金属热处理原理、工艺及设备

6 影响碳钢强度的因素：
① 铁素体晶粒尺寸和固溶体中Mn，Si，N的含量
② 在退火或热轧状态下，随含碳量的增加，钢的强度和硬度升高，而塑性和冲击韧性下降
③ 碳素钢中的残余元素和杂质元素如锰、硅、镍、磷、硫、氧、氮等，对碳素钢的性能也有影响。这些影响有时互相加强，有时互相抵销。
氢在钢中能造成很多严重缺陷，如产生白点、点状偏析、氢脆等，为保证钢的质量，必须尽可能降低钢中氢的含量（见应力腐蚀断裂和氢脆）。
对于高温下能获得单相组织的材料，带状组织有时可用正火来消除。而因严重的磷偏析产生的带状组织必须用高温扩散退火及随后的正火加以改善
10、马氏体的种类,结构和基本性能：
种类：
（1）板条马氏体：在低碳钢、中碳钢中出现。其显微组织是由成群的板条组成的。结构为bcc、bct或hcp。低碳马氏体，强度不是很高，但韧性很好。
1、晶粒对屈服强度的影响
2、回复与再结晶过程及其对性能的影响
3、铁中间隙原子的位置、扩散、固溶、强化
4、碳钢与合金钢的基本牌号：
5、脱氧方法与钢的终了及成分特点
6 影响碳钢强度的因素
7,碳钢晶粒度的控制方法
8，碳钢带状组织的形成与消除
10、马氏体的种类,结构和基本性能
11马氏体回火时组织与性能变化。
根据冶炼时脱氧程序的不同，钢可分为沸腾钢、镇静钢和半镇静钢。
沸腾钢为脱氧不完全的钢。钢在冶炼后期不加脱氧剂（如硅、铝等），浇注时钢液在钢锭模内产生沸腾现象（气体逸出），钢锭凝固后，蜂窝气泡分布在钢锭中，在轧制过程中这种气泡空腔会被粘合起来。这类钢的特点是钢中含硅量很低，标准规定为痕量或不大于0.07%，通常注成不带保温帽的上小下大的钢锭。优点是钢的收率高（约提高15%），生产成本低，表面质量和深冲性能好，钢中含硅量很低。缺点是钢的杂质多，成分偏析较大，所以性能不均匀。
2、性能变化：（1）硬度变化总趋势是随着回火温度的升高，钢的硬度不断下降；
（2）碳钢随回火温度升高，屈服强度不断下降，而塑性不断上升，较低的回火温度200-300℃时，内应力的消除，钢的强度和硬度都得到提高；
（3）低碳钢低温回火后具有良好的综合力学性能，中碳钢采用淬火+高温回火可获得好的力学性能；
20、高速钢回火的二次淬火的原因及应用
21、热处理钢的缺陷及防护
22、二次硬化产生的基本原因及作用
23、热处理的基本工艺，各自的工艺特点，以及热处理的目的。
24.淬火火的几种基本方法。
1、晶粒对屈服强度的影响：
由霍尔-派齐公式σs=σ0+kd?-1/2，晶粒尺寸减小，那么相应的晶界数目就会增多，这样就会增加位错运动障碍的数目，减小晶粒内位错塞积群的长度，使屈服强度提高。所以通常采用细晶强化的方式来提高金属材料的强度
3、铁中间隙原子的位置、扩散、固溶、强化：
位置：在面心立方的奥氏体中，间隙原子位于间隙较大的八面体间隙中；在体心立方的铁素体中，间隙原子易溶于八面体间隙中。
扩散：D（铁素体）>D（奥氏体）；间隙原子的扩散速度比置换原子快，使渗碳、渗氮等工艺得以实现，但是应力时效、氢脆，不锈钢的应力腐蚀等问题也是由此产生。
12 回火脆性特点及其防止
13、淬透性的影响因素及其与TTT图的关系：
14、TTT，CCT图的意义，影响与应用
15，渗碳主要的三个过程，工艺，及应用
16、氮化以及碳氮共渗过程及应用
17、感应加热表面淬火工艺的特点及应用
18、奥氏体转变为珠光体的基本过程
19、高速钢回火的二次淬火的原因及应用
镇静钢为完全脱氧的钢。通常注成上大下小带保温帽的锭型，浇注时钢液镇静不沸腾。由于锭模上部有保温帽（在钢液凝固时作补充钢液用），这节帽头在轧制开坯后需切除，故钢的收得率低，但组织致密，偏析小，质量均匀。优质钢和合金一般都是镇静钢。
半镇静钢为脱氧较完全的钢。脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间，浇注时有沸腾现象，但较沸腾钢弱。这类钢具有沸腾钢和镇静钢的某些优点，在冶炼操作上较难掌握。
（4）采用亚温淬火（A1~A3）： 细化晶粒，减少偏聚。加热后为A+F（F为细条状），杂质会在F中富集，且F溶解杂质元素的能力较大，可抑制杂质元素向A晶界偏聚。
（5）采用高温形变热处理，使晶粒超细化，晶界面积增大，降低杂质元素偏聚的浓度
13、淬透性的影响因素及其与TTT图的关系：
凡是能够增加过冷奥氏体稳定性的因素，或者说凡是使Ｃ曲线位置右移，减小临界冷速度的因素，都能提高钢的淬透性。
（4）在300-400℃回火时，钢的弹性极限最高，因此，一些弹簧钢件均采用中温回火。
12 回火脆性特点及其防止。
淬火钢在某些温度区间回火或从回火温度缓慢冷却通过该温度区间的脆化现象，回火脆性可分为第一类回火脆性和第二类回火脆性。
第一类回火脆性又称不可逆回火脆性，低温回火脆性，主要发生在回火温度为 250～400℃时，
（3）应力和塑性变形的影响：在奥氏体状态下承受拉应力将加速奥氏体的等温转变，而加等向压应力则会阻碍这种转变。对奥氏体进行塑性变形亦有加速奥氏体转变的作用。
应用：（1）估计钢的临界淬火冷却速度；（2） 确定等温淬火的等温温度；（3）确定等温退火的温度和时间；（4）确定分级淬火的分级温度和时间。
（3）与组织状态无关，但以M的脆化倾向大；
（4）在脆化区内回火，回火后脆化与冷却速度无关；
（5）断口为沿晶脆性断口。
防止方法
（1）提高钢材的纯度，尽量减少杂质；
（2）加入适量的Mo、W等有益的合金元素；
（3）对尺寸小、形状简单的零件，采用回火后快冷的方法；
2、回复与再结晶过程及其对性能的影响：
回复：冷变形金属在低温加热时，在光学显微组织发生变化前（即再结晶晶粒形成前）所产生的某些亚结构和性能的变化过程。
再结晶：冷变形后的金属加热到一定温度或保温足够时间后，在原来的变形组织中产生了无畸变的新晶粒，位错密度显著降低，性能也发生显著变化，并恢复到冷变形前的水平，这个过程称为再结晶；
奥氏体中含碳量越高，则马氏体开始转变的温度Ms点和马氏体转变终了温度Mf点越低。
b．合金元素的影响：除Co和Al以外的所有合金元素，当其溶解到奥氏体中后，都增大过冷奥氏体的稳定性，是C曲线右移，并使Ms点降低。
（2）奥氏体状态的影响：奥氏体化温度越低，保温时间越短，晶粒越细，未溶第二相越多，奥氏体的碳浓度和合金元素浓度越不均匀，从而促进奥氏体在冷却过程中的分解，使C曲线左移。
特征 1）具有不可逆性；（2）与回火后的冷却速度无关；（3）断口为沿晶脆性断口
防止方法：没有能够有效抑制产生这种回火脆性的合金元素，无法消除，应避免在这个温度范围内回火。
（1）降低钢中杂质元素的含量；
（2）用Al脱氧或加入Nb、V、Ti等合金元素细化A晶粒；
（3）加入Mo、W等可以减轻；
（1）钢的化学成分
在亚共析成份范围内，随含碳量增加，Ｃ曲线右移，因此使钢的临界冷却速度减小，使钢的淬透性提高，过共析钢随含碳量增加，Ｃ曲线左移，钢的临界冷却速度增大，淬透性降低。
（2）合金元素的影响
除钴和铝（>2.5%）以外的合金元素能使Ｃ曲线右移，也就是说能降低临界冷却速度，使钢的淬透性提高。
（3）奥氏体化条件
奥氏体化温度越高，成分越均匀。奥氏体越稳定，因此临界冷却速度越小，淬透性越高。
（4）奥氏体晶粒大小
粗大的奥氏体晶粒能降低钢的临界冷却速度，使C曲线右移
14、TTT，CCT图的意义，影响与应用：
TTT图:显示各个等温温度下过冷奥氏体等温转变进行的时间以及不同温度范围内的转变产物以及不同温度下过冷奥氏体转变量与转变时间的关系。
（2）马氏体塑性和韧性主要取决于它的亚结构。在相同屈服强度条件下，位错马氏体比孪晶马氏体的韧性好得多。
11马氏体回火时组织与性能变化。
答：1、组织；（2）碳化物的析出：
（3）残留奥氏体的转变；（4）碳化物的转变；（5）碳化物和α晶粒的长大。
（4）加入Cr、Si调整温度范围（推向高温）；
（5）采用等温淬火代替淬火回火工艺。
第二类回火脆性又称可逆回火脆性，高温回火脆性。发生的温度在 400～650℃，
特征
（1）具有可逆性；
（2）与回火后的冷却速度有关；回火保温后，缓冷出现，快冷不出现，出现脆化后可重新加热后快冷消除。
对性能的影响：
回复发生在较低温度下，仅能使金属中的一些点缺陷和位错进行迁移，使空位和间隙原子合并，点缺陷的数目大幅减少，位错重排，降低晶格畸变，内应力下降。由于温度低，不能改变晶粒形态，仅能使金属强度和硬度略有降低，塑性略有升高，电阻下降。
再结晶对性能影响：金属的强度和硬度明显降低，塑性和韧性大大提高，因塑性变形所产生的内应力及加工硬化现象被消除。性能基本上恢复到变形前的水平。
固溶：在400度时，N在铁中的固溶度大于C在铁素体中的固溶度。因此，固溶于铁素体中的N是低碳钢发生应变时效的主要原因。
强化：室温时，体心立方被固溶体中的碳或氮强化既是由于动态过程（形成Snock有序及Cottrell气团），也是由于固定的溶质原子与位错的交互作用。后一过程就是通常所理解的固溶强化。动态和静态效应的相对大小难以从现有的数据区分出来。
影响因素：
（1）奥氏体成分的影响：
a．含碳量的影响：亚共析钢随含碳量增加，C曲线逐渐右移；过共析钢中含碳量越高，C曲线反而左移；共析钢C曲线最靠右，其过冷奥氏体最稳定。
奥氏体中的含碳量越高，贝氏体转变孕育期越长，贝氏体转变速度越慢，故碳素钢C曲线下半部的贝氏体转变开始线和终了线随含量的增大一直向右移。
W18Cr4V：（高速钢）含钨量17.5%—18.5%，含Cr量3.5%—4.5%，含V量小于1.1%—1.5%