最新金属热处理工艺复习题汇总(1)

金属热处理工艺复习内容1 热处理的目的、分类、条件；目的：(1)消除毛坯中的缺陷，改善加工性能，为切削加工或热处理做组织和性能上的准备（2）提高金属材料的力学性能，充分发挥材料的潜力，节约材料，延长零件的使用寿命。

分类：（1）普通热处理，包括退火、正火、淬火、回火（2）表面热处理，包括表面淬火、表面化学热处理。

条件：（1）有固态相变发生的金属或合金（2）金属加热时溶解度有显著变化的合金2 什么是铁素体、奥氏体、渗碳体？其结构与性能；Ac1、Ar1、Ac3、Ar3、Accm、Arcm临界温度的意义；奥氏体的形成条件；奥氏体界面形核的原因/条件；以共析钢为例，详细分析奥氏体的形成机理；影响奥氏体转变速度的因素；影响奥氏体晶粒长大的因素；1、铁素体：碳溶于α-Fe中形成的间隙固溶体；体心立方体结构；塑性、韧性很好，但强度、硬度较低。

奥氏体：碳溶于 -Fe中的间隙固溶体；面心立方晶格；强度和硬度不高，但塑性和韧性很好。

渗碳体：铁与碳形成的金属化合物，是钢铁中的强化相，高温下可分解；硬度很高、塑性和韧度极低，脆性大。

2、Ac1：加热时珠光体向奥氏体转变的开始温度；Ar1:冷却时奥氏体向珠光体转变的开始温度；Ac3：加热时先共析铁素体全部转变成奥氏体的终了温度；Ar3：冷却时奥氏体开始析出先共析铁素体的温度；Accm加热时二次渗碳体全部溶入奥氏体的终了温度；Arcm：冷却时奥氏体开始析出二次渗碳体的温度3、奥氏体的形成条件：过热，即T>A1。

4、奥氏体界面形核的原因(条件)：a.易获得形成A所需浓度起伏、结构起伏和能量起伏b.在相界面形核使界面能和应变能的增加减少5、奥氏体形成机理a.奥氏体的形核：球状珠光体中优先在F/Fe3C界面形核，片状珠光体中优先在珠光体团的界面形核，也在F/Fe3C片层界面形核。

b.奥氏体的长大：片状珠光体中奥氏体向垂直于片层和平行于片层方向长大；球状珠光体中奥氏体的长大首先包围渗碳体,把渗碳体和铁素体隔开,然后通过A/F界面向铁素体一侧推移, A / Fe3C界面向Fe3C一侧推移,使F和Fe3C逐渐消失来实现长大的。

c.残余碳化物的溶解：由Fe3C中的C原子向A中扩散和铁原子向贫碳Fe3C扩散, Fe3C 向A晶体点阵改组实现的。

d.奥氏体的均匀化：随着继续加热或继续保温，以便于碳原子不断扩散，最终使奥氏体中碳浓度均匀一致。

6、影响A转变速度因素：1、温度越高，转变速度越快2、原始组织：片状P转变速度大于球状P的转变速度3、碳含量：碳含量越高，A形成速度越快4、合金元素的影响：强碳化物形成元素Cr、Mo、W等降低C在A中的扩散系数，减慢A形成速度；非碳化物形成元素Co和Ni等可增大C在A中的扩散系数，加速A形成；Si和Al对C在A中的扩散影响不大，因此对A形成速度无显著影响。

7、影响A晶粒长大因素：（1）加热温度和保温时间：加热温度越高，保温时间越长，A晶粒就越粗大(2)加热速度：加热速度快，奥氏体实际形成温度高，形核率增高。

加热速度越快，A起始晶粒度越细小（3）碳含量的影响：钢中碳含量增加时，碳原子在奥氏体中的扩散系数及铁的自扩散系数均增大，故奥氏体晶粒长大倾向增大。

（过共析钢）(4)合金元素的影响：Ti、Zr、V、Al、Nb、Ta等阻止奥氏体晶粒长大，使奥氏体粗化显著提高；Mn、P、C、O在一定限度下可增加奥氏体晶粒长大倾向。

3何谓过冷奥氏体，过冷奥氏体等温转变曲线，转变产物；珠光体的组织形态和性能；珠光体的转变机理与影响因素；1、过冷奥氏体是指处于临界温度下暂时存在的奥氏体。

A1~550℃范围内转变生成珠光体，属于高温扩散型转变，550~230℃范围内转变生成贝氏体，属于中温半扩散型转变。

2、珠光体按渗碳体的形态分为片状珠光体和粒状珠光体。

片状珠光体的力学性能与片间距有关，片间距越小，强度和硬度增大，塑性和韧性有所改善。

粒状珠光体的性能取决于铁素体晶粒大小和Fe3C大小、数量和分布，Fe3C细小，分布均匀，则强度、硬度较高，韧性也提高，与同成分片状珠光体相比，粒状珠光体硬度稍低，塑性和韧性较高。

3、4 马氏体的定义；晶体结构、组织形态、性能；马氏体具有高硬度、高强度的本质；Ms、Mf点；影响Ms点的主要因素；马氏体的形成条件与转变特点；1、马氏体定义：M是C在α-Fe中的过饱和固溶体。

2、晶体结构、组织形态、性能：Wc<0.2%时体心立方晶格，Wc>0.2%时体心正方结构；组织形态：低碳钢、马氏体时效钢、不锈钢中存在板条马氏体，也称位错马氏体，淬火高、中碳钢、及Fe-Ni-C钢中存在片状马氏体，在试样磨面相截在显微镜下呈针状，又称针状马氏体，亚结构为孪晶，也称孪晶马氏体；性能特点：马氏体的硬度和强度主要取决于马氏体内碳的质量分数。

马氏体的硬度和强度随着马氏体的碳的质量分数的增加而升高，当马氏体的碳质量分数大于0.6%后，硬度和强度提高得并不明显。

马氏体的塑性和韧性也与其碳的质量分数有关，片状高碳马氏体的塑性和韧性差，板条状低碳马氏体的塑性和韧性较好。

3、马氏体的高强度和硬度是由过饱和碳引起的固溶强化、相变强化、马氏体的时效强化等因素引起的。

4、M s点：马氏体转变开始的温度，称为上马氏体点；Mf点：马氏体转变终了温度，称为下马氏体点。

5、影响Ms点的主要因素：①母相的化学成分母相的化学成分是影响Ms点最主要的因素。

②母相的晶粒大小和强度加热温度越高，奥氏体晶粒越粗大，奥氏体的屈服强度越低，导致Ms 点越高。

③冷却速度④应力和塑性形变6、马氏体形成条件：快冷，避免A转变成P或B；深冷T<Ms，提供足够的驱动力。

转变特点：①共格切变和表面浮凸效应②无扩散相变③马氏体转变有一定的位向关系和惯习面④马氏体转变不完全⑤马氏体转变可逆5 典型贝氏体的形成温度、组织形态和机械性能；贝氏体相变的基本特征；1、贝氏体分为（1）上贝氏体对于中、高碳钢，在550~350℃之间形成，由成束的、大致平行的铁素体板条加碳化物组成非片层状组织（2）下贝氏体在350℃以下形成，碳含量低时形成温度可能略高于350℃，由铁素体和碳化物组成的两相混合组织，碳含量低时成板条状，碳含量高时呈透镜片状（3）无碳贝氏体在贝氏体转变的最高温度范围内形成，主要由大致平行的铁素体板条组成（4）粒状贝氏体一般在低碳或中碳合金钢中以一定的速度连续冷却时获得，形成温度稍高于上贝氏体的形成温度，由块状铁素体与富碳奥氏体组成，其形态为铁素体基体上分布着小岛状的奥氏体。

力学性能特点：取决于贝氏体的形态、尺寸大小和分布，以及贝氏体与其他组织的相对量等。

由于铁素体和渗碳体是贝氏体中最主要的组成相，且铁素体又是基本相，因此铁素体的强度是贝氏体强度的基础。

（关于力学性能，这里只是概述，具体的贝氏体的强度、硬度、韧性看书上。

）贝氏体相变基本特征：①贝氏体转变有上、下限温度，奥氏体必须过冷到Bs以下才能发生贝氏体转变；②转变产物为非层片状:贝氏体是有α相与碳化物组成的两相机械混合物；③贝氏体转变通过形核和长大方式进行，贝氏体转变可以等温形成，也可连续冷却形成。

贝氏体等温转变需要孕育期；④转变的不完全性，即奥氏体不能全部转变成贝氏体。

随着温度的升高，贝氏体转变的不完全程度增大。

未转变的A，随后等温，可能发生P转变，称为“二次珠光体转变”；⑤转变的扩散性：贝氏体的转变在中温区，铁及合金元素的原子不发生扩散，而碳原子可以在奥氏体和铁素体中扩散，因此，贝氏体转变的扩散性是指碳原子的扩散；⑥贝氏体转变的晶体学：在贝氏体转变中，当铁素体形成时，在抛光的试样表面上产生表面浮凸，贝氏体中的铁素体和母相奥氏体之间存在一定位向关系和惯习面；⑦贝氏体铁素体（B F）为碳过饱和固溶体：贝氏体中铁素体的碳含量一般均为过饱和，且过饱和程度随贝氏体形成温度降低而增加，但低于马氏体的过饱和程度。

6 退火、正火的定义、目的和分类；常用退火工艺方法；退火、正火后钢的组织和性能；1、退火定义：将组织偏离平衡状态的金属或合金加热到适当的温度，保温一定时间，然后缓慢冷却以达到接近平衡状态组织的热处理工艺。

目的：钢的退火多数为预备热处理，通过退火可以消除钢锭的成分偏析，使成分均匀化；消除铸、锻件中的魏氏组织或带状组织，细化晶粒，均匀组织；降低硬度，改善组织，以便于切削加工；改善高碳钢中的碳化物的形态和分布，为淬火做好组织上的准备。

分类：按加热温度的不同，退火可分为临界温度以上或以下的退火。

前者是将工件加热至相变温度以上，使其发生结构、组织变化，从而改变性能的一种热处理工艺，包括完全退火、不完全退火、球化退火、扩散退火（也称均匀化退火）；后者是将工件加热到相变温度以下，以消除内应力、防止变形、降低硬度、恢复塑性和消除加工硬化，改善切削和冲压加工性能的热出路工艺，包括去应力退火、再结晶退火等等。

2、正火定义：将钢加热到Ac3或Accm以上30~50℃并保温一段时间，然后出炉空冷的热处理技术。

目的：对于大型铸件、锻件和钢材，正火可以细化晶粒、消除魏氏组织或带状组织，为下一步热处理做好组织准备；减少低碳钢退火后钢中先共析铁素体，获得细片状珠光体，使硬度提高到140~190HBW，改善钢的切削加工性能；对于过共析钢，正火可以消除网状碳化物，便于球化退火；可以作为某些中碳钢或中碳合金结构钢工件的最终热处理，代替调质处理，使工件具有一定的综合力学性能。

3、常用退火工艺方法见另一份第二题4、退火、正火后钢的组织和性能：①组织比较：退火、正火后均是珠光体组织，但正火组织比退火组织细，即正火的珠光体片间距比退火的珠光体片间距小；②性能比较：亚共析钢，正火的强度、硬度、韧性较高，塑性相仿；过共析钢，退火后强度、硬度、韧性均低于正火的，只有球化退火的，因其所得组织为球状珠光体，故其综合性能优于正火的。

总之，对于含碳量相同的工件，正火后的强度和硬度要高于的退火的。

7 淬火的定义、目的和分类；常用淬火介质；冷却过程三阶段；钢的淬透性及影响因素；淬硬性及影响因素；淬火方法及应用；淬火缺陷；1、淬火定义：淬火是将钢加热到临界点（Ac1或Ac3）以上，保温一段时间后以大于临界冷却速度的冷速冷却，使过冷奥氏体转变成马氏体或贝氏体组织的工艺方法。

2、淬火目的：①提高硬度和耐磨性，如刃具、量具、模具等②提高强韧性，如各种机器零件③提高顺磁性，如用高碳钢和磁钢制的永久磁铁④提高弹性，如各种弹簧⑤提高耐蚀和耐热性，如耐热钢和不锈钢3、淬火分类：见书4、常用淬火介质：①有物态变化的淬火介质：水、油、水溶液②无物态变化的淬火介质：硝酸盐、碱③植物油基生态淬火油、聚合物水基淬火介质、固-气流化介质5、有物态变化淬火介质冷却过程：①蒸汽膜阶段：冷却速度慢②沸腾阶段：冷却速度快③对流阶段：冷却速度慢6、钢的淬透性是指钢在淬火时获得马氏体的难易程度，是钢本身的固有属性，它取决于钢的淬火临界冷却速度的大小，也就是钢的过冷奥氏体的稳定性，而与冷却速度、工件尺寸大小等外部因素无关。