第二章热处理原理(3)
金属材料与热处理课后习题
金属材料与热处理课后习题第一章金属材料基础知识1、什么是强度？材料强度设计的两个重要指标分别是什么？2、什么是塑性？塑性对材料的使用有何实际意义？ 3、绘出简化后的Fe-Fe3C相图。
4、根据Fe-Fe3C相图，说明下列现象的原因。
（1）含碳量1%的铁碳合金比含碳量0.5%的铁碳合金的硬度高。
（2）一般要把钢材加热到1000~1250℃高温下进行锻轧加工。
（3）靠近共晶成分的铁碳合金的铸造性能好。
5、随着含碳量的增加，钢的组织性能如何变化？6、铁碳相图中的几个单相分别是什么？其本质及性能如何？第二章钢的热处理原理1、何谓奥氏体？简述奥氏体转变的形成过程及影响奥氏体晶粒长大的因素。
奥氏体晶粒的大小对钢热处理后的性能有何影响？ 2、什么是过冷奥氏体与残余奥氏体。
3、为什么相同含碳量的合金钢比碳素钢热处理的加热温度要高、保温时间要长？4、画出共析钢过冷奥氏体等温转变动力学图。
并标出：（1）各区的组织和临界点（线）代表的意义；（2）临界冷却曲线；（3）分别获得M、P、B下，S，T＋M组织的冷却曲线。
5、什么是第一类回火脆性和第二类回火脆性？如何消除？6、说明45钢试样（Φ10mm）经下列温度加热、保温并在水中冷却得到的室温组织：700℃，780℃，860℃，1100℃。
7、马氏体的本质是什么？它的硬度为什么很高？是什么因素决定了它的脆性？ 8、简述随回火温度升高，淬火钢在回火过程中的组织转变过程与性能的变化趋势。
第三章钢的热处理工艺1、简述退火的种类、目的、用途。
2、什么是正火？正火有哪些应用？3、什么是淬火，淬火的主要目的是什么？4、什么是临界冷却速度？它与钢的淬透性有何关系？5、什么是表面淬火？表面淬火的方法有哪几种？表面淬火适应于什么钢？简述钢的表面淬火的目的及应用。
6、有一具有网状渗碳体的T12钢坯，应进行哪些热处理才能达到改善切削加工性能的目的？试说明热处理后的组织状态。
7、简述化学热处理的几个基本过程。
金属学与热处理第二章
根据构成能障的界面情况的不同，可能出现两种不同的形核
方式：
均匀形核
非均匀形核
15
3.1 均匀形核
在没有任何外来界面的均匀熔体中的生核过程。均质生核在熔 体各处几率相同，晶核的全部固－液界面皆由生核过程提供。因 此，所需的驱动力也较大。理想液态金属的生核过程就是均匀形 核，又称均质形核或自发形核。
16
31
(2) 形核速率
' GA Gk GA Gk f ( ) N k1 exp[( )] k1 exp[( )] kBT kBT
根据上式可知，异质形核率与下列因素有关： (1) 过冷度(ΔT)：过冷度越大，形核率越高。
32
(2) 界面：界面由夹杂物的特性、形态和数量来决定。如夹 杂物基底与晶核润湿，则形核率大。 失配度
20
(3) 形核率 形核速率为单位时间、单位体积生成固相核心的数目。临界
尺寸r的晶核处于介稳定状态，既可溶解，也可长大。当r >rk时 才能成为稳定核心，即在rk的原子集团上附加一个或一个以上的 原子即成为稳定核心。其成核率 N 为：
N N1 N 2
Gk N1 N L exp( ) kBT
(1) 形核热力学
液相与固相体积自由能之差--相变的驱动力
由于出现了固/液界面而使系统增加了界面能--相 变的阻力
G G均 V GV 4 3 r GV 4 r 2 3
17
临界形核半径
2 Tm 2 rk Gv H f T
18
(2) 形核功
在实际金属中，由于金属原子的活动能力强，不易出现极大 点，即随着过冷度的增大，形核率急剧增加。 23
(4) 均匀生核理论的局限性 均匀形核的过冷度很大,约为0.2T m，如纯铝结晶时的过冷度
食品热处理原理
（t2-t1）就是使残存菌数减少90%所需要的加热杀 菌时间，也就是D值，
K 1
∴
D 1
D
K
25
2-2 食品热处理原理
D值的计算： 变换公式(1) lgb = -kt + lga 得:
D
t
---------------(2)
lg a lg b
式中：t—加热杀菌时间 a—初始芽孢浓度 b—经t时间杀菌后残存的活芽孢浓度
41
2-2 食品热处理原理
Z值在ＴＤＴ 曲线上表示
42
2-2 食品热处理原理
（3） 加热减数时间和拟致死温时曲线 加热减数时间
（Thermal Reduction Time,TRT） TRT—在任意规定的温度下，将对象菌数
减少到某一程度(1/10n)所需要的加热 杀菌时间，分钟。
43
2-2 食品热处理原理
对象菌
T℃ 热处理
微生物死灭的数量与杀菌时间之间的关系：
一级反应的关系式
16
2-2 食品热处理原理
一级反应关系式为：
K 1 ln c t c0
在某一温度下， 微生物死灭的数量与时间之间的关系式：
K 1 lg a tb
17
2-2 食品热处理原理
K 1 lg a tb
式中：K—死灭速度常数 t—加热杀菌时间 a—热杀菌前的菌数（原始菌数） b—经t时间杀菌后残存的活菌数
？？？
再看残存活菌曲线
22
2-2 食品热处理原理
残存活菌曲线分析：
➢ 纵轴每通过一个对数周 期，菌数变化90%；
➢菌数减少90%所需要的热 杀菌时间相等；
➢纵坐标每通过一个对 数周所对应的时间变化 （t2-t1）也就是菌数减 少90%所需要的加热杀
热处理工艺3-加热
2. 3.
•
选择依据：一般依据热处理所需要的加热温度及金属和 液体介质的化学性质，即金属与液体介质不能发生化学 反应。例如，铝合金采用硝酸钠和硝酸钾混合盐，在 550℃以下使用。工具钢淬火加热采用氯化钾和氯化钠等 的混合盐或单盐，在650~1350℃使用。等温淬火一般用 硝盐或苛性碱。低温回火则用油类。
感应加热
金属加热
直接加热 热源
电阻 电磁波 低能粒子 真空
电 阻 加 热 电 接 触 加 热 电 解 液 加 热 红 外 线 加 热 感 应 加 热 激 光 加 热 电 子 束 加 热 等 离 子 体 加 热 低 压 充 气 的 高 纯 度 的 金 属 传 导
间接加热 热源 介质
固体
固 态 颗 粒 流 动 粒 子
– 加热设备的影响 为了正确的选定与执行加热规范，必须要考虑设备条件。因为 加热设备的介质状况；设备的输出功率大小；炉膛内有效加热 区范围及温度均匀性等均影响加热工艺的制订和实施。加热介 质直接影响工件的加热速度和表面质量，设备的输出功率决定 了工件的装炉量以及生产率，对加热速度及可达到的加热温度 也有重要影响。 有效加热区：在炉膛内能够保证由给定热处理加热工艺所要求的 加热温度的装料区域。加热炉内温度一般是不均匀的，只有在 炉膛内有效加热区中装料作业才能达到预定的控温经度及均匀 度要求。
0~1300
0~1600 -40~900
0~1600
0~1800
0~1600 ±1.5
0~1600 ±4
高温抗氧化性好, 不适于还原气氛
高温抗氧化性好, 不适于还原气氛
-40~1100 在氧化、中性、 40~1200 真空中使用 ±2.5 -40~400 40~350 ±1.5 在氧化、中性、 真空中使用
热加工对食品品质的影响
干热
140~180℃ 。
2 热处理时介质或食品成份对耐热性的影响
（3）糖
高浓度糖液对受处理的细菌的芽孢有保护作用， 低浓度糖液对细菌耐热力影响不大。
原因：糖液会导致细胞原生质脱水、降低Pro 凝固时间及提高凝固温度。
10%糖只能抑制小部份M
50%浓度，抑制酵母
一般以 60%浓度，抑制腐败菌
80%浓度，抑制细菌及酵母
食品的热加工，其目的是为了延长食品的货架期。
主要内容
高温对微生物的影响； 产品货架期和安全性的确定； 热加工对食品品质的影响； 介绍定量测定热加工对食品影响的计算
方法。
2.1 高温对微生物的影响
在一定的环境条件和一定温度下，微生 物随时间而死亡时的活菌残存数是按指 数递减或按对数周期下降的。
定义：在任何特定的热力致死条件下将细菌或 芽孢数减少到某一程度如10-n时所需要的热处 理时间（min）。
TRT=nD。 n值就是活菌递减的对数周期数，故可称之为
递减指数。选取的n值愈大，活菌的残存概率 愈小。
高温对微生物的影响
D值（Decimal reduction time） 热力致死时间（Thermal death time，
Z值
引起热力致死时间产生一个对数循环减少所需要增 加的温度，即TDT变化90%（一个对数循环）所对 应的温度变化值，℃。即热力致死时间曲线上的斜 率。
D值和Z值
微生物的热力致死情况
食品中的酶
营养成分 食品感官指标
热破坏情况
热力递减致死时间 （Thermal reduc蛋白质凝固，降低微生物 耐热性。
热处理温度越高，杀死一定数量的细菌 芽孢所需要的时间愈短。
4、原始活菌数（污染程度）
机械制造基础-2.3热处理连续冷却过程组织转变
第二章钢的热处理及表面工程技术2.1 钢的热处理2.2 表面工程技术第二章钢的热处理及表面工程技术第一节钢的热处理热处理概述钢在加热和冷却时的组织转变（热处理原理）钢的退火和正火、淬火和回火（常用热处理工艺）钢的表面热处理和化学热处理其他热处理技术及热处理常见缺陷第一节钢的热处理过冷奥氏体连续冷却转变图C曲线在连续冷却中的应用连续冷却将奥氏体化的钢以一定的速度冷至室温，使奥氏体在温度连续下降的过程中发生组织转变，这种冷却方式称为连续冷却。
实际生产中多采用此种冷却方式，如水冷、油冷、空冷、炉冷等。
有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）过冷奥氏体连续冷却转变图又称CCT图位于C曲线右下方存在转变中止线（过）共析钢连续冷却过程中没有贝氏体转变马氏体临界冷却速度νk（全部发生马氏体转变的最小冷却速度）共析钢CCT图共析钢过冷奥氏体连续冷却转变产物 01 马氏体和珠光体型混合组织（ν ?） 马氏体+残余奥氏体（ν ?）珠光体型组织（ν ?）02 03 有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）切削运动C曲线在连续冷却中的应用水冷油冷空冷炉冷根据冷却曲线与C曲线相交的位置，ν1表示在缓慢冷却时，相当于退火随炉冷却，可获得珠光体组织ν2表示在较缓慢冷却时，相当于正火在空气中冷却，可获得索氏体组织ν3表示在较快速冷却时，相当于在油中淬火，可获得托氏体+马氏体+残余奥氏体的混合组织ν4表示在快速冷却时，相当于在水中淬火，它不与C曲线相交，因此可获得马氏体+少量残余奥氏体C曲线在连续冷却中的应用钢在连续冷却时的组织转变思考题？1.奥氏体连续冷却能否得到100%的马氏体？2.奥氏体、过冷奥氏体、残余奥氏体的区别？有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）本讲小结1.过冷奥氏体连续冷却转变曲线（C C T图）2.C曲线在连续冷却中的应用下讲预告1.常用热处理工艺2.退火工艺及应用3.正火工艺及应用。
热处理炉内的传热讲解
第二章：传热基本原理研究热处理炉内传热的基本任务是解决如何把电或燃料产生的热屋有效的传递给工件和如何减少炉子的热损失问题。
本章用绕此问题，简单的介绍了：1）几种传热的基本方式：2）各种传热方式传热量的il•算方法；3）设计和使用热处理炉常遇到的传热问题的汁算方法和数据；4）热处理炉内热交换的过程、特点和热处理炉的节能途径。
§ 2. 1基本概念：一、三种基本的传热方式：热处理炉内的传热过程虽然比较复杂，但传热方式不外乎传导传热、对流传热、辐射传热三种，热处理炉内的传热是由这儿种传热方式组成的综合传热过程。
1、传导传热定义：温度不同的接触物体间或一物体中各部分之间的热能传递过程。
本质：通过物体中的微粒在热运动中的相互振动或碰撞实现动能的传递，如气体和液体通过分子的热运动和彼此碰撞实现热能的传递，金属则是通过电子的自由运动和原子的振动实现热能的传递。
2、对流传热建义：流体在流动时，通过流体质点发生位移和相互混合而发生的热疑传递。
在工程上，对流传热主要发生在流动的流体和固体表而之间，当两者温度不同时，相互间所发生的热量传递，一般称对流换热和对流给热。
在对流换热过程中，既有流体质点之间的导热作用，又有流体质点位移产生的对流作用，因此，对流换热同时受导热规律和流体流动规律的支配。
3、辐射传热辐射：高于热力学零度的任何物体不停向外发射粒子（光子）的现象。
辐射不需任何介质。
辐射传热：物体间通过辐射能进行的热能传递过程。
如系统中有两个或两个以上温度不同的物体，它们会同时向对方辐射能量并同时吸收投射于苴上的辐射能，某物体的辐射换热量为该物体吸收的辎射能量与该物体向外放射的辐射能量之差。
可见，辐射传热过程存在辐射能转化为热能和热能转化辐射能的能量转化过程。
二、温度场与温度梯度1、温度场温度场是描述物体中温度分布情况的，它是空间坐标和时间坐标的函数。
如果物体的温度沿空间三个坐标方向都有变化，则该温度场称为三向温度场：如物体的温度仅沿空间坐标的一个方向有变化，则称该温度场为单向温度场。
热处理原理
70~80% ➢ 模具、滚动轴承100%需经过热处理 ——总之，重要零件都需适当热处理后才能使用。
3
热处理的基本要素
热处理工艺的三大基本要素：加热、保温、冷却
——这三大基本要素决定了材料热处理后的组织和 性能。
45钢正常淬火组织
41
3. 马氏体的性能
高硬度是马氏体性能 的主要特点
马氏体的硬度主要取 决于其含碳量
含碳量增加，其硬度 增加
马氏体硬度、韧性与含碳量的关系
当含碳量大于0.6%时，其硬度趋于平缓
合金元素对马氏体硬度的影响不大
42
马氏体强化的主要原因是过饱和碳引起的固溶强化， 此外，马氏体转变产生的组织细化也有强化作用
的范围，碳在铁素体的一定晶面上以断续碳化物小 片的形式析出
34
（三）马氏体转变
当奥氏体过冷到Ms以下将转 变为马氏体类型组织
马氏体转变是强化钢的重要 途径之一
1. 马氏体的晶体结构
马氏体组织
碳在-Fe中的过饱和固溶体 称马氏体，用M表示
马氏体转变时，奥氏体中的碳全部保留到马氏体中
35
马氏体具有体心四方晶格（a = b ≠ c） 轴比c/a称为四方度 C%越高，四方度越大，四方畸变越严重 当＜0.25%C时，c/a=1，此时马氏体为体心立方晶格
材料的热处理
Heat Treatment of Steel
1
热处理指将钢在固态下加热、保温和冷却，以 改变钢的组织结构，获得所需要性能的工艺
包含热处理原理和热处理工艺两部分内容：
➢ 描述热处理时钢中组织转变的规律称为热处理 原理
➢ 根据热处理原理制定的温度、时间、介质等参 数称为热处理工艺
第二章 食品热处理和杀菌
2. 微生物的生长温度和微生物的耐贮性
不同微生物的最适生长温度不同，当温度高 于微生物的最适生长温度时，微生物的生长就会 受到抑制，而当温度高到足以使微生物体内的蛋 白质发生变性时，微生物即会出现死亡现象。
3. 湿热条件下腐败菌的耐热性
一般认为，微生物细胞内蛋白质受 热凝固而失去新陈代谢的能力是加热导 致微生物死亡的原因。因此，细胞内蛋 白质受热凝固的难易程度直接关系到微 生物的耐热性。蛋白质的热凝固条件受 其它一些条件，如：酸、碱、盐和水分 等的影响。
2. 酶的最适温度和热稳定性 影响酶的热稳定性的因素主要有 两大类：一是酶的种类和来源，另一 是热处理的条件。
四、加热对食品营养成分和感观品质的影响
加热对食品成分的影响可以产生有益的结 果，也会造成营养成分的损失。由于不同食 品成分的耐热性不同，热处理可以破坏食品 中不需要的成分，如禽类蛋白中的抗生物素 蛋白、豆科植物中的胰蛋白酶抑制素。热处 理可改善营养素的可利用率，如淀粉的糊化 和蛋白质的变性可提高其在体内的可消化性 。加热也可改善食品的感官品质，如美化口 味、改善组织状态、产生可口的颜色等。
整合重排得： 2.303R（T-T1） Z
Ea=
式中 T1——参比温度，K; T——杀菌温度，K。
（3）温度系数Q值
Q值表示反应在温度T2下进行的速率比 在较低温度下T1下快多少，若Q值表示温度 增加10℃时反应速率的增加情况，则一般 称之为Q10。Z值和Q10的关系为：
10 Z=
lgQ10
二、加热对微生物的影响
一些食品成分的耐热性参数
第三节 食品热处理条件的选择与确定
一、食品热处理方法的选择 （一）热处理应达到相应的热处理目的 1.以加工为主：热处理后食品应满足 热加工的要求 2.以保藏为主要目的：热处理后的食 品应达到相应的杀菌、钝化酶等目的
材料热处理原理第二章 奥氏体的形成
• 奥氏体的形成速度：形核率I 和长大速度G
转变温度/℃
740 760 780 800
共析碳钢
形核率I /(1/mm3s)
长大速度 G/(mm/s)
2280
0.0005
11000
0.010
51500
0.026
616000
0.041
转变一半所需 时间/s 100 9 3 1
• T，形成速度增大
1. 奥氏体等温形成动力学
结构： 体心立方 复杂斜方 面心立方
C含量： 0.02% 6.69% 0.77%
奥氏体A(γ)
Acm A3
A1
奥氏体的形成： （1） 的点阵重构 （2）渗碳体的溶解 （3）C在中的扩散重新分布
1. 奥氏体形核
G -Vgv S V < 0
V•gv :新奥氏体与母相之间的体积 自由能之差，加热相变的动力
T，有利于改善淬火钢尤其是淬火高碳工具钢的韧性。
1. 奥氏体等温形成动力学
• ②碳含量的影响
– 钢中碳含量愈高，奥氏体形成速度就愈快。
原因：
**碳含量增高时，碳化物数量增多，铁素体与渗碳体的相
界面面积增大，因而增加了奥氏体的形核部位，使形核率增 大。
**同时，碳化物数量增多后，使碳的扩散距离减小， ** 随奥氏体中碳含量增加，碳和铁原子的扩散系数增大
1. 奥氏体等温形成动力学
• T
C / - C /
形核所需C浓度的起伏
，有利于提高形核率
• 因此，T，相变过热 度增加，形核急剧增 加 （I>G)，有利于形 成细小的奥氏体晶粒。
1.奥氏体等温形成动力学
(2) 长大速度G • 等温转变
G
金属学与热处理第二章
复习重点：名词、简答、各章课堂强调的重点及书后作业第二章纯金属的结晶一、名词：结晶：金属由液态转变为固态晶体的转变过程.结晶潜热：金属结晶时从液相转变为固相放出的热量。
孕育期：当液态金属过冷至理论结晶温度以下的实际结晶温度时，晶核并末立即出生，而是经过了一定时间后才开始出现第一批晶核。
结晶开始前的这段停留时间称为孕育期。
近程有序：液态金属中微小范围内存在的紧密接触规则排列的原子集团。
远程有序：固态晶体中存在的大范围内的原子有序排列集团。
结构起伏（相起伏）：液态金属中不断变化着的近程有序原子集团。
晶胚：过冷液体中存在的有可能在结晶时转变为晶核的尺寸较大的相起伏。
形核率：单位时间单位体积液体中形成的晶核数目。
过冷度：金属的实际结晶温度与理论结晶温度之差。
均匀形核：液相中各个区域出现新相晶核的几率都相同的形核方式。
非均匀形核：新相优先出现于液相中的某些区域的形核方式。
变质处理：在浇注前向液态金属中加入形核剂以促进形成大量的非均匀晶核来细化晶粒的液态金属处理方法。
能量起伏：液态金属中各微观区的能量此起彼伏、变化不定偏离平衡能量的现象。
正温度梯度：液相中的温度随至界面距离的增加而提高的温度分布状况。
负温度梯度：液相中的温度随至界面距离的增加而降低的温度分布状况细晶强化：用细化晶粒来提高材料强度的方法。
晶粒度：晶粒的大小。
缩孔：液态金属凝固，体积收缩，不再能填满原来铸型，如没有液态金属继续补充而出现的收缩孔洞。
二、简答：1. 热分析曲线表征了结晶过程的哪两个重要宏观特征？答：过冷现象、结晶潜热释放现象2. 影响过冷度的因素有那些？如何影响的？答：金属的本性、纯度和冷却速度。
金属不同，过冷度的大小也不同；金属的纯度越高，则过冷度越大；冷却速度越大，则过冷度越大。
3. 决定晶体长大方式和长大速度的主要因素？1）界面结构；2）界面附近的温度分布；3）潜热的释放与逸散4. 晶体长大机制有哪几种？1）二维晶核长大机制；2）螺型位错长大机制；3）垂直长大机制5、结晶过程的普遍规律是什么？答：结晶是形核和晶核长大的过程6、均匀形核的条件是什么？答：①要有结构起伏与能量起伏；②液态金属要过冷，且过冷度必须大于临界过冷度；③结晶必须在一定温度下进行。
食品工艺学-第二章-热处理
热处理的主要目的是杀死或抑制食品 中可能存在的有害微生物，如细菌、 霉菌等，从而延长食品的保存期限， 保证食品的安全性和品质。
热处理的历史与发展
历史
热处理技术可以追溯到古代，人们通过加热处理食品来延长 保存期限。随着科技的发展，人们对热处理技术进行了深入 研究，不断改进和提高热处理的效率和安全性。
食品工艺学-第二章-热处理
contents
目录
• 热处理概述 • 热处理的原理 • 热处理技术 • 热处理在食品工业中的应用 • 热处理对食品品质的影响 • 热处理的挑战与未来发展
01
热处理概述
定义与目的
定义
热处理是指通过加热或高温处理食品 ，以消除或减少有害微生物，延长食 品保质期，提高食品安全性。
详细描述
煮沸法是一种传统的热处理技术，适用于各种食材，特别是蔬菜、豆类和肉类。 在煮沸过程中，水作为传热介质将热量传递给食品，使食品达到一定的熟度。煮 沸法能够使食品均匀受热，杀灭细菌，保持食品的色泽和口感。
蒸煮法
总结词
通过蒸汽进行加热，使食品在封闭的环境中受热的方法。
详细描述
蒸煮法适用于各种食材，特别是谷物、蔬菜和水果。蒸汽作为传热介质，使食 品均匀受热，保持食品的原有形状和口感。蒸煮法能够最大限度地保留食品的 营养成分和风味，同时杀灭细菌。
维生素损失
高温处理会使食品中的维 生素氧化分解，导致维生 素损失，影响食品的营养 价值。
矿物质稳定性
热处理对食品中的矿物质 有一定影响，如加热会降 低食品中的钙、铁等矿物 质的含量。
对食品色泽的影响
美拉德反应
加热会使食品中的氨基酸 和糖发生美拉德反应，生 成褐色物质，使食品色泽 变深。
叶绿素降解
热处理名词解释
第一章金属的加热1、对流传热：热量的传递依靠发热体与工件之间流体的流动进行。
2、辐射传热：温度大于绝对零度的物体从表面放出波长为（0.4~40）×10-6m范围内的辐射能被另一物体吸收后变为热能。
3、传导传热：热量的传递仅靠传热物质质点间的相互碰撞。
4、强迫流动：用外加动力强制流体运动。
5、层流：强迫流动时流体沿着工件表面一层层有规则的流动。
6、紊流：流体的不规则运动。
7、随炉加热：即工件装入炉中后，随着炉子升温而加热，直至所需加热温度。
8、预热加热：即工件现在已升温至较低温度的炉子中加热，到温后再转移至预定工件加热温度的炉中加热至工件达到所要求的温度。
9、到温入炉加热：又称热炉装料加热，即先把炉子升到工件要求的加热温度，然后再把工件装入炉中进行加热。
10、高温入炉加热：即工件装入较工件要求加热温度高的炉内进行加热，直至工件达到要求温度。
11、内氧化：氧沿晶界或其他通道向内扩散，与晶界附近的Si、Mn等元素结合成氧化物的现象。
12、碳势：纯铁在一定温度下于加热炉气中加热时达到既不增碳也不脱碳并与炉气保持平衡时表面的含碳量。
13、露点：气氛中水蒸气开始凝结成雾的温度，即在一个大气压力下，气氛中水蒸气达到饱和状态时的温度。
14、半脱碳层：碳钢脱碳层组织自表面至中心，由铁素体加珠光体组织逐渐过渡到珠光体，再至相当于钢原始含碳量的退火组织。
15、全脱碳层：碳钢脱碳层区碳浓度分布曲线有突变，碳层组织表面为单一的铁素体区，向里为铁素体加珠光体逐渐过渡到相当于钢原始含碳量缓冷组织。
16、光亮热处理：工件热处理后，不因氧化等原因使工件表面颜色变暗，光洁度降低，而仍保持热处理前原来工件表面光亮状态。
17、保护气氛：在工件加热时保持其表面不氧化、脱碳的气氛。
18、吸热式气氛：用天然气、丙烷气、城市煤气及其他有机物质为原料，以一定的比例与空气混合，在装有镍触媒的高温（930~1050℃）炉内进行不完全燃烧而得的一种混合气体。
热处理基本原理
Al－Mg固溶体的应力－应变曲线
固溶强化的实质：晶体结构中的弹性交互作用、 电 交互作用和化学交互作用。其中最主要的是：溶质 原子与位错的弹性交互作用阻碍了位错的运动。
不同溶质原子在位错周围的分布状态
Cotrell气团模型：溶质原子与位错弹性交互作用的结果， 使溶质原子趋于聚集在位错的周围，以减小点阵畸变， 降低体系的能量。（它对位错有“钉扎”作用）
塑性材料的强度 通常以σb表示
大部分金属材料属于塑性材料，其塑性变形是靠位
错的运动而发生的，因此，任何阻止位错运动的因素都
可以成为提高金属材料强度的途径。
固溶强化：
当合金由单相固溶体构成时，随溶质原子含量的增 加，其塑性变形抗力大大提高，表现为强度和硬度上升， 塑性和韧性值下降。
σb
δ
δ
Cu－Ni固溶体的机械 性能与成分的关系
的第二相； 2）也可通过共晶化合物进行热压力加工获得； 3）还可通过共析反应获得； 4）另外还可通过粉末冶金方法获得。
第二相在基体中的形态及分布： 以钢中Fe3C的形态与分布为例： a：过共析钢中， Fe3C呈连续网状分布在α晶界上。 塑性、强度下降。 b：珠光体中， Fe3C与铁素体呈平行间隔分布。 塑性、强度较高。（要求珠光体细小，片层间距小） c： 共析钢或过共析钢经球化退火后，Fe3C呈颗粒 状分布在α晶界上。 强度下降，塑性上升，便于加工。
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。
金属学与热处理—第二章1-4节
结晶的结构条件
相起伏
能量起伏
晶胚
晶核
§4 晶核的形成
形核方式：
不是所有的晶坯均能 形成晶核，为什么？
均匀形核
非均匀形核
是指完全依靠液态金属中稳定的原
子集团（相起伏）形核的过程，液
相中各区域出现新相晶核的几率都 是相同的。——理想情况
均匀形核
非均匀形核
是指晶胚依附于液态金属中现 成的微小固相杂质质点或器壁 的表面形核的过程。——实际 液态金属结晶情况均属此类。
38 25
形核总自由能：
形核总表面能：
'
G ' VGV GS
GS L S1 S 2 L S 2
4 3 2 3 cos cos3 2 G ( r GV 4r L )( ) 3 4
2 L 2 LTm rk ' GV H f T
均匀形核t02tm非均匀形核t002tm小结驱动力驱动力ggss能量起伏能量起伏与结构起伏类似是一种自然存在瞬时出与结构起伏类似是一种自然存在瞬时出现大小不等现大小不等具有临界晶核尺寸的晶胚具有临界晶核尺寸的晶胚液相液相转变为晶核转变为晶核固相时须外界提供的动力时须外界提供的动力在金属学中通常把金属从液态向固态的转变称为通常把金属从一种结构的固态向另一种结构的固态的转变称为3
液体 晶体
凝固： 液体 --> 固体（晶体 或 非晶体）
1 金属结晶的宏观现象
纯金属结晶时的热分析曲线——冷却曲线(T-t)
金属结晶的条件就是应当有 一定的过冷度（克服界面能）
冷却曲线 T
过冷度
T= Tm - Tn
Tm
Tn
}T
理论结晶温度 开始结晶温度
食品加工与保藏原理基本概念：第二章 食品热处理和杀菌
食品加工与保藏原理基本概念第二章食品热处理和杀菌1、食品热处理是食品加工与保藏中用于改善食品品质、延长食品贮藏期的最重要的处理方法之一。
主要作用是杀灭致病菌和其它有害的微生物，钝化酶类，破坏食品中不需要或有害的成分或因子，改善食品的品质与特性，以及提高食品中营养成分的可利用率、可消化性等。
当然，热处理也存在一定的负面影响，如对热敏性成分影响较大，也会使食品的品质和特性产生不良的变化，加工过程消耗的能量较大。
2、工业烹饪一般作为食品加工的一种前处理过程，通常是为了提高食品的感官质量而采取的一种处理手段。
烹饪通常有煮、焖（炖）、烘（焙）、炸（煎）、烤等几种形式3、焙烤焙（Baking）和烤（Roasting）基本上是相同的单元操作，它们都是以高温热来改变食品的食用特性。
两者的区别在于烘焙主要用于面制品和水果，而烧烤主要针对肉类、坚果和蔬菜。
焙烤也可达到一定的杀菌和降低食品表面水分活性的作用，使制品有一定的保藏性，但焙烤食品的贮藏期一般较短，结合冷藏和包装可适当地延长贮藏期。
4、油炸主要是为了提高食品的食用品质而采用的一种热处理手段。
通过油炸可以产生油炸食品特有的色香味和质感。
油炸处理也有一定的杀菌、灭酶和降低食品水分活性的作用。
油炸食品的的贮藏性主要由油炸后食品的水分活性所决定。
5、热烫又称烫漂、杀青、预煮。
主要应用于蔬菜和某些水果，通常是蔬菜和水果冷冻、干燥或罐藏前的一种前处理工序。
6、热挤压挤压是将食品物料放入挤压机中，物料在螺杆的挤压下被压缩并形成熔融状态，然后在卸料端通过模具出口被挤出的过程。
热挤压则是指食品物料在挤压的过程中还被加热。
7、热杀菌是以杀灭微生物为主要目的的热处理形式。
根据要杀灭微生物的种类的不同可分为巴氏杀菌（Pasteurisation）和商业杀菌（Sterilization）。
杀菌的方法通常以压力、温度、时间、加热介质和设备、以及杀菌和装罐密封的关系等来划分，以压力划分可分为常压杀菌和加压杀菌；杀菌的加热介质可以是热水、水蒸气、水蒸气和空气的混合物以及火焰等。
金属材料与热处理-考试复习笔记
热处理复习重点第一章金属材料基础知识1. 材料力学性能（1）材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力称为强度。
强度有多种指标，如屈服强度（σs）、抗拉强度（σb）、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度等。
（2）塑性是指材料受力破坏前承受最大塑性变形的能力，指标为伸长率（δ）和断面收缩率（φ），δ和φ越大，材料的塑性越好。
（3）材料受力时抵抗弹性变形的能力称为刚度，其指标是弹性模量（弹性变形范围内，应力与应变的比值）。
（4）硬度（材料表面局部区域抵抗更硬物体压入的能力）a. 布氏硬度（测较低硬度材料）用一定直径的钢球或硬质合金球，在一定载荷的作用下，压入试样表面，保持一定时间后卸除载荷，所施加的载荷与压痕表面积的比值。
HBS（钢球，<450）、HBW（硬质合金球，>650）。
b. 洛氏硬度（测较高硬度材料）利用一定载荷将交角为120°的金刚石圆锥体或直径为1.588mm的淬火钢球压入试样表面，保持一定时间后卸除载荷，根据压痕深度确定的硬度值。
HRA（金刚石圆锥，20~80）、HRB （1.588mm钢球，20~100）、HRC（金刚石圆锥，20~70）c. 维氏硬度（适用范围较广）维氏硬度其测定原理基本与布氏硬度相同，但使用的压头是锥面夹角为136°的金刚石正四棱锥体。
（5）冲击韧性材料抵抗冲击载荷作用而不被破坏的能力。
通常用冲击功A k来度量，A k是冲击试样在摆锤冲击试样机上一次冲击试验所消耗的冲击功。
（6）疲劳强度材料在规定次数（钢铁材料为107次，有色金属为108次）的交换载荷作用下，不发生断裂时的最大应力，用σ-1表示。
2. 铁碳相图第二章钢的热处理原理1. 钢的临界温度A c1——加热时珠光体向奥氏体转变的开始温度A c3——加热时先共析铁素体全部溶入奥氏体的终了温度A ccm——加热时二次渗碳体全部溶入奥氏体的终了温度A r1——冷却时奥氏体向珠光体转变的开始温度A r3——冷却时奥氏体开始析出先共析铁素体的温度A rcm——冷却时奥氏体开始析出二次渗碳体的温度2. 钢在加热时的转变（1）共析钢由珠光体向奥氏体的转变包括以下四个阶段：奥氏体形核（相界面处）、奥氏体晶核长大、剩余渗碳体溶解、奥氏体成分均匀化。
热处理基础知识
等温冷却
时间
弹簧热处理过程
(1)钢筋绕成弹簧状； (2)加热钢筋至红热，急剧冷却； (3)将(2)钢筋再次加热(温度相对低)冷却。 为什么弹簧状钢筋加热到红热急冷后变得又硬 又脆？ 为什么再次加热和冷却后变得刚柔相济，成为 真正的弹簧？
热处理是一种重要的加工工艺，在制造业被广泛应用.
在机床制造中，约60-70%的零 件要经过热处理。 在汽车、拖拉机制造业中，需 热处理的零件达70-80%。 模具、滚动轴承100%需经过热
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热处理基础知识
目录
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 热处理概述 钢在加热过程中的组织转变 钢在冷却过程中的组织转变 钢的常规热处理 钢的表面淬火 钢的化学热处理 热处理零件的结构工艺性及缺陷的预防
第一章 热处理概述
一、钢的热处理 二、常见的热处理方法 三、钢的临界转变温度
20CrMnTi钢不同热处理工艺的显微组织
预备热处理：为随后的加工(冷拔、冲压、切削)或
进一步热处理作准备的热处理。
最终热处理：赋予工件所要求的使用性能的热处理.
W18Cr4V钢热处理工艺曲线
预备热处理
最终热处理
时间
根据加热、冷却方式及钢组织性能变化特点不同， 将热处理工艺分类如下：
普通热处理：退火、正火、淬火、回火 表面淬火 热 处 理 火焰加热表面淬火 感应加热表面淬火 接触加热表面淬火 激光热处理等
奥氏体成分均匀化：
Fe3C溶解后，其所在部位 碳含量仍很高，通过长时间保温
℃ 温 度 ，
共析钢奥氏体化曲线(875℃退火)
使奥氏体成分趋于均匀。
保温目的：(1)工件热透，
相变完全；(2)成分均匀
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第四节 钢在回火过程中的转变
(5) 碳化物的聚集长大和α相回复、再结晶 当回火温度高于400℃时，渗碳体明显聚集长大并球 化； 另外，由于过饱和铁素体中存在大量位错密度，会 发生回复和再结晶过程； 回火索氏体。
3.8 贝氏体转变
(3)贝氏体的组织 上贝氏体（Bs--350℃）(分解点与钢的碳含量有关 ）：
自奥氏体晶界开始，向晶内伸展成束的、大致平行的铁 素体板条，条间的渗碳体不易辨认。 下贝氏体(350℃--Ms)
光学显微镜下呈黑针状，各针之间有一定交角。在电镜 下，在针状铁素体内成行地分布着细片状或颗粒状的碳化物 ，沿着与铁素体长轴成55-60°角整齐排列着。
第四节 钢在回火过程中的转变
1、钢回火的定义
淬火钢件加热到低于A1 的某一温度，保温一段 时间，然后冷却到室温 的热处理工艺，称为回 火。
第四节 钢在回火过程中的转变
2、回火的目的
淬火后工件有复杂的内应力，回火可消除或降 低内应力；
淬火组织马氏体强度、硬度高，塑性韧性差， 通过回火，向铁素体和碳化物稳定态转变，使强度 和韧性得到较好的配合。
3.8 贝氏体转变
马氏体 羽毛状上贝氏体
羽毛状上贝氏体 1100℃×20min+400℃×20 s水冷
铁素体 网
15CrA， 1100℃×20min+500℃× 1s水冷
粒状珠光 体
上贝氏 体 马氏体
条间碳化物
上贝氏体+马氏体+粒状珠光体
钢种：12CrNi2
状态： 1100℃×20min+500℃×1s水 冷
3.7 马氏体转变
(4) 马氏体转变的特点 由奥氏体向马氏体转变过程， 1）无扩散性，依靠切变进行（military change）； 2）无成分变化，只是点阵重构； 3）一般在Ms点以下一个温度区间内完成（Mf），转变过程靠 产生一批批新马氏体片来完成，不是靠原马氏体片长大。
这种通过切变进行点阵重构，而无成分变化的非扩 散性相变，统称为马氏体转变。
下贝氏体
下贝氏体
针状下贝氏体+马氏体基体
针状下贝氏体+马氏体基体
钢种：65Mn
钢种：T12A
状态：
状态：1100℃×20min+320℃×13s
1100℃×20min+320℃×6s水冷 水冷
3.8 贝氏体转变
下贝氏体 钢种：70Si3A 状态：1100℃×20min+350℃×3s水冷
3.8 贝氏体转变
4) 这种富碳、具有一定含量的合金元素的奥氏体不易分解， 较稳定。
3.8 贝氏体转变
粒状贝氏体 钢种：20CrMo
“岛状”物
状态：1100℃×20min+420℃×15 s
3.8 贝氏体转变
细针 状贝 氏体
3.8 贝氏体转变
(4) 贝氏体性能 贝氏体的机械性能主要取决于其组织形态。贝氏体是铁
素体和碳化物组成的复相组织，其各相的形态、大小和分 布都影响贝氏体的性能。 上贝氏体形成温度较高，铁素体晶粒和碳化物颗粒较粗 大，碳化物呈短杆状平行分布在铁素体板条之间，铁素体 与碳化物分布有明显的方向性。这种组织状态使铁素体条 间易开裂、脆断，因此强度低，其塑性和韧性低于屈氏体 。
第四节 钢在回火过程中的转变
(3) 残余奥氏体的转变 含碳量超过0.5%的碳钢或低合金钢，淬火后总有少量残 余奥氏体存在； 在200--300℃范围内回火时，残余奥氏体分解为过饱和 α固溶体和薄片状ε碳化物的复相组织，两者保持共格； 一般认为为回火马氏体或下贝氏体 。
第四节 钢在回火过程中的转变
因此，回火是淬火后必要的后续工序。
第四节 钢在回火过程中的转变
3、淬火钢在回火时的组织变化 淬火钢的室温组织为马氏体和残余奥氏体，都是亚稳定相 。（从热力学上）
一旦进行加热，原子扩散能力加强，会自发地向稳定相 铁素体和渗碳体转变。这个过程，随温度升高，可以分成5 个阶段。 (1)马氏体中碳原子的偏聚;(2) 马氏体的分解; (3) 残余 奥氏体的转变; (4) 碳化物的转变; (5) 碳化物的聚集长 大和α相回复、再结晶。
珠光体、贝氏体以及马氏体之比较
珠光体 贝氏体 马氏体
转变机理 基体成分 基体结构 相组成
碳、铁原子 扩散
碳扩散 铁原子切变
铁原子切变 无碳原子扩
散
平衡含量 ，小于 0.00218%
大于平衡 含量
过饱和碳 量
体心立方 体心立方 体心正方
铁素体+渗 碳体
铁素体+少 量碳化物
铁素体（+ 少量残余 奥氏体）
(1) 贝氏体转变的定义
将奥氏体化的钢过冷到Bs（约550℃）至Ms温度 范围内等温，将产生贝氏体转变，也称中温转变。
3.8 贝氏体转变
对于共析钢贝 氏体转变的温 度区间： 550℃--Ms点之 间
3.8 贝氏体转变
(2) 贝氏体转变的机理 钢的贝氏体转变发生在珠光体转变温度以下、马氏体转 变温度以上的温度范围内。 特点：具有珠光体转变和马氏体转变某些共同的特点， 又有某些区别它们的独特之处。 与珠光体转变的相似点：贝氏体也是铁素体和碳化物组 成的机械混合物，在转变过程中，发生碳的扩散。
这种工艺在汽车、机车车辆、起重机、矿山以及石油等行 业得到了广泛的应用。
3.7 马氏体转变
中碳（0.3—0.6%)低合金钢或中碳合金钢。将这 些钢种进行高温加热淬火，在屈服强度保持不变 情况下，可以大幅度提高钢的韧性。
马氏体以及马氏体相变很重要。在钢铁材料中是 一种非常重要的强化方法。
3.8 贝氏体转变
(2) 马氏体的分解 100℃以上回火时，马氏体要发生分解。随着回火温度 升高，过饱和α固溶体中碳浓度逐渐降低，即正方度c/a减 小。 高碳马氏体在100--150℃回火为马氏体分解的第一阶 段，有ε碳化物析出。 含碳量<0.2%的板条马氏体，淬火时已自回火（Ms点较 高），碳原子在位错附近偏聚，在100--200℃回火，不会 析出ε碳化物。 回火马氏体
3.7 马氏体转变
(8) 马氏体与马氏体相变的应用
利用马氏体与马氏体相变的特点, 在创制新型高强度、 高韧性材料，发展强韧化热处理新工艺及其它热加工工艺 方面有着许多实际的应用。
在发展强韧化热处理方面
低碳钢或低碳合金钢采用强烈淬火（在5—10%的NaCl水 溶液中冷却）可以获得几乎全部是板条状马氏体。它们具 有较高的强度和塑（韧）性的配合、较低的缺口敏感性和 过载敏感性。
粒状贝氏体
1) 在一些低碳钢及低碳、中碳合金钢中还发现一种粒状贝氏 体。
2) 它的形成温度最高（稍低于Bs温度），由于温度较高，首 先进行碳原子扩散重新分布，接着在奥氏体贫碳区开始形 成大体平行的铁素体板条，碳几乎都富集到奥氏体中去．
3) 铁素体板条进一步长大并侧向靠拢，最终将高碳奥氏体包 围起来成为孤立“小岛”。
孪生。切变方式决定于Ms点，而Ms点与含碳量有关。
3.7 马氏体转变
(7) 马氏体的性能 高强度和高硬度是钢中马氏体的主要特性之一。马氏体
的硬度主要决定于含碳量，当到达0.6%C时，硬度趋于平 缓。 马氏体高强度、高硬度的原因：固溶强化(C原子)；高密 度位错、孪晶亚结构强化；自回火现象，时效强化。 塑性和韧性取决于马氏体亚结构的情况，位错马氏体具 有较好的塑性。
第四节 钢在回火过程中的转变
4、回火时的性能变化
处于淬火状态的钢，不仅范性很差，由于内应力存在， 强度也不高。
200--300℃范围内回火，由于内应力消除，强度提高；
300℃以上，随回火温度升高，钢的强度降低，延伸率和 断面收缩率升高。
为什么这些性能（硬度、强度以及塑性等）在加热过程 中会发生变化？
1)碳的偏聚和碳化物析出；２）内应力的消除；３) 残余 奥氏体的分解；3) 碳化物的转变；４）铁素体的再结晶和 碳化物的长大；
板条马氏体
3.7 马氏体转变
板条状马氏体 （位错马氏体）
在低、中碳钢（ 0.6%C以下）、FeNi(6-25%)合金、 Fe-Mn(2%)合金中 可形成。
3.7 马氏体转变
其它形态的马氏体
薄板状马氏体(Fe-19Mn)
板状马氏体(Fe-32Ni)
3.7 马氏体转变
两种马氏体的形成条件 马氏体的组织结构决定于相变时切变方式是滑移还是
(6) 马氏体的组织形态 1Fra bibliotek 主要分两种形态 片状马氏体（孪晶马氏 体），也称高碳马氏体。
在高碳钢（0.6%C）、 高碳Fe-Ni-C合金及一些有 色金属和合金中。立体形 态呈双凸透镜，磨面上呈 针状或竹叶状。精细结构 有孪晶。
3.7 马氏体转变
网状渗碳 体
片状马氏 体
GCr15钢淬火后，片状马氏体 组织
3.7 马氏体转变
曾将马氏体视为碳在α-Fe中的过饱和固溶体。但事实
上，α-Fe的点阵发生了畸变，马氏体是体心正方。 这个正方度(c/a)与碳含量有关，大于0.2%C的马氏体具 有正方度，小于0.2%C失去正方度。
马氏体晶体结构为含过饱和碳的体心正方，这 个正方度与含碳量有关。
3.7 马氏体转变
第四节 钢在回火过程中的转变
(1)马氏体中碳原子的偏聚 在低温（<100℃）下回火，碳原子难于作长距离扩散而
析出碳化物，但尚能作短距离迁移，主要偏聚在一些缺陷处 ，如位错线上（对于<0.2%C的钢）或一些特定的晶面上（001 ）。这个过程是能量降低的过程。它也为后面的碳化物的析 出作准备。