北科大金属材料热处理复习题

1.奥氏体的形成过程

a.奥氏体在铁素体和渗碳体相界面上形成晶核；

b.通过碳原子扩散，渗碳体溶解，铁素体→奥氏体点阵重构的反复，奥氏体逐渐长大；

c.铁素体消失后，随着保温时间的延长，通过碳原子扩散，残余渗碳体逐渐溶入奥氏体，使奥氏体逐渐趋近共析成分；

d.残余渗碳体完全溶解后，继续保温，通过碳原子扩散，获得均匀化奥氏体。

2. 奥氏体晶粒的3个概念

奥氏体的初始晶粒指加热时奥氏体转变过程刚刚结束时的奥氏体晶粒。

奥氏体实际晶粒指在热处理时某一具体加热条件下最终所得的奥氏体晶粒。

奥氏体的本质晶粒指各种钢的奥氏体晶粒的长大趋势。晶粒容易长大的称为本质粗晶粒钢；晶粒不容易长大的称为本质细晶粒钢。

930℃左右是本质粗晶粒钢和本质细晶粒钢的晶粒大小差别最明显的温度。

用适量的铝脱氧，或钢中加入适量的钒、钛、铌等元素，可得到本质细晶粒钢。

3. 研究晶粒度的原因：

对一般钢来说，虽然在通常使用状态下的组织并不是奥氏体，但热加工或热处理过程中加热时所形成的奥氏体晶粒大小、形状等，对冷却后钢的组织和性能却有重要的影响。因此，需要了解奥氏体晶粒的长大规律，以便在生产实践中控制奥氏体晶粒大小，以获得所希望的性能。控制晶粒长大的措施：

a.利用Al脱氧，形成AlN质点，细化晶粒；

b.加入强的碳氮化物形成元素，形成难溶的碳氮化物，阻碍奥氏体晶粒长大；

c.采用快速加热、短时保温的办法，获得细小的晶粒；

d.控制钢的热加工工艺和采用预备热处理工艺。 1. 过冷奥氏体：

奥氏体冷却到临界温度以下，处于热力学不稳定状态，称为~~。

碳化物形成元素Cr、Mo、W、V等降低碳在奥氏体中的扩散系数，且所形成的特殊碳化物较难溶解，所以减慢奥氏体形成速度。

强以及中强碳化物形成元素Cr、Mo、W、V和Ti等溶入到奥氏体中，不仅使C曲线右移，还改变C曲线的形状，使珠光体转变和贝氏体转变区域分开，形成两个鼻尖。

2. TTT图：

用来描述转变开始和转变终了时间、转变产物和转变量与温度、时间之间的关系曲线，称为过冷奥氏体等温转变图。

如何测定：a.制备多组圆片状试样；b.加热使其奥氏体化；c.转入A1以下一定温度的盐浴中等温；d.停留不同时间后取出分别在盐水中淬火；e.金相显微组织观察，结合硬度确定已转变的奥氏体数量；f.获得不同温度等温时的奥氏体转变动力学曲线；g.将不同温度下的等温转变开始时间和终了时间以及某些特定转变量所对应的时间绘制在温度-时间半对数坐标系中，并将不同温度下的转变开始点和转变终了点以及特定转变量的点分别连接成曲线，即得到过冷奥氏体等温转变动力学图，简称TTT曲线或C曲线。

影响奥氏体等温转变图的因素:

a.含碳量的影响; 在正常的热处理温度下，共析钢的C曲线最稳定。

b.合金元素的影响;

c.奥氏体化温度和保温时间的影响;主要影响奥氏体化程度。

d.奥氏体塑性变形的影响;使晶粒细化或增加亚结构，C曲线左移。

3. CCT曲线：把测得的不同冷速下的起始点和终了点标在温度-时间坐标系中，连接各性质相同的点。获得过冷奥氏体连续冷却转变图。简称CCT曲线。

应用：CCT曲线是制定合理的热处理工艺规程的重要依据；它对于分析研究各种钢在不同热处理后的金相组织与性能，进而合理地选用钢材等方面也有很大的参考价值。

根据某种钢的CCT曲线，可以知道在各种不同冷却速度下所经历的各种转变以及应得的组织和性能（如硬度），还可以清楚地确定该钢的临界冷却速度等，这是规定淬火方法、选择淬火介质的重要依据。

4.过冷奥氏体产物：

高温转变区，生成珠光体；中温转变区，生成贝氏体；低温转变区，生成马氏体。

珠光体转变：铁素体和渗碳体组成的混合物，扩散型相变。

贝氏体转变：过饱和的铁素体和碳化物组成的混合物。

马氏体转变：将钢加热奥氏体化，以大于vc的冷却速度快冷至Ms点以下，将产生马氏体转变，习惯上将通过切变进行点阵重构，而无成分变化的非扩散性相变，称为马氏体转变。

1. 珠光体、马氏体与贝氏体转变特点的比较

转变类型 珠光体转变 贝氏体转变 马氏体转变

转变温度

范围 高温转变(Ar1~550℃) 中温转变

(500℃~Ms) 低温转变

(Ms以下)

扩散性 铁原子、合金元素原子与碳原子均扩散 碳原子扩散，铁与合金元素原子不扩散 铁原子、合金元素原子与碳原子均不扩散

形核、长大

与领先相 形核、长大，一般以渗碳体为领先相 形核、长大，一般以铁素体为领先相 形核、长大

共格性 无共格性 具有共格性，产生表面浮凸现象 具有共格性，产生表面浮凸现象

组成相及

组织 两相组织

γ-Fe(C)→α-Fe+Fe3C 两相组织

γ-Fe(C)→α-Fe(C)+Fe3C

(约350℃以上)

γ-Fe(C)→α-Fe(C)+carbide

(约350℃以下) 单相组织

γ-Fe(C)→α’-Fe(C)

2.淬火钢在回火时的组织转变

a.马氏体中碳原子的偏聚b.马氏体的分解与亚稳碳化物的形成c.残余奥氏体的转变

d.碳化物的转变e.碳化物的聚集长大与α相的回复、再结晶

淬火钢在回火过程中的组织变化为：

在150~250℃之间回火时，片状马氏体将分解为片状α固溶体和薄片状ε碳化物的两相组织，称为回火马氏体；

在350~500℃之间回火时，碳钢与低合金钢将得到板条状或片状铁素体与细颗粒渗碳体组成的混合物，称为回火屈氏体；

在500~650℃之间回火时，碳钢与低合金钢将得到颗粒状渗碳体分布于等轴状铁素体基体上的组织，称为回火索氏体。 在650℃~A1之间回火时，颗粒状渗碳体进一步长大，分布于等轴状铁素体基体上的组织，称为粒状珠光体。

3. 回火脆性：随着回火温度升高，钢的冲击韧性反而降低的现象。

1）低温回火脆性:在250~400℃范围内回火时出现的脆性，称为低温回火脆性。

产生：低温回火脆性产生的主要原因是ε碳化物转变成的χ及θ碳化物沿马氏体板条或片的界面呈薄膜状析出。韧性的残余奥氏体分解成回火马氏体或下贝氏体也促进此类脆性。

消除：将已产生这种脆性的工件，在更高温度回火，其脆性将消失。

2）高温回火脆性：在450~650℃范围内回火时出现的脆性，称为高温回火脆性。

产生：高温回火脆性主要是由锑、磷、锡、砷等微量杂质元素在原奥氏体晶界偏聚所引起。合金钢中铬、锰、镍等元素，不但促进上述微量杂质元素的偏聚，本身也产生晶界偏聚，故增加脆化倾向。

消除：将已产生脆性的工件，重新加热到650℃以上保温，然后快冷，其脆性可以消失。

1. 钢的淬透性：指奥氏体化后的钢接受淬火的能力。其大小通常用一定条件下淬火后钢的淬透层深度来表示，它主要取决于钢的临界冷却速度的大小。影响淬透性的因素：a.奥氏体化学成分b. 奥氏体化条件

淬硬性：钢在淬火后能够达到的最高硬度，主要和碳含量相关。

2.三种回火工艺：

a. 低温回火:在150--250℃之间进行，回火后组织为回火马氏体。

低温回火后主要是可以减少内应力，并进一步提高钢的强度和塑性；

它一般用来处理要求高硬度和高耐磨性工件。 b. 中温回火：在350--500℃之间，回火后组织为回火屈氏体。

中温回火后的钢具有高的弹性极限，较高的强度和硬度，并有良好的塑性和韧性。

它主要用来处理各种弹簧零件和热锻模具。

c. 高温回火：在500--650℃之间进行，回火后组织为回火索氏体。

调质处理后的工件具有高的塑性、韧性和强度的配合；

高温回火主要适用于中碳结构钢或低合金结构钢。

3.选择淬火方法与介质的原则

选择淬火方法和介质的原则就是使冷却下来的工件内部的组织应力和热应力最小。在满足工件淬透层深度要求的前提下，应选择淬火烈度最低的淬火介质。在相当于被淬火钢的过冷奥氏体最不稳定区具有足够的冷却能力，而在马氏体转变区冷却速度又很缓慢。此外，淬火介质的冷却特性在使用过程中应该稳定，长期使用和存放不易变质，价格低廉，来源丰富，且无毒及无环境污染。

4.简述退火、正火、淬火、回火的概念及其目的

1）正火：将钢加热到Ac3或Accm以上约30~50℃，或者更高温度，保温足够时间，然后在静止空气中冷却的热处理工艺。

目的为：

a.对于大锻件、截面较大的钢材、铸件，用正火来细化晶粒，均匀组织;

b.低碳钢用正火，可提高硬度，改善切削加工性。

c.作为某些中碳钢或中碳低合金钢工件的最终热处理，以代替调质处理，具有一定的综合力学性能。

d.用于过共析钢，可消除网状二次碳化物，为球化退火作好组织上的准备。

2）退火：将钢加热到临界点Ac1以上或以下一定温度，保温一定时间，然后缓慢冷却，以获得接近平衡状态的组织。

目的：a.消除成分偏析，使成分均匀化。b.消除魏氏组织或带状组织，细化晶粒和均匀组织；c.降低硬度，改善组织，以便于切削加工；d.消除内应力和加工硬化；

e.改善高碳钢中碳化物形态和分布(球化退火)，为淬火作好组织准备。

3）淬火：将钢加热到临界点Ac1或Ac3以上一定温度，保温一定时间，然后在水或油等冷却介质中快速冷却。

目的：把奥氏体化的工件淬成马氏体，以便在适当温度回火时，获得所需要的力学性能。强化钢材最重要的热处理方法。

4）回火：将淬火后的钢在A1温度以下加热，使之转变成稳定的回火组织的工艺过程。

目的：保证组织转变（亚稳组织）；消除内应力；达到一定的性能要求。

1. 20CrMnTi ：

渗碳钢

含碳量：成分特点是含碳量低，一般为0.1-0.25％。

合金元素：渗碳钢中常加入 Mn(＜2％）、 Cr(＜2％)、Ni(＜4.5％)和 B (0.001—0.004％)

热处理：淬火+低温回火

原因：经渗碳、热处理后渗碳层应具有优异的的耐磨性、疲劳抗力及适当的塑性和韧性；心部应获得足够的强度及优良的韧性。

渗碳后淬火+低温回火的组织：

表层：M回+点状碳化物+少量A’心部：低碳回火马氏体+F （淬透） F+P （未淬透）

2.65Mn ：