含碳量及冷却速度对中碳低合金钢组织性能的影响
固态相变思考题
说明固态相变的驱动力和阻力？在固态相变中，由于新旧相比容差和晶体位向的差异，这些差异产生在一个新旧相有机结合的弹性的固体介质中，在核胚及周围区域内产生弹性应力场，该应力场包含的能量就是相变的新阻力—畸变自由焓△G畸。
则有：△G = △G 相变+△G界面+△G畸晶体缺陷对固态相变有何影响？晶核在晶体缺陷处形核时，缺陷能将贡献给形核功，因此，晶体通过自组织功能在晶体缺陷处优先性核。
晶体缺陷对形核的催化作用体现在：（1）母相界面有现成的一部分，因而只需部分重建。
（2）原缺陷能将贡献给形核功，使形核功减小。
（3）界面处的扩散比晶内快的多。
4相变引起的应变能可较快的通过晶界流变而松弛。
（4）溶质原子易于偏聚在晶界处，有利于提高形核率。
扩散型相变和无扩散型相变各有那些特征？（1）扩散型相变原子迁移造成原有原子邻居关系的破坏，在相变时，新旧相界面处，在化学位差驱动下，旧相原子单个而无序的，统计式的越过相界面进入新相，在新相中原子打乱重排，新旧相排列顺序不同，界面不断向旧相推移，此称为界面热激活迁移，是扩散激活能与温度的函数。
新相与母相的化学成分不同。
（2）无扩散型相变相变的界面推移速度与原子的热激活跃迁因素无关。
界面处母相一侧的原子不是单个而无序的，统计式的越过相界面进入新相，而是集体定向的协同位移。
界面在推移的过程中保持宫格关系。
新相与母相的结构不同，化学成分相同晶粒长大的驱动力?晶粒长大时界面移动方向与晶核长大时的界面移动方向有何不同？为什么？晶粒长大的驱动力：界面能或晶界能的降低。
晶粒长大时界面移动方向与曲率中心相同，晶核长大时的界面移动方向与曲率中心相反。
奥氏体的形核地点。
一般认为奥氏体在铁素体和渗碳体交界面上形成晶核。
奥氏体晶核也可以在以往的粗大奥氏体晶界上（原始奥氏体晶界）形核并且长大，由于这样的晶界处富集较多的碳原子和其他元素，给奥氏体形核提供了有利条件。
奥氏体晶粒异常长大的原因？为什么出现混晶？如何控制？在原始奥氏体晶粒粗大的情况下，若钢以非平衡组织加热奥氏体化，在一定的加热条件下，新形成的奥氏体晶粒会继承和恢复原始粗大的奥氏体晶粒。
碳钢的热处理工艺对组织和性能的影响
韧性
韧性随含碳量的增加而降 低，低碳钢具有较好的韧 性。
影响因素及变化规律
01
含碳量
含碳量是决定碳钢组织和性能的主要因素，随着含碳量的增加，钢的强
度和硬度提高，但塑性和韧性降低。
02 03
热处理工艺
通过不同的热处理工艺可以改变碳钢的组织结构，从而获得不同的力学 性能。例如，淬火可以提高钢的硬度和强度，但会降低韧性；回火可以 消除淬火应力，提高韧性和塑性。
正火
将金属加热到临界温度以上，保温一定时间后空 冷，以获得细化的珠光体组织，提高强度和硬度 。
回火
将淬火后的金属加热到Ac1以下某一温度，保温 一定时间后冷却，以消除内应力和脆性，提高韧 性和塑性。
热处理在碳钢加工中的应用
改善切削加工性能
通过退火或正火处理，消除碳钢 内应力，细化晶粒，提高切削加 工性能。
06
热处理工艺优化与改进方向
Chapter
新型热处理技术发展趋势预测
真空热处理技术
真空环境下进行热处理，可减少氧化、脱碳等表 面缺陷，提高材料性能。
等离子热处理技术
利用高温等离子体对材料进行快速加热和冷却， 实现高效、环保的热处理过程。
激光热处理技术
通过高能激光束对材料进行局部加热和快速冷却 ，实现高精度、高质量的热处理。
组合。
回火温度和时间
回火可以降低淬火钢的硬度，随着 回火温度的升高和时间的延长，硬 度逐渐降低。
合金元素
合金元素可以改变钢的淬透性和回 火稳定性，从而影响硬度。
韧性改善方法与效果评估
细化晶粒
通过细化晶粒可以提高钢的韧性，如采用正火、退火等工艺。
降低内应力
热影响区的组织与性能
焊接热影响区的性能
软化
热影响区软化是指焊后其强度、硬度低 于焊前母材的现象。
软化主要出现在：焊前经过调质处理的 钢；具有沉淀强化的钢；弥散强化合金。
焊接热影响区的性能
调质钢焊接时热影响区软化
钢经过淬火处理后，在回火过程中随回 火温度提高，强度与硬度逐渐下降。
焊接条件下，如热影响区的加热温度超 过了焊前回火温度，相当于提高了回火 温度，强度必然比焊前低。
不同位置的最高加热温度不同 加热温度高
热处理：AC3以上100-200℃，如45号钢AC3：770 ℃； 焊接近缝区：接近熔点，钢的熔点1350 ℃左右。 加热速度快 比热处理快几十倍甚至上百倍。
高温停留时间短 手工电弧焊：4-20S；
埋弧焊：20-40S。
自然条件下连续冷却
焊接热循环条件下
焊接热循环条件下
加热时组织转变特点
影响冷却时的组织转变
焊接热循环条件下
冷却时的组织转变特点
组织转变向低温推移 马氏体转变临界冷速发生变化
焊接条件下
连续组织转变与CCT图
CCT图是连续冷却转变曲线的简称，可以比 较方便的预测焊接热影响区的组织和性能。
CCT图绘制时，将奥氏体化试件以各种冷却 速度连续冷却到室温、测定冷却过程中过冷 奥氏体转变的开始点(温度和时间)与终了点。 把测到的数据描绘在温度—时间坐标平面上， 最后将分别连结各个开始点与终了点．就得 到CCT图。
CCT图的应用
焊接热影响区的组织特征
焊接热影响区上距焊缝远近不同的部位 组织不同
不同的钢材，焊接热影响区的组织也不 同
焊接热影响区的组成
低碳钢
过热区 相变重结晶区 不完全重结晶 区 再结晶区
【钢铁知识】合金元素对钢铁性能的影响
【钢铁知识】合金元素对钢铁性能的影响合金元素在钢中的存在形式：溶入铁素体、奥氏体和马氏体中，以固溶体的溶质形式存在形成强化相，如溶入渗碳体形成合金渗碳体，形成特殊碳化物或者金属间化合物形成非金属夹杂，如合金元素与O、N、S形成氧化物、氮化物和硫化物有些元素如Pb、Ag等游离态存在。
一、合金元素与铁的相互作用 1 扩大奥氏体区的元素（奥氏体形成元素）使A4点上升，A3点下降，导致奥氏体稳定区域扩大无限扩大奥氏体区的元素：Ni, Mn, Co 有限扩大奥氏体区的元素：C, Cu, N 2. 缩小奥氏体区的元素（铁素体形成元素）使A4点下降，A3点上升，导致奥氏体稳定区域缩小完全封闭奥氏体区的元素：Cr, Ti, V, W, Mo, Al, Si 缩小奥氏体区，但不使之封闭的元素：B, Nb, Zr 二、合金元素与碳的相互作用 1. 非碳化物形成元素主要包括：B, N, Ni, Cu, Co, Al, Si等它们不能与碳元素形成化合物，但可以固溶于铁中形成固溶体这些元素都位于元素周期表中铁元素的右边 2. 碳化物形成元素主要包括Ti, Zr, Nb, V, W, Mo, Cr, Mn, Fe 这些元素都位于元素周期表中铁元素的左边它们都可与碳元素形成化合物，但形成的碳化物的性质差别很大Fe-C相图是研究钢中相变和对碳钢进行热处理时选择加热温度的依据，因此有必要先了解合金元素对Fe-C相图的影响。
钢中有三个基本的相变过程：加热时奥氏体的形成、冷却时过冷奥氏体的分解以及淬火马氏体回火时的转变。
合金元素对钢加热时奥氏体形成过程的影响合金元素对减小奥氏体晶粒长大倾向的作用也各不相同。
Ti、V、Zr、Nb等强碳化物形成元素强烈阻碍奥氏体晶粒长大，细化晶粒。
W、Mo、Cr 阻止奥氏体晶粒长大的作用中等。
非碳化物形成元素Ni、Si、Cu、Co等阻止奥氏体晶粒长大的作用轻微。
Mn、P有助于奥氏体晶粒的长大。
合金元素对过冷奥氏体分解过程的影响几乎所有的合金元素（除Co）外都使C －曲线向右移动，即减慢珠光体类型转变产物的形成速度。
合金元素对钢的热处理的影响
对钢材性能产生影响的元素钢材的质量及性能是根据需要而确定的，不同的需要，要有不同的元素含量。
（1）碳：含碳量越高，刚的硬度就越高，但是它的可塑性和韧性就越差。
（2）硫：是钢中的有害杂物，含硫较高的钢在高温进行压力加工时，容易脆裂，通常叫作热脆性（3）磷：能使钢的可塑性及韧性明显下降，特别的在低温下更为严重，这种现象叫作冷脆性。
在优质钢中，硫和磷要严格控制，但从另方面看，在低碳钢中含有较高的硫和磷，能使其切削易断，对改善钢的可切削性是有利的。
（4）锰：能提高钢的强度，能消弱和消除硫的不良影响，并能提高钢的淬透性，含锰量很高的高合金钢（高锰钢）具有良好的耐磨性和其它的物理性能。
（5）硅：它可以提高钢的硬度，但是可塑性和韧性下降，电工用的钢中含有一定量的硅，能改善软磁性能。
（6）钨：能提高钢的红硬性和热强性，并能提高钢的耐磨性。
（7）铬：能提高钢的淬透性和耐磨性，能改善钢的抗腐蚀能力和抗氧化作用。
（8）钒：能细化钢的晶粒组织，提高钢的强度，韧性和耐磨性．当它在高温熔入奥氏体时，可增加钢的淬透性；反之，当它在碳化物形态存在时，就会降低它的淬透性。
（9）钼：可明显的提高钢的淬透性和热强性，防止回火脆性，提高剩磁和娇顽力。
（10）钛：能细化钢的晶粒组织，从而提高钢的强度和韧性．在不锈钢中，钛能消除或减轻钢的晶间腐蚀现象。
（11）镍：能提高钢的强度和韧性，提高淬透性．含量高时，可显著改变钢和合金的一些物理性能，提高钢的抗腐蚀能力。
（12）硼：当钢中含有微量的（0.001－0.005％）硼时，钢的淬透性可以成倍的提高。
（13）铝：能细化钢的晶粒组织，阻抑低碳钢的时效．提高钢在低温下的韧性，还能提高钢的抗氧化性，提高钢的耐磨性和疲劳强度等。
（14）铜：它的突出作用是改善普通低合金钢的抗大气腐蚀性能，特别是和磷配合使用时更为明显。
11.3合金元素对热处理的影响11.3.1合金元素对奥氏体化的影响奥氏体晶粒在铁素体与碳化物边界处生核并长大；剩余碳化物的溶解；奥氏体成分的均匀化，在高温停留时奥氏体晶粒的长大粗化等过程。
钢的热处理及其对组织和性能的影响
钢的热处理及其对组织和性能的影响一、实验目的1．熟悉钢的几种基本热处理操作（退火、正火、淬火及回火）；2．研究加热温度、冷却速度及回火温度等主要因素对碳钢热处理后性能的影响；3．观察和研究碳素钢经不同形式热处理后显微组织的特点；4．了解材料硬度的测定方法，学会正确使用硬度计。
二、实验概述钢的热处理就是利用钢在固态范围内的加热、保温和冷却，以改变其内部组织，从而获得所需要的物理、化学、机械和工艺性能的一种操作。
普通热处理的基本操作有退火、正火、淬火、回火等。
加热温度、保温时间和冷却方式是热处理最重要的三个基本工艺因素。
正确合理选择这三者的工艺规范，是热处理质量的基本保证。
1.加热温度选择（1）退火加热温度一般亚共析钢加热至A C3＋(20～30)℃（完全退火）；共析钢和过共析钢加热至A C1＋(20～30)℃（球化退火），目的是得到球化体组织，降低硬度，改善高碳钢的切削性能，同时为最终热处理做好组织准备。
（2）正火加热温度一般亚共析钢加热至A C3＋(30～50)℃；过共析钢加热至A Cm＋(30～50)℃，即加热到奥氏体单相区。
退火和正火加热温度范围选择见图3-1。
图1 退火和正火的加热温度范围图2 淬火的加热温度范围（3）淬火加热温度一般亚共析钢加热至A C3＋(30～50)℃；共析钢和过共析钢则加热至A C1＋(30～50)℃，加热温度范围选择见图3-2。
淬火按加热温度可分为两种：加热温度高于A C3时的淬火为完全淬火；加热温度在A C1和A C3（亚共析钢）或A C1和A CCm（过共析钢）之间是不完全淬火。
在完全淬火时，钢的淬火组织主要是由马氏体组成；在不完全淬火时亚共析钢得到马氏体和铁素体组成的组织，过共析钢得到马氏体和渗碳体的组织。
亚共析钢用不完全淬火是不正常的，因为这样不能达到最高硬度。
而过共析钢采用不完全淬火则是正常的，这样可使钢获得最高的硬度和耐磨性。
在适宜的加热温度下，淬火后得到的马氏体呈细小的针状；若加热温度过高，其形成粗针状马氏体，使材料变脆甚至可能在钢中出现裂纹。
钢材中的合金与杂质含量对其性能的影响
钢材中的合金与杂质含量对其性能的影响工业纯铁的塑性很好，但强度很低，一般不能满足实际需要。
通常加入Si、Mn等合金钢元素改善钢材性能，以满足实际要求。
另外，钢材在冶炼的过程中不可避免的含有C，S，P等杂质元素。
它们的存在，对钢材的性能也有很大影响。
1 对钢材力学性能的影响1.1 杂质的影响1.1.1 碳的影响碳与铁可以形成一系列化合物：Fe3C，Fe2C，FeC等。
碳能提高钢材的强度和硬度，但会降低钢材的塑性。
碳含量增加0.1%，钢材的抗拉强度可提高70MPa，屈服点提高28 MPa。
含碳量大于6.67%的合金脆性大，不具有实际使用价值。
海洋工程用钢根据碳的含量一般可分为三类（Section 8, API RP-2A-WSD, 1994）：①普通钢。
含碳量小于或等于0.4%。
最小屈服应力为280MPA。
②高强度钢。
碳含量为0.45%或更高。
屈服应力在280MPA和360MPA之间。
③对于屈服应力大于360MPA的超高强度钢要限制使用。
1.1.2 硫的影响硫通常以FeS的形式存在于钢材中。
FeS塑性差，熔点低。
钢水结晶时FeS 分布于晶界周围。
在800 0C~1200 0C时，轧制或铸造会导致晶界开裂，此现象即通常所说的钢的热脆现象。
若钢材中有Mn，则可形成高熔点的MnS（1600 0C）。
钢水在结晶时，MnS 呈颗粒分布于晶内，这样就可以大大降低硫的危害。
作为有害杂质，钢材中的硫含量通常限制在≤0.04%。
1.1.3 磷的影响钢材中的磷能全部溶于中，使其在室温下的强度升高，塑性降低，产生冷脆现象。
除上述有害方面外，磷对钢材有很高的强化作用。
磷提高钢材的屈服强度比镍高10倍，比锰高5倍，比铬高5倍，比铜高2.5倍，比硅高2倍，比钛高1.7倍。
磷提高钢材的极限强度比镍高6倍，比锰高5倍，比铬高3倍，比铜高1.1倍，比硅高1.3倍，比钛稍低。
此外，磷、铜共存可大大提高抗腐蚀性。
针对磷使钢脆化，冲击韧性降低，生产中一般把磷控制在0.12%以下。
元素对钢的性能的影响及裂纹的形成和影响
化学元素对钢的性能的影响1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。
碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。
2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。
如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。
硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。
在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。
硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。
含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。
硅量增加，会降低钢的焊接性能。
3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。
在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。
含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。
锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。
4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。
因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。
5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。
使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。
硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。
所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。
在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。
6、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。
铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。
碳钢的热处理实验报告
碳钢的热处理实验报告一、实验目的1、了解碳钢的基本热处理（退火、正火、淬火及回火）工艺方法。
2、研究冷却条件对碳钢性能的影响。
3、分析淬火及回火温度对碳钢性能的影响。
二、实验原理1、钢的淬火所谓淬火就是将钢加热到Ac3（亚共析钢）或Ac1(过共析钢)以上30～50℃，保温后放入各种不同的冷却介质中（V冷应大于V临），以获得马氏体组织。
碳钢经淬火后的组织由马氏体及一定数量的残余奥氏体所组成。
为了正确地进行钢的淬火，必须考虑下列三个重要因素：淬火加热的温度、保温时间和冷却速度。
（1）淬火温度的选择选定正确的加热温度是保证淬火质量的重要环节。
淬火时的具体加热温度主要取决于钢的含碳量，可根据相图确定（如图4所示）。
对亚共析钢，其加热温度为＋30～50℃，若加热温度不足（低于），则淬火组织中将出现铁素体而造成强度及硬度的降低。
对过共析钢，加热温度为＋30～50℃，淬火后可得到细小的马氏体与粒状渗碳体。
后者的存在可提高钢的硬度和耐磨性。
（2）保温时间的确定淬火加热时间是将试样加热到淬火温度所需的时间及在淬火温度停留保温所需时间的总和。
加热时间与钢的成分、工件的形状尺寸、所需的加热介质及加热方法等因素有关，一般可按照经验公式来估算，碳钢在电炉中加热时间的计算如表1所示。
表1 碳钢在箱式电炉中加热时间的确定加热温度(℃)工件形状圆柱形方形板形保温时间分钟/每毫米直径分钟/每毫米厚度分钟/每毫米厚度700 1.5 2.2 3 800 1.0 1.5 2900 0.8 1.2 1.6 1000 0.4 0.6 0.8（3）冷却速度的影响冷却是淬火的关键工序，它直接影响到钢淬火后的组织和性能。
冷却时应使冷却速度大于临界冷却速度，以保证获得马氏体组织；在这个前提下又应尽量缓慢冷却，以减少钢中的内应力，防止变形和开裂。
为此，可根据C曲线图（如图2所示），使淬火工作在过冷奥氏体最不稳定的温度范围（650～550℃）进行快冷（即与C曲线的“鼻尖”相切），而在较低温度（300～100℃）时冷却速度则尽可能小些。
热处理原理考试试卷及参考答案
热处理原理考试试卷及参考答案(一)填空题1 起始晶粒度的大小决定于成分及冶炼条件。
2 在钢的各种组织中，马氏体的比容最大，而且随着w(C)的增加而增加。
3．板条状马氏体具有高的强度和硬度及一定的塑性与韧性。
它的强度与奥氏体碳含量有关，马氏体板条群越细（或尺寸越小）则强度越高。
4. 淬火钢低温回火后的组织是低碳过饱和铁素体和粒状碳化物ε—FexC ( x ≈ 2.4 ) ；中温回火后的组织是回火屈氏体，一般用于高弹性的结构件；高温回火后的组织是回火索氏体，用于要求足够高的强度及高的塑韧性的零件。
5．钢在加热时，只有珠光体中出现了浓度起伏和结构起伏时，才有了转变成奥氏体的条件，奥氏体晶核才能形成。
6．马氏体的三个强化包括固溶强化、相变强化强化、时效（沉淀）强化。
7．第二类回火脆性主要产生于含Mn、、Cr、Ni 等合金元素的钢中，其产生的原因是钢中晶粒边界偏聚的杂质元素增加的结果，这种脆性可用快冷来防止，此外在钢中加入W 和Mo及形变（亚温回火）热处理等方法也能防止回火脆性。
8．共析钢加热至稍高于727℃时将发生P→A的转变，其形成过程包括A的形核、A的长大、剩余渗碳体的溶解和A成分均匀化等几个步骤。
9 根据共析钢转变产物的不同，可将C曲线分为珠光体、贝氏体、马氏体三个转变区。
10 根据共析钢相变过程中原子的扩散情况，珠光体转变属于扩散型转变，贝氏体转变属于半扩散型转变，马氏体转变属于非扩散型转变。
11．马氏体按其组织形态主要分为片（针）状马氏体和板条状马氏体两种。
其中板条状马氏体的韧性较好。
12．马氏体按其亚结构主要分为胞状亚结构和孪晶亚结构两种。
13．贝氏体按其形成温度和组织形态，主要分为上贝氏体和下贝氏体两种。
14．珠光体按其组织形态可分为片状珠光体和粒状珠光体；按片间距的大小又可分为珠光体、索氏体和托氏体。
15、描述过冷奥氏体在A1点以下相转变产物规律的曲线有TTT 和CCT 两种；对比这两种曲线可看出，前者指示的转变温度比后者高一些，转变所需的时间前者比后者短一些，临界冷却速度前者比后者大。
钢中化学元素对性能的影响
钢中化学元素对性能的影响钢的化学成分是控制钢材性能变化的内因，钢材的生产工艺条件是影响钢材性能的外因。
在实际生产中可以在规定范围内适当选择成分会计师来满足性能要求，也可以通过不同生产工艺制度，特别是控制轧制、控制冷却及热处理来改善钢材性能。
1、碳对钢性能的影响碳主要以碳化物形式存在于钢中，碳是决定钢的强度的主要元素。
碳含量升高时，强度、硬度提高，而塑性、韧性和冲击降低，冷脆倾向性和时效倾向性提高。
随着钢中含碳量提高，焊接性能显著下降，因此，用于焊接结构的低合金高强度钢，含碳量不超过0.25%，一般应不大于0.20%。
碳含量高低对热处理制度的确定有很大影响。
2、硅对钢性能的影响硅能显著提高强度，可提高钢的抗腐蚀能力和抗高温氧化能力。
对小于0.8—1.0%的硅，虽使钢延利率、收缩率和冲击韧性有所降低，但不显著。
硅含量过高至1—3%时，钢变脆，使冷脆转变温度提高，使钢的时效敏感性提高。
硅作为硅钢的主要成分能降低铁损，增加磁感应强度。
3、锰对钢性能的影响锰常作为脱氧剂或合金元素加入钢中，与钢水中的S、O反应生成的MnS和MnO熔点较高且易上浮排除，可消除FeO和FeS引起的热脆，改善了结构钢的热加工性能，一般要求Mn/S大于10倍，锰还可降低冷脆性，可溶下地渗碳体形成碳化物[Mn3C;(Fe、Mn)3C]，增加钢的强度。
通常，愿意用低碳高锰钢作焊接结构钢，一般情况下Mn/C比值越大（达2.5 以上），钢的低温韧性越好。
当Mn在0.80—1.0%以下时，几乎不降低钢的塑性和韧性，甚至对后者还有所提高。
当Mn超出1.0%时，在提高可度的同时降低钢的塑性和韧性。
当Mn 在2.0%以下时，对焊接性能影响不大，继续增加时，焊接性能变坏。
锰能提加钢的淬透性、碉磨性。
4、磷对钢性能影响磷在钢中以Fe3P和Fe2P形态存在。
溶于纯铁的磷，能使铁的晶粒急剧歪扭，因而使钢的强度、硬度增高，但塑性、韧性下降，尤其在低温时韧性降低得最厉害，这种现象称为“冷脆”。
影响钢材性能的因素
影响钢材性能的因素一、化学成分的影响碳素结构钢由纯铁、碳及多种杂质元素组成。
其中，纯铁约占99%。
在低合金结构钢中，还可加入合金元素，但总量通常不得超过5%。
钢材的化学成分对其性能有着重要的影响。
C）（1）碳（C）是形成钢材强度的主要成分。
纯铁较软，而化合物渗碳体（Fe3及渗碳体与纯铁的混合物珠光体则十分坚硬，钢的强度来自渗碳体和珠光体。
碳含量提高，钢材强度就会提高，但塑性、韧性、冷弯性能、可焊性及抗锈蚀性能下降，因此不能采用碳含量过高的钢材。
含碳量低于0.25%时为低碳钢、0.25%～0.6%时为中碳钢、高于0.6%时为高碳钢，结构用钢材的含碳量一般不高于0.22%，对于焊接结构，以不大于0.2%为宜。
（2）锰（Mn）是有益元素，能显著提高钢材强度但又不会过多降低塑性和韧性。
锰是弱脱氧剂，且能消除硫对钢的热脆影响。
在低合金钢中，锰是合金元素，含量为1.0%～1.7%，因锰过多时会降低可焊性，故对其含量有所限制。
（3）硅（Si）是有益元素，有较强的脱氧作用，同时可使钢材颗粒变细，控制适量时可以提高强度而不显著影响塑性、韧性、冷弯性能及可焊性，过量则会恶化可焊性和抗锈蚀性能，碳素镇静钢中一般为0.12%～0.3%，低合金钢中一般为0.2%～0.55%。
（4）钒（V）、铌（Nb）、钛（Ti）的作用都是使钢材晶粒细化。
我国的低合金钢都含有这三种元素，它们作为锰以外的合金元素，既可以提高钢材的强度，又可以保持良好的塑性、韧性。
（5）铝（Al）、铬（Cr）、镍（Ni）。
铝不但是强脱氧剂，而且能细化晶粒，低合金钢的C级、D级、E级都规定铝含量不得低于0.015%，以保证必要的低温韧性。
铬和镍是提高钢材强度的合金元素，用于Q390钢和Q420钢。
（6）硫（S）、磷（P）、氧（O）、氮（N）都是有害元素。
硫容易使钢材在高温时出现裂纹（称为热脆），还会降低钢材的韧性、抗疲劳性能和抗腐蚀性能，必须严格控制含量。
磷在低温下会使钢材变脆（称为冷脆），但也有有益的一面，其可以提高钢的强度和抗锈蚀能力，有时也可以作为合金元素。
(完整word版)热处理工程师考试试卷
试卷 1二、简答题1.为了使钢在加热过程中获得微小的奥氏体晶粒度可采用哪些措施？降低温度，减小保温时间，提高加热速度，向钢中参加强碳、氮化物形成元素2.低合金钢中的魏氏组织是怎样形成的？它的组织特点是什么？魏氏组织对钢的性能有什么影响？怎样在热办理中防范产生魏氏组织？（1〕对于含碳量低于 0.6%的低合金钢在奥氏体晶粒较粗和必然冷却速度下，先共析铁素体呈片状或粗大羽毛状析出（2〕特点：共格切变（3〕力学性能下降，如韧性下降（4〕采用“降温等温〞工艺，保证必然温度范围内的冷却速度和奥氏体的过冷度3.第一、第二类回火脆性是怎样产生的？产生回火脆性后怎样除掉？〔 1〕由于碳钢在 200-400 度温度范围内回火，出现室温冲击韧性下降现象造成脆性；重新加热淬火可除掉（2〕由于某些合金钢在 450-650 度范围内回火并回火后缓慢冷却经过上述温度范围时，出现冲击韧性降低的现象；重新加热到预定的回火温度，尔后快速冷却至室温可除掉4.何为钢的淬透性？影响淬透性的因素有哪些？（1〕淬透性：钢在淬火时能够获得马氏体的能力（2〕钢的临界冷却速度，合金元素〔除钴〕，含碳量，奥氏体化温度和保温时间，原始组织的影响，应力和塑性变形5.高速钢低高温回火新工艺特点是什么？为什么它比一般回火后的力学性能好？（1〕高温淬火，尔后先低温回火，再高温回火；硬度、热硬性、冲击韧性较高，而平面应变断裂韧度、波折强度、挠度根本不低于一般三次回火钢的相应指标（2〕M2C 型碳化物析出充分， M2C、V4C、及 Fe3C型碳化物弥散度大，平均性好，且有约 5%-7%贝氏体存在6.经过热办理提上下碳合金钢强韧性的主要路子有哪些？细化晶粒，调质办理，等温淬火，表面渗碳7.简述铸铁中石墨对铸铁性能的影响。
石墨会削弱铸铁的基体强度，削弱程度取决于它的形状、分布和数量；石墨不但使铸铁的缺口敏感性降低，还可提高其减摩、减振、抗蚀性能8.简述激光热办理的原理和优点。
钢材中化学成分与性能间的关系
钢铁中化学成分与性能间的关系1、生铁生铁中除铁外，还含有碳、硅、锰、磷、硫等元素。
这些元素对生铁的性能均有一定的影响。
碳（C）：在生铁中以两种形态存在，一种是游离碳（石墨），主要存在于铸造生铁中，另一种是化合碳（碳化物），主要存在于炼钢生铁中，碳化物硬而脆，塑性低，含量适当可提高生铁的强度和硬度，含量过多，则使生铁难于切削加工，这就是炼钢生铁切削性能差的原因。
石墨很软，强度低，它的存在能增加生铁的铸造性能。
硅（Si）：能促使生铁中所含的碳分离为石墨状，能去氧，汉能减少铸造的气眼，能提高熔化生铁的流动性，降低铸件的收缩量，但含硅过多，也会使生铁变硬变脆。
锰（Mn）：能溶于铁素体和渗碳体。
在高炉炼制生铁时，含锰量适当，可提高生铁的铸造性能和切削性能，在高炉里锰还可以和有害杂质硫形成硫化锰，进入炉渣。
磷（P）：属于有害元素，但磷可使铁水的流动性增加，这是因为硫减低了生铁熔点，所以在有的制品内往往含磷量较高。
然而磷的存在又使铁增加硬脆性，优良的生铁含磷量应少，有时为了要增加流动性，含磷量可达1.2%.硫（S）：在生铁中是有害元素，它促使铁与碳的结合，使铁硬脆，并与铁化合成低熔点的硫化铁，使生铁产生热脆性和减低铁液的流动性，故含硫高的生铁不适于铸造细件。
铸造生铁中硫的含量规定最多不超过0.06%。
2钢2.1 元素在钢中的作用2.1.1常存杂质元素对钢材性能的影响钢除含碳以外，还含有少量Mn、Si、S、P、O、N、H等元素。
这些元素并非为改善钢材质量有意加入的，而是由矿石及冶炼过程中带入的，故称为杂质元素。
这些杂质对钢材性能有一定影响，为保证钢材质量，在国家标准中对各类钢的化学成分都做了严格的规定。
1）硫硫来源于炼钢的矿石与燃烧焦炭。
它是钢中的一种有害元素。
硫以硫化铁(FeS)的形态存在于钢中，FeS和Fe形成低熔点(985℃)化合物。
而钢材料的热加工温度一般在1150～1200℃以上，所以当钢材热加工时，由于FeS化合物的过早熔化而导致工件开裂，这种现象称为“热脆”。
浅谈各种因素对钢材性能的影响
浅谈各种因素对钢材性能的影响姓名：*****系别: *****班级：*****学号：*****指导老师：*****浅谈各种因素对钢材性能的影响摘要：随着我国国民经济的不断发展和科学技术的进步，钢结构具有的强度高、重量轻、良好的加工性能和焊接性能和很好的可重复使用性，使得钢结构在我国的应用范围也在不断扩大。
为了确保结构质量和安全，这些钢材应具有较高的强度、塑形和韧性，以及良好的加工性能。
因此，了解各种因素对钢材性能的影响就显得尤为重要。
关键词：化学成分冶金工艺冷加工热处理温度一、钢中常存元素对钢性能的影响钢材中除了主要化学成分铁（Fe）以外，还含有少量的碳（C）、硅（Si）、锰（Mn）、磷（P）、硫（S）、氧（O）、氮（N）、钛（Ti）、钒（V）等元素，这些元素虽然含量少，但对钢材性能有很大影响：1、碳（C）碳是钢中的主要元素，当钢中含碳量在0.8%以下时，随着含碳量的增加，钢材的强度和硬度提高，而延伸率下降，塑性、韧性降低；但当含碳量在1.0%以上时，随着含碳量的增加，抗拉强度提高减缓，以致于随含C量增加而降低。
随着含碳量的增加，钢材的焊接性能变差（含碳量大于0.3%的钢材，可焊性显著下降），碳钢的耐腐蚀性降低，焊接性能和冷加工（冲压、拉拔）性能变坏。
2、锰（Mn）锰是炼钢时用来脱氧去硫而存在于钢中的，是钢中的有益元素，锰在碳钢中的含量一般为0.25-0.80%，在具有较高含Mn量的碳钢中，Mn含量可以达到1.2%。
锰具有很强的脱氧去硫能力，能消除或减轻氧、硫所引起的热脆性，也可以和S结合形成MnS，从而在相当大程度上消除S的有害影响，大大改善钢材的热加工性能，同时能提高钢材的强度和硬度。
钢中的Mn，除一部分形成夹杂物（硫化锰及锰的氧化物），其余部分溶于铁素体和渗碳体中。
锰是我国低合金结构钢中的主要合金元素。
Mn对碳钢的力学性能有良好影响，它能提高钢材的硬度、强度和耐磨性，在Mn含量不高时，可稍提高或不降低钢的面缩率和冲击韧性，在碳钢的Mn含量范围内，每增加0.1%Mn，大约使热轧钢材的抗拉强度增加7.8-12.7兆牛/米2，使屈服点提高7.8-9.8兆牛/米2，伸长率减小0.4%。
普碳钢及中碳V和Nb微合金化组织和性能关系
普碳钢及中碳V和V+Nb微合金化钢微观组织与性能的关系Y. Sawada, R. P. Foley, S. W. Thompson and G. KrausDepartment of Metallurgical and Materials EngineeringColorado School of Mines, Golden, CO 80401摘要: 对含有0.15%V及0.15%V+0.04%Nb、冷却后显微组织为铁素体-珠光体钢的微观组织和性能进行了确定，并且和不含微合金化元素的钢作了对比。
这些钢中的碳含量均为0.2~0.4%；与普通碳钢相比，含有微合金化元素的钢具有很高的强度以及低的韧性。
这些效果在V+Nb添加的钢中更加突出，其原因可以归结为：与含V的钢相比，含Nb钢中的相间析出相尺寸更加细小。
将描述微观组织对性能影响的标准回归方程做了修正，可以用来解释微合金化的作用。
1 引言微合金中碳钢在高温下很容易锻造，并且有析出强化效果，其组织是铁素体-珠光体，在冷却状态下的屈服强度远远超过500MPa[1]。
直接的前期处理和高强度的结合，使得这类钢成为成本昂贵的淬火/回火钢的替代产品，而变得引人注目，在包括汽车部件在内的许多场合下获得了应用。
尽管调质状态的微合金化钢在强度方面有竞争力，然而，与淬火/回火钢相比，回火到同一硬度时，其韧性偏低[1, 2]。
在综合提高这类钢的强韧性研究方面，主要努力方向是细化晶粒以及在锻造条件下组织中含铁素体和珠光体, 最直接的方法就是通过细化奥氏体晶粒的尺寸来增加铁素体的形核位置数量[3, 4]。
奥氏体晶粒尺寸的细化可以通过降低加热和锻造温度来实现[5, 6]，形成稳定析出物的微合金化元素也能有效降低奥氏体晶粒生长，Al, V, Nb及Ti的这种效果非常显著[7, 8]。
另外，铁素体形核速率的增加也可以通过利用加速冷却来实现[9, 10]，通过添加Mn可以改善珠光体组织抵抗断裂的能力，因为Mn有增加珠光体相的效果。
常见元素对钢性能的影响
普通钢中硅的含量范围在0.17~0.37%。
铬是碳化物形成元素。
它形成硬的碳化物Cr7C3和Cr23C6，另一方面还可以与碳形成复合碳化物。
所有这些碳化物都比初始的渗碳体硬。
作为铁素体形成元素，铬降低了A4温度并提高A3温度，因此以γ-相为代价稳定了α-相。
如果在纯铁中加入大于11%的铬，那么γ-相会全部消失。
4.铬Cr铬的主要作用：在钢中含足够的碳时铬提高钢的硬度，含1%碳的低铬钢是非常硬的；在低碳钢中加入的铬能够提高强度但延展性有所降低；铬提高钢的高温强度；铬提供中等淬透性；在高碳钢中，铬改善耐磨性能；当加入大量的铬，直到25%时，由于在钢的表面形成保护性的氧化物层而改善耐腐蚀能力；与镍元素等配合能提高抗氧化性和钢的热强性，并进一步提高抗腐蚀性；铬促进晶粒长大，导致钢的脆性增加。
铬是结构钢、工具钢、轴承钢、不锈钢和耐热钢中应用很广的元素。
铬在一些钢和合金中的含量范围：铬钢0.30~1.60%，奥氏体铬-镍不锈钢15.0~30.0%，马氏体铬钢4.0~18.0%，铁索体铬钢10.5~27.0%，沉淀硬化钢12.2~18.0%，5.钨W钨是非常强的碳化物形成元素。
它形成非常硬而又稳定的碳化物W2C、WC 和复合碳化物Fe4W2C。
这些碳化物溶解很慢并且只在很高的温度溶解。
因此钨是工具钢的重要成分，尤其是高速工具钢。
在这些钢中，钨显著地提高二次硬化后的硬度。
作为铁素体形成元素，钨降低A4温度而提高A3温度。
钨的主要作用：钨抑制晶粒长大并因此有晶粒细化的作用；钨减少在热加工和热处理过程中的脱碳；钨提高耐磨性；它提高淬火及回火钢的高温硬度；在一些高温合金中，钨提高蠕变强度；钨对淬透性的贡献是非常重要的；钨限制回火软化，含钨的钢加热到600~700℃碳化物仍不会沉淀，从而避免了钢的软化。
是高速工具钢、合金工具钢中应用较多的元素之一。
对钢抗氧化性不利。
钨在一些钢中的含量范围：钨-铬钢1.75%，高速工具钢1.15~21.0%，热作工具钢0~19.0%，冷作工具钢0~2.0%，抗冲击钢0~3.0%.6.钼Mo钼是强的碳化物形成元素。
材料热处理焊接(D答案解析版)
材料热处理焊接一、是非题1.1金属材料的工艺性能是指：为保证构件能正常工作所用的金属材料应具备的性能。
（×）1.2金属材料工艺性能包括力学性能、物理性能和化学性能等。
（×）1.3金属材料受外力作用屈服变形时，内部晶格发生滑移，滑移线大致与受力方向平行。
（×）1.4材料强度越高，其塑性就越好。
（×）1.5金属的强度是指金属抵抗断裂的能力。
（○）1.6一般来说，钢材硬度越高，其强度也就越高。
（○）1.7洛氏硬度方法的特点是压痕很小，可用来测定焊缝、熔合线和热影响区的硬度。
（×）1.8冲击韧性AK越高的材料，抗拉强度值σb也越高。
( ×)1.9冲击韧性高的材料一般都有较好的塑性。
( ○)1.10韧性高的材料，其冲击韧性必然也高。
(×)1.11一般说来，塑性指标较高的材料制成的元件比脆性材料制成的元件有更大的安全性。
( ○)1.12承压类特种设备的冲击试验的试样缺口规定采用V型缺口而不用U型缺口，是因为前者容易加工，且试验值稳定。
( ×)1.13一般说来，焊接接头咬边缺陷引起的应力集中，比气孔缺陷严重得多。
( ○)1.14材料屈强比越高，对应力集中就越敏感。
(○)1.15材料的断裂韧度值KIC不仅取决于材料的成分、内部组织和结构，也与裂纹的大小、形状和外加应力有关。
( ×)1.16如果环境条件不利或使用条件不当，塑性材料也可能变为脆性材料。
( ○)1.17只要容器和管道的使用温度高—200C，就不会发生低温脆断。
( ×)1.18发生热脆的钢材，其金相组织没有明显变化。
( ○)1.19低合金钢比碳钢的热脆倾向大。
( ×)1.20一般说来，钢材的强度越高，对氢脆越敏感。
( ○)1.21由于承压类设备的筒体与封头连接焊缝结构不连续，该部分会出现较大的峰值应力。
( ×)1.22应力集中的严重程度与缺口大小和根部形状有关，缺口根部曲率半径越大，应力集中系数就越大。