金屬材料與熱處理-考試復(fù)習(xí)筆記

1、熱處理復(fù)習(xí)重點第一章金屬材料基礎(chǔ)知識1. 材料力學(xué)性能（1） 材料在外力作用下抵抗變形和破壞的能力稱為強度。強度有多種指標，如屈服強度 （壓）、抗拉強度（b b ）、抗壓強度、抗彎強度、抗剪強度等。（2）塑性是指材料受力破壞前承受最大塑性變形的能力，指標為伸長率（3）和斷面收縮率 （0）, 3和0越大，材料的塑性越好。（3 ）材料受力時抵抗彈性變形的能力稱為剛度，其指標是彈性模量（彈性變形范圍內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變的比值）。（4）硬度（材料表面局部區(qū)域抵抗更硬物體壓入的能力）a. 布氏硬度（測較低硬度材料）用一定直徑的鋼球或硬質(zhì)合金球，在一定載荷的作用下， 壓入試樣表面，保持一定時間后卸除載荷，所施加

2、的載荷與壓痕表面積的比值。HBS（鋼球，450）、HBW（硬質(zhì)合金球，650）。b. 洛氏硬度（測較高硬度材料利用一定載荷將交角為120的金剛石圓錐體或直徑為1.588mm的淬火鋼球壓入試樣表面，保持一定時間后卸除載荷，根據(jù)壓痕深度確定的硬度值。HRA （金剛石圓錐，2080 ）、HRB（1.588mm 鋼球，20100）、HRC （金剛石圓錐，2070）c. 維氏硬度（適用范圍較廣維氏硬度其測定原理基本與布氏硬度相同，但使用的壓頭是錐面夾角為136的金剛石正四棱錐體。（5）沖擊韌性材料抵抗沖擊載荷作用而不被破壞的能力。通常用沖擊功Ak來度量，Ak是沖擊試樣在 擺錘沖擊試樣機上一次沖擊試驗所消

3、耗的沖擊功。（6）疲勞強度材料在規(guī)定次數(shù)（鋼鐵材料為107次，有色金屬為108次）的交換載荷作用下，不發(fā)生斷裂 時的最大應(yīng)力，用b -1表示。2. 鐵碳相圖蓋陽髓金礙L林氐第二章鋼的熱處理原理1. 鋼的臨界溫度Aci加熱時珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變的開始溫度 Ac3加熱時先共析鐵素體全部溶入奧氏體的終了溫度 Accm加熱時二次滲碳體全部溶入奧氏體的終了溫度 Ari冷卻時奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變的開始溫度 Ar3 冷卻時奧氏體開始析出先共析鐵素體的溫度 A切冷卻時奧氏體開始析出二次滲碳體的溫度2. 鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變（1 ）共析鋼由珠光體向奧氏體的轉(zhuǎn)變包括以下四個階段：奧氏體形核（相界面處）、奧氏體晶核長大、剩

4、余滲碳體溶解、奧氏體成分均勻化。（2 ）鐵素體向奧氏體的轉(zhuǎn)變的速度遠比滲碳體溶解速度快的多。所以轉(zhuǎn)變過程中珠光體中 總是鐵素體首先消失，鐵素體全部轉(zhuǎn)化為奧氏體時，可以認為奧氏體長大完成。（3）影響奧氏體形成速度的因素：加熱溫度、加熱速度、化學(xué)成分、原始組織。（4）加熱速度越快，奧氏體形成的開始溫度和終了溫度越高，而孕育期和轉(zhuǎn)變時間越短， 奧氏體形成速度越快。（5 ）鋼中含碳量越高，奧氏體形成速度越快；碳化物形成元素減小碳在奧氏體中的擴散速度，故減慢奧氏體的形成速度；費碳化物形成元素增大碳在奧氏體中的擴散速度，因而加快了奧氏體中的形成速度。（6 ）當(dāng)鋼的化學(xué)成分相同時，原始組織越細，相界面面積越

5、大，形核率越高，奧氏體形成 速度越快。（7）奧氏體的晶粒度可以用起始晶粒度、實際晶粒度和本質(zhì)晶粒度等描述。（8）起始晶粒度是指把鋼加熱到臨界溫度以上，奧氏體轉(zhuǎn)變剛剛完成，其晶粒邊界剛剛接觸時的奧氏體晶粒大?。粚嶋H晶粒度 是指鋼在某一具體的熱處理或熱加工條件下實際獲得的 奧氏體晶粒大?。槐举|(zhì)晶粒度 表示在規(guī)定的加熱條件下奧氏體晶粒長大的傾向。14級為本質(zhì)粗晶粒度，58級為本質(zhì)細晶粒度。（9 ）影響奧氏體晶粒長大的因素：加熱溫度和保溫時間、加熱速度、鋼的化學(xué)成分、原始 組織。（10）實際生產(chǎn)中采取快速加熱和短時保溫的方法獲得細小晶粒。（11）當(dāng)成分一定時，原始組織越細，碳化物彌散度越大，則奧氏體晶

6、粒越細。與粗珠光體相比，細珠光體總是易于獲得細小而均勻的奧氏體晶粒。片狀珠光體比球狀珠光體在加熱時奧氏體晶粒易于粗化。（12）時效強化：合金元素經(jīng)固溶處理后，獲得過飽和固溶體。在隨后的室溫放置或低溫加熱保溫時，第二相從過飽和固溶體中析出，引起強度，硬度以及物理和化學(xué)性能的顯著變化。3. 鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變（1）常用的冷卻方式有兩種：等溫冷卻一一將奧氏體狀態(tài)的鋼迅速由高溫冷卻到臨界點以下某一溫度等溫停留一段時間， 使奧氏體在該溫度下發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，然后再冷到室溫。過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線（TTT曲線或C曲線）連續(xù)冷卻一一將奧氏體狀態(tài)的鋼以一定的速度連續(xù)從高溫冷到室溫，使奧氏體在一個溫度范圍內(nèi)發(fā)生連續(xù)轉(zhuǎn)

7、變。過冷奧氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線（CCT曲線）（2）TTT曲線反映轉(zhuǎn)變開始和轉(zhuǎn)變終了時間，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的類型以及轉(zhuǎn)變量與時間、溫度之 間的關(guān)系。（3 ）在A1溫度以下某一確定溫度，過冷奧氏體轉(zhuǎn)變開始線與縱坐標之間的水平距離為過冷奧氏體在該溫度下的孕育期，孕育期的長短表示過冷奧氏體穩(wěn)定性的高低。過冷奧氏體轉(zhuǎn)變終了線與縱坐標之間的水平距離則表示在不同溫度下轉(zhuǎn)變完成所需要的總時間。(4) 在A1550 C溫度范圍內(nèi)，發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物是珠光體型組織；在550C Ms溫度 范圍內(nèi)，發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物是貝氏體。(5) 影響過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變的因素：含碳量(隨含碳量增加，C曲線先右移再左移)、合 金元素

8、、加熱溫度和保溫時間。(6 )珠光體轉(zhuǎn)變是單相奧氏體分解為鐵素體和滲碳體兩個新相的機械混合物的相變過程。(7 )根據(jù)滲碳體的形態(tài)不同，把珠光體分為片狀珠光體和粒狀珠光體；根據(jù)珠光體片間距 的大小，把珠光體分為普通珠光體(P)、索氏體(S)、和屈氏體(T)。(8 )珠光體團的直徑和片間距越小，鋼的強度和硬度越高；為獲得片間距離均勻一致，強 度高的珠光體，應(yīng)采用等溫處理；粒狀珠光體強度、硬度較低，但塑性較好；高碳鋼在機加 工和熱處理前，常要求先經(jīng)球化退火處理得到粒狀珠光體。(9) 鋼中馬氏體是碳在a -Fe中的過飽和固溶體，具有很高的強度和硬度。馬氏體組織形態(tài)多種多樣，其中板條馬氏體(亞結(jié)構(gòu)為高密

9、度位錯)和 片狀馬氏體(亞結(jié)構(gòu)為孿晶)最為常 見。(10) 碳濃度越高，板條馬氏體數(shù)量越少，而片狀馬氏體數(shù)量越多。(11) 馬氏體具有高強度、高硬度的主要原因是固溶強化、相變強化、時效強化以及晶界強 化。(12) 貝氏體，尤其是下貝氏體組織具有良好的綜合力學(xué)性能，故生產(chǎn)中常將鋼奧氏體化后 過冷至中溫轉(zhuǎn)變區(qū)等溫停留，使之獲得貝氏體組織。(13) 從奧氏體晶界生長出來的近于平行的或其它規(guī)則排列的針狀鐵素體或滲碳體以及其間 存在的珠光體組織稱為魏氏組織。奧氏體晶粒越粗大，越容易形成魏氏組織。(14) 一般采用膨脹法或金相-硬度法等來測定 CCT曲線。(15) 共析鋼的連續(xù)冷卻曲線只有珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)和馬

10、氏體轉(zhuǎn)變區(qū)，沒有貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)。 珠光 體轉(zhuǎn)變區(qū)由三條曲線構(gòu)成一一轉(zhuǎn)變開始線、轉(zhuǎn)變終了線、轉(zhuǎn)變中止線。(16) 冷卻速度VVk時，形成全部珠光體；Vk VVk時，只發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。(17) 連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線位于等溫轉(zhuǎn)變曲線右下方，表明在連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變過程中過冷奧氏體 的轉(zhuǎn)變溫度低于相應(yīng)的等溫轉(zhuǎn)變溫度，且孕育期較長。4. 鋼的回火轉(zhuǎn)變(1) 回火是將淬火鋼加熱到低于臨界點A1的某一溫度保溫一段時間， 使淬火組織轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn) 定的回火組織，然后以適當(dāng)?shù)姆绞嚼鋮s到室溫的一種熱處理工藝。(2) 淬火鋼必須立即回火，以消除或減少內(nèi)應(yīng)力，防止變形和開裂，并獲得穩(wěn)定的組織和 所需的性能。(3 )隨著回火溫度升高和時

11、間延長，相應(yīng)會發(fā)生以下幾種組織轉(zhuǎn)變：馬氏體中碳的偏聚、 馬氏體的分解，殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變，碳化物的轉(zhuǎn)變，滲碳體的聚集長大和a相回復(fù)、再結(jié)晶。(4) 隨著回火溫度的升高，鋼的硬度連續(xù)下降。但含碳量大于0.8%的高碳鋼在100C左右 回火時，硬度反而略有升高，這是由于馬氏體中碳原子的偏聚及&碳化物析出引起彌散強化造成的。(5) 淬火鋼回火時沖擊韌度并不總是隨回火溫度升高而單調(diào)增大，有些鋼在一定的溫度范圍內(nèi)回火時，其沖擊韌度顯著下降，這種脆化現(xiàn)象叫做鋼的回火脆性。(6) 第一類回火脆性采用的辦法是壁面在催化溫度范圍內(nèi)回火；第二類回火脆性通過減小雜質(zhì)原子在原始奧氏體晶界上的偏聚，可顯著減弱回火脆性。 采

12、用形變熱處理也可以減弱回火脆性。第三章鋼的熱處理工藝1. 鋼的退火與正火(1) 退火是將組織偏離平衡狀態(tài)的鋼加熱到適當(dāng)?shù)臏囟龋?jīng)保溫后隨爐緩慢冷卻下來，以 獲得接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝。(2 )退火可以分為完全退火、不完全退火、球化退火、擴散退火、再結(jié)晶退火、去應(yīng)力退 火等。(3)各類退火加熱溫度，目的及適用范圍退火類型加熱溫度退火目的適用范圍完全退火Ac3 以上 2030C細化晶粒、均勻組織、消除 內(nèi)應(yīng)力、降低硬度、改善鋼 的切削加工性能含碳 0.25 %0.77 %的亞共析成分碳鋼、 合金鋼、工程鑄件、 鍛件、熱軋型材不完全退火Ac1A c3 或 A c1A ccm增大珠光體片間距、降

13、低硬 度、減小內(nèi)應(yīng)力亞共析鋼鍛件球化退火Aci 以上 2030C降低硬度、均勻組織、改善 鋼的切削加工性能；消除網(wǎng) 狀或粗大碳化物顆粒碳素工具鋼、合金彈 簧鋼、滾動軸承鋼、合金工具鋼擴散退火略低于固相線(鋼熔點以下 100200C)減少化學(xué)成分和組織的不均 勻性優(yōu)質(zhì)合金鋼、偏析現(xiàn) 象較為嚴重的合金去應(yīng)力退火400500 C消除殘余內(nèi)應(yīng)力、提高尺寸 穩(wěn)定性、防止工件變形開裂鑄件、鍛件、焊接件再結(jié)晶退火再結(jié)晶溫度以上150250C消除加工硬化、降低硬度、 提咼塑韌性、改善切削加工 和延展成型性能冷變形鋼材(4 )正火是將鋼加熱到 Ac3(亞共析鋼)和 Accm (過共析鋼)以上3050 C,保溫一

14、段時間， 使之完全奧氏體化，然后再空氣中冷卻到室溫，以得到珠光體類型組織的熱處理工藝。(5 )正火的目的：作為最終熱處理、作為預(yù)備熱處理、改善切削加工性能(6) 正火與退火的區(qū)別：正火的冷卻速度比退火稍快，過冷度較大；正火后所得到的組織 比較細，強度硬度比退火高。(7) 退火和正火的選擇：a.從切削加工性上考慮；b.從使用性能上考慮；c.從經(jīng)濟成本上 考慮2. 鋼的淬火(1) 淬火是指將鋼加熱到臨界溫度以上，保溫后以大于臨界冷卻速度的速度冷卻，使奧氏 體轉(zhuǎn)變成馬氏體的熱處理工藝。(2 )淬火加低溫回火可以提高工具、軸承、滲碳零件的硬度和耐磨性；結(jié)構(gòu)鋼通過淬火加高溫回火可以獲得較好的強度和塑性、

15、韌性的配合；彈簧鋼通過淬火加中溫回火，可以獲得很高的彈性極限。(3) 淬火溫度主要根據(jù)鋼的臨界點確定，亞共析鋼同場加熱至Ac3以上3050C;共析鋼、過共析鋼加熱至 Aci以上3050 C。(4 )冷卻速率：鹽水、堿水 水 油鹽浴、堿浴(5)淬火方法：單液淬火、雙液淬火、分級淬火、等溫淬火(6 )等溫淬火的目的是提高奧氏體的穩(wěn)定性和增大其冷卻速度，防止等溫冷卻過程中發(fā)生 珠光體型組織轉(zhuǎn)變。(7) 未淬透的工件上具有高硬度馬氏體組織的這一層稱為淬硬層(8) 淬透性是指鋼在淬火時獲得馬氏體的能力，它是鋼材固有的一種屬性。(9) 淬硬性是指鋼在正常淬火條件下所能達到的最高硬度。(10) 淬透性反映鋼

16、的過冷奧氏體的穩(wěn)定性，主要取決于鋼的臨界冷卻速度。過冷奧氏體越穩(wěn)定，臨界淬火速度越小，鋼在一定條件下淬透層深度越深，則鋼的淬透性越好。(11) 淬透性的測量方法是端淬法。(12) 影響淬透性的因素：含碳量、合金元素、奧氏體化條件、鋼中未溶第二相。(13) 熱應(yīng)力：表面壓應(yīng)力，心部拉應(yīng)力；組織應(yīng)力：表面拉應(yīng)力，心部壓應(yīng)力。(14) 工件在淬火加熱時，由于溫度過高或者時間過長造成奧氏體晶粒粗大的缺陷稱為過熱；淬火加熱溫度太高，使奧氏體晶界處局部熔化或者發(fā)生氧化的現(xiàn)象稱為過燒。3. 鋼的回火(1)各類回火溫度范圍，目的及應(yīng)用回火類型溫度范圍目的應(yīng)用低溫回火150250C保持高硬度、高強度和良好耐磨性

17、 條件下，適當(dāng)提高鋼的韌性高碳鋼、合金工具鋼制造的刃具、模 具、量具、精密量具、軸承、絲桿中溫回火350500C消除內(nèi)應(yīng)力，提高彈性極限和屈服 極限，提高強度、硬度和塑韌性彈簧零件、熱鍛模具高溫回火500650C提高綜合力學(xué)性能中碳鋼和低合金鋼制造的結(jié)構(gòu)零件(2) 二次硬化： W、Mo、V等較強的碳化物形成元素含量較高的搞合金鋼回火時，硬度隨回火溫度升高不是單調(diào)降低，而是在某一溫度后， 硬度反而增加，并在某一溫度達到頂峰(一般為550C)，這種在一定回火溫度下出現(xiàn)峰值的現(xiàn)象稱為二次硬化。它是由于特殊碳化物析出或由于殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體或貝氏體所致。(3) 二次淬火 是指多次回火過程中殘余奧氏

18、體發(fā)生合金碳化物的析出，使殘余奧氏體Ms, Mf點升高，而在回火后的冷卻過程中，轉(zhuǎn)變成馬氏體或貝氏體。4. 表面淬火(1 )僅對鋼的表面快速加熱、冷卻，把表層淬成馬氏體，心部組織不變的熱處理工藝稱為 表面淬火。(2) 通過交變電場在工件表面產(chǎn)生感應(yīng)電流，迅速將表層加熱到淬火溫度，稱為感應(yīng)加熱 表面淬火。(3) 感應(yīng)加熱表面淬火一般適用于中碳鋼和中碳低合金鋼(含碳量0.4%0.5%),因為含碳 量過高，會增加淬硬層脆性，降低心部塑性和韌性，并增加淬火開裂傾向。若含碳量過低，會降低零件表面淬硬層的硬度和耐磨性。(4) 火焰加熱表面淬火 是一種利用乙炔-氧氣或煤氣-氧氣混合氣體燃燒的高溫火焰，噴射在

19、工件表面，將工件表面迅速加熱到淬火溫度，而心部溫度仍很低， 隨后以浸水或噴水方式進行激冷，使工件表面變成馬氏體而心部組織不變的工藝方法。(5) 火焰加熱表面淬火的淬硬層深度一般為26mm，若要獲得更深的淬硬層，會引起零件 表面的嚴重過熱，且易產(chǎn)生淬火裂紋。(6) 生產(chǎn)上運用最廣的化學(xué)熱處理是 滲碳、滲氮和碳氮共滲。(7) 將鋼放入滲碳的介質(zhì)中加熱并保溫，使碳原子滲入鋼的表層的工藝稱為滲碳。(8 )滲碳的目的是通過滲碳及隨后的淬火+低溫回火，使工件表面具有高的硬度、耐磨性和良好的抗疲勞性能， 而心部u有較高的強度和良好的韌性。滲碳并經(jīng)淬火加低溫回火與表面淬火不同，表面淬火不改變表層化學(xué)成分 ，而

20、依靠改變表層組織，從而到達表面強化的目 的；而滲碳并經(jīng)過淬火加低溫回火 則能同時改變表層的化學(xué)成分和組織 ，因而能更有效的提 高表層性能。(9) 根據(jù)滲碳劑的不同，滲碳的方法有氣體滲碳、固體滲碳 和液體滲碳。(10) 滲碳溫度一般為 900930C，滲碳保溫時間視層深要求而定，常需要十幾個小時。(11) 滲碳后緩冷組織自表層至心部依次為：過共析組織(珠光體+二次滲碳體)、共析組 織(珠光體)、亞共析組織(珠光體 +鐵素體)的過渡區(qū)，直至心部的原始組織。(12) 滲碳后熱處理：直接淬火、一次淬火、二次淬火。(13) 滲氮溫度一般在 500580C之間。(14) 真空熱處理 是在0.01331.3

21、3Pa真空度的真空介質(zhì)中對工件進行熱處理的工藝。(15) 形變熱處理是將形變強化與相變強化綜合起來的一種復(fù)合強韌化處理方法。第五章鋼的合金化基礎(chǔ)1.合金元素與鐵和碳的相互作用(1) 合金元素在鋼中的存在形式：溶入鐵素體、奧氏體和馬氏體中，以固溶體溶質(zhì)形式存 在、形成強化相、形成非金屬化合物、以游離狀態(tài)存在。(2) Cr以左穩(wěn)定鐵素體，Cr以右穩(wěn)定奧氏體；Fe以左為碳化物形成元素，F(xiàn)e以右為非碳 化物形成元素(3) 碳化物形成元素均有一個未填滿的d電子層，當(dāng)形成碳化物時，碳首先將其外層電子填入合金元素的d電子層，從而使形成的碳化物具有金屬鍵結(jié)合的性質(zhì)，因此，具有金屬的特性。合金元素與鐵原子比較，

22、d電子層越是不滿，形成碳化物的能力就越強，即與碳化物的親和力就越大，所形成的碳化物就越穩(wěn)定。(4) 當(dāng)rc/r Me0.59時，形成復(fù)雜點陣碳化物，如Cr、Mn、Fe；當(dāng)rc/r Me 0.59時，形成簡 單點陣碳化物，如 Mo、W、V、Nb、Ti、Ta、Zr。(5) 合金元素可以使鋼的 C曲線發(fā)生顯著變化。除 Co外，幾乎所有的合金元素都能增大過冷奧氏體的穩(wěn)定性，推遲珠光體型轉(zhuǎn)變，使C曲線右移。(6) 強化機制：固溶強化、細晶強化、第二相強化、位錯強化(7) 韌化機制：細化奧氏體晶粒、提高鋼的回火穩(wěn)定性、改善基體韌性、細化碳化物、降 低和消除鋼的回火韌性(8 )鋼的編號碳素結(jié)構(gòu)鋼一一Q (代

23、表屈服點)+屈服點數(shù)值+質(zhì)量等級(A、B、C、D) +脫氧方法符號(F、b、Z、TZ )優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼一一兩位數(shù)值表示(鋼中平均碳質(zhì)量分數(shù)的萬倍) 碳素工具鋼T+碳質(zhì)量分數(shù)千倍機器零件用鋼一一二位數(shù)字(碳質(zhì)量分數(shù)萬倍)+元素符號+數(shù)字(合金元素質(zhì)量分數(shù)百倍)特殊性能鋼一一當(dāng) WcW 0.03%時，在牌號前冠以“ 00”；當(dāng)WcW 0.08%時，在牌號前冠以“ 0”。(9) 雙相鋼由馬氏體或奧氏體與鐵素體基體兩相組織構(gòu)成的鋼。一般將鐵素體與奧氏體相組織組成的鋼稱為雙相不銹鋼，將鐵素體與馬氏體相組織組成的鋼稱為雙相鋼。雙相鋼是低碳鋼或低合金高強度鋼經(jīng)臨界區(qū)熱處理或控制軋制后而獲得。性質(zhì)：指主要由鐵素體相和馬氏體相組成的鋼，可由低碳鋼或低合金鋼經(jīng)臨界區(qū)處理或控制軋制而得到。這類鋼具有高強度和高延性的良好配合，已成為一種強度高、 成形性好的新型沖壓用鋼，成功的用于汽車產(chǎn)業(yè)等。(10) 控制雜質(zhì)：高溫區(qū)進行變形；Ar3以下進行變形第六章結(jié)構(gòu)鋼、.