金属材料与热处理基本概念及复习题

1、名词解释1、 沸腾钢：钢在凝固过程中，钢液中碳与氧发生反应产生大量的气泡，造成钢液沸腾，沸腾钢由此而得名。钢锭内部有大量的气泡，但没有或者很少有缩孔，钢锭外层比较纯净。沸腾钢的偏析比较严重，低温冲击性能不好，钢板容易时效，力学性能波动较大。镇静钢：钢液中加入强氧化剂硅和铝，凝固过程中氧优先与强氧化剂反应，抑制了与碳的反应，从而结晶时没有沸腾。镇静钢中没有气泡，但有缩孔和疏松，氧化物夹杂较少，纯净度高，偏析不严重，性能比较均匀。半镇静钢：最终脱氧程度介于沸腾钢与镇静钢之间，模内结晶不沸腾。有少量的气泡和缩孔，偏析程度比沸腾钢小，有较好的综合力学性能。2、 AC1：钢在加热过程中，奥氏体与珠光体转

2、变平衡点所对应的温度AC3：钢在加热过程中，奥氏体和铁素体转变平衡点所对应的温度ACm：钢在加热过程中，奥氏体和渗碳体转变平衡点所对应的温度Ar1：钢在冷却过程中，奥氏体与珠光体转变平衡点所对应的温度Ar3：钢在冷却过程中，奥氏体和铁素体转变平衡点所对应的温度ACm：钢在冷却过程中，奥氏体和渗碳体转变平衡点所对应的温度3、 退火：将钢加热到一定温度，保温一定时间，然后缓慢冷却，以获得接近平衡态的组织。正火：将钢加热到Ac3或Acm以上30-50，保温足够时间，然后在空气中冷却。淬火：将钢加热到Ac1或Ac3以上一定温度，保温一定时间，然后在水或者油等冷却介质中快速冷却，以得到马氏体组织的工艺。

3、回火：将淬火后的钢在A1温度以下加热，保温一定时间，使之转变成稳定的回火组织的热处理工艺。4、 莱氏体：由奥氏体和渗碳体两相组成共晶组织。变态莱氏体：共析反应后，莱氏体中的奥氏体转变为珠光体，析出的二次渗碳体附着在原渗碳体上，此时的组织成为变态莱氏体。渗碳体：从液相中析出的渗碳体称为一次渗碳体，从奥氏体中析出渗碳体的称为二次渗碳体，从铁素体中析出的渗碳体称为三次渗碳体。珠光体：由铁素体和渗碳体两相组成的共析组织，根据铁素体基体上分布的渗碳体的形状，可分为片状珠光体和粒状珠光体。贝氏体：钢在奥氏体化后过冷到BS点以下，MS点以上发生贝氏体转变而得到的由铁素体及其内分布的弥散碳化物所形成的亚稳组织

4、。马氏体：是碳在-Fe中的过饱和固溶体，是过冷奥氏体发生发生无扩散的共格切边型相变即马氏体相变得到的亚稳态组织。奥氏体：碳在-Fe中的固溶体，呈面心立方结构。5、 液析碳化物：非平衡结晶时由于枝晶偏析产生的钢液中析出的伪共晶碳化物，组织为粗大连续的块状带状碳化物：从奥氏体中析出的由于枝晶偏析产生的先共析二次碳化物，沿轧制方向伸展而呈带状。网状碳化物：在停轧温度较高，轧后缓慢冷却时二次碳化物以网状析出于奥氏体晶界。粒状碳化物：球化退火后在铁素体基体上分布的细小而均匀的粒状组织。6、 TTT曲线：过冷奥氏体等温转变曲线，因曲线形状像英文字母C，故常称为C曲线。CCT曲线：过冷奥氏体连续冷却曲线。7

5、、 均匀腐蚀：也成为连续腐蚀，腐蚀发生在材料的整个表面，是截面不断减小晶间腐蚀：腐蚀不是从局部外表面开始，而是集中发生在金属的晶界区域，外观上不宜察觉，危害性较大。点腐蚀：金属表面局部区域的腐蚀破坏，首先形成蚀坑，然后向内部发展，甚至贯穿整个截面。应力腐蚀：应力与腐蚀介质共同作用引起的断裂。8、 淬透性：指奥氏体化后钢在淬火中获得马氏体的能力，其大小用钢在一定条件下淬火时获得淬透层深度来表示，主要取决于钢临界冷却速度的大小。淬硬性：钢在淬火后能够达到的最高硬度，主要与钢的含碳量有关。回火稳定性：淬火钢在回火时，抵抗强度硬度下降的能力二次硬化：钢在经过一次或多次回火后，由于特殊碳化物的析出和残余

6、奥氏体转变造成的硬度进一步提高的现象。红硬性：材料在一定温度下保温一定时间，能够保持其硬度的能力。热硬性：材料在高温下保持其硬度的能力。调制处理：淬火加高温回火的热处理工艺成为调制处理9、 钢中夹杂物：钢在凝固或冷却过程中形成的，非钢液成分的组成物。偏析：在钢中，各部分化学成分的不均匀性称为偏析。10、碳钢：含碳量低于2.11%的铁碳合金称为碳钢。铸铁：含碳量高于2.11%的铁碳合金称为铸铁灰口铸铁：其中碳全部或大部分以片状石墨形式存在，断裂时，裂纹沿石墨片发展，断口呈暗灰色。白口铸铁：绝大部分碳以渗碳体的形式存在于铸铁中。球墨铸铁：铁液在浇注前球化处理，碳主要以球状石墨形式存在。可锻铸铁：又

7、称展性铸铁，白口铸铁经石墨化退火后得到，碳以团絮状石墨形式存在。1、 几种常见的退火工艺，目的及应用。完全退火：将亚共析钢加热到Ac3以上20-30，保温足够的时间奥氏体后，随炉缓慢冷却，而获得接近平衡的组织，成为完全退火。不完全退火：亚共析钢加热到Ac1-Ac3之间或过共析钢加热到Ac1-Acm之间，保温足够时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。等温退火：将钢件加热到临界温度（Ac1或Ac3）以上奥氏体化，然后将钢件移入另一温度稍低于Ar1的炉中等温停留，转变完成后，出炉空冷至室温。球化退火：使钢获得粒状珠光体的热处理工艺。通常适用于过共析钢，加热到Ac1以上20-30。扩散退火：又称为均匀化退火

8、，将钢锭、铸件加热到略低于固相线的温度下长时间保温，然后缓慢冷却以消除化学成分不均匀性的热处理工艺。低温退火：将钢锭加热到低于Ac1温度退火，包括软化退火和再结晶退火。去氢退火：对于尺寸较大的热锻轧钢件，轧后降温至温度低于Ac1的640-660，由于此时奥氏体转变成珠光体，而氢在珠光体中的扩散速率大于奥氏体，在该温度下等温下氢较快析出，防止白点产生。退火目的：消除钢锭的成分偏析，使成分均匀化；消除铸件、锻件存在的魏氏组织或带状组织，细化晶粒和均匀组织；降低硬度，改善组织，以便于切削加工；改善高碳钢中碳化物的组织形态和分布，为淬火做准备。组织形态：珠光体：按渗碳体在铁素体基体上的分布情况可以分为

9、片状珠光体和粒状珠光体。片状珠光体：厚片状的铁素体和薄片状的渗碳体交替排列形成的片层状的组织。粒状珠光体：颗粒状的渗碳体均匀分布在铁素体基体上。上贝氏体：成束平行的贝氏铁素体自奥氏体晶界一侧或两侧向晶内长大，渗碳体分布在贝氏铁素体板条之间，沿贝氏铁素体板条长轴方向排列，整体呈羽毛状。下贝氏体：碳化物仅铁素体针内部，与铁素体针长轴方向呈55-60度方向排列，整体呈双凸透镜状，在金相显微镜下呈针状或竹叶状，各片之间不平行。板条马氏体：板条状的组织，位错缠结的亚结构片状马氏体：片状组织，平行细小的孪晶亚结构。3、9Mn2V为工具钢，为过共析钢。第一种工艺，由于含Mn量较多，其中Mn为奥氏体形成元素，

10、扩大奥氏体相区，故比碳钢的A1、Acm温度要低，此时790加热相当于Acm以上较高温度加热，造成奥氏体粗大，淬火时容易造成马氏体粗大，脆性增强，加上本身含碳量较高，形成的马氏体为片状马氏体，脆性较大。故淬火加低温回火过程容易发生脆性断裂。第二种工艺是加热到Acm以上温度，充分奥氏体化，然后再下贝氏体温度等温淬火，形成下贝氏体组织，下贝氏体组织具有较高的强度和良好塑性，故不易发生开裂现象。4、（1）粗片状组织：Acm以上30-50充分奥氏体化后，在水中冷却淬火，形成粗片状的马氏体组织。（2）细片状组织：Ac1以上20-30奥氏体化后，在水中冷却淬火，形成细片状的马氏体组织。（3）球化组织：Ac1

11、以上20-30奥氏体化后，在水中冷却淬火，然后再加热到600以上高温回火，形成粒状珠光体的球状组织。5、45号钢：调质处理。淬火：860保温足够时间充分奥氏体化后，在水中冷却；高温回火：在600保温1-2h，空冷。40Cr钢：正火：加热到880，保温足够时间，空冷；退火：加热到860，保温足够时间，随炉冷却；淬火：加热到860，充分奥氏体化后，在油中淬火；回火：600回火，空冷。T8钢：球化退火：加热到760，保温足够时间，随炉冷却；淬火：加热到760，充分奥氏体化后，在水中淬火；低温回火：加热到200摄氏度，保温足够时间，空冷。6、考虑500-Ac1，Ac1-Ac3，Ac3以上三个温度区间。

12、7、低碳钢：20Cr：渗碳钢中碳钢：45号钢：调质钢高碳钢：T8钢，碳素工具钢2、渗碳热处理是为了获得表面高硬度，高耐磨性，心部要求足够强度和韧性的热处理工艺。20Cr渗碳钢：热处理工艺：表面渗碳+整体淬火及低温回火。组织：表面为高弹马氏体组织，心部为低碳马氏体组织。性能特点：表面具有高硬度、高耐磨性；心部具有高强度和耐磨性。3、退火：将钢加热到一定温度，保温一定时间，然后缓慢冷却，以获得接近平衡态的组织。目的：消除钢锭中的偏析，使组织成分均匀；消除钢锭中的带状组织和魏氏组织，细化晶粒，均匀组织；降低硬度，增加塑韧性，改善组织便于切削加工；改善碳化物的组织形态，为淬火做好准备。多用于预先热处理

13、。正火：将钢加热到Ac3或Acm以上30-50，保温足够时间，然后在空气中冷却。目的：细化晶粒，改善组织，使成分均匀化，类似退火的作用；低碳钢中退火后硬度太低，切削时容易粘刀，改用正火，增加硬度，改善切削加工性；可以作为中碳钢的最终热处理，代替调制处理，具有一定的综合力学性能；高碳钢中消除网状碳化物，便于球化退火。介于淬火和退火之间的热处理工艺。淬火：将钢加热到Ac1或Ac3以上一定温度，保温一定时间，然后在水或者油等冷却介质中快速冷却，以得到马氏体组织的工艺。目的：把奥氏体工件淬成马氏体，以便于适当温度回火后，获得所需要的力学性能。回火：将淬火后的钢在A1温度以下加热，保温一定时间，使之转变

14、成稳定的回火组织的热处理工艺。目的：改善淬火后的组织，稳定组织，消除内应力。4、高速钢W18Cr4V的合金成分：C为0.8%，W为17.5-18.5%，Cr为3.5-4.5%，V为0.5-1.5%。C：固溶强化，提高强度和硬度，是钢强化的主要元素；W：获得热硬性的主要元素，同时提高淬透性和抗回火稳定性，细化晶粒，提高强度和塑性；Cr：提高耐蚀性和抗氧化能力，提高淬透性，细晶强化；V：提高热硬性和耐磨性，提高钢的强度。热处理工艺：球化退火+淬火+回火球化退火：加热到Ac1以上30-50（900），保温足够时间，随炉缓慢冷却。（珠光体和渗碳体）淬火：通过两次预热加热到Ac1以上20-30，保温足够

15、时间，在油介质中冷却。（M+Ar+K）高温回火：加热到560，保温1h，空冷，多次回火，降低组织内部残余奥氏体的量。5、45号钢：调质处理。淬火：860保温足够时间充分奥氏体化后，在水中冷却；高温回火：在600保温1-2h，空冷。45号钢为亚共析钢，淬火加热温度应在Ac3以上20-30，由于钢的临界冷却速率较大，所以在水中冷却，为获得调质处理的组织，使用高温回火，获得粒状珠光体的组织性能。T8钢：球化退火：加热到760，保温足够时间，随炉冷却；淬火：加热到760，充分奥氏体化后，在水中淬火；低温回火：加热到200摄氏度，保温足够时间，空冷。T8钢为过共析钢，淬火加热温度应在Ac1以上20-30

16、，由于钢的临界冷却速率较大，所以在水中冷却，T8钢为工具钢，应具有较高的强度和韧性，以及抵抗变形的能力，故应在低温下回火，获得回火马氏体的组织满足性能要求。2、淬火钢回火时组织转变过程第一、马氏体中碳原子的偏聚：100以下回火，碳原子短距离迁移，在微观缺陷上偏聚。第二、 马氏体的分解：100以上回火，马氏体要发生分解，转变成回火马氏体。第三、 残余奥氏体的转变：少量残余奥氏体转变成过饱和固溶体和薄片状的碳化物复相组织第四、 碳化物的转变：随着温度的升高，碳化物转变成x碳化物，进一步转变成渗碳体。第五、 碳化物的聚集长大和相的回复与再结晶3、40Cr钢：正火：加热到880，保温足够时间，空冷；退

17、火：加热到860，保温足够时间，随炉冷却；淬火：加热到860，充分奥氏体化后，在油中淬火；回火：600回火，空冷。T8钢：球化退火：加热到760，保温足够时间，随炉冷却；淬火：加热到760，充分奥氏体化后，在水中淬火；低温回火：加热到200摄氏度，保温足够时间，空冷。4、完全退火：将亚共析钢加热到Ac3以上20-30，保温足够的时间奥氏体后，随炉缓慢冷却，而获得接近平衡的组织，成为完全退火。目的：完全退火是使用与亚共析钢，用来细化晶粒，均匀组织，消除内应力，降低硬度，便于切削加工，并为淬火做好准备。不完全退火：亚共析钢加热到Ac1-Ac3之间或过共析钢加热到Ac1-Acm之间，保温足够时间，然

18、后缓慢冷却的热处理工艺。目的：细化晶粒，均匀组织，消除内应力，降低硬度球化退火：使钢获得粒状珠光体的热处理工艺。通常适用于过共析钢，加热到Ac1以上20-30。目的：降低硬度，改善切削加工性能，获得均匀组织，为淬火做好准备。2、回火脆性是指随着回火温度的升高，钢的冲击韧性并非简单的增加，而是在250-400、450-600范围内有较明显下降的现象。回火脆性有低温回火脆性和高温回火脆性。低温回火脆性：产生原因：钢在300左右回火，马氏体中的发生转变，并沿着马氏体板条界面析出，同时残余奥氏体分解，造成的明显的回火脆性。改善方法：低温回火脆性为不可逆回火脆性，消除方法只有避免在该温度区间回火。高温回

19、火脆性：产生原因：钢加热到600时缓慢冷却，S、P、Sn等元素在元奥氏体晶界偏聚造成的脆性。改善方法：大工件可在钢种加入0.5%Mo或1%的W，抑制杂质原子偏聚，对于小工件，可高温回火后快冷，抑制杂质原子偏聚。4、合金元素对铁碳相图临界点的影响：扩大奥氏体区元素：Mn、Co、Ni；C、N、Cu，使得A4点升高，A3、A1点降低缩小奥氏体区元素：V、Cr、Ti、W、Mo、Al、Si；B、Nb；使得A4点降低，A3、A1点降低合金元素使得S点，C点左移，合金钢共析体，共晶体含碳量低。碳化物形成元素：Ti、Nb、V；W，Mo；Cr、Mn、Fe非碳化物形成元素：Ni、Co、Si、Al、Cu合金元素对固

20、态相变及组织的影响：除Co加速过冷奥氏体转变外，其他合金元素均延缓其转变。C：固溶强化，提高钢的强度和硬度；降低塑性和韧性Mn：提高钢的淬透性和抗回火稳定性，细化晶粒，提高强度和韧性，提高耐磨性Cr：提高耐蚀性，提高钢的淬透性和抗回火稳定性，细化晶粒，提高强度韧性，提高耐磨性Ni：提高钢的耐蚀性，提高淬透性，细化晶粒，提高强度和韧性。W：提高热硬性；细化晶粒，提高强度和韧性，提高钢的淬透性。Si：提高弹性极限，屈服强度，增大淬透性。V：提高钢的淬透性和抗回火稳定性，细化晶粒，提高强度和韧性，提高耐磨性16Mn：工程结构钢；各组分含量：C为0.2%，Mn为1.6%；珠光体+铁素体，正火后组织；具有高强度，良好的塑性。45：调