教学课题钢的热处理原理
教学课时 2
教学目的了解热处理的原理、概念、分类、工艺曲线，钢加热及保温的目的
了解钢在加热时的组织转变
了解奥氏体晶粒的长大
教学难点奥氏体晶粒的长大
教学重点热处理的原理、概念、分类、工艺曲线
教学方法讲解法、举例分析法
教具准备教材
教学过程
热处理的概念：就是对固态金属或合金采用适当的方法进行加热、保温和冷却，以获得需要的组织结构与性能的工艺。
热处理的目的：可以提高和改善钢的使用和工艺性能；能充分发挥材料的潜能；延长零件的使用寿命；提高产品的质量和生产经济效益。
热处理的分类：
钢在加热及冷却时的组织转变：
1、钢在加热和冷却时的相变温度
由铁碳合金相图我们知道，PSK(A1)、GS(A3)、ES(Acm)线是钢在缓慢加热或冷却过程中组织发生变化的相应线，但钢在实际加热和冷却时不可能非常缓慢，因此钢中的相不能完全按理论铁碳合金相图中的PSK(A1)、GS(A3)、ES(Acm)线转变，钢的组织转变会有滞后现象，从而引出了实际加热和冷却时的临界点（Ac1、Ac3、Accm、Ar1、Ar3、Arcm）（加入钢在加热或冷却时的临界温度表），就是钢在加热时的转变温度要高于平衡状态下的临界点，而冷却时要低于平衡状态下的临界点。加热或冷却时的速度越大，组织转变偏离平衡临界点的程度也越大。
2、钢在加热时的组织转变
在热处理工艺中，钢加热的目的就是为了获得奥氏体。共析钢在常温状态下具有珠光体组织，当加热到Ac1以上温度时，珠光体开始转变为奥氏体。只有使钢呈奥氏体状态时，才能通过不同的冷却方式转变为不同组织，从而获得所需要的性能。
钢的热处理原理 一、钢加热时的A化过程 1.共析钢P在加热温度大余等于Ac1时，转化为A. 其转化可分为以下四个阶段：?A形核?A晶核长大?残余Fe3C溶解?A均匀化A形成必须要有一定的过热度?T，提供相变驱动力?G ?A形核,成核位置通常在F和Fe3C两相界面上。 ?A晶核长大，形核后同时向F和Fe3C两个相界面推移，F晶格重构成面心立方，Fe3C不断溶解，向A提供C分。重构速度比Fe3C溶解速度快，所以F先溶解，剩余Fe3C通过C原子扩散，从而使A均匀化。亚共析钢和过共析钢要分别加热到Ac3或Accm以上才能完全转变为A。 二、A晶粒大小 晶粒大小对冷却转变过程及其所获得的组织与性能均有很大影响。因此，掌握A晶粒长大的规律性及控制A晶粒度的方法，对于热处理实践具有很重要的意义 1.A化后晶粒长大 A化后，随着温度升高或保温时间延长，A晶粒会不断长大 2.A晶粒大小指标 ?晶粒度：晶粒直径的平均值。根据GB6394-86，A晶粒度一般分10个级别(标准照片对照)，数字越大，晶粒越细。1-4级，粗晶粒；5-10级细晶粒；10级以上超细，也有比1级还粗的0级、-1级等。 ?起始晶粒度：A形成刚结束，其晶粒边界刚刚相互接触时的晶粒大小。与A长大倾向性有关，还与化学成分有关。 3.影响A长大因素:
?内因：钢的成分、组织决定它具有一定的A长大倾向性。 长大倾向性：同样条件下，有些晶粒容易长大，因钢种的不同而不同，甚至对同一种钢，由于冶炼方法不同，在同样加热条件下也可以表现出不同的晶粒长 大倾向性。 a.钢C%?,亚共析钢易长大，过共析钢不易长大，共析钢最易长大。 b.合金元素 除Mn、P外，一般合晶元素均能阻止A晶粒长大，如V Ti Nb Al等分布在晶界形成难溶化合物均能强烈阻止A晶粒长大。 c.优质结构钢、碳素工具钢、A晶粒不易长大 ?外因：加热条件 加热温度越高,保温时间越长，原子扩散越容易，晶界越易迁移,A实际晶粒就越大。 晶粒长大过程实际上是无数个晶粒同时长大的过程，是一种大晶粒吞并小晶粒的过程。
钢的热处理 钢的热处理：是将固态钢材采用适当的方式进行加热、保温和冷却以获得所需组织结构与性能的工艺。热处理不仅可用于强化钢材，提高机械零件的使用性能，而且还可以用于改善钢材的工艺性能。其共同点是：只改变内部组织结构，不改变表面形状与尺寸。 第一节钢的热处理原理 热处理的目的是改变钢的内部组织结构，以改善钢的性能，通过适当的热处理可以显著提高钢的机械性能，延长机器零件的使用寿命。热处理工艺不但可以强化金属材料、充分挖掘材料性能潜力、降低结构重量、节省和能源，而且能够提高机械产品质量、大幅度延长机器零件的使用寿命。 热处理工艺分类：（根据热处理的目的、要求和工艺方法的不同分类如下） 1、整体热处理：包括退火、正火、淬火、回火和调质； 2、表面热处理：包括表面淬火、物理和化学气相沉积等； 3、化学热处理：渗碳、渗氮、碳氮共渗等。 热处理的三阶段：加热、保温、冷却
一、钢在加热时的转变 加热的目的：使钢奥氏体化 （一）奥氏体（ A）的形成 奥氏体晶核的形成以共析钢为例A1点则W c ＝0.0218％（体心立方晶格F）W c ＝6.69％（复杂斜方渗碳体）当T 上升到A c1 后W c ＝0.77％（面心立方的A）由此可见转变过程中必须经过C和Fe原子的扩散，必须进行铁原子的晶格改组，即发生相变，A的形成过程。在铁素体和渗碳体的相界面上形成。有两个有利条件①此相界面上成分介于铁素体和渗碳体之间②原子排列不规则，空位和位错密度高。 1、奥氏体长大由于铁素体的晶格改组和渗碳体的不断溶解，A晶核一方面不断向铁素体和渗碳体方向长大，同时自身也不断形成长大。 2、残余 Fe 3 C的溶解 A长大同时由于有部分渗碳体没有完全溶解，还需一段时间才能全溶。（F比Fe 3 C先消失） 3、奥氏体成分的均匀化残余Fe 3 C全溶后，经一段时间保温，通过碳原子的扩散，使A成分逐步均匀化。 （二）奥氏体晶粒的长大 奥氏体大小用奥氏体晶粒度来表示。分为 00，0，1，2…10等十二个等级，其中常用的1~10级，4级以下为粗晶粒，5-8级为细晶粒，8级以上为超细晶粒。影响 A晶粒粗大因素 1、加热温度越高，保温时间愈长，奥氏体晶粒越粗大。因此，合理选择加热和保温时间。以保证获得细小均匀的奥氏体组织。（930～950℃以下加热，晶粒长大的倾向小，便于热处理） 2、A中C含量上升则晶粒长大的倾向大。
铝合金热处理原理 铝合金铸件的热处理就是选用某一热处理规范，控制加热速度升到某一相应温度下保温一定时间并以一定得速度冷却，改变其合金的组织，其主要目的是提高合金的力学性能，增强耐腐蚀性能，改善加工型能，获得尺寸的稳定性。 铝合金热处理特点 众所周知，对于含碳量较高的钢，经淬火后立即获得很高的硬度，而塑性则很低。然而对铝合金并不然，铝合金刚淬火后，强度与硬度并不立即升高，至于塑性非但没有下降，反而有所上升。但这种淬火后的合金，放置一段时间（如4～6昼夜后），强度和硬度会显著提高，而塑性则明显降低。淬火后铝合金的强度、硬度随时间增长而显著提高的现象，称为时效。时效可以在常温下发生，称自然时效，也可以在高于室温的某一温度范围（如100～200℃）内发生，称人工时效。 铝合金时效强化原理 铝合金的时效硬化是一个相当复杂的过程，它不仅决定于合金的组成、时效工艺，还取决于合金在生产过程中缩造成的缺陷，特别是空位、位错的数量和分布等。目前普遍认为时效硬化是溶质原子偏聚形成硬化区的结果。 铝合金在淬火加热时，合金中形成了空位，在淬火时，由于冷却快，这些空位来不及移出，便被“固定”在晶体内。这些在过饱和固溶体内的空位大多与溶质原子结合在一起。由于过饱和固溶体处于不稳定状态，必然向平衡状态转变，空位的存在，加速了溶质原子的扩散速度，因而加速了溶质原子的偏聚。 硬化区的大小和数量取决于淬火温度与淬火冷却速度。淬火温度越高，空位浓度越大，硬化区的数量也就越多，硬化区的尺寸减小。淬火冷却速度越大，固溶体内所固定的空位越多，有利于增加硬化区的数量，减小硬化区的尺寸。 沉淀硬化合金系的一个基本特征是随温度而变化的平衡固溶度，即随温度增加固溶度增加，大多数可热处理强化的的铝合金都符合这一条件。沉淀硬化所要求的溶解度－温度关系，可用铝铜系的Al－4Cu 合金说明合金时效的组成和结构的变化。图3－1铝铜系富铝部分的二元相图，在548℃进行共晶转变L→α＋θ（Al2Cu）。铜在α相中的极限溶解度5.65％（548℃），随着温度的下降，固溶度急剧减小，室温下约为0.05％。 在时效热处理过程中，该合金组织有以下几个变化过程： 形成溶质原子偏聚区－G·P（Ⅰ）区 在新淬火状态的过饱和固溶体中，铜原子在铝晶格中的分布是任意的、无序的。时效初期，即时效温度低或时效时间短时，铜原子在铝基体上的某些晶面上聚集，形成溶质原子偏聚区，称G·P（Ⅰ）区。G·P（Ⅰ）区与基体α保持共格关系，这些聚合体构成了提高抗变形的共格应变区，故使合金的强度、硬度升高。 G·P区有序化－形成G·P（Ⅱ）区 随着时效温度升高或时效时间延长，铜原子继续偏聚并发生有序化，即形成G·P（Ⅱ）区。它与基体α仍保持共格关系，但尺寸较G·P（Ⅰ）区大。它可视为中间过渡相，常用θ”表示。它比G·P（Ⅰ）区周围的畸变更大，对位错运动的阻碍进一步增大，因此时效强化作用更大，θ”相析出阶段为合金达到最大强化的阶段。 形成过渡相θ′ 随着时效过程的进一步发展，铜原子在G·P（Ⅱ）区继续偏聚，当铜原子与铝原子比为1：2时，形成过渡相θ′。由于θ′的点阵常数发生较大的变化，故当其形成时与基体共格关系开始破坏，即由完全共格变为局部共格，因此θ′相周围基体的共格畸变减弱，对位错运动的阻碍作用亦减小，表现在合金性能上硬度开始下降。由此可见，共格畸变的存在是造成合金时效强化的重要因素。 形成稳定的θ相 过渡相从铝基固溶体中完全脱溶，形成与基体有明显界面的独立的稳定相Al2Cu，称为θ相此时θ相与基体的共格关系完全破坏，并有自己独立的晶格，其畸变也随之消失，并随时效温度的提高或时间的
简述常用热处理工艺的原理与特点。 热处理是指材料在固态下，通过加热、保温和冷却的手段，以获得预期组织和性能的一种金属热加工工艺。 热处理工艺原理 1、正火：将钢材或钢件加热到临界点AC3或ACM以上的适当温度保持一定时间后在空气中冷却，得到珠光体类组织的热处理工艺。 2、退火：将亚共析钢工件加热至AC3以上20—40度，保温一段时间后，随炉缓慢冷却(或埋在砂中或石灰中冷却)至500度以下在空气中冷却的热处理工艺。 3、淬火：将钢奥氏体化后以适当的冷却速度冷却，使工件在横截面内全部或一定的范围内发生马氏体等不稳定组织结构转变的热处理工艺。 4、回火：将经过淬火的工件加热到临界点AC1以下的适当温度保持一定时间，随后用符合要求的方法冷却，以获得所需要的组织和性能的热处理工艺。 5、调质处理：一般习惯将淬火加高温回火相结合的热处理称为调质处理。调质处理广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。调质处理后得到回火索氏体组织，它的机械性能均比相同硬度的正火索氏体组织更优。它的硬度取决于高温回火温度并与钢的回火稳定性和工件截面尺寸有关，一般在HB200—350之间。 特点：金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，金球的热处理工艺与其他加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。 比较钢材与非金属材料热处理的异同点。 热处理有金属材料热处理和非金属材料热处理 相同点：热处理的原理基本一样，都是一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。 不同点： 1.钢的表面热处理有两大类：一类是表面加热淬火热处理，另一类是化学热处理。 非金属材料的表面热处理：喷漆、着(染)色、抛光、化学镀后再电镀(如ABS)等。 2.金属材料热处理包括：退火、正火、淬火和回火。 非金属材料热处理包括碳纤维预氧化、碳化、石墨化设备，石墨化烧结等；复合材料成形以及空间环境模拟，包括热压罐，热压机，KM系列模拟罐，用户分布于汽车、模具、工具、碳纤维加工和其他高端应用领域。
“钢的热处理原理及工艺”作业题 第一章固态相变概论 1、扩散型相变和无扩散型相变各有哪些特点？ 2、说明晶界和晶体缺陷对固态相变成核的影响。 3、为何新相形成时往往呈薄片状或针状？ 4、说明相界面结构在金属固态相变中的作用，并讨论它们对新相形状的影响。 5、固－固相变的等温转变动力学图是“C”形的原因是什么？ 第二章奥氏体形成 1、为何共析钢当奥氏体刚刚完成时还会有部分渗碳体残存？亚共析钢加热转变时是否也存在碳化物溶解阶段？ 2、连续加热和等温加热时，奥氏体形成过程有何异同？加热速度对奥氏体形成过程有何影响？ 3、试说明碳钢和合金钢奥氏体形成的异同。 4、试设计用金相－硬度法测定40钢和T12钢临界点的方案。 5、将40、60、60Mn钢加热到860℃并保温相同时间，试问哪一种钢的奥氏体晶粒大一些？ 6、有一结构钢，经正常加热奥氏体化后发现有混晶现象，试分析可能原因。 第三章珠光体转变 1、珠光体形成的热力学特点有哪些？相变主要阻力是什么？试分析片间距S与过冷度△T的关系。 2、珠光体片层厚薄对机械性能有什么影响？珠光体团直径大小对机械性能影响如何？ 3、某一GCr15钢制零件经等温球化退火后，发现其组织中除有球状珠光体外，还有部分细片状珠光体，试分析其原因。 4、将40、40Cr、40CrNiMo钢同时加热到860℃奥氏体化后，以同样冷却速度使之发生珠光体转变，它们的片层间距和硬度有无差异？ 5、试述先共析网状铁素体和网状渗碳体的形成条件及形成过程。 6、为达到下列目的，应分别采取何热处理方法？ （1）为改善低、中、高碳钢的切削加工性； （2）经冷轧的低碳钢板要求提高塑性便于继续变形； （3）锻造过热的60钢毛坯为细化其晶粒； （4）要消除T12钢中的网状渗碳体； 第四章、马氏体转变
第二章钢的加热转变 2、奥氏体晶核优先在什么地方形成? 为什么? 答：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 奥氏体在F/Fe3C 界面形核原因： (1) 易获得形成A所需浓度起伏，结构起伏和能量起伏. (2) 在相界面形核使界面能和应变能的增加减少。 △G = -△Gv + △Gs + △Ge △Gv—体积自由能差，△Gs —表面能，△Ge —弹性应变能 6、钢的等温及连续加热TT A图是怎样测定的，图中的各条曲线代表什么? 答：等温TTA图 将小试样迅速加热到Ac1以上的不同温度，并在各温度下保持不同时间后迅速淬冷，然后通过金相法测定奥氏体的转变量与时间的关系，将不同温度下奥氏体等温形成的进程综合表示在一个图中，即为钢的等温TTA图。 四条曲线由左向右依次表示：奥氏体转化开始线，奥氏体转变完成线，碳化物充全溶解线，奥氏体中碳浓度梯度消失线。 连续加热TTA图 将小试样采用不同加热速度加热到不同温度后迅速淬冷，然后观察其显微组织.，配合膨胀试验结果确定奥氏体形成的进程并综合表示在一个图中，即为钢的连续加热TTA图。 Acc加热时Fe3CII →A终了温度 Ac3加热时α→A终了温度 Ac1加热时P→A开始温度 13、怎样表示温度、时间、加热速度对奥氏体晶粒大小的影响? 答：奥氏体晶粒度级别随加热温度和保温时间变化的情况可以表示在等温TTA图中加热速度对奥氏体晶粒度的影响可以表示在连续加热时的TTA图中 随加热温度和保温时间的增加晶粒度越大 加热速度越快I↑由于时间短，A晶粒来不及长大可获得细小的起始晶粒度 补充 1、阐述加热转变A的形成机理，并能画出A等温形成动力学图(共析钢)？ 答：形成条件ΔG=Ga-Gp<0 形成过程 形核：对于球化体，A优先在与晶界相连的α/Fe3C界面形核 对于片状P, A优先在P团的界面上形核 长大：1 ）Fe原子自扩散完成晶格改组 2 ）C原子扩散促使A晶格向α、Fe3C相两侧推移并长大 Fe3C残留与溶解：A/F界面的迁移速度> A/Fe3C界面的迁移速度，当P中F完全消 失，Fe3C残留Fe3C→A A均匀化：刚形成A中，C浓度不均匀。C扩散，使A均匀化。 A等温形成动力学图（共析钢）见课本P22 图2-16 2、用Fe-Fe3C相图说明受C在A中扩散所控制的A晶核的长大。
热处理 1. 对固态金属或合金采用适当方式加热、保温和冷却，以获得所需要的组织结构与性能的加工。 2. 热处理：是将金属材料放在一定的介质内加热、保温、冷却，通过改变材料表面或内部的金相组织结构,来控制其性能的一种金属热加工工艺。 3. 与热处理有关的名词解释 金属 具有不透明、金属光泽良好的导热和导电性并且其导电能力随温度的增高而减小，富有延性和展性等特性的物质。金属内部原子具有规律性排列的固体（即 晶体）。 金属 合金：由两种或两种以上金属或金属与非金属组成，具有金属特性的物质。相：指金属或合金中化学成分相同、晶格结构相同，或原子聚集状态相同，并与其他部分之间有明确界面的独立均匀组成部分。 组织：组织是指用肉眼可直接观察的，或用放大镜、显微镜能观察分辨的材料内部微观形貌图像。 固溶体：固溶体是一个（或几个）组元的原子（化合物）溶入另一个组元的晶格中，而仍保持另一组元的晶格类型的固态金属晶体，固溶体分间隙固溶体和置换固溶体两种。 固溶强化：由于溶质原子进入溶剂晶格的间隙或结点，使晶格发生畸变，使固溶体硬度和强度升高，这种现象叫固溶强化现象。 化合物：合金组元间发生化合作用，生成一种具有金属性能的新的晶体固态结构。
珠光体 机械混合物：机械混合物由纯金属、固溶体、金属化合物这些合金的基本相按照固定比例构成的组织称为机械混合物。 铁素体：碳在α-Fe（体心立方结构的铁）中的间隙固溶体。 奥氏体：碳在γ-Fe（面心立方结构的铁）中的间隙固溶体。 渗碳体：碳和铁形成的稳定化合物（Fe3C）。 珠光体：铁素体和渗碳体组成的机械混合物（Fe+Fe3C 含碳0.77%） 莱氏体：渗碳体和奥氏体组成的机械混合物（含碳4.3%） 马氏体：淬火后的组织。 4. 热处理工艺的特点 金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其他加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的。 为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。钢铁是机械工业中应用最广的材料，钢铁显微组织复杂，可以通过热处理予以控制，所以钢铁的热处理是金属热处理的主要内容。另外，铝、铜、镁、钛等及其合金也都可以通过热处理改变其力学、物理和化学性能，以获得不同的使用性能。 编辑本段热处理的发展史 5. 热处理的发展史 在从石器时代进展到铜器时代和铁器时代的过程中，热处理的作用逐渐为人们所认识。早在公元前770至前222年，中国人在生产实践中就已发现，铜铁的性能会因温度和加压变形的影响而变化。白口铸铁的柔化处理就是制造农具的重
简述常用热处理工艺的 原理与特点 WEIHUA system office room 【WEIHUA 16H-WEIHUA WEIHUA8Q8-
简述常用热处理工艺的原理与特点。 热处理是指材料在固态下，通过加热、保温和冷却的手段，以获得预期组织和性能的一种金属热加工工艺。 热处理工艺原理 1、正火：将钢材或钢件加热到临界点AC3或ACM以上的适当温度保持一定时间后在空气中冷却，得到珠光体类组织的热处理工艺。 2、退火：将亚共析钢工件加热至AC3以上20—40度，保温一段时间后，随炉缓慢冷却(或埋在砂中或石灰中冷却)至500度以下在空气中冷却的热处理工艺。 3、淬火：将钢奥氏体化后以适当的冷却速度冷却，使工件在横截面内全部或一定的范围内发生马氏体等不稳定组织结构转变的热处理工艺。 4、回火：将经过淬火的工件加热到临界点AC1以下的适当温度保持一定时间，随后用符合要求的方法冷却，以获得所需要的组织和性能的热处理工艺。 5、调质处理：一般习惯将淬火加高温回火相结合的热处理称为调质处理。调质处理广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。调质处理后得到回火索氏体组织，它的机械性能均比相同硬度的正火索氏体组织更优。它的硬度取决于高温回火温度并与钢的回火稳定性和工件截面尺寸有关，一般在HB200—350之间。 特点：金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，金球的热处理工艺与其他加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。 比较钢材与非金属材料热处理的异同点。 热处理有金属材料热处理和非金属材料热处理 相同点：热处理的原理基本一样，都是一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。 不同点： 1.钢的表面热处理有两大类：一类是表面加热淬火热处理，另一类是化学热处理。 非金属材料的表面热处理：喷漆、着(染)色、抛光、化学镀后再电镀(如ABS)等。 2.金属材料热处理包括：退火、正火、淬火和回火。 非金属材料热处理包括碳纤维预氧化、碳化、石墨化设备，石墨化烧结等；复合材料成形以及空间环境模拟，包括热压罐，热压机，KM系列模拟罐，用户分布于汽车、模具、工具、碳纤维加工和其他高端应用领域。
钢的热处理原理及工艺复习重点及课后习题 一、复习重点 1、什么是加工硬化？产生加工硬化的根本原因是什么？ 2、什么是再结晶？再结晶的实际应用是什么？金属再结晶是通过什 么方式发生的？再结晶退火的主要作用是什么？ 3、冷加工和热加工的区别是什么？ 4、热处理的定义及三个基本过程。为什么钢能够进行热处理？奥氏 体化的目的是什么？ 5、珠光体、贝氏体、马氏体分别都有哪几种组织形态？每种组织力 学性能如何？ 6、退火、正火、淬火、回火的定义是什么？ 7、什么是钢的淬透性？ 二、课后复习题 （一）、填空题 1、加工硬化现象是指随变形度的增大，金属强度和硬度显著提高而塑性和韧性显著下降的现象。加工硬化的结果，使金属对塑性变形的抗力增大，造成加工硬化的根本原因是位错密度提高，变形抗力增大。消除加工硬化的方法是再结晶退火。 2、再结晶是指冷变形金属加热到一定温度之后，在原来的变形组织中重新产生无畸变的新等轴晶粒，而性能也发生明显的变化，并恢复到冷变形之前状态的过程。 3、在金属的再结晶温度以上的塑性变形加工称为热加工。在金属的再结晶温度以下的塑性变形加工称为冷加工。
4、金属在塑性变形时所消耗的机械能，绝大部分（占90%）转变成热 而散发掉。但有一小部分能量（约10%）是以增加金属晶体缺陷（空位和位错）和因变形不均匀而产生弹性应变的形式（残余应力）储存起来，这种能量我们称之为形变储存能。 5、马氏体是碳在a Fe中的过饱和间隙固溶体，具有很大的晶格畸变， 强度很高。贝氏体是渗碳体分布在含碳过饱和的铁素体基体上或的两相混合物。根据形貌不同又可分为上贝氏体和下贝氏体。用光学显微镜观察，上贝氏体的组织特征呈羽毛状，而下贝氏体则呈针状。相比较而言，上贝氏体的机械性能比下贝氏体要差。 6、在过冷奥氏体等温转变产物中，珠光体与屈氏体的主要相同点是都是渗碳体的机械混合物，不同点是层间距不同,珠光体较粗，屈氏体较细。 7、马氏体的显微组织形态主要有板条状、针状马氏体两种。其中板 条状马氏体的韧性较好。钢在淬火后获得的马氏体组织的粗细主要取决于奥氏体的实际晶粒度。 8钢的热处理工艺由加热、保温、冷却三个阶段所组成。 9、淬透性是指在规定条件下，钢在淬火冷却时获得马氏体组织的能 力。 10、当钢中发生奥氏体向马氏体的转变时，原奥氏体中碳含量越高， 贝S M S点越低。 11、钢的正常淬火温度范围，对亚共析钢是线以上A C3+30 ~ 50C , 对过共析钢是A C1+30 ~ 50C O 12、淬火钢进行回火的目的是消除内应力，获得所要求的组织与性能：回火温度越高，钢的强度与硬度越低。 13、调质处理是经淬火后再高温回火，能得到回火索氏体组织，具有
《材科热处理原理》 思考题
《材科热处理原理》思考题 第一章固态相变概论 1. 金属固态相变的主要类型有哪些？ 2. 热力学主要的状态函数与状态变数之间的关系如何？ 3. 金属固态相变按（1）相变前后热力学函数、（2）原子迁移情况、（3）相变方式分为哪几类？ 4. 金属固态相变有哪些特点？ 5. 固态相变的驱动力和阻力包括什么？加以说明。 6. 固态相变的过程中形核和长大的方式是什么？加以说明。 7. 何谓热处理？热处理的目的是什么？热处理在机械加工过程中作用有那些？热处理与合金相图有何关系？ 8. 金属固态相变主要有哪些变化？ 9. 说明下列符号的物理意义及加热速度和冷却速度对他们的影响？ Ａc1、Ａr1、Ａc3、Ａr3、Ａccm、Ａrcm 10. 一些概念：固态相变、热处理、平衡转变、不平衡转变、同素异构转变、多形性转变、共析转变、包析转变、平衡脱溶沉淀、调幅分解、有序化转变、伪共析转变、马氏体转变、贝氏体转变、块状转变、不平衡脱溶沉淀、一级相变、二级相变、扩散型相变、非扩散型相变、半扩散型相变、共格界面、半共格界面、非共格界面、惯习面、位向关系、应变能、界面能、过渡相、均匀形核、非均匀形核、晶界形核、位错形核、空位形核、界面过程、传质过程、协同型方式长大、非协同型方式长大、切变机制、台阶机制 第二章钢中奥氏体的形成 1. 奥氏体(A)的晶体结构，组织形态与性能有什么特点？ 2. 奥氏体形成的热力学条件是什么？共析钢的珠光体（平衡态组织）向奥氏体转变属于何种转变？试说明珠光体向奥氏体转变过程。
3. 钢在实际热处理加热和冷却过程时的临界点为什么偏离相图上的临界点？实际的临界点如何表示？实际的临界点与加热和冷却速度有什么关系？ 4. 试以碳扩散的观点说明奥氏体长大机理。（奥氏体的形成包括哪几个过程？为什么说奥氏体形成是以C扩散为基础并受碳扩散控制的？） 5. 说明奥氏体形成时铁素体先消失的原因。 6. 非共析钢的奥氏体的形成与共析钢的奥氏体的形成有哪些异同？ 7. 共析碳钢奥氏体等温形成动力学（TTA图）有什么特点？非共析钢和共析碳钢奥氏体等温形成动力学图有什么异同？ 8. 影响奥氏体等温形成的形核率的因素有哪些？如何计算A线长大速度？影响奥氏体转变速度的因素有哪些？如何影响？（奥氏体等温形成动力学（形核与长大）的经验公式） （为什么温度升高，奥氏体转变速度加快？）（合金元素对奥氏体的形成速度有什么影响？） 9. 合金钢的奥氏体形成动力学有什么特点？ 10. 连续加热时奥氏体形成动力学有什么特点？试以连续加热时奥氏体的形成动力学曲线，说明奥氏体形成时临界点的变化。 11. 连续加热时奥氏体形成在动力学、转变机理、奥氏体状态上有什么特点？ 12. 8级奥氏体晶粒的共析钢中，每平方毫米含多少个奥氏体晶粒？每个奥氏体晶粒中含多少个铁、碳原子？每个奥氏体晶胞中含多少个碳原子？ 13. 奥氏体晶粒度的概念，晶粒度级别与晶粒大小的关系式。 14. 何谓起始晶粒度、实际晶粒度、本质晶粒度？试加以比较。如何显示和评定晶粒度级别？ 15. 影响奥氏体晶粒长大的因素有哪些？如何影响？如何防止和控制奥氏体晶粒长大？（如何获得细小的奥氏体晶粒？） 16.合金元素对奥氏体的晶粒长大有什么影响？ 17. 为什么用Al脱氧的钢或加入Ti、V、Zr、Nb等合金元素的钢是本质细晶粒钢？本质细晶粒钢的奥氏体晶粒是否一定细小，而本质粗晶粒钢的奥氏体晶粒是否一定粗大？试加以解释。
材工—热处理原理3
9.2.2 钢的淬火与回火 淬火: 淬火方法分类 按加热温度不同 完全淬火：加热温度高于Ac3，全部A化后冷却，适用于亚共析钢和共析钢；不完全淬火：加热温度高于Ac1，适用于过共析钢。 按冷却方式不同 单介质淬火、双介质淬火、分级淬火、等温淬火 9.2.2.1 淬火工艺参数及加热介质的选定 一、淬火温度的选择 淬火温度即钢的奥氏体化温度，是 淬火的主要工艺参数之一。选择淬火温 度的原则是获得均匀细小的奥氏体组 织。
1、确定淬火温度的一般依据 钢的化学成分（主要是临界点Ac1、Ac3），是最主要的因素； 工件的尺寸、形状与技术参数； A的晶粒长大倾向； 采用的淬火介质与淬火方法。 2、碳钢的淬火温度 亚共析钢 亚共析钢的淬火温度一般为Ac3以上30℃~ 50℃，原因：亚共析钢加热到Ac3以下时，淬火组织中会保留先共析F，淬火后会出现软点，使硬度达不到要求；同时由于这种组织的不均匀性，还可能影响回火后的机械性能。但为了不致于引起A晶粒的粗化以及尽可能减小淬火缺陷，温度还不能过高，一般为Ac3以上30℃~ 50℃。 过共析钢 过共析钢的淬火温度一般为Ac1以上30℃~ 50℃，原因：过共析钢在淬火加热前都要经过球化处理（如果网状渗碳体存在，则应先正火予以消除，然后
再加热淬火），故加热至Ac1以上时，其组织是A和一部分未溶的粒状碳化物（渗碳体）。淬火后，A转变为M，未溶碳化物被保留下来，这不但不会降低钢的硬度，反而对提高耐磨性有利。 如果把过共析钢加热到Acm以上，从单相A状态淬火，结果不但无益，反而有害，原因： A中溶入C量增加使Ms点降低，淬火后残余A量增多，使钢的硬度下降； A的晶粒粗化，淬火后得到粗大M，增大脆性； 钢的脱碳氧化严重，降低淬火钢的表面质量； 增大淬火应力，从而增大工件变形与开裂倾向。 3、合金钢淬火温度 合金钢的淬火温度也根据其临界点确定，但考虑合金元素的作用，为了加速A化，一般选为Ac1或Ac3＋50℃~100℃. 4、确定淬火温度的其它考虑因素 工件尺寸：小工件采用较低的淬火温度，大工件采用较高的淬火温度。 工件形状：形状复杂、容易变形或开裂的工件，在保证性能要求的前提下尽量采用较低的淬火温度。 淬火介质与淬火方法 A晶粒长大倾向：对本质细晶粒钢，可采用较高的淬火温度。 二、加热时间的确定 加热时间由升温时间和保温时间组成。 升温时间：由零件入炉温度升至淬火温度所需的时间，并以此作为保温时间的开始。
表面处理的常用方法及特点 摘要：表面处理方法分类简要描述及特点 关键字：表面处理 一、电镀 定义：电镀(Electroplating)就是利用电解原理在某些金属表面上镀上一薄层其它金属或合金的过程，是利用电解作用使金属或其它材料制件的表面附着一层金属膜的工艺从而起到防止金属氧化（如锈蚀），提高耐磨性、导电性、反光性、抗腐蚀性(硫酸铜等）及增进美观等作用。 特点：电镀时，镀层金属或其他不溶性材料做阳极，待镀的工件做阴极，镀层金属的阳离子在待镀工件表面被还原形成镀层。为排除其它阳离子的干扰，且使镀层均匀、牢固，需用含镀层金属阳离子的溶液做电镀液，以保持镀层金属阳离子的浓度不变。电镀的目的是在基材上镀上金属镀层，改变基材表面性质或尺寸。电镀能增强金属的抗腐蚀性(镀层金属多采用耐腐蚀的金属)、增加硬度、防止磨耗、提高导电性、润滑性、耐热性和表面美观。利用电解作用在机械制品上沉积出附着良好的、但性能和基体材料不同的金属覆层的技术。电镀层比热浸层均匀，一般都较薄，从几个微米到几十微米不等。通过电镀，可以在机械制品上获得装饰保护性和各种功能性的表面层，还可以修复磨损和加工失误的工件。 此外，依各种电镀需求还有不同的作用。举例如下：
1、镀铜：打底用，增进电镀层附着能力，及抗蚀能力。（铜容易氧化，氧化后，铜绿不再导电，所以镀铜产品一定要做铜保护） 2、镀镍：打底用或做外观，增进抗蚀能力及耐磨能力，(其中化学镍为现代工艺中耐磨能力超过镀铬)。（注意，现在许多电子产品，比如DIN头，N头，不再使用镍打底，主要是由于镍有磁性，会影响到电性能里面的无源互调） 3、镀金：改善导电接触阻抗，增进信号传输。(金最稳定，也最贵。) 4、镀钯镍：改善导电接触阻抗，增进信号传输，耐磨性高于金。 5、镀锡铅：增进焊接能力，快被其他替物取代(因含铅现大部分改为镀亮锡及雾锡)。 6、镀银：改善导电接触阻抗，增进信号传输。(银性能最好，容易氧化，氧化后也导电) 电镀是利用电解的原理将导电体铺上一层金属的方法。除了导电体以外，电镀亦可用于经过特殊处理的塑胶上。电镀的过程基本如下：1、把镀上去的金属接在阳极2、要被电镀的物件接在阴极3、阴阳极以镀上去的金属的正离子组成的电解质溶液相连4、通以直流电的电源后，阳极的金属会氧化（失去电子），溶液中的正离子则在阴极还原（得到电子）成原子并积聚在阴极表层。 电镀后被电镀物件的美观性和电流大小有关系，电流越小，被电镀的物件便会越美观；反之则会出现一些不平整的形状。 电镀的主要用途包括防止金属氧化(如锈蚀) 以及进行装饰。不少硬币的外层亦为电镀。
第一部分热处理原理 一、教学目的与要求 1.了解热处理的基本原理； 2.了解本质晶粒度与实际晶粒度的含义，控制晶粒度大小的因素；钢在加热和冷却过程中产生的缺陷； 3.熟悉钢在加热和冷却时组织转变的机理； 二、教学课时数 1.理论教学14学时 2.实验教学4学时 合计18学时 三、学习重点 钢在加热时组织转变的过程中及影响因素； 共析钢奥氏体等温冷却曲线中各条线的含义。C曲线中种温度区域内奥氏体转变产物的组织形貌，性能特点。 非共析钢C曲线与共析钢C典线的差别及影响C典线的因素； 奥低体连续冷却转变曲线的特点，冷却速度对钢的组织变化和最终性能的影响； 四、教学手段： 以现代化的多媒体教学设施进行讲授，将各种曲线、金相图片播放在大屏幕上，帮助学生理解奥氏体的形成过程。 五、教学方法： 采用启发式方法。以材料科学基础（上）为基本出发点，引导学生逐渐进入本课程的学习。 六、基本教材或主要参考书： [1] 崔忠圻主编. 金属学与热处理(第二版) [M]. 武汉: 机械工业出版社, 2007. [2] 李超主编. 金属学原理[M]. 西安: 哈尔滨工业大学出版社, 1989. [3] 胡庚详主编. 金属学[M]. 上海: 上海科学技术出版社, 1980. [4] 赵品主编. 材料科学基础[M]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学出版社, 2004. [5] 热处理手册，中国机械工程学会，机械工业出版社，2006 [6] 邓文英主编，金属工艺学(上)，北京: 高等教育出版社，2000 七、思考题： 1、钢中奥氏体的点阵结构，碳原子可能存在的部位及其在单胞中的最大含量。 2、以共析碳钢为例说明奥氏体的形成过程，并讨论为什么奥氏体全部形成后还会有部分渗碳体未溶解？
热处理的原理及分类 §4—2钢在加热及冷却时的组织转变 教学目的： 1、了解钢在加热时的转变及A晶粒的长大。 2、掌握热处理概念、分类、热处理工艺曲线；钢加热及保温得目的。 3、掌握过冷奥氏体的等温转变图建立； 4、掌握过冷奥氏体等温转变产物的组织和性能。 教学重点和难点： 1、A晶粒的长大是教学的重点。 2、过冷奥氏体的等温转变图建立；过冷奥氏体等温转变产物的组织和性能是教学的难点。 §4—1热处理的原理及分类 教学过程： 新课： 1、热处理： 热处理是将固态金属或合金采用适当的方式进行加热、保温和冷却以获得所需要的组织结构与性能的工艺。 2、热处理的目的： ①、提高零件的使用性能；②、充分发挥钢材的潜力；③、延长零件的使用寿命；④、改善工件的工艺性能，提高加工质量，减小刀具的磨损。
3、热处理方法有：退火、正火、淬火、回火及表面热处理。 但任何一种均由加热、保温、冷却三阶段所组成。 4、热处理使钢性能发生变化的原因： 由于铁有同素异构转变，从而使钢在加热和冷却过程中，发生了组织与结构变化。 §4—2钢在加热及冷却时的组织转变 一、钢在加热时的转变 ?热处理中，钢加热为获得A；且A晶粒大小、成分、均匀程度，对钢冷却后的组织、性能有重要的影响。 1、钢的奥氏体化 1）、奥氏体晶核的形成及长大； 2）、残余渗碳体的溶解； 3）、奥氏体的均匀化； 2、在热处理工艺中，钢保温的目的是： ①、为了使工件热透；②、使组织转变完全；③、使奥氏体成分均匀。 3、奥氏体晶粒的长大： ?加热温度越高，保温时间越长，奥氏体晶粒越大 ?由Fe-Fe3C相图可知，A1 、A3 、Acm是钢在极缓慢加热（或冷却）时的临界点。但实际冷速、热速较快，钢转变总有滞后 现象。
第九章钢的热处理原理 第十章钢的热处理工艺 1,.金属固态相变有哪些主要特征? 哪些因素构成相变阻力? 答: 金属固态相变主要特点: 1、不同类型相界面, 具有不同界面能和应变能2、新旧相之间存在一定位向关系与惯习面 3、相变阻力大4、易于形成过渡相5、母相晶体缺陷对相变起促进作用6、原子的扩散速度对固态相变起有显著影响…..阻力: 界面能和弹性应变能 2、何为奥氏体晶粒度? 说明奥氏体晶粒大小对钢的性能的影响。答: 奥氏体晶粒度是指奥氏体晶粒的大小。 金属的晶粒越细小,晶界区所占的比例就越大, 晶界数目越多( 则晶粒缺陷越多, 一般位错运动到晶界处即停) , 在金属塑变时对位错运动的阻力越大, 金属发生塑变的抗力越大, 金属的强度和硬度也就越高。晶粒越细, 同一体积内晶粒数越多, 塑性变形时变形分散在许多晶粒内进行, 变形也会均匀些, 虽然多晶体变形具有不均匀性, 晶体不同地方的变形程度不同, 位错塞积程度不同, 位错塞积越严重越容易导致材料的及早破坏, 晶粒越细小的话, 会使金属的变形更均匀, 在材料破坏前能够进行更多的塑性变形, 断裂前能够承受较大的变形, 塑性韧性也越好。因此细晶粒金属不但强度高, 硬度高, 而且在塑性变形过程中塑性也较好。 3..珠光体形成时钢中碳的扩散情况及片,粒状珠光体的形成过程?
4、试比较贝氏体转变、珠光体转变和马氏体转变的异同。 答: 从以下几个方面论述: 形成温度、相变过程及领先相、转变时的共格性、转变时的点阵切变、转变时的扩散性、转变时碳原子扩散的大约距离、合金元素的分布、等温转变的完全性、转变产物的组织、转变产物的硬度几方面论述。 试比较贝氏体转变与珠光体转变的异同点。对比项目珠光体贝氏体形成温度高温区( A1以下) 中温区( Bs以下) 转变过程形核长大形核长大领先相渗碳体铁素体
第一章金属固态相变概论 第一节固态相变概论 一、热处理的作用 热处理： 定义：固态金属通过特定方式加热、保温、冷却以获得工程技术上所需组织、结构和性能的工艺过程。 作用：1、提高钢的力学性能，充分发挥钢材潜能； 2、消除毛胚中缺陷，改善工艺性能； 3、机械零件加工工艺过程中的重要工艺； 4、改善工件表面抗磨性、耐腐蚀性等特殊物理化学性能。 二、根据固态相变类型随外界条件不同而引起的变化分为： 1、平衡转变：缓慢加热或冷却，获得相图所示平衡组织。 同素异构转变纯金属（有确定的转变温度） 多型性转变合金（固溶体） el：F转变A 新相的结构始终与母相不同 平衡脱溶沉淀 随新相的析出，母相成分和体积分数变化但母相不会消失 共析转变冷却时由一固相分解为两固相 调幅分解高温下的单一固溶体冷却(在某一温度范围内)分解为两种 成分不同、结构相同的微区 有序化转变固溶体各组元原子相对位置从无序到有序的转变 2、不平衡转变：快速加热或冷却，平衡转变受到抑制，发生不平衡转变而得到 不平衡组织。 转变过程和转变产物的组成相与共析转变相同 伪共析转变： 组成相相对量非定值，依A碳含量而变 马氏体转变A快冷后发生的组织转变 块状转变纯铁或低碳钢在一定冷速下γ相或A变为与之相同成分而 形貌呈块状的α相 贝氏体转变 不平衡脱溶沉淀 三、相变实质 结构变化：同素异构转变、多型性转变、马氏体转变、块状转变 成分变化：调幅分解 有序化程度变化：有序化转变 注：共析转变、贝氏体转变、脱溶沉淀兼有结构、成分的变化。 第二节、固态相变特点 一、相界面
共格界面 错配度δ 弹性应变能 半共格界面 形成半原子面的刃型位错 非共格界面 δ很大时形成 界面能的大小：共格半共格非共格σσσ>> 二、相变阻力(弹性应变能)大 1、固态相变时，体积变化 界面产生弹性畸变 弹性应变能额外 增加； 液态金属结晶只有表面能。 2、固态相变时，总自由能：ωσV S G V G V ++?=? 临界形核半径：ω σ+?-=V K G r 2 临界形核功：() 23 316ωπσ+?=?V K G G 原子扩散困难为固态相变阻力大的又一原因。 3、形成一定质量新相时，有上述原因产生的新相形状与应变能的大小有关。 c<>a 为圆棒或针状(c 为两极间距，a 为赤道半径) 由于比容差造成的应变能为比容差应变能 o a E E 新相形状与应变能关系 由共格造成：非共格半共格共格E E E >> 球 由比容差造成：共格半共格非共格E E E >>> 针 盘 c/a 过冷度大：形成共格或半共格界面，新相呈盘状(或薄片状); 过冷度小：形成非共格界面，以降低应变能。若比容差小，新相呈球状以降低界 面能；否则，形成针状，以兼顾降低界面能和比容差应变能。 三、新相晶核与母相间存在着一定的晶体学位相关系 即：通常以低指数、原子密度大且匹配较好的晶体和晶向相互平衡。 新相往往在与母相某一特定晶面上形成，母相的该面称惯习面。 四、母相晶体缺陷对固态相变起促进作用(促进转变速度) 五、易出现过渡相 过渡相：亚稳定相，成分结构介于新、旧相间，为克服相变阻力形成的中间产物。 固态相应遵循的规律：1、力求使自由能进一步降低； 2、力求沿阻力最小、做工最少的途径进行。 第三节、固态相变形核 应 变能
简述常用热处理工艺的原理 与特点 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
简述常用热处理工艺的原理与特点。 热处理是指材料在固态下，通过加热、保温和冷却的手段，以获得预期组织和性能的一种金属热加工工艺。 热处理工艺原理 1、正火：将钢材或钢件加热到临界点AC3或ACM以上的适当温度保持一定时间后在空气中冷却，得到珠光体类组织的热处理工艺。 2、退火：将亚共析钢工件加热至AC3以上20—40度，保温一段时间后，随炉缓慢冷却(或埋在砂中或石灰中冷却)至500度以下在空气中冷却的热处理工艺。 3、淬火：将钢奥氏体化后以适当的冷却速度冷却，使工件在横截面内全部或一定的范围内发生马氏体等不稳定组织结构转变的热处理工艺。 4、回火：将经过淬火的工件加热到临界点AC1以下的适当温度保持一定时间，随后用符合要求的方法冷却，以获得所需要的组织和性能的热处理工艺。 5、调质处理：一般习惯将淬火加高温回火相结合的热处理称为调质处理。调质处理广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。调质处理后得到回火索氏体组织，它的机械性能均比相同硬度的正火索氏体组织更优。它的硬度取决于高温回火温度并与钢的回火稳定性和工件截面尺寸有关，一般在HB200—350之间。 特点：金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，金球的热处理工艺与其他加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。 比较钢材与非金属材料热处理的异同点。 热处理有金属材料热处理和非金属材料热处理 相同点：热处理的原理基本一样，都是一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。 不同点： 1.钢的表面热处理有两大类：一类是表面加热淬火热处理，另一类是化学热处理。 非金属材料的表面热处理：喷漆、着(染)色、抛光、化学镀后再电镀(如ABS)等。 2.金属材料热处理包括：退火、正火、淬火和回火。 非金属材料热处理包括碳纤维预氧化、碳化、石墨化设备，石墨化烧结等；复合材料成形以及空间环境模拟，包括热压罐，热压机，KM系列模拟罐，用户分布于汽车、模具、工具、碳纤维加工和其他高端应用领域。 2