下载文档原格式
热处理对钢材的强度和硬度的影响钢材是一种常见且重要的材料，在机械制造、建筑结构、汽车工业等领域中得到广泛应用。
而热处理作为一种重要的材料处理方法，对钢材的强度和硬度有着显著的影响。
本文将介绍热处理对钢材性能的作用机制以及热处理方法的选择。
一、热处理对钢材的强度的影响钢材的强度是指其在外力作用下的抗变形能力，通常以屈服强度、抗拉强度等指标来评估。
热处理对钢材的强度有以下几方面的影响。
1. 相变过程的影响热处理中的加热和冷却过程会引发钢材的相变，其中最常见的是奥氏体相变和马氏体相变。
奥氏体相变可以增加钢材的强度，而马氏体相变则会进一步提高钢材的强度。
因此，通过调控热处理中的相变过程，可以有效提高钢材的强度。
2. 残余应力的影响热处理会导致钢材产生残余应力，这种残余应力对钢材的强度有着重要的影响。
恰当地控制热处理过程中的冷却速率和温度可以减小钢材中的残余应力，从而提高钢材的强度。
3. 晶粒尺寸的影响热处理会影响钢材的晶粒尺寸，从而影响其强度。
一般来说，细小的晶粒可以提高钢材的强度，因为细小的晶粒有更多的晶界，阻碍了位错的移动，从而提高了材料的强度。
二、热处理对钢材的硬度的影响钢材的硬度是指其抵抗局部压痕的能力，一般通过洛氏硬度或布氏硬度来进行测量。
热处理对钢材的硬度有以下几方面的影响。
1. 碳含量和晶界的影响热处理可以控制钢材中的碳含量和晶界的形成情况，从而影响钢材的硬度。
较高的碳含量和较细小的晶界会使钢材更加硬化，因为碳在钢中溶解后可以增加固溶体的硬度。
同时，晶界的存在也可以阻碍位错的滑移，进一步提高材料的硬度。
2. 冷却速率的影响在热处理中，冷却速率对钢材的硬度影响巨大。
当冷却速率较快时，钢材中会产生较多的马氏体，从而使钢材更加硬化。
因此，通过调节热处理中的冷却速率，可以有效地控制钢材的硬度。
三、热处理方法的选择根据钢材在不同工作条件下的使用要求，可以选择不同的热处理方法来达到所需的强度和硬度。
常见的热处理方法包括淬火、正火、回火等。
热处理对机械零件表面硬度的影响热处理是一种常见的金属加工工艺，通过加热和冷却的方式改变金属材料的内部结构和性能，以提高其强度、硬度和耐磨性。
在机械工程领域，热处理对于改善零件的性能至关重要。
本文将详细探讨热处理对机械零件表面硬度的影响。
一、热处理工艺热处理工艺一般包括加热、保温和冷却三个步骤。
主要的热处理方法包括淬火、回火、退火等。
1. 淬火淬火是通过迅速冷却加热至临界温度的金属材料来改变其结构。
淬火可使金属材料迅速冷却并形成马氏体结构，提高其硬度和强度。
2. 回火回火是将淬火后的金属材料进行再加热处理，常常在较低温度下进行。
回火可以调整金属材料的硬度、强度和韧性，并减轻材料的内部应力。
回火后的材料通常具有较好的机械性能和耐腐蚀性。
3. 退火退火是将金属材料加热至一定温度，然后缓慢冷却，以改善材料的可加工性和韧性。
退火会导致金属材料的晶粒长大，从而降低硬度。
二、热处理对机械零件的表面硬度有显著的影响。
下面将分析不同的热处理方法对机械零件表面硬度的影响。
淬火是提高机械零件表面硬度的一种常用方法。
淬火过程中迅速冷却金属材料可形成马氏体结构，将机械零件表面的碳浓度提高，从而增加硬度。
然而，过度的淬火可能导致机械零件表面的裂纹和变形，因此需要恰当控制淬火工艺参数。
2. 回火回火可以降低机械零件的硬度，但可提高其韧性和抗冲击性。
回火过程中，金属材料的马氏体部分会转变为较软的贝氏体或残余奥氏体，导致硬度下降。
回火温度和时间的选择对机械零件的硬度具有重要影响。
3. 退火退火过程中，金属材料的硬度通常会降低。
退火使材料的晶粒生长，从而降低硬度。
然而，退火可改善机械零件的可加工性和韧性，提升其抗腐蚀性。
三、热处理工艺参数的选择选择合适的热处理工艺参数对于达到良好的硬度效果十分重要。
以下是影响机械零件表面硬度的关键因素：1. 温度热处理工艺中的温度决定了金属材料的相变行为和晶粒尺寸。
合适的温度能够控制马氏体的生成和回火过程中结构的转变。
颜色不同的是课件和课后题都有的题目，水平有限，大家参考哦3-1在结构钢的部颁标准中，每个钢号的力学性能都注明热处理状态和试样直径或钢材厚度,为什么？有什么意义？（这个实在不会也查不到，大家集思广益吧！！！）3—2为什么说淬透性是评定钢结构性能的重要指标？结构钢一般要经过淬火后才能使用。
淬透性好坏直接影响淬火后产品质量3—3调质钢中常用哪些合金元素？这些合金元素各起什么作用?Mn:↑↑淬透性,但↑过热倾向，↑回脆倾向；Cr:↑↑淬透性，↑回稳性，但↑回脆倾向；Ni：↑基体韧度，Ni—Cr复合↑↑淬透性，↑回脆；Mo:↑淬透性,↑回稳性,细晶,↓↓回脆倾向；V:有效细晶,(↑淬透性），↓↓过热敏感性。
3-4机械制造结构钢和工程结构钢对使用性能和工艺性能上的要求有什么不同？工程结构钢：1、足够的强度与韧度（特别是低温韧度)；2、良好的焊接性和成型工艺性;3、良好的耐腐蚀性；4、低的成本机械制造结构钢：1具有良好的力学性能不同零件,对钢强、塑、韧、疲劳、耐磨性等有不同要求2具有良好冷热加工工艺性如锻造、冲压、热处理、车、铣、刨、磨等3—5低碳马氏体钢在力学性能和工艺性上有哪些优点？在应用上应注意些什么问题?力学性能：抗拉强度σb ，1150~1500MPa ；屈服强度σs , 950～1250 MPa ψ≥40% ；伸长率δ，≥10％；冲击韧度A K≥6J .这些性能指标和中碳合金调质钢性能相当,常规的力学性能甚至优于调质钢.工艺性能：锻造温度淬火加自回火局限性：工作温度<200℃；强化后难以进行冷加工\焊接等工序；只能用于中小件；淬火时变形大,要求严格的零件慎用。
3—6某工厂原来使用45MnNiV生产直径为8mm高强度调质钢筋，要求Rm〉1450Mpa，ReL〉1200Mpa，A>0.6%，热处理工艺是（920±20）℃油淬，（470±10）℃回火.因该钢缺货，库存有25MnSi钢。
第四章 钢的热处理?复习与思考一、名词解释 1.热处理 热处理是采用适当的方式对金属材料或工件进行加热、保温和冷却以获得预 期的组织结构与性能的工艺。
2.等温转变 等温转变是指工件奥氏体化后，冷却到临界点以下的某一温度区间内等温保 持时，过冷奥氏体发生的相变。
3.连续冷却转变 连续冷却转变是指工件奥氏体化后以不同冷速连续冷却时过冷奥氏体发生 的相变。
4.马氏体 马氏体是碳或合金元素在α-Fe 中的过饱和固溶体。
5.退火 钢的退火是将工件加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理 工艺。
6.正火 正火是指工件加热奥氏体化后在空气中冷却的热处理工艺。
7.淬火 钢的淬火是指工件加热奥氏体化后以适当方式冷却获得马氏体或(和)贝氏体 组织的热处理工艺。
8.回火 回火是指工件淬硬后，加热到 Ac1 以下的某一温度，保温一定时间，然后冷 却到室温的热处理工艺。
9.表面热处理 表面热处理是为改变工件表面的组织和性能，仅对其表面进行热处理的工 艺。
10.渗碳 为提高工件表层碳的质量分数并在其中形成一定的碳含量梯度，将工件在渗 碳介质中加热、保温，使碳原子渗入的化学热处理工艺称为渗碳。
11.渗氮在一定温度下于一定介质中，使氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺称为 渗氮，又称氮化。
二、填空题 1.整体热处理分为 退火 、 正火 、 淬火 和 回火 等。
2.根据加热方法的不同，表面淬火方法主要有： 感应加热 表面淬火、 火焰加热 表面淬火、 电接触加热 表面淬火、 电解液加热 表面淬火 等。
3.化学热处理方法很多，通常以渗入元素命名，如 渗碳 、 渗氮 、 碳氮 共渗 和 渗硼 等。
4.热处理工艺过程由 加热 、 保温 和 冷却 三个阶段组成。
5.共析钢在等温转变过程中，其高温转变产物有： P 、 S 和 T。
6.贝氏体分 上贝氏体 和 下贝氏体 两种。
7.淬火方法有： 单介质 淬火、 双介质 淬火、 马氏体分级 淬火 和 贝氏体等温 淬火等。
残余奥氏体和逆转奥氏体东北特钢集团大连特殊钢丝有限公司钢丝徐效谦内容摘要：对于高强度和超高强度钢，目前普遍认同的标准是以抗拉强度1370MPa作为中等强度和高强度的界限，而超高强度钢是指抗拉强度≥1620 MPa的合金钢。
本文介绍了高强度钢和超高强度钢强韧化研究的最新成果，重点推介韧化相的概念、理论和应用实例。
残余奥氏体和逆转奥氏体组织是两种最有实用价值的韧化相，逆转奥氏体是由马氏体逆转变形成的，尺寸十分细小、均匀、连续地弥散于马氏体基体中，可在不降低强度的情况下，改善钢的塑性、韧性和焊接性能，其韧化效果远优于残余奥氏体。
而促成奥氏体逆转变启动的工艺措施通常有：多次回火、调节处理＋低温时效，或双重时效处理。
关键词：韧化相、残余奥氏体、逆转奥氏体、沉淀硬化不锈钢、超马氏体不锈钢目前，利用沉淀硬化效应已经开发了包括沉淀硬不锈钢和超马氏体不锈钢在内的一大批高强度和超高强度钢，但这类钢有一个共同特点：要么是韧性不足、冲击韧性较低；要么是塑性变形能力不足、加工成形有一定难度，只能用于制作形状相对简单的零部件；要么是有脆化倾向、氢脆敏感性或应力敏感性较强，裂纹扩展速度较快等。
近年来，参照金属材料强韧性研究成果，越来越多的人注意到：适当控制钢中的韧化相，可以有效地改善高强度和超高强度钢的塑性和韧性，而奥氏体组织是最有实用价值的韧化相。
1. 奥氏体的种类在室温条件下，奥氏体有以下几种：稳定奥氏体（stable austenite A）通过添加大量扩大奥氏体区合金元素，使奥氏体组织保持到室温的奥氏体不锈钢和高锰钢。
过冷奥氏体（undercooled austenite A O）在共析温度以下，处于亚稳定状态的奥氏体，一旦条件具备就会发生分解转变，最终可能转变成珠光体（P）、贝氏体（B）、马氏体（M）或混合组织。
残余奥氏体（retained austenite A R）淬火时未能转变成马氏体，而保留到室温的奥氏体，被称为残余奥氏。
金属材料学思考题答案2绪论、第一章、第二章1．钢中的碳化物按点阵结构分为哪两大类，各有什么特点答：分为简单点阵结构和复杂点阵结构，前者熔点高、硬度高、稳定性好，后者硬度低、熔点低、稳定性差。
2．何为回火稳定性、回火脆性、热硬性合金元素对回火转变有哪些影响答：回火稳定性：淬火钢对回火过程中发生的各种软化倾向（如马氏体的分解、残余奥氏体的分解、碳化物的析出与铁素体的再结晶）的抵抗能力回火脆性：在200-350℃之间和450-650℃之间回火，冲击吸收能量不但没有升高反而显着下降的现象热硬性：钢在较高温度下，仍能保持较高硬度的性能合金元素对回火转变的影响：①Ni、Mn影响很小，②碳化物形成元素阻止马氏体分解，提高回火稳定性，产生二次硬化，抑制C和合金元素扩散。
③Si比较特殊：小于300℃时强烈延缓马氏体分解，3．合金元素对Fe-Fe3C相图S、E点有什么影响这种影响意味着什么答：凡是扩大奥氏体相区的元素均使S、E点向左下方移动，如Mn、Ni等；凡是封闭奥氏体相区的元素均使S、E点向左上方移动，如Cr、Si、Mo等E点左移：出现莱氏体组织的含碳量降低，这样钢中碳的质量分数不足2％时就可以出现共晶莱氏体。
S点左移：钢中含碳量小于％时，就会变为过共析钢而析出二次渗碳体。
4．根据合金元素在钢中的作用，从淬透性、回火稳定性、奥氏体晶粒长大倾向、韧性和回火脆性等方面比较下列钢号的性能:40Cr、40CrNi、40CrMn、40CrNiMo。
1）淬透性：40CrNiMo 〉40CrMn 〉 40CrNi 〉 40Cr2）回火稳定性：40CrNiMo 〉40CrNi 〉 40CrMn 〉 40Cr3）奥氏体晶粒长大倾向：40CrMn 〉 40Cr 〉 40CrNi 〉 40CrNiMo4）韧性：40CrNiMo 〉40CrNi 〉40Cr〉40CrMn (Mn少量时细化组织)5）回火脆性： 40CrMn 〉40CrNi> 40Cr 〉40CrNiMo5.怎样理解“合金钢与碳钢的强度性能差异，主要不在于合金元素本身的强化作用，而在于合金元素对钢相变过程的影响。
纯铁在室温时具有体心立方晶格，其晶格常数 a = 2 . 86A ，这种铁称为 a 一 Fe 。
若温度升高到 912 ℃ ，纯铁的晶休结构会发生变化，由体心立方晶格转变为面心立方晶格，其晶格常数a =3 . 64 人，这种铁称为γ一 Fe 。
当扭度继续升高到 1394 ℃ ，面心立方晶格又重新变为体心立方品格，其晶格常数 a =2 . 93 人，为与 912 ℃ 以下的。
γ一 Fe 相区别，称它为e F -δ。
若得度降低，则发生可逆转变。
上述变化过程可表达如下：这种随温度变化．固态金属由一种晶格转变为另一种晶格的现象，称为同素异晶转变．铁素体 F碳溶于a 一 Fe 铁中的固溶体，称为铁素体，用符号 F 衷示。
它仍保待 a 铁的体心立方晶格，铁素体的性能与纯铁相似，即塑性、韧性较好，强度，硬度较低。
奥氏体 A碳溶于γ一 Fe 铁中的固溶体，称为奥氏体，用符号 A 表示。
它仍保持护铁的面心立方品格，其有良好的塑性和低的变形拢力，适合于锻造。
渗碳体渗碳体是铁和碳的化合物，分子式为分子式为 C F 3e ，含碳量为6.69%。
对铸铁有重要意义。
珠光体 P由铁素体和渗碳体组成的机械混合物，称为珠光体．用符号 P 表示。
珠光体的平均含碳爪为 0.77%。
珠光体的性能介于硬的渗碳体和软的铁素体之间，硬度适中，强度较好，脆性不大。
莱氏体 L在 727 ℃ 以上，莱氏体主要由奥氏休和渗碳体组成，称为莱氏体或高温莱氏体，用符号 L 表示．在 727 ℃ 以下，莱氏体主要由珠光体和渗碳体组成，称为变态莱氏体或低温莱氏体，用符号 L 益表示。
莱氏体的平均含碳吸为 4.3 ％。
是一种婴硬而脆的组织。
马氏体转变（低温转变）A。
：以上温度的共析钢，迅速冷却使其不与C 曲马氏体转变的特点：将加热到e1线相遇，当温度低于M,以下时，将转变为马氏体。
贝氏体转变‘中温等温转变’共析钢过冷奥氏体在550 ℃～M （马氏沐开始转变温度）的温度范围内进行等温转变，可以将到贝氏休组织。
1. 合金元素对加热时相转变的影响合金元素影响加热时奥氏体形成的速度和奥氏体晶粒的大小。
(1)对奥氏体形成速度的影响：Cr、Mo、W、V等强碳化物形成元素与碳的亲合力大, 形成难溶于奥氏体的合金碳化物, 显著减慢奥氏体形成速度；Co、Ni等部分非碳化物形成元素, 因增大碳的扩散速度, 使奥氏体的形成速度加快；Al、Si、Mn等合金元素对奥氏体形成速度影响不大。
(2)对奥氏体晶粒大小的影响：大多数合金元素都有阻止奥氏体晶粒长大的作用, 但影响程度不同。
强烈阻碍晶粒长大的元素有：V、Ti、Nb、Zr等；中等阻碍晶粒长大的元素有：W、Mn、Cr等；对晶粒长大影响不大的元素有：Si、Ni、Cu等；促进晶粒长大的元素：Mn、P等。
2. 合金元素对过冷奥氏体分解转变的影响除Co外, 几乎所有合金元素都增大过冷奥氏体的稳定性, 推迟珠光体类型组织的转变, 使C曲线右移, 即提高钢的淬透性。
常用提高淬透性的元素有：Mo、Mn、Cr、Ni、Si、B等。
必须指出, 加入的合金元素, 只有完全溶于奥氏体时, 才能提高淬透性。
如果未完全溶解, 则碳化物会成为珠光体的核心, 反而降低钢的淬透性。
另外, 两种或多种合金元素的同时加入(如, 铬锰钢、铬镍钢等), 比单个元素对淬透性的影响要强得多。
除Co、Al外, 多数合金元素都使Ms和Mf点下降。
其作用大小的次序是：Mn、Cr、Ni、Mo、W、Si。
其中Mn的作用最强, Si实际上无影响。
Ms和Mf点的下降, 使淬火后钢中残余奥氏体量增多。
残余奥氏体量过多时,可进行冷处理(冷至Mf点以下), 以使其转变为马氏体; 或进行多次回火, 这时残余奥氏体因析出合金碳化物会使Ms、Mf点上升, 并在冷却过程中转变为马氏体或贝氏体(即发生所谓二次淬火)。
3. 合金元素对回火转变的影响(1)提高回火稳定性合金元素在回火过程中推迟马氏体的分解和残余奥氏体的转变(即在较高温度才开始分解和转变)，提高铁素体的再结晶温度, 使碳化物难以聚集长大，因此提高了钢对回火软化的抗力, 即提高了钢的回火稳定性。
热处理部分析题及答案一、名词解释1.热处理：热处理是将钢在固态下加热到预定的温度，并在该温度下保持一段时间，然后以一定的速度冷却下来的一种热加工工艺。
2.奥氏体化：钢加热获得奥氏体的转变过程3.起始晶粒度：奥氏体形成刚结束，其晶粒边界刚刚相互接触时的晶粒大小。
4.本质晶粒度：根据标准试验方法(YB27—64)，经930℃±10℃，保温3~8 小时后测得奥氏体晶粒大小。
5.实际晶粒度：钢在某一具体加热条件下所获得的奥氏体晶粒大小。
6.过冷奥氏体：在临界转变温度以下存在但不稳定，将要发生转变的奥氏体。
7.退火：将钢加热到相变温度Ac1以上或以下，保温以后缓慢冷却（一般随炉冷却）以获得接近平衡状态是将钢件或钢材加热到Ac3以上20℃～30℃，经完全奥氏体化后进行随炉缓慢冷却，以获得近于平衡组织的热处理工艺。
组织的一种热处理工艺。
8.完全退火：将钢件或钢材加热到Ac3以上20℃～30℃，经完全奥氏体化后进行随炉缓慢冷却，以获得近于平衡组织的热处理工艺。
9.不完全退火：将钢件或钢材加热到Ac3以上20℃～30℃，经完全奥氏体化后进行随炉缓慢冷却，以获得近于平衡组织的热处理工艺。
10.扩散退火：将工件加热到略低于固相线的温度（亚共析钢通常为1050℃～1150℃），长时间（一般10～20小时）保温，然后随炉缓慢冷却到室温的热处理工艺。
11.正火：将钢材或钢件加热到临界温度以上，保温后空冷的热处理工艺。
12.淬火：将亚共析钢加热到Ac3以上，共析钢与过共析钢加热到Ac1以上（低于Accm）的温度，保温后以大于临界冷却速度Vk的速度快速冷却，使奥氏体转变为马氏体的热处理工艺。
13.钢的淬透性：指奥氏体化后的钢在淬火时获得马氏体的能力，其大小用钢在一定条件下淬火获得的淬透层深度来表示。
14.回火：淬火后再将工件加热到Ac1温度以下某一温度，保温后再冷却到室温的一种热处理工艺。
15.化学热处理：是将钢件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入它的表面，改变其化学成分和组织，达到改进表面性能，满足技术要求的热处理过程。
第九章钢的热处理原理9-1 金属固态相变有哪些主要特征？哪些因素构成相变的阻力？答：固体相变主要特征：1、相变阻力大2、新相晶核与母相晶核存在一定的晶体学位向关系。
3、母相中的晶体学缺陷对相变其促进作用。
4、相变过程中易出现过渡相。
相变阻力构成：1、表面能的增加。
2、弹性应变能的增加，这是由于新旧两相的比体积不同，相变时必然发生体积的变化，或者是由于新旧两相相界面的不匹配而引起弹性畸变，都会导致弹性应变能的增加。
3、固态相变温度低，原子扩散更困难，例如固态合金中原子的扩散速度为10-7—10-8cm/d，而液态金属原子的扩散速度为10-7 cm/s。
9-2 何谓奥氏体晶粒度？说明奥氏体晶粒大小对钢的性能影响？答：奥氏体晶粒度：是奥氏体晶粒大小的度量。
当以单位面积内晶粒的个数或每个晶粒的平均面积与平均直径来描述晶粒大小时，可以建立晶粒大小的概念。
通常采用金相显微镜100倍放大倍数下，在645mm2范围内观察到的晶粒个数来确定奥氏体晶粒度的级别。
对钢的性能的影响：奥氏体晶粒小：钢热处理后的组织细小，强度高、塑性好，冲击韧性高。
奥氏体晶粒大：钢热处理后的组织粗大，显著降低钢的冲击韧性，提高钢的韧脆转变温度，增加淬火变形和开裂的倾向。
当晶粒大小不均匀时，还显著降低钢的结构强度，引起应力集中，容易产生脆性断裂。
9-3 试述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？答：珠光体形成时碳的扩散：珠光体形成过程中在奥氏体内或晶界上由于渗碳体和铁素体形核，造成其与原奥氏体形成的相界面两侧形成碳的浓度差，从而造成碳在渗碳体和铁素体中进行扩散，简言之，在奥氏体中由于碳的扩散形成富碳区和贫碳区，从而促使渗碳体和铁素体不断地交替形核长大，直至消耗完全部奥氏体。
片状珠光体形成过程：片状珠光体是渗碳体呈片状的珠光体。
首先在奥氏体晶界形成渗碳体晶核，核刚形成时与奥氏体保持共格关系，为减小形核的应变能而呈片状。
渗碳体长大的同时，使其两侧的奥氏体出现贫碳区，从而为铁素体在渗碳体两侧形核创造条件，在渗碳体两侧形成铁素体后，铁素体长大的同时造成其与奥氏体体界面处形成富碳区，这又促使形成新的渗碳体片。
