金属热处理原理与工艺复习大纲

1、金属热处理复习提纲考试题型及分值：一、名词解释题（共5题，3分/题，共15分）二、选择题（共15题，2分/题，共30分）三、判断正误题（共10题，1分/题，共10分）四、简答题（共5题，6分/题，共30分）五、综合题（共1题，15分/题，共15分）第一部分 热处理原理基本概念：同素异构转变、热处理、奥氏体、本质晶粒度、过冷奥氏体、铁素体、片状珠光体、粒状珠光体、马氏体、残余奥氏体、上贝氏体、下贝氏体、C曲线、临界冷却速度、固溶、脱溶沉淀、时效、人工时效、自然时效、过时效同素异构转变：纯金属在温度和压力变化时，由一种晶体结构转变为另一种晶体结构的过程。热处理：材料在固态下，通过加热、保温和冷却的

2、手段，以获得预期组织和性能的一种金属热加工工艺。奥氏体：碳溶于-Fe 中的间隙固溶体。本质晶粒度：表示钢在一定加热条件下奥氏体晶粒长大的倾向性。过冷奥氏体：共析钢过冷到A1温度以下，奥氏体在热力学上处于不稳定状态，在一定条件下会发生分解转变，这种在A1以下存在且不稳定的、将要发生转变的奥氏体。铁素体：碳溶解在-Fe中的间隙固溶体。片状珠光体：铁素体基体上分布着片状渗碳体的组织称为片状珠光体。粒状珠光体：铁素体基体上分布着颗粒状渗碳体的组织称为粒状珠光体。马氏体：碳在-Fe 中的过饱和间隙固溶体。残余奥氏体：淬火未能转变成马氏体而保留到室温的奥氏体。B上：在贝氏体相变区较高温度范围内形成的贝氏体

3、。B下：在贝氏体转变区域的低温范围内形成的贝氏体。C曲线：表示过冷奥氏体等温转变图，即过冷奥氏体在等温条件下转变时，过冷奥氏体的转变温度、转变的开始时间和终了时间与转变产物及其转变量之间关系的图解。临界冷却速度：分为上临界冷却速度和下临界冷却速度。上临界冷却速度为使过冷奥氏体不发生分解，得到完全马氏体组织（包括AR）的最低冷却速度。下临界冷却速度为过冷奥氏体在连续冷却过程中全部发生珠光体转变而不发生马氏体转变的最大冷却速度。固溶处理：将合金加热到固溶线以上一定温度保温足够时间，获得均匀的单相固溶体，快冷至室温得到过饱和固溶体，这个过程称为固溶处理。脱溶沉淀：指从过饱和固溶体中析出第二相（沉淀相

4、）或形成溶质原子聚集区以及亚稳定过渡相的过程。时效：将固溶处理的合金加热到固溶线以下某一温度保温一定时间，实现脱溶分解，这个过程称为时效。人工时效：在高于室温下进行的时效称为人工时效。自然时效：在室温下进行的时效，称为自然时效。过时效：指当时效温度超过正常时效温度，也就是达到峰值硬度时的温度及时间，此时材料内部的析出相开始长大，间距变大，宏观表现为材料的强度降低，塑韧性有所提高。知识点：1. 铁碳相图2. 纯铁的三种同素异构体 -Fe、-Fe、-Fe3. 热处理的特点 4. 钢加热及冷却的实际临界温度 相变的开始或终了温度，即为临界温度。实际相变开始的温度往往会偏离相图上的平衡温度，加热时偏向

5、高温，而冷却时偏向低温，随着加热（冷却）速度增加，实际温度偏离平衡点越远。通常加热时的临界温度用脚标c表示，如Ac1、Ac3、Accm；冷却时的临界温度用脚标r表示，如Ar1、Ar3、Arcm。A1、A3、Acm为钢的平衡相变温度，而Ac1、Ac3、Accm与Ar1、Ar3、Arcm为钢的实际相变温度。5. 共析钢加热奥氏体的形成过程第一步：奥氏体晶核形成：首先/Fe3C相界面形核。第二步：奥氏体晶核长大：晶核通过碳原子的扩散向和Fe3C方向长大。第三步：残余渗碳体溶解：铁素体在成分、结构上比Fe3C更接近于奥氏体，因而先于Fe3C消失，而残余Fe3C则随保温时间延长不断溶解直至消失。第四步：

6、奥氏体均匀化。Fe3C溶解后，其所在部位碳含量仍很高，通过长时间保温使奥氏体成分趋于均匀。6. 奥氏体晶粒对钢在室温下组织和性能的影响奥氏体晶粒细小时，冷却后转变产物的组织也细小，其强度与塑性韧性都较高，冷脆转变温度也较低；反之，粗大的奥氏体晶粒，冷却转变后仍获得粗晶粒组织，使钢的力学性能（特别是冲击韧性）降低，甚至在淬火时发生变形、开裂。7. 过冷奥氏体的三种转变及其产物，特征转变类型转变温度转变产物显微组织特征高温转变（珠光体转变，为片状珠光体）Ac1-650珠光体P粗片状铁素体与渗碳体混合物650-600索氏体S600倍OM才能分辨的细片状珠光体600-550托氏体（屈氏体）T在光显下无

7、法分辨的极细片状珠光体中温转变（贝氏体转变）550-350上贝氏体羽毛状组织350-Ms下贝氏体黑色针状或竹叶状组织低温转变（马氏体转变）Ms以下马氏体板条状、片状（针状或竹叶状）8. 片状珠光体及其力学性能见上表珠光体转变。片层间距S0 愈小，强度、硬度愈高，符合Hall-Petch 关系：S= 0 + kS0-1 9. 珠光体、索氏体、托氏体10. 片状P和粒状P力学性能比较在成分相同的情况下片状珠光体的硬度、强度比粒状珠光体的高，但塑性和韧性差；粒状珠光体具有良好的综合力学性能。11. 珠光体转变的领先相从热力学上讲，铁素体与渗碳体都可能成为领先相。共析与过共析钢中，渗碳体为领先相。亚共

8、析钢中，铁素体为领先相。12. 魏氏组织的形貌特征、产生原因和利弊形貌特征：有羽毛状的、三角形的，也可能是几种形态混合。产生原因：焊接过热区快速冷却形成利弊：使钢的强度降低，塑性和冲击韧性显著降低，韧脆转变温度升高。13. 高碳钢网状渗碳体产生原因过共析钢在冷却速度缓慢时，得到与原奥氏体有共格关系的网状渗碳体。14. 马氏体转变的主要特征（1）转变以切变共格进行，有表面浮凸现象（2）马氏体相变的无扩散性（3）具有特定的位向关系和惯习面（4）马氏体相变是在一个温度范围内完成的（5）马氏体相变的可逆性15. 马氏体常见的两种形态板条状马氏体：每个单元的形状为窄而细长的板条，并且许多板条总是成群地相

9、互平行地聚集一起。板条马氏体的惯习面为111，位向关系为K-S关系。板条马氏体的亚结构为高密度位错。片状马氏体：片状马氏体的立体外形呈双凸透镜状，多数马氏体片的中间有一条中脊面，相邻马氏体片互不平行，大小不一。亚结构为细小孪晶16. 影响马氏体形态及其亚结构的因素（1）化学成分和形成温度的影响 随碳含量增加及温度降低，马氏体形态由板条状向片状转化。（2）奥氏体屈服强度的影响 屈服强度小于206MPa形成板条马氏体，大于206MPa形成片状马氏体（3）奥氏体的层错能 层错能越低，越易于形成位错马氏体；层错能越高，越易于形成孪晶马氏体。17. 马氏体的硬度和强度特点高硬度、高强度。原因主要包括固溶

10、强化、相变强化、时效强化以及细晶强化。首先是碳对马氏体的固溶强化，间隙式碳原子造成的点阵不对称畸变形成一个强烈的应力场，该应力场与位错发生强烈的交互作用，阻碍位错的运动，从而提高马氏体的硬度和强度；其次是相变强化，亚结构如板条马氏体中高密度的位错、片状马氏体中的孪晶等，这些缺陷都将阻碍位错的运动，使得马氏体强化；然后是时效强化，碳原子和合金元素的原子向位错及其他晶体缺陷处扩散偏聚或碳化物的弥散析出，钉扎位错，使位错难以运动，造成马氏体时效强化；最后，马氏体晶体（原奥氏体晶粒）尺寸越细小，强度越高。18. 贝氏体相变的基本特征（1）贝氏体转变有上、下限温度（2）转变产物为非层片状（3）贝氏体转变

11、通过形核及长大方式进行（4）转变的不完全性（5）转变的扩散性（6）有表面浮凸，位向关系和惯习面接近于马氏体。19. 上贝氏体和下贝氏体力学性能比较上贝氏体形成温度较高，铁素体粗大，碳的过饱和度低，因而强度和硬度较低。碳化物颗粒粗大，且呈断续条状分布于铁素体条间，使得铁素体条间易于产生脆断，因此上贝氏体冲击韧性较低；下贝氏体铁素体针细小、分布均匀，且铁素体内含有过饱和的碳和高密度位错，因此下贝氏体不但强度高，且韧性好。20. 共析钢的TTT图为何呈“C”字形过冷奥氏体的等温转变速度受驱动力和原子扩散系数影响。高温时过冷度小，驱动力小，扩散系数大，以驱动力影响为主；低温时，过冷度大，驱动力大，扩散

12、系数小，以扩散系数影响为主。这两个因素综合作用的结果，在550时驱动力和原子的扩散作用都充分发挥，使孕育期最短，从而使TTT图呈“C”字形。21. C曲线、临界冷却速度、淬透性之间的关系C曲线右移使临界冷却速度减小，淬透性增大。22. 淬火碳钢回火时的组织转变马氏体中碳原子的偏聚（前期阶段，25100）；马氏体的分解（回火第一阶段，80250）；残留奥氏体的转变（回火第二阶段，200300）；碳化物的析出（回火第三阶段）；相状态的变化 （回火第四阶段）；马氏体在各个回火阶段得到的组织：低温回火得到回火马氏体，中温回火得到回火屈氏体，高温回火得到回火索氏体23. 两类回火脆性的特点第一类回火脆性

13、特征：不可逆；与冷却速度无关；断口呈晶间断裂或穿晶断裂。第二类回火脆性特征：可逆；与冷却速度有关；断口呈晶间断裂。不论钢具有何种原始组织，均可产生第二类回火脆性。24. 淬硬性的主要影响因素钢中含碳量，含碳量越高，淬硬性越高。合金元素影响不大。25. Al-Cu合金的脱溶序列G.P区相相相第二部分 热处理工艺基本概念：预备热处理、最终热处理、退火、完全退火、等温退火、球化退火、扩散退火、回复退火、再结晶退火、正火、淬火、分级淬火、等温淬火、淬透性、淬硬性、低温回火、中温回火、高温回火、回火稳定性、回火脆性、自回火、二次硬化、调质处理、表面淬火、化学热处理、可热处理强化的铝合金预备热处理：为满足

14、加工性能要求而进行的热处理，常见的预备热处理有退火、正火、调质。最终热处理：为满足组织和性能要求而进行的热处理，常见的最终热处理有淬火、回火和表面处理。退火：将金属或合金加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却，使其组织、结构达到或接近平衡状态的热处理工艺。完全退火：将亚共析钢加热至Ac3以上3050，保温一定时间后随炉缓慢冷却，获得接近平衡状态的热处理工艺，称为完全退火。等温退火：将工件加热到高于Ac3或Ac1温度，保持适当时间后，较快地冷却到珠光体转变温度区间的某一温度并等温保持使奥氏体转变为珠光体组织，然后在空气中冷却的退火工艺。球化退火：将共析及过共析钢中的片状碳化物转变为球状碳化物

15、，使之均匀分布于铁素体基体上的一种退火工艺，是不完全退火的一种特例。扩散退火：又称为均匀化退火，指的是将金属铸锭、铸件或钢坯在略低于固相线的温度下长期加热，消除或减少化学成分偏析以及显微组织（枝晶）的不均匀性，以达到均匀化的热处理工艺。回复退火：又称为回复退火，指的是为了消除铸造、焊接、热轧、热锻等过程引起的内应力而进行的退火。再结晶退火：经过冷变形后的金属加热到再结晶温度以上，保持适当时间，使形变晶粒重新转变为均匀的等轴晶粒，以消除形变强化和残余应力的热处理工艺。正火：将钢加热到Ac3或Accm以上3050并保温一定时间，然后出炉在空气中冷却的热处理工艺。淬火：将钢加热至临界点以上，保温一定

16、时间后以大于临界冷却速度的速度冷却，使过冷奥氏体转变为马氏体或贝氏体的热处理工艺。分级淬火：将奥氏体化后的工件首先淬入略高于钢的Ms点的盐浴或碱浴炉中保温一段时间，待工件内外温度均匀后，再从浴炉中取出空冷至室温的淬火方法。等温淬火：将奥氏体化后的工件淬入Ms点以上某温度的盐浴中等温足够长的时间，使之转变为下贝氏体组织，然后在空气中冷却的方法。淬透性：钢在淬火时获得马氏体的能力。是钢材固有的一种属性。其大小是用规定条件下淬硬层深度或能够全部淬透的最大直径来表示。淬硬性：表示钢淬火时的硬化能力，是指钢在淬成马氏体时所能够达到的最高硬度。低温回火：回火温度为150-250，回火后的组织为回火马氏体。

17、中温回火：回火温度为350-500，回火后的组织为回火屈氏体。高温回火：回火温度为500-650，回火后的组织为回火索氏体。回火稳定性：淬火钢在回火时，抵抗强度、硬度下降的能力称为回火稳定性。回火脆性：钢在某一温度区间内回火时，随回火温度的升高，韧性下降、脆性增加的现象。钢在250400温度范围内出现的回火脆性叫第一类回火脆性，钢在450650温度范围内出现的回火脆性叫第二类回火脆性。自回火：表示材料常温下自发发生回火的过程。二次硬化：含有强碳化物形成元素的钢在回火时，将析出TaC、NbC和TiC等特殊碳化物，导致钢的再度硬化，称为二次硬化。调制处理：淬火+高温回火表面淬火：使零件表面获得高的

18、硬度，耐磨性和疲劳强度，而心部仍保持良好的塑性和韧性的一类热处理方法。化学热处理：将工件在特定的介质中加热，保温，使介质中的某些元素渗入工件表层，以改变其表层化学成分和组织，获得与心部不同性能的热处理工艺。知识点：1. 热处理工艺的三大基本要素加热、保温、冷却2. 退火的目的细化晶粒、降低硬度、改善切削性能以及消除内应力。3. 高碳钢的球化退火球化退火：将共析及过共析钢中的片状碳化物转变为球状碳化物，使之均匀分布于铁素体基体上的一种退火工艺，是不完全退火的一种特例。球化组织的特点：（1）球化组织比片状珠光体硬度低，便于切削加工。（2）具有球化的原始组织，在淬火加热过程中不易过热，在淬火过程中不

19、易变形开裂。（3）球化的原始组织可以提高淬火回火后的性能。4. 正火的目的及应用目的：去应力并调整硬度为下一步热处理做组织准备应用：低碳钢通过正火可以改善钢的加工性对过共析钢，正火可消除网状碳化物，便于球化退火正火可作为中碳钢或中碳合金钢的最终热处理，代替调质处理，使工件具有一定的综合力学性能。5. 淬火的目的获得马氏体，淬火后的钢的强度、硬度和耐磨性大大提高 与不同的回火工艺配合，以提高钢的力学性能6. 淬透性及C曲线的影响因素影响淬透性的因素：（1）碳含量 共析钢淬透性最好；亚共析钢随C%增加，淬透性提高；过共析钢随C%增加，淬透性降低（2）合金元素的影响 除Co、Al外，其他合金元素都能溶于奥氏体，增加过冷奥氏体稳定性，降低临界冷却速度，提高钢的淬透性。（3）奥氏体化条件 奥氏体化温度