金属材料及热处理 05 形变热处理篇
金属学及热处理
时效处理工艺
总结词
时效处理是一种通过长时间放置或加热使金属内部发生沉淀 或析出反应的过程，主要用于提高金属的强度和稳定性。
详细描述
时效处理工艺通常将金属加热至较低的温度，并保持一定时 间，使金属内部的原子或分子的分布发生变化，形成更加稳 定的结构。通过时效处理，金属的强度和稳定性可以得到提 高。
表面热处理工艺
总结词
表面热处理是一种仅对金属表面进行 加热和冷却的过程，主要用于改善金 属表面的耐磨性、耐腐蚀性和抗氧化 性等。
详细描述
表面热处理工艺通常仅对金属表面进行加热 和冷却，而内部保持不变。通过表面热处理 ，可以改变金属表面的晶格结构、化学成分 和组织结构等，从而改善其表面的性能。
04 热处理设备与工具
热处理炉应定期进行维护和保养，确保设备的正常运行 和使用寿命。
在操作过程中，应定期检查炉温和炉压是否正常，防止 超温或超压。
在使用过程中，应保持炉膛的清洁，防止杂物和积炭对 加热元件和金属材料的影响。
热处理工具的选择与使用
01
02
03
04
根据不同的热处理工艺和金属 材料，选择合适的热处理工具
。
在使用过程中，应注意工具的 材质和尺寸是否符合要求，防 止工具损坏或金属材料表面损
金属学及热处理
contents
目录
• 金属学基础 • 热处理原理 • 热处理工艺技术 • 热处理设备与工具 • 热处理的应用与发展趋势
01 金属学基础
金属材料的分类与特性
钢铁材料
根据碳含量和用途，钢铁材料可分为生铁、铸铁和钢 材。其特性包括高强度、耐磨性和耐腐蚀性。
有色金属
如铜、铝、锌等，具有良好的导电性、导热性和延展 性。
形变热处理和热处理
形变热处理和热处理形变热处理和热处理是金属材料加工中常用的两种工艺方法。
它们有着不同的原理和应用领域，但都对金属材料的性能起到重要的影响。
下面将对形变热处理和热处理进行介绍和比较。
形变热处理是指通过塑性变形进而改变材料的晶体结构和性能的方法。
形变热处理可以使金属材料的晶粒细化，提高材料的强度和韧性，改善材料的塑性变形能力。
常用的形变热处理方法包括挤压、拉伸、压缩、锻造等。
挤压是将金属材料放在挤压机中，施加高压使金属在模具的作用下塑性变形。
通过挤压可以使金属材料的晶粒变得更加细小，提高其强度和韧性。
挤压还可以改善金属材料的拉伸性能和耐疲劳性能。
拉伸是通过施加拉力使金属材料产生塑性变形的方法。
拉伸能够改变金属材料的晶粒形貌，使其更加细小，并提高其强度和韧性。
拉伸还可以减少金属材料的内应力，提高其耐腐蚀性能。
压缩是通过施加压力使金属材料产生塑性变形的方法。
压缩能够增加金属材料的晶粒界面，提高其强度和硬度。
压缩还可以改善金属材料的抗疲劳性能和耐磨性能。
锻造是将金属材料放在锻压机中，施加高压使金属在模具的作用下产生塑性变形的方法。
锻造可以使金属材料的晶粒变得更加细小，提高其强度和韧性。
锻造还可以改善金属材料的冲击韧性和耐腐蚀性能。
与形变热处理不同，热处理是通过加热和冷却的方式改变材料的组织结构和性能的方法。
热处理可以使金属材料的组织均匀化，消除材料内部的应力，提高材料的强度和韧性。
常用的热处理方法包括退火、正火、淬火、回火等。
退火是指将金属材料加热到一定温度，然后缓慢冷却至室温的过程。
退火可以改进材料的塑性变形能力，使其更容易加工。
退火还可以消除金属材料内部的应力，提高其机械性能和物理性能。
正火是指将金属材料加热到一定温度，然后迅速冷却的过程。
正火可以使金属材料的晶粒细小化，提高其强度和硬度。
正火还可以改善金属材料的耐磨性和耐蚀性能。
淬火是指将金属材料加热到一定温度，然后迅速冷却的过程。
淬火可以使金属材料的晶粒形成马氏体结构，提高其强度和硬度。
金属材料及热处理的基本知识
金属材料及热处理的基本知识金属热处理是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中保持一定时间后，又以不同速度冷却的一种工艺。
金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其它加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。
其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的。
为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。
钢铁是机械工业中应用最广的材料，钢铁显微组织复杂，可以通过热处理予以控制，所以钢铁的热处理是金属热处理的主要内容。
另外，铝、铜、镁、钛等及其合金也都可以通过热处理改变其力学、物理和化学性能，以获得不同的使用性能。
在从石器时代进展到铜器时代和铁器时代的过程中，热处理的作用逐渐为人们所认识。
早在公元前770～前222年，中国人在生产实践中就已发现，铜铁的性能会因温度和加压变形的影响而变化。
白口铸铁的柔化处理就是制造农具的重要工艺。
公元前六世纪，钢铁兵器逐渐被采用，为了提高钢的硬度，淬火工艺遂得到迅速发展。
中国河北省易县燕下都出土的两把剑和一把戟，其显微组织中都有马氏体存在，说明是经过淬火的。
随着淬火技术的发展，人们逐渐发现淬冷剂对淬火质量的影响。
三国蜀人蒲元曾在今陕西斜谷为诸葛亮打制3000把刀，相传是派人到成都取水淬火的。
这说明中国在古代就注意到不同水质的冷却能力了，同时也注意了油和尿的冷却能力。
中国出土的西汉(公元前206～公元24)中山靖王墓中的宝剑,心部含碳量为0.15～0.4%，而表面含碳量却达0.6%以上，说明已应用了渗碳工艺。
但当时作为个人“手艺”的秘密，不肯外传，因而发展很慢。
1863年，英国金相学家和地质学家展示了钢铁在显微镜下的六种不同的金相组织，证明了钢在加热和冷却时，内部会发生组织改变，钢中高温时的相在急冷时转变为一种较硬的相。
05 金属材料热处理 实验五 冷塑性变形对金属再结晶退火前后显微组织影响
实验冷塑性变形对金属再结晶退火前后显微组织影响一、实验目的1、认识金属冷变形加工后及经过再结晶退火后的组织性能和特征变化；2、研究形变程度对再结晶退火前后组织和性能的影响。
二、实验说明1、金属冷塑性变形后的显微组织和性能变化金属冷塑性变形为金属在再结晶温度以下进行的塑性变形。
金属在发生塑性变形时，外观和尺寸发生了永久性变化，其内部晶粒由原来的等轴晶逐渐沿加工方向伸长，在晶粒内部也出现了滑移带或孪晶带，当变形程度很大时，晶界消失，晶粒被拉成纤维状。
相应的，金属材料的硬度、强度、矫顽力和电阻等性能增加，而塑性、韧性和抗腐蚀性降低。
这一现象称为加工硬化。
为了观察滑移带，通常将已抛光并侵蚀的试样经适量的塑性变形后再进行显微组织观察。
注意：在显微镜下滑移带与磨痕是不同的，一般磨痕穿过晶界，其方向不变，而滑移带出现在晶粒内部，并且一般不穿过晶界。
2、冷塑性变形后金属加热时的显微组织与性能变化金属经冷塑性变形后，在加热时随着加热温度的升高会发生回复、再结晶、和晶粒长大。
（1）回复当加热温度较低时原子活动能力尚低，金属显微组织无明显变化，仍保持纤维组织的特征。
但晶格畸变已减轻，残余应力显著下降。
但加工硬化还在，固其机械性能变化不大。
（2）再结晶金属加热到再结晶温度以上，组织发生显著变化。
首先在形变大的部位（晶界、滑移带、孪晶等）形成等轴晶粒的核，然后这些晶核依靠消除原来伸长的晶粒而长大，最后原来变形的晶粒完全被新的等轴晶粒所代替，这一过程为再结晶。
由于金属通过再结晶获得新的等轴晶粒，因而消除了冷加工显微组织、加工硬化和残余应力，使金属又重新恢复到冷塑性变形以前的状态。
金属的再结晶过程是在一定的温度范围能进行的，通常规定在一小时内再结晶完成95％所对应的温度为再结晶温度，实验证明，金属熔点越高，再结晶温度越高，其关系大致。
为：T＝0.4T熔（3）晶粒长大再结晶完成后，继续升温（或保温），则等轴晶粒以并容的方式聚集长大，温度越高，晶粒越大。
形变热处理.
金属材料与热处理课程
形变热处理
主讲教师：马安博 西安航空职业技术学院
职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库
形变热处理
形变热处理
形变热处理是将材料塑性变形与热处理有机
结合起来，同时发挥材料形变强化和相变强化作
用的综合热处理工艺。
金属材料与热处理
பைடு நூலகம்
职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库
形变热处理是一种既可以提高强度，又可以改善塑性
与韧性的最有效工艺。
形变热处理与常规热处理相比，具有高密度位错和亚 结构。 形变热处理应用广泛，目前工业上应用最多的是锻造 余热淬火和控制轧制。
金属材料与热处理
常用金属材料及热处理
常用金属材料及热处理金属是人类社会重要的材料之一，广泛应用于各行各业。
常见的金属材料包括铁、铝、铜、钢等。
在使用金属材料的过程中，为了改善其性能，常常需要对其进行热处理。
下面将介绍一些常用的金属材料和其热处理方法。
1.铁：铁是一种性能优良的金属材料，常用于制作建筑结构、机械零件等。
铁的热处理方法有退火、正火、淬火和回火等。
退火可以降低材料的硬度，提高其塑性和延展性；正火可以提高材料的韧性和强度；淬火可以使材料获得高硬度和耐磨性；回火可以降低材料的脆性，并改善其强度和韧性。
2.铝：铝是一种轻质金属，常用于制造飞机、汽车等产品。
铝的热处理方法有固溶处理、时效硬化等。
固溶处理可以改善铝的强度和塑性；时效硬化可以在固溶处理基础上，进一步提高铝的强度和硬度。
3.铜：铜是一种导电性能优良的金属材料，常用于制造导线、电路板等。
铜的热处理方法有退火、退火软化等。
退火可以消除铜材料中的应力，改善其韧性和延展性；退火软化可以使铜材料变得更加易加工。
4.钢：钢是一种优质的金属材料，常用于制造建筑结构、机械零件等。
钢的热处理方法有退火、正火、淬火和回火等。
不同的钢材在热处理时的温度和时间以及冷却速度等参数都有所差异，可以根据具体需要来选择合适的热处理方法，以获得理想的性能。
此外，还有许多其他金属材料也需要经过热处理来改善其性能，比如镍、锌、锡等。
热处理方法的选择应根据具体的金属材料以及使用要求来确定。
综上所述，金属材料在使用过程中，经常需要进行热处理来改善其性能。
不同的金属材料有不同的热处理方法，通常包括退火、正火、淬火和回火等。
通过热处理可以改变金属材料的组织结构和性能，使其达到更加理想的状态。
热处理技术在金属材料的应用中起着重要的作用，对于提高产品质量和使用寿命具有重要意义。
金属材料的热处理工艺及性能改善技术
金属材料的热处理工艺及性能改善技术随着工业技术的不断发展，金属材料在各个领域中扮演着重要的角色。
然而，金属材料的性能往往需要根据具体需求进行改善。
而其中一种常见的方法就是通过热处理工艺来实现。
本文将介绍金属材料的热处理工艺及性能改善技术。
1. 热处理工艺热处理是指通过加热和冷却等一系列工艺过程，使金属材料的结构及性能得到改善的工艺方法。
常见的热处理工艺包括退火、正火、淬火、回火等。
1.1 退火退火是将金属材料加热到一定温度，保持一段时间后缓慢冷却的工艺。
通过退火可使金属材料的晶粒细化、消除内应力以及改善塑性和韧性等性能。
1.2 正火正火是将金属材料加热到适当温度，然后在空气中自然冷却的工艺。
正火可以提高金属的强度和硬度，但相对于淬火而言变形较小。
1.3 淬火淬火是将金属材料加热到临界温度，然后迅速冷却的工艺。
淬火可以使金属材料的组织变为马氏体，从而提高硬度和强度，但会减小其塑性和韧性。
1.4 回火回火是将淬火后的金属材料再次加热到适当温度后冷却的工艺。
通过回火可以减轻淬火带来的脆性，提高金属材料的韧性和塑性。
2. 性能改善技术除了热处理工艺外，还有一些其他的技术可以用于金属材料的性能改善。
2.1 表面处理技术表面处理技术可以通过改变金属材料的表面结构和成分，来提升其耐磨性、耐腐蚀性以及表面光洁度等性能。
常见的表面处理技术包括电镀、喷涂和化学处理等。
2.2 合金化合金化是指将金属材料与其他元素进行混合，形成新的合金材料的过程。
通过合金化可以改变金属材料的组织结构和成分，从而改善其硬度、耐磨性、耐腐蚀性等性能。
2.3 疲劳寿命改善技术金属材料在长时间的使用过程中往往会出现疲劳破坏。
为了提高金属材料的疲劳寿命，可以采用表面强化、应力调控和表面涂覆等技术来改善材料的耐疲劳性能。
2.4 加工技术金属材料在加工过程中，其组织结构可能会发生变化，从而影响其性能。
因此，通过精确的加工技术可以使金属材料的性能得到改善。
金属材料与热处理总结
金属材料与热处理总结金属材料是工程领域中最常用的材料之一，其性能和用途很大程度上取决于其热处理过程。
热处理是通过控制金属材料的温度、时间和冷却速率来改变其内部结构和性能的工艺。
本文将对金属材料的热处理方法和效果进行总结，以期为工程实践提供参考。
首先，我们来谈谈金属材料的热处理方法。
常见的热处理方法包括退火、正火、淬火和回火。
退火是将金属材料加热至一定温度，然后缓慢冷却至室温，以消除内部应力和改善塑性。
正火是将金属材料加热至适当温度，然后在空气中冷却，以提高硬度和强度。
淬火是将金属材料加热至临界温度，然后迅速冷却至室温，以获得高硬度和强度。
回火是将淬火后的金属材料重新加热至适当温度，然后进行缓慢冷却，以降低硬度和提高韧性。
其次，我们来探讨金属材料热处理的效果。
热处理可以显著改变金属材料的组织结构和性能。
通过退火，金属材料的晶粒得以细化，内部应力得以消除，从而提高其塑性和韧性。
通过正火，金属材料的碳化物颗粒得以析出，晶粒得以再结晶，从而提高其硬度和强度。
通过淬火，金属材料的组织得以马氏体化，从而获得极高的硬度和强度。
通过回火，金属材料的马氏体得以转变，内部应力得以释放，从而平衡硬度和韧性。
最后，我们需要注意的是金属材料的热处理过程中需要严格控制温度、时间和冷却速率。
温度过高或时间过长会导致晶粒长大，从而降低金属材料的性能；冷却速率过快会导致金属材料产生裂纹或变形。
因此，在实际工程中，需要根据金属材料的具体成分和要求，合理选择热处理方法和工艺参数，以获得最佳的性能和效果。
总之，金属材料的热处理是工程领域中不可或缺的工艺之一，通过合理的热处理方法和工艺参数，可以显著改善金属材料的性能和用途。
因此，在工程实践中，我们需要深入理解金属材料的热处理原理和方法，灵活运用于实际生产中，以满足不同工程需求。
5-金属材料的热处理PPT模板
1.2.1 钢的整体热处理
不同成分的钢件在退火时所需的加热温度和冷却方式各不相同，通常可将 退火分为完全退火、等温退火、球化退火、均匀退火和去应力退火。
（a）加热温度
（b）工艺曲线示意图
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1.2.1 钢的整体热处理
不同成分的钢件在退火时所需的加热温度和冷却方式各不相同，通常可将 退火分为完全退火、等温退火、球化退火、均匀退火和去应力退火。
钢的渗碳是指向低碳钢或低合金钢工件表面渗入碳原子，以提高表层含 碳量，使钢件表面具有高硬度和耐磨性，而心部仍保持良好韧性的表面热处理 工艺
图5-9 气体渗碳原理示意图
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1.3 钢的表面热处理
渗氮又称氮化，是将氮原子渗入钢件表面，以提高其硬度、耐磨性、疲 劳强度和抗蚀性的一种化学热处理方法。
为提高 如38CrMoAlA，38CrNi3MoA等
碳氮共渗俗称氰化，是在一定温度条件下将碳和氮同时渗入钢件表面的 化学热处理方法。碳氮共渗既具有渗碳的淬硬深度，又能获得渗氮的高硬度， 因此能有效提高零件的硬度、耐磨性和疲劳强度。
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（a）加热温度
（b）工艺曲线示意图
类别 完全退火 等温退火 球化退火 均匀退火 去应力退火
A1c13
处理方法
特点
应用范围
将钢件加热到 以上30～50℃， 保温一段时间后，随炉冷却或将 钢件埋入沙、石灰中，待冷却至 500℃时取出空冷
降低钢件硬度，使组 织均匀化，充分消除内 应力，为后续机械加工 做好组织准备
4
1.2.1 钢的整体热处理
钢的整体热处理是指对钢件整体进行加热，经保温后以一定方法冷却，以 改变钢件的内部组织和整体力学性能的热处理工艺方法。
退火是将钢件加热到适当的温度，经过一定时间的保温后，缓慢冷却（ 一般为随炉冷却）以使内部组织均匀化，从而获得预期力学性能的热处理工艺 。
金属材料的热处理方法
金属材料的热处理方法金属材料的热处理方法是通过控制材料的加热和冷却过程，改变其组织和性能的方法。
热处理可以提高材料的硬度、强度、韧性和耐腐蚀性等性能，并且可以使材料达到特定的性能要求。
下面我将介绍几种常见的金属热处理方法。
1.回火回火是通过将淬火后的金属材料加热至适当温度，然后控制冷却速率，使其在固态下进行与淬火相对应的组织和性能调整的一种热处理方法。
回火可以减轻残余应力，提高材料的韧性和可加工性，降低硬度和强度。
2.淬火淬火是将金属材料加热至临界温度以上，然后快速冷却至室温以下的热处理方法。
淬火可以使材料获得高硬度和高强度，这是由于快速冷却过程中形成了马氏体组织而引起的。
淬火通常可分为水淬、油淬和气冷等不同方式，不同淬火介质可以得到不同的组织结构，从而影响材料的性能。
3.时效处理时效处理是将金属材料在合适的温度下保温一定时间，然后进行适当的冷却处理。
时效处理可以使材料的强度和韧性得到调整和提高，并且还可以调整材料的析出相和分布，从而控制材料的性能。
4.固溶处理固溶处理是将金属材料加热至固溶温度，然后进行充分保温，再进行快速冷却的热处理方法。
固溶处理主要用于合金材料，目的是将固溶体中的溶质原子溶解在基体中，从而调整材料的组织和性能。
5.正火正火是将金属材料加热至适宜的温度，然后进行适当冷却的热处理方法。
正火可以提高材料的韧性和延展性，常用于中碳钢的热处理过程中。
6.退火退火是将金属材料加热至一定温度，然后进行适当的冷却，目的是消除材料内部的应力、提高可塑性和韧性，并改善材料的冷加工性能。
退火通常可分为全退火、球化退火、过共析退火等不同类型。
以上是金属材料常见的一些热处理方法，每种方法都有其特定的温度和时间要求，不同的金属材料和工件形状也会影响到热处理的方法选择。
在实际应用中，需要根据具体要求和工艺特点选择合适的热处理方法，以获得所需的材料性能。
材料热处理原理热处理工艺8-形变热处理
(1)对奥氏不锈钢在室温
(或低温)下进行形变，
使奥氏体加工硬化，并
且诱发生成部分马氏体，
再加上形变时对诱发马
氏体的加工硬化作用， 将使钢获得显著的强化
图3-8 18-8奥氏体不锈钢在不同形 变温度下形变量对机械性能的影响
效果。
➢可见，形变量愈大，强度愈高，而塑性愈低；并且形变温度 愈低，上述现象愈强烈。
FATT/ ℃
372.4 -10
441 -50
450.8 -25
539 -76
（3）高温形变等温淬火
高温形变等温淬火 是采用与前两者相 同的加热和形变条 件，但随后在贝氏 体区等温，以获得 贝氏体组织。
图3-4 55XΓCTP(0.54C-1.1Cr-lMn-0.55Si-0.05Ti-0.003B)钢经不同方法处理 后各种机械性能的比较
最后还应说明，采用形变热处理工艺虽然 可取得显著的强化效果和较好的经济效益， 但是欲将这种工艺应用于实际生产中时， 就必须考虑是否具备应有的生产条件(如适 当的形变设备、工艺装备和设备布局等)以 及经处理后还能否进行切削加工(因毛坯的 强度、硬度很高，难于加工)等实际问题。 目前生产中往往由于上述方面的原因，使 这一工艺的推广应用受到一定限制。
控冷能获得细化效果的具体原因在于控轧 后引入加速冷却控制,
可降低奥氏体的γ→α相变温度, 过冷度增大, 增 大了γ→α相变驱动力, 使α从更多的形核点生成 (进一步提高有效形核率),
同时抑制α晶粒的长大。
由于冷却速度增加, 阻止或延迟了碳、氮化物 在冷却过程中的过早析出, 因而易于生成更加 弥散的析出物；
（1）低温形变淬火是在奥氏体化后速 冷至亚稳奥氏体区中具有最大转变 孕育期的温度(500-600℃)进行形变， 然后淬火，以获得马氏体组织。 它可在保证一定塑性的条件下，大幅度地提高强度。例如， 可使高强度钢的抗拉强度由1800MPa提高到2500-2800MPa， 适用于要求强度很高的零件，如固体火箭壳体、飞机起落架、 汽车板簧、炮弹壳、模具、冲头等。
金属学与讲义热处理第五章课件
3.2 再结晶形核
再结晶的形核是个复杂的过程。最初人们尝试 用经典的形核理论来处理再结晶过程，但计算 得到的临界晶核半径过大，与试验结果不符。
大量实验表明，再结晶晶核总是在塑性变形引 起的最大畸变处形成，并且回复阶段发生的多 边形化是再结晶形核的必要准备。
3.2.1 亚晶粒长大形核机制
2.3 回复应用
去应力退火
降低应力 （保持加工硬化效果）
防止工件变形、开 裂，提高耐蚀性。
第三节 再结晶
3.1 再结晶的基本过程
冷变形后的金属加热到一定温度(一般大于0.4Tm) 或保温足够时间后，在原来的变形组织中产生了 无畸变的新晶粒;
新生成的晶粒逐渐全部取代塑性变形过的晶粒， 位错密度显著降低，性能发生显著变化并恢复到 冷变形前的水平，这个过程称为再结晶。
1.4 内应力变化
回 复 阶段： 大部分或全部消除第一类内应力， 部分消除第二、三类内应力；
再结晶阶段： 内应力可完全消除。
第二节 回 复
所谓回复，即在加热温度较低时，仅因金属 中的一些点缺陷和位错的迁移而引起的某些 晶内的变化。回复阶段一般加热温度在0.4Tm 以下。
2.1 回复机制
低温阶段 —点缺陷的迁移和减少, 表现为:
3.4 Байду номын сангаас响再结晶的因素
工艺因素
① 加热温度愈高，再结晶速度愈快； ② 变形量大，弹性畸变能大，再结晶速度也快。
变形量过小，形变储能不能满足形核的基本要求时，再结 晶就不能发生。
发生再结晶需要一定的变形量，称为临界变形量δC，大多 金属材料的临界变形量在2—10%之间。
第四节 晶粒长大
再结晶刚完成时，得到的是 等轴细晶粒组织。继续提高 退火温度或延长保温时间， 就会发生晶粒相互吞并而长 大的现象，晶粒长大包括均 匀长大的正常长大过程和反 常的长大过程。
金属材料的热处理
金属材料的热处理
在金属材料的加工过程中，为了改善其性能和性质，常常需要进行热处理。
热处理是指将金属材料加热至一定温度，保温一段时间，然后冷却的一种金属加工工艺。
热处理可以改变金属材料的组织结构、力学性能和物理化学性质，从而改善金属材料的可加工性、韧性、硬度和耐热性。
热处理的主要目的有以下几个方面。
首先，热处理可以改善金属材料的内部结构和组织形态。
金属材料在加工过程中通常会有一定的缺陷和应力，经过热处理可以使这些缺陷和应力得到消除或减少，从而改善材料的内部结构，提高材料的强度和韧性。
其次，热处理可以调整金属材料的硬度和强度。
通过热处理，可以使金属材料的晶粒得到细化，晶界和位错得到固溶或弥散，从而提高材料的硬度和强度。
此外，通过适当的热处理，还可以使材料达到一定的硬度和强度，同时保持一定的韧性。
此外，热处理还可以改善金属材料的耐热性和耐蚀性。
通过热处理，可以使金属材料中的非金属夹杂物和氧化物得到消除或减少，从而提高材料的耐高温和耐蚀性。
最后，热处理还可以改善金属材料的可加工性。
通过热处理，可以使材料的切削加工、冷加工和热加工等加工性能得到改善，提高材料的可加工性和耐磨性。
总之，热处理是一种重要的金属加工工艺，通过改变金属材料的组织结构和性能，可以获得具有良好性能的金属制品。
在实际应用中，热处理的工艺参数和方法需要根据具体材料和要求进行选择，以确保能够获得理想的热处理效果。
15年金属学与热处理第5章习题及思考题
1.概念：滑移：在外力作用下，晶体相邻二部分沿一定晶面、一定晶向彼此产生相对的平行滑动。
临界分切应力：使滑移系开动的最小分切应力。
软取向与硬取向：φ＝45°时:取向因子可获得最大值1/2（cos λ·cos φ＝cos(90°－φ)·cos φ），取向因子大，易产生滑移，软取向；φ或λ＝90°时:取向因子为0，难滑移，硬取向。
多滑移：晶体的滑移在两组或者更多的滑移系上同时进行。
可促进加工硬化。
交滑移：多个滑移面同时沿一个滑移方向进行的滑移。
可降低脆性。
滑移系：一个滑移面和该面上的一个滑移方向组成滑移系。
孪生：晶体在切应力下其一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分作均匀切变。
形变织构：金属塑性变形到很大程度(>70%)时，晶粒发生转动，各晶粒的位向趋于一致，这种有序化的结构。
加工硬化：随变形度增大，金属的强硬度显著增高而塑韧性明显下降的现象。
屈服效应:在拉伸的σ－ε曲线上，有明显的上、下屈服点及屈服平台的现象。
柯氏气团（柯垂尔气团）：溶质原子在刃型位错周围聚集的现象，可阻碍位错运动。
形变时效:具有明显屈服效应的金属，在变形后于室温长期仃留或短时加热保温，引起屈服应力升高并出现明显屈服点的现象。
吕德斯带：具有屈服现象的试样从上屈服点出现直到屈服延伸结束,在试样表面看到由于不均匀变形而形成的表面皱褶带, 称为吕德斯带。
细晶强化：通过细化晶粒，增加晶界，提高材料强度的方法。
2.滑移的特点：参考解析：⑴发生在最密排晶面，滑移方向为最密排晶向；原因：密排面间原子面结合力最弱⑵只在切应力下发生，存在临界分切应力；⑶滑移两部分相对移动的距离是原子间距的整数倍，滑移后滑移面两边的晶体位向仍保持一致；⑷伴随晶体的转动和旋转，滑移面转向与外力平行方向，滑移方向旋向最大切应力方向；⑸随滑移加剧，存在多滑移和交滑移现象。
3.分别列举出BCC、FCC和HCP的滑移系：参考解析：BCC：滑移面｛110｝，滑移方向〈111〉。
金属材料及热处理 05 形变热处理篇
（3）与单一的高温形变热处理相比 ） i、材料强度提高 ii、塑性下降 iii、稳定性下降 （4）用得也少 ）
冷变形
淬火
时效
热变形（淬火） 冷变形——时效 的工艺与热变形 热变形——（另行）淬火 热变形（淬火）——冷变形 冷变形 时效 热变形 （另行）淬火——冷变 冷变 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 形——时效 时效 的合金
亚动态再结晶，有时后续加热时发生静态回复与再结晶。如果防止再结晶（静态 （形变后再加热）、动态（形变过程中）、亚动态（形变后余热）），也可以获得 亚晶界等亚结构。
冷、温、热变形给金属带来的组织影响
冷变形
(1)纤维组织 (2)变形织构 (3) 晶体畸变与缺陷 （储能蓄积）
——点缺陷、位错、亚 晶界、堆垛层错等以及 位错缠结、位错网胞等 亚结构 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；
五、形变热处理
五、形变热处理
1、 概述 2、 低温形变热处理 3、 高温形变热处理 4、 预形变热处理 5、 综合形变热处理 6、 基体有多型性转变合金的形变热处理（略）
1、 概述 、
（1）概 念
将塑性变形的形变强化与热处理时的相变强化结合，使成型工艺与最终性能 统一起来。
（2）处理对象——热处理可强化合金（时效强化型合金，如Al等有色合金， 和基于其它固态相变（马氏体相变）型的合金，如钢铁）
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 综合形变热处理 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 ）
变形金属热处理
一、冷变形金属在加热时的组织和性能变化 金属经冷变形后, 组织处于不稳定状态, 金属经冷变形后, 组织处于不稳定状态, 有自发恢复 原子扩散能力小, 到稳定状态的倾向。但在常温下，原子扩散能力小,不 稳定状态可长时间维持。加热可使原子扩散能力增加， 稳定状态可长时间维持。加热可使原子扩散能力增加， 金属将依次发生回复、再结晶和晶粒长大。 金属将依次发生回复、再结晶和晶粒长大。 回复
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《冷变形金属的热处理》 冷变形金属的热处理》
冷变形金属的回复 冷变形金属的回复 回复阶段性能和组织的变化 回复的动力学 回复的 机制 冷变形金属的再结晶 冷变形金属的再结晶 再结晶的形核 再结晶动力学 影响再结晶的因素 正常晶粒长大 异常晶粒长大（二次再结晶） 正常晶粒长大 异常晶粒长大（二次再结晶）
2
The effect of annealing temperature on grain size in brass. Twin boundaries can also be observed in the structures, (a) annealed at 400oC, (b) annealed at 650oC, and (c) annealed at 800oC (75×).
3
The effect of annealing temperature on the microstructure of cold-worked metals. (a) coldworked, (b) after recovery, (c) after recrystallization, and (d) after grain growth.
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㈡ 再结晶 当变形金属被加热到较高温度时，由于原子活动能力增大， 当变形金属被加热到较高温度时，由于原子活动能力增大， 晶粒的形状开始发生变化， 晶粒的形状开始发生变化，由破碎拉长的晶粒变为完整的 等轴晶粒。 等轴晶粒。 这种冷变形组织在加热时重新彻底改组的过程称再结晶 再结晶。 这种冷变形组织在加热时重新彻底改组的过程称再结晶。 再结晶后，金属的强度、硬度下降，塑性、韧性提高， 再结晶后，金属的强度、硬度下降，塑性、韧性提高，加 工硬化消失。 工硬化消失。
(完整版)金属材料热处理教材
目录绪论纵观人类的文明史，从某种意义上说就是一部人类认识材料和使用材料的发展史。
从远古到现代，人类从最初的石器时代已经发展到了当今的人工合成材料时代。
在人类使用的众多材料中，金属材料由于其所特有的各种优异性能，被广泛地应用于生活和生产当中，是现代工业和科学技术领域不可缺少的重要材料。
作为一名机械行业的技术工人，从手中的工具到加工的零件，每天都要与各种各样的金属材料打交道，为了能够正确地认识和使用金属材料，合理地确定不同金属材料的加工方法，充分发挥材料的潜力，就必须熟悉金属材料的牌号，了解它们的性能和变化规律。
为此，我们需要比较深入地学习和了解金属材料的相关知识，金属材料与热处理正是这样一门研究金属材料的成分、组织、热处理与金属材料性能之间的关系和变化规律的学科。
本课程的基本内容和学习特点如下：本课程的主要内容包括金属材料的基本知识、金属的性能、金属学基础知识和热处理的基本知识等。
所谓金属，是指由单一元素构成的具有特殊的光泽、延展性、导电性、导热性的物质，如金、银、铜、铁、锰、锌、铝等。
而合金是指由一种金属元素与其他金属元素或非金属元素通过熔炼或其他方法合成的具有金属特性的材料。
金属材料是金属及其合金的总称，即指金属元素或以金属元素为主构成的，并具有金属特性的物质。
金属材料的基本知识主要介绍金属的晶体结构及变形的相关知识；金属的性能主要介绍金属的力学性能和工艺性能；金属学基础知识讲述了铁碳合金的组织及铁碳合金相图；金属材料讲述了碳素钢、合金钢、铸铁、有色金属及硬质合金等金属材料的常用牌号、成分、组织、性能及用途。
热处理基本知识讲述热处理的原理（钢在加热、保温、冷却时的组织转变）和热处理的工艺〔退火、正火、淬火、回火、表面热处理等）及常用材料的典型热处理工艺。
金属材料与热处理是一门从生产实践中发展起来的，又直接为生产服务的专业基础课，具有很强的实践性；另一方面，由于金属材料的种类繁多，其性能又千变万化，学习起来有一定的难度。
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（4）实质 产生缺陷，形成亚结构，改善脱溶产物的分布状态（或相变后组织状态），
从而使材料性能 优于形变强化和时效强化。
（5）获取亚结构的方法 i、冷变形——位错增殖，形成位错网、位错网胞； ii、回复退火——冷变形金属发生回复，产生亚晶界、多边化或胞状亚结构等； iii、热变形——变形温度、速度、程度变化，可能发生动态回复、 动态再结晶、
（3）其它工艺： ）其它工艺：
由典型工艺引发出来一系列其它形式 i、冷变形有多种形式（拉、轧、压等，可以立即进行，也可以停滞一段时间进行）， 可根据合金及性能要求而定； ii、冷变形也可以改为温变形，促使动态回复，形成特别工艺，提高形变热处理后的 组织稳定性； iii、等等；然而，万变不离其宗，一切花招，都要产生均匀亚结构，使析出相分布 均匀，更有利 更有利达到强化的目的。 更有利 下面列举几道工艺流程如下： ①淬火——自然时效——冷变形——人工时效； ②淬火——低温人工时效——冷变形——人工时效； ③淬火——低温人工时效——冷变形——低温人工时效——人工时效； ④淬火——温变形——人工时效 自然时效（低温人工时效）：冷变形前先形成GP区或较不稳定的过渡相（少量）， 在冷变形过程中它们可以阻碍位错运动，使之缠结、塞积，位错分布均匀，更有利 于在人工时效过程中“均匀”形核（大量位错、亚晶界均匀），控制脱溶，使所需 要的亚稳相（强化相）分布均匀。 温变形：产生回复，不利于再结晶，获得均匀细小亚晶，形成大量的亚晶界。
金属在一定温度下热变形过程三种软化过程与变形程度的关系图
金属热变形过程动态和静态过程综合图（轧制） 金属热变形过程动态和静态过程综合图（轧制）
金属热变形过程动态和静态过程综合图（挤压） 金属热变形过程动态和静态过程综合图（挤压）
时效强化型合金的低温形变热处理由如下基本形式
2、时效强化型合金的低温形变热处理 、
五、形变ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ处理
五、形变热处理
1、 概述 2、 低温形变热处理 3、 高温形变热处理 4、 预形变热处理 5、 综合形变热处理 6、 基体有多型性转变合金的形变热处理（略）
1、 概述 、
（1）概 念
将塑性变形的形变强化与热处理时的相变强化结合，使成型工艺与最终性能 统一起来。
（2）处理对象——热处理可强化合金（时效强化型合金，如Al等有色合金， 和基于其它固态相变（马氏体相变）型的合金，如钢铁）
( Low temperature thermo mechanical treatment, LTTMT) 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 冷变形 淬火 时效 iii、平衡内应力 组织分析： 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）： 性能分析 ： 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
亚动态再结晶，有时后续加热时发生静态回复与再结晶。如果防止再结晶（静态 （形变后再加热）、动态（形变过程中）、亚动态（形变后余热）），也可以获得 亚晶界等亚结构。
冷、温、热变形给金属带来的组织影响
冷变形
(1)纤维组织 (2)变形织构 (3) 晶体畸变与缺陷 （储能蓄积）
——点缺陷、位错、亚 晶界、堆垛层错等以及 位错缠结、位错网胞等 亚结构 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；
温、热变形
(1)纤维（带状）组织 (2)变形织构 (3) 晶体畸变与缺陷 （储能蓄积） (4)动态回复与再结晶 （储能释放） (5)不同变形温度软化 机制不同，所得组织 不同
动态回复——储能增加与降 低、位错增殖与消失、位错 交滑移、攀移而重组，未发 生再结晶的晶粒延长，发生 动态多边化的过程；
动态再结晶——储能差消失， 位错密度强烈下降，晶内亚结 构不均匀，形成锯齿状晶界， 原始晶粒周围出现新晶粒，晶 粒为等轴的。 亚动态再结晶——在热变形终 了后已开始的动态再结晶的继 续发展（终了后余热可驱动亚 动态再结晶、静态回复与再结 晶）
形变热处理的分类：按温度分低温形变热处理和高温形变热处理（预形变形 变热处理、综合形变热处理）； 按相变分时效性和马氏体型。
（3）变形↔ 缺陷↔相变的关系（相互影响） 塑性变形→合金内部晶体缺陷变化（如位错、层错、亚晶界、空位等亚结
构）。 即，缺陷增加，且分布改变。（如位错，密度增加，形成位错网，位错网胞等） 缺陷引入的影响——
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。
有利于形变热处理的： 有利于形变热处理的：
(1)空位 ——自然时效，GP区； (2)位错（缠结、网胞等） ——低温人工时效，GP区、亚 稳相（较不稳定的）等； (3) 亚晶界（层错、孪晶界等） ——较高温人工时效，亚稳相 （较稳定的）等； (4) 晶界（再结晶和晶粒长大） ——高温人工时效，稳定相；
有利于形变热处理的： 有利于形变热处理的：
(1)空位（在较低的温度下温变形） ——自然时效，GP区； (2)位错（温变形） ——低温人工时效，GP区、亚 稳相（较不稳定的）等； (3) 亚晶界（不驱动动态再结晶 的热变形） ——较高温人工时效，亚稳相 （较稳定的）等； (4) 晶界（再结晶和晶粒长大） ——高温人工时效，稳定相；
i、产生亚结构强化（位错增加——加工硬化；亚晶产生——细晶强化）； ii、脱溶物分布均匀，位错均匀性显然优于晶界，脱溶物形核均匀； iii、亚结构（尤其是亚晶界）分散应力集中，减小晶界断裂的可能性。
脱溶相对缺陷的影响——
i、亚结构分布均匀； ii、亚结构稳定（阻碍运动、钉扎）
稳定 脱溶相 提供形核处 因此，形变热处理不是简单的形变强化与相变强化的叠加。另外，如果在变 形过程中或后续热处理过程中缺陷（亚结构）消失，在脱溶相变中没有起作用，就 失去了形变热处理的意义。 缺陷