灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁。

预处理：

调质、正火或球化退火。

后处理：

低温回火

应用：

适用于重型载重汽车上的重要零件如万向节、十字轴、曲轴、齿轮等。

6.加热和冷却过程中裂纹的成因及控制

答：

淬火应力是指在淬火过程中，由于工件不同部位的温度差异及组织转变的不同时所引起的内应力。

当淬火应力超过材料的断裂强度极限时，将在工件上出现淬火裂纹。

控制裂纹措施：

①提高材料的冶金质量，减少夹杂、偏析、折叠等缺陷及其他组织不均匀性；

②淬火时防止过热；

③对形状复杂的制品适当降低冷却速度，若为钢件应在Ms点附近温度就开始较慢冷却，以减小组织应力，为此可采取合适的淬火方式，或选用适宜的冷却介质；

④注意制品浸入冷却介质的方式，避免制品局部应力过大；

⑤改变制品的形状结构，尽可能使制品形状具有对称性，避免尺寸突变、凹槽和尖角，提高制品表面光洁度等，以防止局部应力集中效应。

7.马氏体与贝氏体动力学与热力学因素

答：

马氏体转变特点：

非恒温性；具有切变共格和表面浮凸现象；马氏体转变的无扩散性；④马氏体转变的位向关系和惯习面；⑤马氏体转变的可逆性。

马氏体转变热力学条件：

马氏体的形成条件：

（1）快冷　V>Vk　避免A向P、B转变

（2）深冷T

马氏体转变动力学：

变温转变：

变温瞬时形核，快速长大；

等温转变：

有孕育期，但等温转变不完全；

爆发式马氏体转变；

④表面马氏体转变。

上述三种转变的差别是：

形核方式及形核率不同。

相同点：

长大速度都极快

贝氏体转变动力学：

上贝氏体的形成：

碳在铁素体中的扩散速度大于在奥氏体中的扩散速度，因而在温度较低的情况下，碳在奥氏体的晶界处就发生富集，当碳浓度富集到一定程度时，便在铁素体条间沉淀析出渗碳体，从而得到典型的上贝氏体组织；

下贝氏体的形成：

在下贝体形成温度范围内，由于转变温度低，首先在奥氏体晶界或晶内的某些贫碳区，形成铁素体晶核，并按切变共格方式长大，成片状或透镜状。

由于转变温度低，碳原子在奥氏体中的扩散很困难，很难迁移至晶界。

而碳在铁素体中的扩散仍可进行。

因此在铁素体共格长大的同时，碳原子只能在铁素体的某些亚晶界或晶面上聚集；进而沉淀析出细片状的碳化物。

在一片铁素体长大的同时，其它方向上铁素体也会形成。

从而得到典型的下贝氏体组织。

影响贝氏体转变动力学的因素：

碳含量的影响：

随奥氏体中碳含量的增加，贝氏体转变速度下降。

这是因为碳含量高，形成贝氏体时需要扩散的碳原子量增加；

合金元素的影响：

除Al与Co外，其他合金元素都或多或少地降低贝氏体转变速度，同时也使贝氏体转变的温度范围下降，从而使珠光体与贝氏体转变的C曲线分开；

奥氏体晶粒大小和奥氏体化温度的影响：

一般来说，随奥氏体晶粒增大，贝氏体转变孕育期增长，转变速度减慢。

随奥氏体化温度升高，贝氏体转变速度先降后增。

奥氏体化时间对贝氏体转变速度也有类似的影响。

3、论述题

1.C曲线转变工艺及条件

答：

影响过冷奥氏体等温转变动力学曲线因素：

合金元素：

除Co和Al以外的合金元素均使C曲线右移，即增加过冷奥氏体的稳定性，从而提高钢的淬透性，C对Ms和Mf点的影响最大，随含碳量增加，使Ms和Mf点降低；

加热温度和保温时间；

晶粒大小：

细小的奥氏体晶粒其总晶界面积相对来说比较多，这有利于珠光体的形核，从而促进珠光体转变，珠光体转变线左移

2.淬火与回火工艺问题

答：

淬火：

将钢加热到AC1或AC3温度以上，保温一段时间，然后以大于临界冷速进行快速冷却，得到马氏体或下贝氏体的热处理过程。

对淬火介质要求：

淬火介质首先要有足够的淬火能力或冷却能力，淬火介质的冷却能力必须保证工件以大于临界淬火冷速冷却，工件尺寸一定时冷速越快越有可能获得较大的淬硬深度。

但过高的冷速又将增加工件截面温差使热应力与组织应力增大，容易引起变形开裂。

因此冷却能力又不宜过于剧烈。

回火:

将淬火钢加热到低于A1温度以下，保温一定时间再冷却到室温的热处理过程。

回火转变阶段：

第一阶段：

马氏体的分解第二阶段：

残余奥氏体的转变第三阶段：

碳化物的转变④第四阶段：

α相回复再结晶及碳化物聚集长大

低温回火：

回火马氏体（150～250℃）

中温回火：

回火屈氏体（350～500℃）

高温回火：

回火索氏体（500～650℃）

3.材料制备工艺中热处理工艺是什么？

目的是什么？

得到什么组织？

对应性能是什么？