金屬熱處理原理與工藝復(fù)習(xí)大綱

1、金屬熱處理復(fù)習(xí)提綱考試題型及分值：一、名詞解釋題（共5題，3分/題，共15分）二、選擇題（共15題，2分/題，共30分）三、判斷正誤題（共10題，1分/題，共10分）四、簡答題（共5題，6分/題，共30分）五、綜合題（共1題，15分/題，共15分）第一部分 熱處理原理基本概念：同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變、熱處理、奧氏體、本質(zhì)晶粒度、過冷奧氏體、鐵素體、片狀珠光體、粒狀珠光體、馬氏體、殘余奧氏體、上貝氏體、下貝氏體、C曲線、臨界冷卻速度、固溶、脫溶沉淀、時效、人工時效、自然時效、過時效同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：純金屬在溫度和壓力變化時，由一種晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶體結(jié)構(gòu)的過程。熱處理：材料在固態(tài)下，通過加熱、保溫和冷卻的

2、手段，以獲得預(yù)期組織和性能的一種金屬熱加工工藝。奧氏體：碳溶于-Fe 中的間隙固溶體。本質(zhì)晶粒度：表示鋼在一定加熱條件下奧氏體晶粒長大的傾向性。過冷奧氏體：共析鋼過冷到A1溫度以下，奧氏體在熱力學(xué)上處于不穩(wěn)定狀態(tài)，在一定條件下會發(fā)生分解轉(zhuǎn)變，這種在A1以下存在且不穩(wěn)定的、將要發(fā)生轉(zhuǎn)變的奧氏體。鐵素體：碳溶解在-Fe中的間隙固溶體。片狀珠光體：鐵素體基體上分布著片狀滲碳體的組織稱為片狀珠光體。粒狀珠光體：鐵素體基體上分布著顆粒狀滲碳體的組織稱為粒狀珠光體。馬氏體：碳在-Fe 中的過飽和間隙固溶體。殘余奧氏體：淬火未能轉(zhuǎn)變成馬氏體而保留到室溫的奧氏體。B上：在貝氏體相變區(qū)較高溫度范圍內(nèi)形成的貝氏體

3、。B下：在貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)域的低溫范圍內(nèi)形成的貝氏體。C曲線：表示過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖，即過冷奧氏體在等溫條件下轉(zhuǎn)變時，過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變溫度、轉(zhuǎn)變的開始時間和終了時間與轉(zhuǎn)變產(chǎn)物及其轉(zhuǎn)變量之間關(guān)系的圖解。臨界冷卻速度：分為上臨界冷卻速度和下臨界冷卻速度。上臨界冷卻速度為使過冷奧氏體不發(fā)生分解，得到完全馬氏體組織（包括AR）的最低冷卻速度。下臨界冷卻速度為過冷奧氏體在連續(xù)冷卻過程中全部發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變而不發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的最大冷卻速度。固溶處理：將合金加熱到固溶線以上一定溫度保溫足夠時間，獲得均勻的單相固溶體，快冷至室溫得到過飽和固溶體，這個過程稱為固溶處理。脫溶沉淀：指從過飽和固溶體中析出第二相（沉淀相

4、）或形成溶質(zhì)原子聚集區(qū)以及亞穩(wěn)定過渡相的過程。時效：將固溶處理的合金加熱到固溶線以下某一溫度保溫一定時間，實(shí)現(xiàn)脫溶分解，這個過程稱為時效。人工時效：在高于室溫下進(jìn)行的時效稱為人工時效。自然時效：在室溫下進(jìn)行的時效，稱為自然時效。過時效：指當(dāng)時效溫度超過正常時效溫度，也就是達(dá)到峰值硬度時的溫度及時間，此時材料內(nèi)部的析出相開始長大，間距變大，宏觀表現(xiàn)為材料的強(qiáng)度降低，塑韌性有所提高。知識點(diǎn)：1. 鐵碳相圖2. 純鐵的三種同素異構(gòu)體 -Fe、-Fe、-Fe3. 熱處理的特點(diǎn) 4. 鋼加熱及冷卻的實(shí)際臨界溫度 相變的開始或終了溫度，即為臨界溫度。實(shí)際相變開始的溫度往往會偏離相圖上的平衡溫度，加熱時偏向

5、高溫，而冷卻時偏向低溫，隨著加熱（冷卻）速度增加，實(shí)際溫度偏離平衡點(diǎn)越遠(yuǎn)。通常加熱時的臨界溫度用腳標(biāo)c表示，如Ac1、Ac3、Accm；冷卻時的臨界溫度用腳標(biāo)r表示，如Ar1、Ar3、Arcm。A1、A3、Acm為鋼的平衡相變溫度，而Ac1、Ac3、Accm與Ar1、Ar3、Arcm為鋼的實(shí)際相變溫度。5. 共析鋼加熱奧氏體的形成過程第一步：奧氏體晶核形成：首先/Fe3C相界面形核。第二步：奧氏體晶核長大：晶核通過碳原子的擴(kuò)散向和Fe3C方向長大。第三步：殘余滲碳體溶解：鐵素體在成分、結(jié)構(gòu)上比Fe3C更接近于奧氏體，因而先于Fe3C消失，而殘余Fe3C則隨保溫時間延長不斷溶解直至消失。第四步：

6、奧氏體均勻化。Fe3C溶解后，其所在部位碳含量仍很高，通過長時間保溫使奧氏體成分趨于均勻。6. 奧氏體晶粒對鋼在室溫下組織和性能的影響奧氏體晶粒細(xì)小時，冷卻后轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織也細(xì)小，其強(qiáng)度與塑性韌性都較高，冷脆轉(zhuǎn)變溫度也較低；反之，粗大的奧氏體晶粒，冷卻轉(zhuǎn)變后仍獲得粗晶粒組織，使鋼的力學(xué)性能（特別是沖擊韌性）降低，甚至在淬火時發(fā)生變形、開裂。7. 過冷奧氏體的三種轉(zhuǎn)變及其產(chǎn)物，特征轉(zhuǎn)變類型轉(zhuǎn)變溫度轉(zhuǎn)變產(chǎn)物顯微組織特征高溫轉(zhuǎn)變（珠光體轉(zhuǎn)變，為片狀珠光體）Ac1-650珠光體P粗片狀鐵素體與滲碳體混合物650-600索氏體S600倍OM才能分辨的細(xì)片狀珠光體600-550托氏體（屈氏體）T在光顯下無

7、法分辨的極細(xì)片狀珠光體中溫轉(zhuǎn)變（貝氏體轉(zhuǎn)變）550-350上貝氏體羽毛狀組織350-Ms下貝氏體黑色針狀或竹葉狀組織低溫轉(zhuǎn)變（馬氏體轉(zhuǎn)變）Ms以下馬氏體板條狀、片狀（針狀或竹葉狀）8. 片狀珠光體及其力學(xué)性能見上表珠光體轉(zhuǎn)變。片層間距S0 愈小，強(qiáng)度、硬度愈高，符合Hall-Petch 關(guān)系：S= 0 + kS0-1 9. 珠光體、索氏體、托氏體10. 片狀P和粒狀P力學(xué)性能比較在成分相同的情況下片狀珠光體的硬度、強(qiáng)度比粒狀珠光體的高，但塑性和韌性差；粒狀珠光體具有良好的綜合力學(xué)性能。11. 珠光體轉(zhuǎn)變的領(lǐng)先相從熱力學(xué)上講，鐵素體與滲碳體都可能成為領(lǐng)先相。共析與過共析鋼中，滲碳體為領(lǐng)先相。亞共

8、析鋼中，鐵素體為領(lǐng)先相。12. 魏氏組織的形貌特征、產(chǎn)生原因和利弊形貌特征：有羽毛狀的、三角形的，也可能是幾種形態(tài)混合。產(chǎn)生原因：焊接過熱區(qū)快速冷卻形成利弊：使鋼的強(qiáng)度降低，塑性和沖擊韌性顯著降低，韌脆轉(zhuǎn)變溫度升高。13. 高碳鋼網(wǎng)狀滲碳體產(chǎn)生原因過共析鋼在冷卻速度緩慢時，得到與原奧氏體有共格關(guān)系的網(wǎng)狀滲碳體。14. 馬氏體轉(zhuǎn)變的主要特征（1）轉(zhuǎn)變以切變共格進(jìn)行，有表面浮凸現(xiàn)象（2）馬氏體相變的無擴(kuò)散性（3）具有特定的位向關(guān)系和慣習(xí)面（4）馬氏體相變是在一個溫度范圍內(nèi)完成的（5）馬氏體相變的可逆性15. 馬氏體常見的兩種形態(tài)板條狀馬氏體：每個單元的形狀為窄而細(xì)長的板條，并且許多板條總是成群地相

9、互平行地聚集一起。板條馬氏體的慣習(xí)面為111，位向關(guān)系為K-S關(guān)系。板條馬氏體的亞結(jié)構(gòu)為高密度位錯。片狀馬氏體：片狀馬氏體的立體外形呈雙凸透鏡狀，多數(shù)馬氏體片的中間有一條中脊面，相鄰馬氏體片互不平行，大小不一。亞結(jié)構(gòu)為細(xì)小孿晶16. 影響馬氏體形態(tài)及其亞結(jié)構(gòu)的因素（1）化學(xué)成分和形成溫度的影響 隨碳含量增加及溫度降低，馬氏體形態(tài)由板條狀向片狀轉(zhuǎn)化。（2）奧氏體屈服強(qiáng)度的影響 屈服強(qiáng)度小于206MPa形成板條馬氏體，大于206MPa形成片狀馬氏體（3）奧氏體的層錯能 層錯能越低，越易于形成位錯馬氏體；層錯能越高，越易于形成孿晶馬氏體。17. 馬氏體的硬度和強(qiáng)度特點(diǎn)高硬度、高強(qiáng)度。原因主要包括固溶

10、強(qiáng)化、相變強(qiáng)化、時效強(qiáng)化以及細(xì)晶強(qiáng)化。首先是碳對馬氏體的固溶強(qiáng)化，間隙式碳原子造成的點(diǎn)陣不對稱畸變形成一個強(qiáng)烈的應(yīng)力場，該應(yīng)力場與位錯發(fā)生強(qiáng)烈的交互作用，阻礙位錯的運(yùn)動，從而提高馬氏體的硬度和強(qiáng)度；其次是相變強(qiáng)化，亞結(jié)構(gòu)如板條馬氏體中高密度的位錯、片狀馬氏體中的孿晶等，這些缺陷都將阻礙位錯的運(yùn)動，使得馬氏體強(qiáng)化；然后是時效強(qiáng)化，碳原子和合金元素的原子向位錯及其他晶體缺陷處擴(kuò)散偏聚或碳化物的彌散析出，釘扎位錯，使位錯難以運(yùn)動，造成馬氏體時效強(qiáng)化；最后，馬氏體晶體（原奧氏體晶粒）尺寸越細(xì)小，強(qiáng)度越高。18. 貝氏體相變的基本特征（1）貝氏體轉(zhuǎn)變有上、下限溫度（2）轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為非層片狀（3）貝氏體轉(zhuǎn)變

11、通過形核及長大方式進(jìn)行（4）轉(zhuǎn)變的不完全性（5）轉(zhuǎn)變的擴(kuò)散性（6）有表面浮凸，位向關(guān)系和慣習(xí)面接近于馬氏體。19. 上貝氏體和下貝氏體力學(xué)性能比較上貝氏體形成溫度較高，鐵素體粗大，碳的過飽和度低，因而強(qiáng)度和硬度較低。碳化物顆粒粗大，且呈斷續(xù)條狀分布于鐵素體條間，使得鐵素體條間易于產(chǎn)生脆斷，因此上貝氏體沖擊韌性較低；下貝氏體鐵素體針細(xì)小、分布均勻，且鐵素體內(nèi)含有過飽和的碳和高密度位錯，因此下貝氏體不但強(qiáng)度高，且韌性好。20. 共析鋼的TTT圖為何呈“C”字形過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變速度受驅(qū)動力和原子擴(kuò)散系數(shù)影響。高溫時過冷度小，驅(qū)動力小，擴(kuò)散系數(shù)大，以驅(qū)動力影響為主；低溫時，過冷度大，驅(qū)動力大，擴(kuò)散

12、系數(shù)小，以擴(kuò)散系數(shù)影響為主。這兩個因素綜合作用的結(jié)果，在550時驅(qū)動力和原子的擴(kuò)散作用都充分發(fā)揮，使孕育期最短，從而使TTT圖呈“C”字形。21. C曲線、臨界冷卻速度、淬透性之間的關(guān)系C曲線右移使臨界冷卻速度減小，淬透性增大。22. 淬火碳鋼回火時的組織轉(zhuǎn)變馬氏體中碳原子的偏聚（前期階段，25100）；馬氏體的分解（回火第一階段，80250）；殘留奧氏體的轉(zhuǎn)變（回火第二階段，200300）；碳化物的析出（回火第三階段）；相狀態(tài)的變化 （回火第四階段）；馬氏體在各個回火階段得到的組織：低溫回火得到回火馬氏體，中溫回火得到回火屈氏體，高溫回火得到回火索氏體23. 兩類回火脆性的特點(diǎn)第一類回火脆性

13、特征：不可逆；與冷卻速度無關(guān)；斷口呈晶間斷裂或穿晶斷裂。第二類回火脆性特征：可逆；與冷卻速度有關(guān)；斷口呈晶間斷裂。不論鋼具有何種原始組織，均可產(chǎn)生第二類回火脆性。24. 淬硬性的主要影響因素鋼中含碳量，含碳量越高，淬硬性越高。合金元素影響不大。25. Al-Cu合金的脫溶序列G.P區(qū)相相相第二部分 熱處理工藝基本概念：預(yù)備熱處理、最終熱處理、退火、完全退火、等溫退火、球化退火、擴(kuò)散退火、回復(fù)退火、再結(jié)晶退火、正火、淬火、分級淬火、等溫淬火、淬透性、淬硬性、低溫回火、中溫回火、高溫回火、回火穩(wěn)定性、回火脆性、自回火、二次硬化、調(diào)質(zhì)處理、表面淬火、化學(xué)熱處理、可熱處理強(qiáng)化的鋁合金預(yù)備熱處理：為滿足

14、加工性能要求而進(jìn)行的熱處理，常見的預(yù)備熱處理有退火、正火、調(diào)質(zhì)。最終熱處理：為滿足組織和性能要求而進(jìn)行的熱處理，常見的最終熱處理有淬火、回火和表面處理。退火：將金屬或合金加熱到適當(dāng)溫度，保溫一定時間，然后緩慢冷卻，使其組織、結(jié)構(gòu)達(dá)到或接近平衡狀態(tài)的熱處理工藝。完全退火：將亞共析鋼加熱至Ac3以上3050，保溫一定時間后隨爐緩慢冷卻，獲得接近平衡狀態(tài)的熱處理工藝，稱為完全退火。等溫退火：將工件加熱到高于Ac3或Ac1溫度，保持適當(dāng)時間后，較快地冷卻到珠光體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間的某一溫度并等溫保持使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w組織，然后在空氣中冷卻的退火工藝。球化退火：將共析及過共析鋼中的片狀碳化物轉(zhuǎn)變?yōu)榍驙钐蓟?/p>

15、，使之均勻分布于鐵素體基體上的一種退火工藝，是不完全退火的一種特例。擴(kuò)散退火：又稱為均勻化退火，指的是將金屬鑄錠、鑄件或鋼坯在略低于固相線的溫度下長期加熱，消除或減少化學(xué)成分偏析以及顯微組織（枝晶）的不均勻性，以達(dá)到均勻化的熱處理工藝?；貜?fù)退火：又稱為回復(fù)退火，指的是為了消除鑄造、焊接、熱軋、熱鍛等過程引起的內(nèi)應(yīng)力而進(jìn)行的退火。再結(jié)晶退火：經(jīng)過冷變形后的金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上，保持適當(dāng)時間，使形變晶粒重新轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆虻牡容S晶粒，以消除形變強(qiáng)化和殘余應(yīng)力的熱處理工藝。正火：將鋼加熱到Ac3或Accm以上3050并保溫一定時間，然后出爐在空氣中冷卻的熱處理工藝。淬火：將鋼加熱至臨界點(diǎn)以上，保溫一定

16、時間后以大于臨界冷卻速度的速度冷卻，使過冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體或貝氏體的熱處理工藝。分級淬火：將奧氏體化后的工件首先淬入略高于鋼的Ms點(diǎn)的鹽浴或堿浴爐中保溫一段時間，待工件內(nèi)外溫度均勻后，再從浴爐中取出空冷至室溫的淬火方法。等溫淬火：將奧氏體化后的工件淬入Ms點(diǎn)以上某溫度的鹽浴中等溫足夠長的時間，使之轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w組織，然后在空氣中冷卻的方法。淬透性：鋼在淬火時獲得馬氏體的能力。是鋼材固有的一種屬性。其大小是用規(guī)定條件下淬硬層深度或能夠全部淬透的最大直徑來表示。淬硬性：表示鋼淬火時的硬化能力，是指鋼在淬成馬氏體時所能夠達(dá)到的最高硬度。低溫回火：回火溫度為150-250，回火后的組織為回火馬氏體。

17、中溫回火：回火溫度為350-500，回火后的組織為回火屈氏體。高溫回火：回火溫度為500-650，回火后的組織為回火索氏體?；鼗鸱€(wěn)定性：淬火鋼在回火時，抵抗強(qiáng)度、硬度下降的能力稱為回火穩(wěn)定性?；鼗鸫嘈裕轰撛谀骋粶囟葏^(qū)間內(nèi)回火時，隨回火溫度的升高，韌性下降、脆性增加的現(xiàn)象。鋼在250400溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)的回火脆性叫第一類回火脆性，鋼在450650溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)的回火脆性叫第二類回火脆性。自回火：表示材料常溫下自發(fā)發(fā)生回火的過程。二次硬化：含有強(qiáng)碳化物形成元素的鋼在回火時，將析出TaC、NbC和TiC等特殊碳化物，導(dǎo)致鋼的再度硬化，稱為二次硬化。調(diào)制處理：淬火+高溫回火表面淬火：使零件表面獲得高的

18、硬度，耐磨性和疲勞強(qiáng)度，而心部仍保持良好的塑性和韌性的一類熱處理方法。化學(xué)熱處理：將工件在特定的介質(zhì)中加熱，保溫，使介質(zhì)中的某些元素滲入工件表層，以改變其表層化學(xué)成分和組織，獲得與心部不同性能的熱處理工藝。知識點(diǎn)：1. 熱處理工藝的三大基本要素加熱、保溫、冷卻2. 退火的目的細(xì)化晶粒、降低硬度、改善切削性能以及消除內(nèi)應(yīng)力。3. 高碳鋼的球化退火球化退火：將共析及過共析鋼中的片狀碳化物轉(zhuǎn)變?yōu)榍驙钐蓟?，使之均勻分布于鐵素體基體上的一種退火工藝，是不完全退火的一種特例。球化組織的特點(diǎn)：（1）球化組織比片狀珠光體硬度低，便于切削加工。（2）具有球化的原始組織，在淬火加熱過程中不易過熱，在淬火過程中不

19、易變形開裂。（3）球化的原始組織可以提高淬火回火后的性能。4. 正火的目的及應(yīng)用目的：去應(yīng)力并調(diào)整硬度為下一步熱處理做組織準(zhǔn)備應(yīng)用：低碳鋼通過正火可以改善鋼的加工性對過共析鋼，正火可消除網(wǎng)狀碳化物，便于球化退火正火可作為中碳鋼或中碳合金鋼的最終熱處理，代替調(diào)質(zhì)處理，使工件具有一定的綜合力學(xué)性能。5. 淬火的目的獲得馬氏體，淬火后的鋼的強(qiáng)度、硬度和耐磨性大大提高 與不同的回火工藝配合，以提高鋼的力學(xué)性能6. 淬透性及C曲線的影響因素影響淬透性的因素：（1）碳含量 共析鋼淬透性最好；亞共析鋼隨C%增加，淬透性提高；過共析鋼隨C%增加，淬透性降低（2）合金元素的影響 除Co、Al外，其他合金元素都能溶于奧氏體，增加過冷奧氏體穩(wěn)定性，降低臨界冷卻速度，提高鋼的淬透性。（3）奧氏體化條件 奧氏體化溫度