金属热处理工艺复习题汇总(1)Word格式文档下载.docx

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Ac3：

加热时先共析铁素体全部转变成奥氏体的终了温度；

Ar3：

冷却时奥氏体开始析出先共析铁素体的温度；

Accm加热时二次渗碳体全部溶入奥氏体的终了温度；

Arcm：

冷却时奥氏体开始析出二次渗碳体的温度

3、奥氏体的形成条件：

过热，即T>

A1。

4、奥氏体界面形核的原因（条件）：

a.易获得形成A所需浓度起伏、结构起伏和能量起伏b.在相界面形核使界面能和应变能的增加减少

5、奥氏体形成机理a.奥氏体的形核：

球状珠光体中优先在F/Fe3C界面形核，片状珠光体中优先在珠光体团的界面形核，也在F/Fe3C片层界面形核。

b.奥氏体的长大：

片状珠光体中奥氏体向垂直于片层和平行于片层方向长大；

球状珠光体中奥氏体的长大首先包围渗碳体,把渗碳体和铁素体隔开,然后通过A/F界面向铁素体一侧推移,A/Fe3C界面向Fe3C一侧推移,使F和Fe3C逐渐消失来实现长大的。

c.残余碳化物的溶解：

由Fe3C中的C原子向A中扩散和铁原子向贫碳Fe3C扩散,Fe3C向A晶体点阵改组实现的。

d.奥氏体的均匀化：

随着继续加热或继续保温，以便于碳原子不断扩散，最终使奥氏体中碳浓度均匀一致。

6、影响A转变速度因素：

1、温度越高，转变速度越快2、原始组织：

片状P转变速度大于球状P的转变速度3、碳含量：

碳含量越高，A形成速度越快4、合金元素的影响：

强碳化物形成元素Cr、Mo、W等降低C在A中的扩散系数，减慢A形成速度；

非碳化物形成元素Co和Ni等可增大C在A中的扩散系数，加速A形成；

Si和Al对C在A中的扩散影响不大，因此对A形成速度无显著影响。

7、影响A晶粒长大因素：

（1）加热温度和保温时间：

加热温度越高，保温时间越长，A晶粒就越粗大

（2）加热速度：

加热速度快，奥氏体实际形成温度高，形核率增高。

加热速度越快，A起始晶粒度越细小（3）碳含量的影响：

钢中碳含量增加时，碳原子在奥氏体中的扩散系数及铁的自扩散系数均增大，故奥氏体晶粒长大倾向增大。

（过共析钢）（4）合金元素的影响：

Ti、Zr、V、Al、Nb、Ta等阻止奥氏体晶粒长大，使奥氏体粗化显著提高；

Mn、P、C、O在一定限度下可增加奥氏体晶粒长大倾向。

3何谓过冷奥氏体，过冷奥氏体等温转变曲线，转变产物；

珠光体的组织形态和性能；

珠光体的转变机理与影响因素；

1、过冷奥氏体是指处于临界温度下暂时存在的奥氏体。

A1~550℃范围内转变生成珠光体，属于高温扩散型转变，550~230℃范围内转变生成贝氏体，属于中温半扩散型转变。

2、珠光体按渗碳体的形态分为片状珠光体和粒状珠光体。

片状珠光体的力学性能与片间距有关，片间距越小，强度和硬度增大，塑性和韧性有所改善。

粒状珠光体的性能取决于铁素体晶粒大小和Fe3C大小、数量和分布，Fe3C细小，分布均匀，则强度、硬度较高，韧性也提高，与同成分片状珠光体相比，粒状珠光体硬度稍低，塑性和韧性较高。

3、

4马氏体的定义；

晶体结构、组织形态、性能；

马氏体具有高硬度、高强度的本质；

Ms、Mf点；

影响Ms点的主要因素；

马氏体的形成条件与转变特点；

1、马氏体定义：

M是C在α-Fe中的过饱和固溶体。

2、晶体结构、组织形态、性能：

Wc<

0.2%时体心立方晶格，Wc>

0.2%时体心正方结构；

组织形态：

低碳钢、马氏体时效钢、不锈钢中存在板条马氏体，也称位错马氏体，淬火高、中碳钢、及Fe-Ni-C钢中存在片状马氏体，在试样磨面相截在显微镜下呈针状，又称针状马氏体，亚结构为孪晶，也称孪晶马氏体；

性能特点：

马氏体的硬度和强度主要取决于马氏体内碳的质量分数。

马氏体的硬度和强度随着马氏体的碳的质量分数的增加而升高，当马氏体的碳质量分数大于0.6%后，硬度和强度提高得并不明显。

马氏体的塑性和韧性也与其碳的质量分数有关，片状高碳马氏体的塑性和韧性差，板条状低碳马氏体的塑性和韧性较好。

3、马氏体的高强度和硬度是由过饱和碳引起的固溶强化、相变强化、马氏体的时效强化等因素引起的。

4、Ms点：

马氏体转变开始的温度，称为上马氏体点；

Mf点：

马氏体转变终了温度，称为下马氏体点。

5、影响Ms点的主要因素：

①母相的化学成分母相的化学成分是影响Ms点最主要的因素。

②母相的晶粒大小和强度加热温度越高，奥氏体晶粒越粗大，奥氏体的屈服强度越低，导致Ms点越高。

③冷却速度④应力和塑性形变

6、马氏体形成条件：

快冷，避免A转变成P或B；

深冷T<

Ms，提供足够的驱动力。

转变特点：

①共格切变和表面浮凸效应②无扩散相变③马氏体转变有一定的位向关系和惯习面④马氏体转变不完全⑤马氏体转变可逆

5典型贝氏体的形成温度、组织形态和机械性能；

贝氏体相变的基本特征；

1、贝氏体分为

（1）上贝氏体对于中、高碳钢，在550~350℃之间形成，由成束的、大致平行的铁素体板条加碳化物组成非片层状组织

（2）下贝氏体在350℃以下形成，碳含量低时形成温度可能略高于350℃，由铁素体和碳化物组成的两相混合组织，碳含量低时成板条状，碳含量高时呈透镜片状（3）无碳贝氏体在贝氏体转变的最高温度范围内形成，主要由大致平行的铁素体板条组成（4）粒状贝氏体一般在低碳或中碳合金钢中以一定的速度连续冷却时获得，形成温度稍高于上贝氏体的形成温度，由块状铁素体与富碳奥氏体组成，其形态为铁素体基体上分布着小岛状的奥氏体。

力学性能特点：

取决于贝氏体的形态、尺寸大小和分布，以及贝氏体与其他组织的相对量等。

由于铁素体和渗碳体是贝氏体中最主要的组成相，且铁素体又是基本相，因此铁素体的强度 是贝氏体强度的基础。

（关于力学性能，这里只是概述，具体的贝氏体的强度、硬度、韧性看 书上。

）

贝氏体相变基本特征：

①贝氏体转变有上、下限温度，奥氏体必须过冷到Bs以下才能 发生贝氏体转变；

②转变产物为非层片状:

贝氏体是有α相与碳化物组成的两相机械混 合物；

③贝氏体转变通过形核和长大方式进行，贝氏体转变可以等温形成，也可连续冷 却形成。

贝氏体等温转变需要孕育期；

④转变的不完全性，即奥氏体不能全部转变成贝 氏体。

随着温度的升高，贝氏体转变的不完全程度增大。

未转变的A，随后等温，可能 发生P转变，称为“二次珠光体转变”；

⑤转变的扩散性：

贝氏体的转变在中温区，铁及合金 元素的原子不发生扩散，而碳原子可以在奥氏体和铁素体中扩散，因此，贝氏体转变的扩散 性是指碳原子的扩散；

⑥贝氏体转变的晶体学：

在贝氏体转变中，当铁素体形成时，在抛光 的试样表面上产生表面浮凸，贝氏体中的铁素体和母相奥氏体之间存在一定位向关系和惯习 面；

⑦贝氏体铁素体（BF）为碳过饱和固溶体：

贝氏体中铁素体的碳含量一般均为过饱和， 且过饱和程度随贝氏体形成温度降低而增加，但低于马氏体的过饱和程度。

6退火、正火的定义、目的和分类；

常用退火工艺方法；

退火、正火后钢的组织和性能；

1、退火定义：

将组织偏离平衡状态的金属或合金加热到适当的温度，保温一定时间，然后缓慢冷却以达到接近平衡状态组织的热处理工艺。

目的：

钢的退火多数为预备热处理，通过退火可以消除钢锭的成分偏析，使成分均匀化；

消除铸、锻件中的魏氏组织或带状组织，细化晶粒，均匀组织；

降低硬度，改善组织，以便于切削加工；

改善高碳钢中的碳化物的形态和分布，为淬火做好组织上的准备。

分类：

按加热温度的不同，退火可分为临界温度以上或以下的退火。

前者是将工件加热至相变温度以上，使其发生结构、组织变化，从而改变性能的一种热处理工艺，包括完全退火、不完全退火、球化退火、扩散退火（也称均匀化退火）；

后者是将工件加热到相变温度以下，以消除内应力、防止变形、降低硬度、恢复塑性和消除加工硬化，改善切削和冲压加工性能的热出路工艺，包括去应力退火、再结晶退火等等。

2、正火定义：

将钢加热到Ac3或Accm以上30~50℃并保温一段时间，然后出炉空冷的热处理技术。

对于大型铸件、锻件和钢材，正火可以细化晶粒、消除魏氏组织或带状组织，为下一步热处理做好组织准备；

减少低碳钢退火后钢中先共析铁素体，获得细片状珠光体，使硬度提高到140~190HBW，改善钢的切削加工性能；

对于过共析钢，正火可以消除网状碳化物，便于球化退火；

可以作为某些中碳钢或中碳合金结构钢工件的最终热处理，代替调质处理，使工件具有一定的综合力学性能。

3、常用退火工艺方法见另一份第二题

4、退火、正火后钢的组织和性能：

①组织比较：

退火、正火后均是珠光体组织，但正火组织比退火组织细，即正火的珠光体片间距比退火的珠光体片间距小；

②性能比较：

亚共析钢，正火的强度、硬度、韧性较高，塑性相仿；

过共析钢，退火后强度、硬度、韧性均低于正火的，只有球化退火的，因其所得组织为球状珠光体，故其综合性能优于正火的。

总之，对于含碳量相同的工件，正火后的强度和硬度要高于的退火的。

7淬火的定义、目的和分类；

常用淬火介质；

冷却过程三阶段；

钢的淬透性及影响因素；

淬硬性及影响因素；

淬火方法及应用；

淬火缺陷；

1、淬火定义：

淬火是将钢加热到临界点（Ac1或Ac3）以上，保温一段时间后以大于临界冷却速度的冷速冷却，使过冷奥氏体转变成马氏体或贝氏体组织的工艺方法。

2、淬火目的：

①提高硬度和耐磨性，如刃具、量具、模具等②提高强韧性，如各种机器零件③提高顺磁性，如用高碳钢和磁钢制的永久磁铁④提高弹性，如各种弹簧⑤提高耐蚀和耐热性，如耐热钢和不锈钢

3、淬火分类：

见书

4、常用淬火介质：

①有物态变化的淬火介质：

水、油、水溶液②无物态变化的淬火介质：

硝酸盐、碱③植物油基生态淬火油、聚合物水基淬火介质、固-气流化介质

5、有物态变化淬火介质冷却过程：

①蒸汽膜阶段：

冷却速度慢②沸腾阶段：

冷却速度快③对流阶段：

冷却速度慢

6、钢的淬透性是指钢在淬火时获得马氏体的难易程度，是钢本身的固有属性，它取决于钢的淬火临界冷却速度的大小，也就是钢的过冷奥氏体的稳定性，而与冷却速度、工件尺寸大小等外部因素无关。

钢的淬硬性是指钢在淬成马氏体时所能达到的最高硬度，它取决于淬火加热时奥氏体中的碳含量。

7、淬火方法及应用①单液淬火法：

将奥氏体化后的工件直接淬入一种淬火介质中连续冷却至室温的方法。

适用于形状简单的碳钢、合金钢工件。

②双液淬火法：

把加热到淬火温度的工件，先在冷却能力强的淬火介质中冷却至接近MS点，然后转入冷却能力弱的淬火介质中冷却至室温。

适用于尺寸较大的碳素钢工件

③喷射淬火法：

向工件喷射水流的淬火方法。

适用于局部淬火

④分级淬火法：

将奥氏体化后的工件首先淬入略高于钢的Ms点的盐浴或碱浴众保温一段时间，待工件内外温度均匀后，再从浴炉中取出空冷至室温的方法。

适用于尺寸较小的工件

⑤等温淬火法：

将奥氏体化后的工件淬入Ms点以上某温度的盐浴中等温足够长的时间，使之转变为下贝氏体组织，然后再空气中冷却的淬火方法。

适用于尺寸要求精密、形状复杂的工件

8、淬火缺陷：

8回火的定义、目的和种类、应用；

回火脆性；

淬火钢回火时的组织转变阶段；

1、回火定义：

将淬火后的钢在A1以下温度加热，使其转变为稳定的回火组织，并以适当方式冷却的工艺过程。

回火应用：

低温回火适用于各种工具、模具、量具、轴承（高碳、高碳高合金钢）及经渗碳（氮）和表面淬火的工件；

中温回火适用于弹簧的热处理；

高温回火与淬火结合，淬火+高温回火的热处理工艺称为调质处理，适用于连杆、轴、齿轮等各种重要结构件的处理，也可作为精密零件、量具等的预备热处理。

2、回火脆性：

在某些温度区间内回火时，钢的韧性显著下降的现象。

分为低温回火脆性（回火马氏体脆性，TME）和高温回火脆性。

低温回火脆性指淬火钢在250-400℃挥霍是出现的脆性，特征不可逆，与冷速、回火时间无关减少或消除方法：

无法有效消除，除弹簧钢以外，其他零件淬火后应避免在250-400℃回火。

高温回火脆性指淬火钢在450-650℃范围内回火后缓冷时出现的脆性。

多发生在含Cr、Ni、Mn、Si等元素的合金钢中特征可逆性，与冷速有关，快冷时不产生，与回火时间有关，回火时间越长，脆性增加。

减少或消除方法：

高温回火后，在水中快速冷却，一般适用于较小截面的零件；

加入降低回火脆性倾向的元素Mo或W，适用大截面零件或合金钢

3、回火目的、种类，淬火钢回火时的组织转变阶段见第二份资料

9典型零件（轴承、弹簧、工具）的热处理工艺；

1、GCr15轴承钢：

工艺路线铸造——正火——球化退火——机加工——淬火+冷处理（-60~-80℃）——低温回火——磨削加工——稳定化处（120~150℃；

5~10h）热处理工艺①预备热处理：

正火：

消除网状碳化物，细化晶粒；

球化退火：

降低硬度，提高 韧性，为淬火组织准备②淬火：

获得马氏体组织810～860℃（温度偏高），让Cr尽量溶入 A，又不致于导致晶粒粗大，A含碳过高；

油冷③冷处理：

获得马氏体组织,减少Ar④低温 回火：

消除残余应力，保持高硬度.

2、弹簧热处理工艺冷成形弹簧：

去应力退火，消除变形过程中或淬火中形成的残余应力，稳定尺寸热成形弹簧：

淬火+中温回火，或采用等温淬火，淬火温度Ac3以上，提高强度，回火温度350~450℃，得到回火屈氏体，等温回火得到贝氏体组织

3、工具钢热处理：

正火+球化退火+淬火+低温回火。

1、简述马氏体的组织形态及其性能特点。

马氏体的形态有板条状和片状两种，碳质量分数在0.25%以下时，基本上是板条状马氏体，碳质量分数在0.25~1.0%之间时，为板条状马氏体和片状马氏体的混合物，当碳质量分数大于1.0%时，大多数是片状马氏体。

2、简述退火种类及其所适应的碳钢种类范围。

①完全退火将钢加热到Ac3以上30~50℃，保温一段时间，获得均匀的单相奥氏体组织，然后缓慢冷却（炉冷约为30~120℃/h），以获得接近平衡组织的热处理工艺主要用于亚共析成分的碳钢和合金钢的铸件、锻件和热轧型钢以及焊接结构件

②等温退火钢经奥氏体化后，以较快速度冷却到珠光体转变温度区（一般为A1~680℃）的某一温度进行等温，奥氏体发生珠光体型转变，然后以较快的速度（通常为空冷）冷到室温。

主要用于合金钢和高合金工具钢

③球化退火使钢中的碳化物球状化的热处理工艺。

主要用于共析钢和过共析钢，包括含碳量大于0.60%的各种高碳工具钢、模具钢、轴承钢等。

④扩散退火也称均匀化退火，把钢加热到Ac3以上150~200℃，长时间（10~15h）保温，使原子扩散，达到成分的均匀化，然后随炉冷缓慢冷却的热处理工艺主要用于合金钢钢锭和铸件

⑤去应力退火将钢加热到Ac1以下的某一温度（一般为500~650℃），保温一定时间后缓慢冷却的工艺主要用于碳钢、低合金钢、高合金钢和高速钢

⑥再结晶退火将经过冷变形加工的工件加热到再结晶温度以上，保温一定时间后冷却，使工件发生再结晶，从而消除加工硬化的工艺主要用于冷轧低碳钢钢板和钢带。

3、简述淬火硬度不足的两种可能原因。

①淬火冷速不够

冷速不够的原因可能是淬火介质选择不当，淬火介质的温度升高或混入较多 杂质而使其冷却能力下降，或者是工件尺寸过大，难以获得足够的冷速。

②淬火加热温度过低或保温时间过短

由于奥氏体中碳及合金元素含量不够或奥氏体的成分不均匀，甚至没有完成全部转变，使淬火组织中还残存着珠光体或铁素体，故引起淬火后硬度不足。

此外装炉量过大或炉温不均而使工件欠热或加热不均等，也会引起硬度不足。

③操作不当④表面脱碳

4、简述回火的目的、基本过程和种类。

回火的基本目的是提高淬火钢的塑性和韧性，降低其脆性，另一个目的是降低或消除淬火引起的残余内应力。

基本过程：

（1）碳原子的重新排布——时效阶段（100℃以下）

（2）过渡碳化物的沉淀——回火的第一阶段（100-300℃）（3）残余奥氏体的分解——回火第二阶段（200-300℃）（4）过渡碳化物转变为Fe3C——回火第三阶段（200-350℃）（5）Fe3C的粗化和球化——回火第四阶段（350℃以上）

种类：

（1）低温回火（250℃以下）

（2）中温回火（250-500℃）（3）高温回火（500℃以上，淬火加高温回火成为调质处理）

5、简述珠光体转变动力学的特点。

（1）转变开始之前有一个孕育期

（2）温度一定时，转变速度随时间延长有一极大值（3）随转变温度降低，珠光体转变的孕育期有一极小值，在此温度下，转变最快（4）合金元素的影响显著

6、简述珠光体类型及其力学性能特点。

珠光体分为三种

（1）A1~650℃之间温度范围内等温转变所获得的粗层片状的渗碳体与铁素体构成的共析体，仍成为珠光体，符号为P

（2）650~600℃之间等温转变所获得的较薄片状珠光体成为索氏体，符号为S（3）600~550℃温度范围内等温转变所获得的更细的层片状珠光体称为托氏体，符号为T

珠光体的性能主要取决于其层片大小，其层间距离越小，则相界面越多，塑性变形的抗力越大，即硬度和强度越高，同时，塑性和韧性也有所改善。

7、简述再结晶退火的特点。

（1）再结晶退火的温度在650℃或稍高，保温时间为0.5-1h，随炉冷却

（2）不改变组织形态（3）晶粒大小取决于冷变形量的大小

8、简述热处理工艺缺陷。

钢热处理后的缺陷常有硬度不高、硬度分布不均匀、由内应力引起的变形与开裂

1.硬度不足或出现软点

经淬火后零件硬度偏低或出现软点的主要原因是

（1）亚共析钢加热温度低或保温时间不充分，淬火组织中有残留铁素体

（2）加热过程中钢件表面发生氧化、脱碳，淬火后局部生成非马氏体组织（3）淬火时，冷却速度不足或冷却不均匀，未全部得到马氏体组织（4）淬火介质不清洁，工件表面不清洁，影响工件的冷却速度，致使未能全部淬硬。

2、零件变形与开裂

在淬火加热时零件由于热应力以及高温时材料强度降低会导致变形。

对合金钢而言，由 于其导热性较差，若加热速度太快，不仅零件变形大，甚至有开裂的危险。

9、简述贝氏体组织形态及其力学性能特点。

贝氏体分为

（1）上贝氏体对中、高碳钢在550~350℃之间形成，由成束的、大致平行的铁素体板条加碳化物组成非片层状组织

（2）下贝氏体在350℃以下形成，碳含量低时形成温度可能略高于350℃，由铁素体和碳化物组成的两相混合组织，碳含量低时成板条状，碳含量高时呈透镜片状（3）无碳贝氏体在贝氏体转变的最高温度范围内形成，主要由大致平行的铁素体板条组成（4）粒状贝氏体一般在低碳或中碳合金钢中以一定的速度连续冷却时获得，形成温度稍高于上贝氏体的形成温度，由块状铁素体与富碳奥氏体组成，其形态为铁素体基体上分布着小岛状的奥氏体。

力学性能特点：

由于铁素体和渗碳体是贝氏体中最主要的组成相，且铁素体又是基本相，因此铁素体的强度是贝氏体强度的基础。

10、简述马氏体组织形态及其力学性能特点。

马氏体的形态以其单元的形态特征和亚结构的特点来看有板条片蝴蝶状、薄板状及薄片状物种，其中以板条状马氏体和片状马氏体最为常见

（1）板条状马氏体是在低、中碳钢，以及马氏体时效钢、不锈钢、Fe-Ni合金中形成的马氏体组织

（2）片状马氏体是在中、高碳钢及Fe-Ni（WNi>

29%）合金中形成的马氏体组织

性能特点：

11、简述淬硬性和淬透性的区别。

淬透性是指钢在淬火时获得淬透深度（也称淬硬深度）的能力。

它是钢本身固有的属性，淬透性的大小通常以规定条件下淬火获得的淬透深度来表示。

规定条件下淬火后钢的淬透层越深，表明其淬透性越好。

淬硬性是指钢淬火后获得最高硬度的能力，它主要取决于马氏体的含碳量。

淬透性越好的钢，它的淬硬性不一定高。

淬透性：

指钢在淬火时能够获得的马氏体组织倾向。

（即钢被淬透的能力）它是钢材固有的一种属性。

淬透性也叫可淬性，它取决于钢的淬火临界冷却速度大小。

淬硬性：

也叫可硬性，指钢的正常淬火条件下，所能够达到的最高硬度。

淬硬性主要与钢中的碳含量有关，它取决于淬火加热时固溶于奥氏体中的碳含量。

固溶的碳量越高，淬火后马氏体的硬度也愈高。

不同：

含义不同，淬硬性高的钢，其淬透性不一定高，而淬硬性低的钢，其淬透性不一定低。

12、简述理想临界淬火直径与临界淬火直径的区别。

临界淬透直径：

将某种钢做成各种不同直径的一组圆柱体试样，按规定的条件淬火后，可找出其中截面中心恰好是含50%马氏体组织的一根试样，该试样的直径就被称为临界淬透直径。

理想临界淬火直径：

假定钢材在冷却强度为无限大的冷却介质中淬火，即当试样投入这种冷却介质后，试样表面温度便立即冷却到淬火介质的温度，这是试样能够淬透的最大直径（含有50%马氏体）就称为理想淬透直径。

将某种钢做成各种不同直径的一组圆柱体试样，按规定的条件淬火以后，可找出其中截面中心恰好是含50%马氏体组织的一根试样，该试样的直径就被称为临界淬透直径，以Do表示。

这表明，小于此直径可以被淬透，而大于则不能。

显然，钢材及淬火介质不同，Do也就不同。

为了排除冷却条件的影响，引入了理想临界直径的概念。

理想临界直径：

一般用Di表示，假定钢材在冷却强度为无限大的冷却介质中淬火，当试样投入后，试样表面的温度便立即冷却到淬火介质温度，这时试样能够淬透的最大直径（含50%马氏体）就称为理想临界直径。

试样直径大于Di时不能完全淬透，Di的数值仅仅取决于钢的成分。

他是一个排除淬火介质的影响而反应钢固有的淬透性的判据。

13、简述三种回火工艺及其组织类型与性能特点。

（1）低温回火（150~250℃）回火后组织为回火马氏体减小淬火内应力和脆性，保持淬火后的高硬度（58~64HRC）和耐磨性。

（2）中温回火（350~500℃）回火后组织为回火托氏体获得高的弹性极限、屈服点和较好的韧性。

硬度一般为30~50H