热处理课件精华

1、基本热处理只有热作用对材料组织性能起决定性影响，没有成分、形状尺寸变化按热处理过程中主要的固态转变来分：退火使材料由非平衡状态向平衡状态转变的过程均匀化退火对 象：铸锭和铸件，固态转变：高温扩散回复与再结晶退火对 象：冷变形或有严重内应力的金属及其合金固态转变：回复与再结晶基于固态相变的退火对 象：有固态相变的金属及其合金固态转变：固态相变（如钢铁的珠光体转变）淬火建立亚稳态的过程（把高温状态快冷保留到室温）基体无多型性转变的淬火对 象：基体金属固态无多型性转变的材料 （Al、Cu等大多数有色合金） 固态转变： 固溶处理 基体有多型性转变的淬火对 象：基体金属固态有多型性转变的材料 （钢铁）

2、固态转变：马氏体相变时效与回火使淬火获得的亚稳态逐渐向平衡态转变的趋近过程时效对 象：基体金属固态无多型性转变的材料（Al、Cu等大多数有色合金） 固态转变： 固溶体脱溶回火对 象：基体金属固态有多型性转变的材料 （钢铁）固态转变：马氏体分解化学热处理热处理过程中，热、化学的共同作用，有机结合，改变材料表面成分，使材料表面组织性能明显变化。对 象：表面层需要特殊性能的工件固态转变：高温扩散，化学反应如低碳钢的渗碳和调质钢的氮化形变热处理实际上，是变形加工和热处理的有机组合。热、形变共同作用，有机结合，使材料组织性能趋于更佳，更加充分发挥材料潜力。对 象：热处理可强化的材料（时效强化型合金）固态

3、转变：形变对固态相变的影响如铝合金的预形变热处理均匀化处理的对象是铸锭或铸件均匀化处理的目的是，有利于铸锭或铸件的后续冷、热加工或热处理提高塑性，降低变形抗力；减小淬火出现过热、过烧的可能性。有利于铸锭的加工制品或铸件的最终使用性能提高耐蚀性能；防止层状组织，减弱材料各项异性；提高组织稳定性，防止蠕变导致材料形状大小改变；提高强度、塑性。（铸件均匀化与固溶处理可以合并）（3)均匀化处理的原因是，铸造过程中，非平衡凝固导致成分不均匀和非平衡凝固组织效应（非平衡组织、粗大析出相、淬火效应等）。性能不均匀、塑性差、变形抗力大以及耐蚀性差。（4)均匀化处理过程中主要固态相变是高温扩散还伴随第二相粗化和

4、球化、溶解与析出、晶粒长大等，使组织趋于平衡态。冷却过程过饱和固溶体脱溶需防止晶间析出（过慢）和淬火效应（过快）；需控制冷速，促使晶内析出且趋于平衡。均匀化退火后的组织变化（理想）枝晶偏析消除，成分均匀化;非平衡相消失，过剩相减少;非平衡组织平衡化（相转变），亚稳相消失，平衡第二相球化和聚集，块状、网状第二相消失;过饱和固溶体分解；晶粒长大均匀化退火后组织状况：组织均匀，无网、块状粗大相，不溶相呈球状（分布于晶界），弥散相均布于晶内，晶粒可能有所长大（1)均匀化退火的应用均匀化退火不论对于铸件，还是对于铸锭，都是十分重要的，但它也有其不利的一面：费时耗能，经济效益差；温度高、时间长，易带来变形

5、、吸气、氧化等问题，也过热、过烧；有的材料会强度下降，这对于要求高强的材料是不利的。因此，是否进行均匀化退火应视具体问题具体分析。（2)均匀化退火的选择在实际生产中，是否进行均匀化退火，主要是根据合金本性、铸造方法以及产品使用性能的要求来选择合金本性易产生偏析，组织不均，塑性差，残余应力大者如：铝合金：除纯铝、低合金化的软铝外，几乎都需要；镁合金：含Al、Zn的，易偏析，需要；铜合金：除锡磷青铜、普通白铜、锌白铜等外，其它一般不需要；钢铁：钢铁一般不需要，但易切削钢（防硫偏聚）、高合金钢或其它有重要特殊用途的钢需要均匀化退火，通常先热锻再退火。镁合金、 铜合金、钢铁等通常需在保护性气氛或真空中

6、进行。铸造方法在工业条件下，冷却速度较大的铸造方法，更易产生严重的偏析，出现非平衡组织产品性质（举三例）需要保持挤压效应的，不需要均匀化退火挤压效应：挤压效应现象对于热处理可强化铝合金（尤其是含Cr、Mn、Ti等元素合金化的），与其它（如轧、锻等）方法加工的制品相比，挤压制品的强度明显较高，这一现象称为挤压效应挤压效应实质形变热处理导致的组织强硬化效应挤压效应机理含Cr、Mn、Ti等元素合金化的热处理可强化铝合金中可形成Al7Cr、Al6Mn、Al3Ti等金属间化合物，它们可以稳定位错、亚晶界等亚结构，挤压过程中，与其它（如轧、锻等）方法加工的制品相比，更易形成位错、亚晶界等亚结构，有利于实现

7、高温形变热处理， 在淬火后的时效过程中可促使第二相分布均匀。均匀化退火会消除挤压效应原因： Al7Cr、Al6Mn、Al3Ti等金属间化合物可能会溶解、或粗化，不利于稳定位错、亚晶界等亚结构，在挤压过程中也会消失，难以起到在淬火后的时效过程中可促使第二相分布均匀的作用 。需要防止晶粒异常粗大的（Al-Mn系合金），需要均匀化退火Al-Mn系合金为热处理不可强化铝合金，其产品使用状态加工态或退火态，Mn可以明显地提高Al的再结晶温度，Mn容易不均匀， Mn不均匀，会导致加工后退火再结晶晶粒分布不均匀，个别异常粗大。6063型材氧化着色，需要均匀化退火6063常用作建筑型材，为了美观需氧化着色，需

8、提高表面质量、也需表面化学性质均匀，必需进行均匀化退火均匀化退火的工艺规程的制定原则均匀化退火的主要工艺参数是加热温度和保温时间，其次是加热速度和冷却速度加热温度为了提高扩散速率，加速均匀化过程，提高均匀化效果，应尽可能地提高均匀化退火温度，但必须防止温度太高，而引起过热、过烧、氧化、吸气、变形等问题，因此，通常，经验上， T均=（0.90.95）Tm （ Tm 铸锭实际开始熔化的温度，低于固相线）理论上，可以由相图给出I选择非平衡固相线以下，尽可能高（低温均匀化（扩散）退火）II选择平衡固相线以下，尽可能高（高温均匀化（扩散）退火）I+II先在I的温度下均匀化，在到II的温度下均匀化，（分级

9、均匀化（扩散）退火）低温均匀化退火保险，不会出现过烧，过热、氧化、吸气、变形等问题也不严重，但难以达到组织均匀化的目的，即使能达到，也需极长的时间，对生产不利。高温均匀化退火冒险，但均匀化效果好。温度高有利于长程扩散，速度快，时间短，生产效益好。但易出现过热、过烧、氧化、吸气、变形等问题。大多数合金是不可以进行高温均匀化退火，易氧化、吸气者更加不可以，铝合金由致密的表面氧化膜，可以，但也要慎重分级均匀化退火通过低温均匀化可以降低高温均匀化时过烧的可能性，而高温均匀化又可加速均匀化。兼有低温均匀化退火和高温均匀化退火的优点，但麻烦。镁合金多采用分级加热工艺来实现均匀化。加热速度和冷却速度加热以不

10、开裂、不大变形、不产生大裂纹为原则，可快，可慢、也可分级加热。几乎所有的热处理的加热速率控制原则都如此。冷却不宜快，也不宜慢太慢，则会产生粗大相，且第二相析出不均匀，易沿晶界析出，甚至呈链、带、网状分布，达不到均匀化退火的目的太快，则会产生淬火效应，后续变形抗力大，达不到均匀化退火的目的但也需具体问题具体分析，6063型材生产的均匀化退火，通常需要快冷（风冷），甚至需要水冷。原因在于：均匀化的目的是改善表面质量和表面着色的均匀性，快冷有利于氧化着色。 6063还有一个特点均匀化退火后快冷和慢冷后的加工变形抗力相差不太大。但是，慢冷，（Mg2Si）相粗大，且沿晶分布，在后续加工和热处理时不易溶解

11、，均匀化，影响着色。只有快冷， （Mg2Si）相细小，且分布均匀，有利于最后的着色。（2)回复与再结晶退火的目的是，提高塑性，降低变形抗力，有利于变形材料继续的后续加工有利于加工制品的最终使用性能退火去内应力；制造强度和塑性配合良好的半硬制品；提高弹性极限（铜合金的低温退火硬化现象）；提高耐蚀性和组织稳定性。（3)回复与再结晶退火处理的原因是:随着冷变形程度增大，加工硬化，变形抗力增大，塑性降低；变形不均，导致内应力产生。（4)回复与再结晶退火过程中主要固态相变是:回复、再结晶与晶粒长大在加热退火过程中组织变化冷变形储能使冷变形金属的自由能提高，这是加热过程中组织变化的驱动力。经回复、再结晶、

12、晶粒长大等过程，完全再结晶的金属组织和性能恢复到平衡态。不完全的可能停留在中间阶段。冷变形金属加热时发生的基本过程如图所示， 回 复储能降低，能量再分配， 主要是空位、位错等运动、重布的过程再 结 晶储能差消失，无结构、成分的改变，仅伴随着缺陷运动与消失，是一种组织变化。晶粒长大晶粒以小吃大，即，界面能下降的过程。2)再结晶温度及其影响因素（1）定义（测定T再时，建立一个统一的标准）T再不是一个物理常量（合金成分一定时，T再还与工艺过程参数有关），因此，涉及定义问题。 退火时间60分钟，再结晶体积温度达95的温度退火时间60分钟 ，再结晶晶粒开始出现的温度（习惯）再结晶门槛温度，变形程度在60

13、70以上，退火12小时（工业生产常用时间）的最低开始再结晶温度（有时需7080，总之，是要大变形，通常用来表征金属再结晶温度（实际上为的最小值）再结晶过程与原子的扩散能力有关，而原子的扩散能力与所在温度和熔点之差有关。因此，再结晶温度与熔点之间有一定关系（它没有严格数学物理推导），苏联人博奇瓦尔总结了一个经验公式： 对于工业纯金属 T再 （0.3-0.4）Tm (熔点，k) 特别纯金属 T再 （0.25-0.3）Tm 单相合金 T再 0.6 Tm （2）工艺制度选择加热温度和保温时间的选择，通常根据技术条件所需性能（退火目的）和合金本性来选择。不涉及到退火本质。 退火温度与合金本质有关a 、纯

14、金属或单机合金通常以T再为依据；b、  多相合金，除以T再为依据外，害要考虑第二相的溶解和析出等；c、  晶粒较粗者，还要考虑温度对再结晶温度的影响。 与性能要求有关如图所示选择。退火时间：一般选择为1-2小时（工业批量要求），取决与装炉量，工件尺寸，加热炉控制等情况。除了参考原则，具体的还要做实验。 加热速度与冷却速度 加热速度：在保证不发生变形、裂纹或其他缺陷的情况下，最好采用快速加热a、  及时、节能、高效；b、  细晶，提高产品质量。冷却速度：取决与合金特性和性能要求： a、  纯铝和不可强化合金，空冷或水冷，冷却速度对组织性能影响不明

15、显。b、  硬铝等热处理可强化者：要及冷以防止淬火效应。其他，Cu需光亮退火目前多采用快速退火工艺（快速加热高温及时保温再快冷）晶粒多，又来不及长大选择温度高与普通退火工艺的温度。同时又十分高效。1、 基本概念：淬火高温快冷至低温，建立低温下的亚稳态，形成过饱和固溶体的过程。 两种情况有多型性和无多型性。时效（回火）亚稳过饱和固溶体分解，时效与回火区别在于 基体转变与否？铝、铜、钛和钢铁 。2、工艺形式：大多数情况下淬火+ 时效，但是也存在仅有淬火（自然时效）和仅有时效（挤后冷即淬）的情况3、目的与应用：淬火（固溶处理）获得过饱和固溶体：i、时效前的预处理；ii、冷加工前的中间处理，

16、消除加工硬化，消除脆硬相的有害影响；iii、最终热处理（固溶处理）；时效使过饱和固溶体分解（脱溶、沉淀），用作最终热处理，调整组织性能。4、组织变化：淬火（固溶处理）可溶相溶解，形成过饱和固溶体，基体发生回复、再结晶与晶粒长大；时效过饱和固溶体分解（脱溶、沉淀），粗化，产生强化相颗粒，基体晶粒一般无明显变化。5、性能变化：淬火（固溶处理），分三种情况：i、若原始组织中第二相弥散且硬，固溶后强度下降，塑性保持或提高（第二相沉淀强化大于固溶强化）；ii、若原始组织中第二相粗大、不弥散，固溶后强度提高（第二相沉淀强化小于固溶强化） ；iii、若原始组织中第二相脆硬，且沿晶界或网胞呈网状分布，固溶后强

17、度、塑性都会有明显提高（第二相沉淀强化大于固溶强化，例如，铸造合金的固溶处理）。时效如图所示。5. 4 脱溶序列序列及特征符合相变阶次规则：平衡相出现之前出现亚稳结构（可以多种）。回归现象现象：在硬铝中，将自然时效的硬铝迅速加热到约250保留20-60s，迅速冷却，则合金性能恢复到淬火状态。推广：经低温时效的合金，在高温（低于固溶度曲线）下段时间加热，性能恢复到淬火状态的现象。实质：GP区溶解，过渡相及平衡相来不及溶解。定义：把经低温时效的合金放在较高温度（低于固溶处理温度）下短时保温并迅速冷却，合金的硬度将立即下降到与刚淬火时差不多。这种现象称为回归。其实，合金的其他性质也有类似变化。回归现

18、象在工业上有一定的实际意义飞机蒙皮铆接，硬铝铆钉，可利用回归热处理来恢复塑性，铆接后再时效，避免整体淬火。零件弯曲、卷边、整形和修复，用回归热处理来恢复塑性，避免淬火；回归-再时效RRA（Retrogression and Re-aging)）或T77热处理工艺，使超高强铝合金，在保证高强度的同时，具有好的韧性和抗晶间腐蚀能力。（RRA实质上是三级时效，Cina于1974年发明的一种热处理工艺。RRA包括4个基本的步骤:1)正常状态的固溶处理和淬火;2)进行T6态的峰值时效;3)在高于T6态处理温度而低于固溶处理的温度下进行短时加热,即回归处理;4)再进行T6态时效;经过RRA处理后,合金在保

19、持T6态强度的同时拥有T73态的抗SCC性能。）问题回归处理温度需高于原先时效温度；温度相差大，回归快且彻底，回归处理时间短，难控制回归过程中，GP区、 q重溶，有的亚稳相可能难重溶（尤其是晶界处的），故不能完全回到淬火态，多少存在不可逆的变化。晶界相控制不好，达不到RRA的效果，反而有害。 （2）机制i、贫溶质机制界面处优先脱溶（能量高、成分偏析、溶质易运输通道等），吸收界面附近的溶质原子，造成界面附近一定范围内溶质原子贫乏，在某个范围内溶质浓度低于脱溶极限浓度，无法脱溶，在界面附近形成无沉淀析出带。ii、贫空位机制晶界既是空位源，也是空位“陷阱 ” （尾闾）。淬火后材料中产生大量的空位，理

20、想状况是均匀分布，然而，在界面附近的会涅灭于界面，空位浓度降低，甚至造成在一定范围内空位贫乏（故扩散难，空位团形成难，） ，而第二相析出（尤其是GP区）需要达到一定的浓度，即超过临界空位浓度，低于此质，无法析出，在界面附近形成无沉淀析出带。iii、两种机制共同作用通常，高温时效以i为主，低温以ii为主。淬火时效工艺参数的影响规律：淬火温度高，PFZ窄；淬火冷却速率大，PFZ窄；时效温度高，PFZ窄。（3）无沉淀带的利与害有害论：PFZ强度低，塑性变形易集中，使变形局域化，过早损伤、断裂；PFZ存在，造成晶界与基体间电化学性质差异，同时，塑性变形区与基体相比，可能成为微电池阳极，易发生应力腐蚀和

21、晶间腐蚀断裂。有益论： 软区，塑性好，可松弛应力，消除应力集中，阻止裂纹源产生，有利于提高韧性，提高抗应力腐蚀能力。显然，这是矛盾的，到底是好是坏，要具体分析。一般认为是坏的，需防止。 （4）无沉淀带的防止i、 改变淬火时效工艺；ii、时效前适当变形，增加脱溶几率（尽量减少局部脱溶）。1、淬火：温度，保温时间，冷却速度淬火温度：选择原则如图所示。尽可能高（淬火加热时间可以短），但须保证不过热、过烧、变形、开裂。由于淬火温度高，空位浓度高，有利于GP区形成，和过渡相、平衡相的生长，成分均匀，晶粒粗大，减少晶界，有利于普遍脱溶。但也带来不利。（1）晶粒尺寸（不能过热、更不能过烧）（2）非平衡固溶线

22、（不能过烧，分级加热，尤其是未均匀化退火的）（3）挤压效应（消除亚结构、晶粒长大）保温时间：保证透热，可溶强化相溶解。需考虑晶粒度、铸态第二相晶粒尺寸 、装炉量、变形量、工件尺寸等因素。尽量快速加热短时保温。冷却速率：冷却速率须大于临界冷却速率临界冷却速率与合金体系、成分、原始组织状况有关；合金不同，材料不同，临界冷却速率不同。空冷、风冷（Al-Mg-Si合金）、水冷、油冷、熔融金属冷却等，须保证不变形、开裂。分级淬火和等温淬火(多用于钢铁) 。2、时效：单级时效、多级时效单级时效：等温时效，分自然时效和人工时效最大强化效果温度 （经验） （Tmelting 熔化温度，K）人工时效可以分为峰值

23、时效(完全时效)、欠时效（部分时效）、过时效和稳定化处理，如图所示。峰值时效强度最高，塑性、韧性、耐蚀性较差欠时效牺牲一定强度，保证塑性，尤其是抗晶间腐蚀能力过时效寻求强度、塑性、韧性的良好配合，提高抗晶间腐蚀和抗应力腐蚀能力稳定化处理温度更高或时间更长，保证性质和尺寸的稳定。多级时效：一般先低温后高温。低温过饱和度大，形核率高，高温脱溶相生长快，这样，GP区或亚稳相脱溶相可更弥散，成为高温时效时脱溶相的优先形核位置，改善脱溶组织的均匀性和弥散性，合金综合性能优于单级时效。例如：LC4（Al-Zn-Mg-Cu-Mn-Cr合金），120±5×3h160±5×

24、;3h。如采用单级时效，低温则时间太长（自然时效30天，而100需10-20h），高温则相分布不均，易局部脱溶。也有先高温后低温的，如一些耐热镍基合金（有序化）2、时效强化型合金的低温形变热处理在时效前进行冷变形。（1）典型工艺 如图所示。（2）冷变形的作用i、 空位产生、位错增殖ii、 破碎晶粒，形成纤维组织iii、平衡内应力组织分析： 冷变形引入大量的空位（团）和位错（形成位错网，位错网胞） ， 提高储能，而低温时效时，基体可能发生轻度或强烈回复，可能有大量空位、 位错、甚至亚晶界存在；（相比之下，未冷变形合金则晶粒仍为淬火态的晶粒（可能也有淬火空位（团） 、淬火位错，量少），这样， 析出

25、粒子有可能更弥散（位错形核，不局限于晶界，而且多边化粒子细晶，有利于颗粒均匀，PFZ减小或消除） 。然而，能量增高，处于亚稳态，而且组织有方向性，呈纤维组织。性能分析（与普通热处理的相比）： 缺陷密度增多，沉淀均匀，弥散强化效果提高；位错密度增大、形成亚晶界，增加亚结构强化；因此，i、 抗拉强度和屈服强度提高，但塑性降低，热稳定性下降；ii、 晶间腐蚀抗力提高（PFZ减小或消除）iii、 各向异性增大3、时效强化型合金的高温形变热处理高温热变形后直接冷却（淬火），然后时效。（1）典型工艺 如图所示。（2）实现高温形变热处理的基本条件i、热变形没有动态、亚动态、静态再结晶ii、淬火加工温度已固溶

26、化，快冷保留高温状态，达到过饱和为了保证这基本条件，需了解其中的影响因素，控制它们，达到高温形变热处理的目的。（3）影响因素合金本性：i、基体金属层错能高易发生回复，而防止再结晶；ii、淬火温度范围不能太窄否则，热变形温度难控，难以实现淬火；iii、要求的淬火速度应该低一些 （临界冷速低），易淬火，否则形成的过饱和固溶体易分解，也难高温形变热处理。（LY12 淬火温度495-504，冷速要求高，不能高温形变热处理；而6063淬火温度510-525，冷速要求不高（风冷），能高温形变热处理）热加工条件：i、 （变形量）低一些的，好储能低，不利于再结晶（但一般加工对应的都不小）；ii、T（变形温度）

27、高一些的，好有利于动态回复，位错易重组，而不积蓄足够能量，驱动动态再结晶；同时也有利于固溶，获得过饱和固溶体；iii、 （变形速度）低一些的，好有利于动态回复，位错易重组，而不积蓄足够能量，驱动动态再结晶；同时也有利于固溶，获得过饱和固溶体。4、时效强化型合金的综合形变热处理高温形变热处理比低温形变热处理用得少得多。综合形变热处理是 高温形变热处理的一种改进。高温形变热处理和低温形变热处理的有机组合。（1）典型工艺 如图所示。（2）实现综合形变热处理的基本要求i、热变形没有动态、亚动态再结晶，能淬上火，获得过饱和固溶体ii、冷变形引入 亚结构（3）与单一的高温形变热处理相比i、材料强度提高ii

28、、塑性下降iii、稳定性下降（4）用得也少热变形（淬火）冷变形时效 的工艺与热变形（另行）淬火冷变形时效的工艺相比，优势不明显，而且只能局限于一些能进行高温形变热处理的合金5、时效强化型合金的预形变热处理在淬火、时效前预先热变形。实际上为两道工艺（形变+热处理）。（1）典型工艺 如图所示。（2）实现预形变热处理的基本条件i、没有动态、静态、亚动态再结晶ii、尤其是淬火加热时不发生再结晶，同时保证固溶，淬上火。挤压铝型材淬火时效，这实际上就是一个时效强化型合金的预形变热处理。（3）如何实现预形变热处理基本条件苏联人瓦因布拉特作出的组织变形温度变形速率的关系图（观测的组织为热变形后的和热变形淬火后

29、的）I、热变形就未发生再结晶，且淬火后不发生再结晶II、热变形就未发生再结晶，而淬火后发生完全再结晶III、热变形就未发生再结晶，二淬火后发生部分再结晶IV、热变形就发生了再结晶可见，变形温度升高，强烈回复，驱不动再结晶；变形速率小，强烈回复，驱不动再结晶；挤压最可能实现预形变热处理。n （二）防锈铝 （Al-Mn）（耐蚀铝合金）Al-Mn系属于防锈铝，热处理不可强化合金，是用量最大的铝合金之一。n 合金与成分特点：牌号少，产量多最典型的有LF21（AA3003,1.0-1.6%Mn）、AA3004(=AA3003+0.8-1.1%Mg) 等，加Ti、Fe，以细晶。n 相 组 成：+（Al6M

30、n）n 组织特点：Mn 易偏析，易粗晶n 性 能：强度比铝的大（固溶），抗蚀性与纯铝相当（ Al6Mn的电位与铝基体相当），可焊性好，抛光性好（可做工艺品）。n 用 途：承力不大且抗蚀性、可焊性要求高的容器、结构件，如油管、油箱等； 3004 合金大量地用于易拉罐。n 粗晶现象与防止原因在于Mn偏析，Mn提高再结晶温度，导致不同区域再结晶先后不同，最终再结晶晶粒大小不一，粗者特粗。防止方法有i、均匀化退火；ii、快速加热退火；iii、加Fe（0.1%Fe，降低Mn溶解度，减小偏析）、Ti（细晶，防止出现大面积贫Mn区和富Mn区）以细晶n 问题有三：（1）Al3Mg2的偏聚问题从相图来看，可以强

31、化，但Al3Mg2 易于晶界处析出，呈网状，尤其是Mg大于3.5%（大多数Al-Mg合金Mg量都大于3.5%），故不可强化。Al3Mg2 晶界处析出，导致晶界腐蚀抗力下降，应力腐蚀能力增大，对于高Mg者尤其如此，需防止。热处理时增加一道冷变形，Al3Mg2可于位错、亚晶界处析出，可均匀化。（2）高Mg者的氧化膜致密度下降问题表面不再为致密的Al2O3膜，含有MgO， 致密度下降， 需加Be（微量，PPM量级），以提高表面氧化膜的致密性。（3）Na脆的问题铝合金熔炼常采用Na盐（NaAlF6+NaCl+KCl的混合熔剂），NaAlF6 和NaCl会和Mg反应，产生游离Na，这将导致材料严重脆性。

32、防治方法：i、选择不含Na的熔剂；ii、加0.0002%Be（铍）或 0.004%Sb （锑）或0.02%Bi（铋）n 变质处理Al-Si中有粗大初生硅和共晶硅，呈粗大针状或块状，不利于性能，需改变之。需变质处理，这种处理不仅在AL-Si中用，在其它合金中，包括变形铝合金中也用。这里，以ZL102 （含Si量为10-13%，处于共晶点）为例Ø 凝固组织：共晶硅（主要）、少量的初生硅（成分偏差），Si多呈粗大针状或块状。高温退火难以消除，或改变其形貌。只有在凝固过程中改变其生长形态，即需要变质处理。Ø 变质方法：i、加Na+盐（2/3NaF+1/3NaCl）或Na；ii、加稀

33、土或Sb、Sr、S、As、Bi等（都可以起变质作用，原理一样）Ø 变质原理：（以加Na+盐为例）首先，Na+在Si表面附吸，降低Si的生长速率，使之不利于沿某一方向迅速发展壮大，而是分叉生长（象生长素对植物生长的影响一样），实现Si细化；其次，Na提高合金熔体的过冷能力，即提高，共晶点右移或共晶温度下降；这样，如图所示，分叉、细化、球化，甚至初生硅消失。Ø 1.7 铜及铜合金的热处理特点Ø 1）类型Ø 与铝合金的一样，包括均匀化退火、回复与再结晶退火、淬火时效等等，但在具体应用中不同合金，采用不同的类型。Ø 铝青铜、锆青铜、铬青铜、铍青铜都是热

34、处理可强化合金， 淬火时效在铍青铜中很普遍，但其他则不一定。Ø 2）存在两个问题Ø A、低温退火硬化现象Ø B、光亮退火Ø 防止氧化、吸气，提高表面质量Ø 在保护性气氛中或真空中退火，保证表面十分漂亮Ø 保护性气氛水蒸气、分解氨、不完全燃烧的脱水氨、氮气、干燥氢、不完全燃烧的煤气或其它可燃气体，但具体选择，与合金本性、种类和退火要求有关。Ø 例如：纯铜、白铜在弱还原气氛中；Ø 含氧铜，氢量不可超过5%，以防氢氧病；Ø 高锌黄铜、锌白铜在还原气氛中退火时，要降温减时，以防脱锌；Ø Al、Cr、Be

35、、Si青铜只有在高还原气氛中退火；Ø 铜合金最好在真空中退火；Ø 但含Mn、Zn时，防止挥发，需排气后充入氮、氢保护 Ø 1）按组织分类，钛合金分为三类：Ø （1）钛合金Ø 牌号同纯钛一样，TA+xx ，Ø 在室温条件下，全或近相（相小于10%，稳定元素不超过2%），Ø 热处理不可强化，Ø 典型合金包括：TA7Ti-5Al-2.5SnØ （2）钛合金Ø 牌号TB+xx ， Ø 在室温条件下，淬火或空冷， 为单一的相，时效后有少量的相，Ø 典型合金包括：TB2Ti-3Al-8C

36、r-5Mo-5VØ （3）+钛合金Ø 牌号TC+xx ， Ø 稳定元素超过2%，在室温条件下，相为10-50% ，Ø 热处理可强化Ø 典型合金包括：TC4Ti-6Al-4VØ 1.5 钛合金的热加工与热处理特点Ø 、相脆，加热以不超过/+相界为界Ø 、导热性差，易开裂，淬火能力不好。最要引人注意的是，i、热应力，加热、冷却都不易过激；ii、淬透性低，内外冷却不一；Ø 、保护，需真空、惰性气体条件下保护，尽管如此，还是容易出事，需格外小心；Ø 、淬火时效是可以的，但用得少，通常使用的状态为退火态。

37、(2) 铁合金分类& 0-6.69%的范围类以0.0218%C、 2.14%C （有时也定为2.11%C ）为界将铁合金分为三大类 ：Ø 纯铁（大约0-0.0218%C ）Ø 碳钢（大约0.0218%-2.14%C ） 碳钢（大约0.0218%-0.77%C）以0.77%C为界分为三类： 亚共析钢（大约0.0218%-0.77%C） 共析钢（大约0.77%C） 过共析钢（大约0.77%-2.14%C ）Ø 铸铁（大于2.14%C，小于6.69%C ） 铸铁（大约0.0218%-0.77%C）以0.77%C为界分为三类： 亚共晶铸铁（大约2.14%-4.02

38、%C） 共晶铸铁（大约4.02%C） 过共晶铸铁（大约4.02%-6.69%C ）3、钢的冷却转变（过冷奥氏体的分解过程）钢的热处理通常首先是奥氏体化，然后以不同的方式冷却（等温冷却和连续冷却），发生不同的转变，而得到不同的组织。 1）等温冷却以共析钢为例（1）共析钢成分的过冷奥氏体（奥氏体化后冷却）的等温分解转变服从过冷转变的TTT图Ø 珠光体转变珠光体 A1-550（高温）ü A1-650（P, 珠光体）ü 650-600（S, 索氏体）ü 600-550（T, 屈氏体）Ø 贝氏体转变贝氏体 550-Ms（ 240） （中温）ü

39、550-350（B上, 上贝氏体）ü 350-Ms（B下, 下贝氏体）Ø 马氏体转变马氏体 低于Ms （低温）（3）临界冷却速率 Vc 奥氏体冷却时直接获得完全的马氏体而不发生其它的相变（珠光体型转变）所需要的最小冷却速率。 Vc决定着，淬火时采用需采用什么冷却介质，材料的淬透性如何，如何选取钢材，等等。 显然，C曲线或CCT曲线右移，过冷奥氏体稳定，Vc越小，更容易防止出现非马氏体组织，获得马氏体组织（M+A残 ）。（虽然如此，实际上要获得更多的M，而尽可能减少A残 ，即使是大于了Vc，钢的淬火冷却速度愈大愈好，只是防变形、裂纹、开裂等，冷却速度不宜太大）理想与实际冷却速

40、率（4）TTT图和CCT图的应用建立了组织性能等温温度和时间或冷却速度之间的关系。 i、作为制定热处理工艺及分析热处理后钢件组织性能的重要依据； ii、 CCT图是分析焊缝的热影响区组织性能重要依据；（不同加热温度奥氏体化后的连续冷却过程）iii、比较钢种的过冷奥氏体的稳定性和Ms，是选材依据；iv、TTT和CCT是形变热处理的重要依据。CCT图测绘难，而一般在钢材手册中TTT图比较齐全，在无CCT时，可以借用TTT图近似粗略地代替CCT使用。具体使用如图所示。注意中止线8）钢的退火与正火正火广义上属于退火的一种特殊形式。退火的形式很多：完全退火、不完全退火（球化退火）、扩散退火（均匀化退火）

41、、再结晶退火、低温退火（去应力退火）、正火等等（1）完全退火用于亚共析钢工艺：i、加热温度 T = Ac3+2040 （完全奥氏体化）ii、加热时间 t = k加×D（min）（碳钢k加= 1.5min/mm,碳钢k加= 2.0min/mm ）iii、冷却方式与速率a、普通退火 缓冷（炉冷、埋沙冷等）（碳钢 100-200 /h，合金钢50- 100 /h ，高合金钢10- 50 /h ）（太快，淬火）b、等温退火 在珠光体转变范围保温温度、时间由所需硬度而定，优点：工艺周期短、断面温度一致，组织均匀；缺点：操作麻烦，多需一台炉子。应用：i、消除前面工序形成的组织缺陷（魏氏组织、带状

42、组织、过热粗晶等），重结晶以细晶；ii、机械加工前的软化处理，有利于切削，或为淬火做准备，以最终细晶、均匀；iii、消除内应力（2）球化退火用于过共析钢（中、高C钢）球化退火的对象：过共析钢，尤其是Fe3C成网严重，Fe3C片大而粗的情况过共析钢工艺流程：下料锻造 (有时需正火作为球化的预处理，以消除网、易球化)球化退火机加工淬火+回火；球化退火的目的： （1）消除片状P的Fe3C和网状的Fe3C，利于加工或后续淬火+回火；（2）组织球化，硬度下降，改善切削性；（3）降低退火温度，防晶粒粗大和魏氏组织；（4）细化晶粒，改善均匀性；（5）消除内应力。球化退火的原因： （1）热锻后片状P的Fe3C

43、和网状的Fe3C，粗大、脆硬，不利于加工或后续淬火+回火；（2）用完全退火能消除部分Fe3C，但缓冷时Fe3C沿晶界网状析出，无法消除网状Fe3C；（3）完全退火温度过高，C，Fe自扩散加剧，易晶粒粗大，可能会出现魏氏组织；（4）普通的不完全退火，温度低、时间短，也无法消除网、和粗块Fe3C；（5）如使Fe3C球化，软，以切削，晶粒易控制，且更易获得板条马氏体，淬火组织好。普通球化退火工艺： i、加热温度 T = Ac1+3050 （20-30 ） （不完全奥氏体化）ii、加热时间 t = k加×D（min） +球化时间（时间很长）（碳钢k加= 1.5min/mm,碳钢k加= 2.0

44、min/mm ）iii、冷却方式与速率 缓冷，比完全退火慢（碳钢 50-100 /h，合金钢10- 50 /h ，高合金钢小于10 /h ）（太快，淬火）等温球化退火工艺：Ac1+2030缓冷到Ar1+2030保温长时间空冷 Ar1+2030温度较低可以防止Fe3C过分粗化，A晶粒粗化，有利于细晶（3）正火常化（Normalizing）正火的对象：低、中、高碳钢正火的目的： （1）低碳钢的车削前的热处理；（2）中碳钢替代调质处理，为最终热处理；（3）消除过共析钢的粗大Fe3C或网状Fe3C（粗、大者球化退火的准备） ；（4）消除缺陷，细化晶粒，改善均匀性，为最终热处理做准备；（5）对于存在魏氏

45、组织的中碳钢铸件或锻件。消除魏氏组织。正火的工艺：完全奥氏体化后空冷，奥氏体化温度选择与含碳量有关。虽C，温度不宜太高，防粗晶。低TN=Ac3+100-150 中TN=Ac1+50-100 高TN=Accm+30-50 正火的组织：细珠光体或正火索氏体亚、共则有先共析相，随碳含量接近0.77%， 先共析相减少，0.6-0.7%C者可形成伪共析组织。正火与退火的选择：（1）正火与退火的异同点（略）工艺、原理、目的、安排、经济（2）正火可以作为最终热处理，而退火很少用作最终（除了退火供货的普通碳素结构钢）。钢一般很少直接使用退火态。（3）作为中间热处理工艺，两者的选择使用也不尽相同（以机加工前的热

46、处理为例）机加工钢材最佳的硬度范围HB170-230太硬，难切，太软，粘刀。如表所示，可知，低碳钢需正火，退火太软（小于0.25%的，甚至应淬火+回火，以调节硬度）中碳钢可正火，也可以退火；高碳结构钢和工具钢只能退火（完全退火或球化退火）一般地讲，0.75-1.0%C，球化退火，大于1.0%C， 正火+球化退火（Fe3C太粗，单道球化退火，难解决问题，需加一道正火，以溶断Fe3C，），合金钢正火就可能淬上火，需退火。9）钢的淬火概念:将钢加热至临界点(AC1， AC3)以上的一定温度、保温，然后快速冷却，使奥氏体发生马氏体转变。淬火加热温度亚共析碳钢 AC3+(3050) 过共析碳钢 AC1+

47、(3050) 合金钢 AC3(Accm)+(3050) 淬火冷却理想淬火冷却速度“鼻尖”温度介质:水、盐水、碱水和油钢的淬透性 概念:钢接受淬火(奥氏体转变成马氏体)的能力。淬透层深度 :淬火钢件表面至内部马氏体组织占50处的距离. 钢的淬硬性概念:钢在正常淬火条件下所能达到的最高硬度. 含C量高,淬硬性好.淬透性指数临界淬透直径 意义:淬火方法(冷却方式) 1单液淬火 概念:将奥氏体化后的钢件投入一种淬火介质中，使之连续冷却至室温。介质:水、油、空气(静止空气或风)或喷雾等 适应:碳钢水淬；合金钢油淬。优点缺点:操作简单，容易实现机械化和自动化；缺点是淬火时钢件内外温差大，淬火应力大，易导致

48、变形、开裂，故常用于形状简单零件的淬火。 2双液淬火概念:将奥氏体化后的钢件先投入水中快冷至接近Ms点，然后立即转移至油中较慢冷却。 适应:高碳工具钢优缺点:降低淬火应力，减少淬火变形和开裂，缺点是在水中停留的时间难以掌握。 3分级淬火概念：将奥氏体化后的钢件先投入温度约为Ms点的熔盐或熔碱中等温保持一定时间，待钢件内外温度一致后再移置于空气(或油)中冷却。适应：形状复杂、截面不均匀零件、尺寸较小的钢件、小型精密零件等。优缺点：淬火应力小，淬火变形小；但熔盐或熔碱的冷却能力较小，等温时间受限制。4等温淬火 6、淬火钢的加热转变与钢的回火低碳钢、合金钢（奥氏体、铁素体）的时效过程；钢铁淬火后（马

49、氏体+残余奥氏体）的回火过程1）概念将淬火钢加热至Ac1以下的温度，保温，然后冷却的一种热处理形式。适应于钢制机械零件及工具、模具、量具 。目的在于(1)消除或减少淬火钢件的内应力；(2)调整性能；(3)稳定组织和尺寸 2）回火时的组织转变过程马氏体分解及碳化物的析出和长大 1) 碳偏聚 (自回火)板条马氏体中, 碳原子与位错结合或碳原子沿100M面富集.片状马氏体中， 碳原子偏聚于孪晶面112M。2)形成过渡碳化物C%<0.2%, M-Fe2C 碳化物 （100200 ），-Fe2C, 斜方点阵C%>0.2%, M-Fe2.4C 碳化物（100250 ），-Fe23C, 密排六方

50、高C钢,MHagg，-Fe2.5C碳化物 (200300)， -Fe2.5C， 单斜 3)形成渗碳体 （250350），-Fe3C， 由马氏体中析出过渡碳化物转化而成。4)渗碳体的球化和粗化 400600 细板条状的渗碳体聚集成球状 600700，球状渗碳体粗化残余奥氏体的分解温度： 200300产物：轻度过饱和的 -Fe固溶体和碳化物 （回火马氏体），有时也可能是下贝氏体。 -Fe基体的回复、再结晶和晶粒长大温度： 400700板条马 多边化亚结构亚晶粒， -Fe固溶体等轴新晶粒片状马 孪晶亚结构消失，并出现位错胞和位错线， -Fe相等轴新晶粒5）回火工艺 制度与应用 1低温回火(15025

51、0 )回火马氏体（5864HRC ）目的：降低钢中残余应力和脆性，同时仍保持高的硬度和耐磨性。适应：各种高碳钢工具、滚动轴承和渗碳零件等 。2中温回火(350500)回火屈氏体（3545HRC）目的：提高韧性、弹性极限和屈服强度。适应：各种弹簧、锻模、刀杆和轴套。 3高温回火(500650)调质（淬火+高温回火）处理回火索氏体组织(200-350HB) 目的：使钢获得强度、硬度和塑性、韧性良好配合的综合力学性能。适应：结构零件，交变负荷下工作的零件，如汽车和拖拉机发动机连杆、连仟螺栓、齿轮及轴类等。也有软化处理（大于650 ）的，得到球化组织，也有低温长时（100-150×10-50

52、h ）的尺寸稳定化处理（或时效处理）钢的时效硬化（马氏体分解和二次硬化）与析出强化钢 1.马氏体时效钢微碳FeNi合金（Ni、Co、Mo、Ti、A1、或Ti、A1、Nb）。加入合金元素形成金属间化合物(Ni3M)，达到强化的目的。2. 沉淀硬化超强不锈钢188不锈钢(A1、Ti、Mo), Cr13型马氏体不锈钢(Mo、W、Ti、Nb和Co) 加入合金元素形成金属间化合物，起强化作用。3. 微合金钢低碳钢(A1、Nb、V、Ti )合金元素与钢中的C和N形成细小弥散的合金碳化物、氮化物或碳-氮化物。减缓奥氏体晶粒或再结晶晶粒的长大，微合金C化物、N化物为相间沉淀。可达到细化钢的显微组织，提高钢的力

53、学性能。注意： 与有色合金固溶时效处理的区别在于基体有多型性转变。（1）过饱和因溶体的析出(即过饱和固溶体分解并形成和析出偏聚区、过渡相或平衡相)，从而引起合金强化的过程。 （2）钢的时效硬化则主要马氏体分解和二次硬化，也是过饱和固溶体的析出过程，但另外还包括基体正方度下降、残余奥氏体的分解等过程。（3）合金化合物从过饱和奥氏体中析出或从过饱和铁素体析出则与有色合金固溶时效处理的相似。（举例）马氏体时效钢的淬火时效马氏体时效钢的优点:超高强下有良好的塑性和韧性。原因：淬火强化（形成板条状马氏体）、时效强化成分：C003，Ni1825，含能产生时效强化的合金元素。 分类：18Ni型、20Ni型和25Ni型 18Ni型的用途：空间飞行器的部件、大负荷扭转或弯曲的结构件、高压容器和部分工模具组织：淬火得析条状马氏体 时效使合金元素在位错处形成偏聚区 时效析出高硬度的过渡相(Ni3MoNi3Ti), 过渡相与马氏体基体半共格。淬火时效后组织“时效马氏体”，即在板条状马氏体基体上均匀地分布着高度弥散的过渡状态金属间化合物。7、贝氏体转变与钢的等温淬火1）概述贝氏体转变：钢在珠光体转变温度的低温一侧或其以下，马氏体转变温度以上的温度范围