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。

（2）铁素体向奥氏体的转变的速度远比渗碳体溶解速度快的多。所以转变过程中珠光体中总是铁素体首先消失，铁素体全部转化为奥氏体时，可以认为奥氏体长大完成。

（3）影响奥氏体形成速度的因素：加热温度、加热速度、化学成分、原始组织。

（4）加热速度越快，奥氏体形成的开始温度和终了温度越高，而孕育期和转变时间越短，奥氏体形成速度越快。

（5）钢中含碳量越高，奥氏体形成速度越快；碳化物形成元素减小碳在奥氏体中的扩散速度，故减慢奥氏体的形成速度；费碳化物形成元素增大碳在奥氏体中的扩散速度，因而加快了奥氏体中的形成速度。

（6）当钢的化学成分相同时，原始组织越细，相界面面积越大，形核率越高，奥氏体形成速度越快。

（7）奥氏体的晶粒度可以用起始晶粒度、实际晶粒度和本质晶粒度等描述。

（8）起始晶粒度是指把钢加热到临界温度以上，奥氏体转变刚刚完成，其晶粒边界刚刚接触时的奥氏体晶粒大小；实际晶粒度是指钢在某一具体的热处理或热加工条件下实际获得的奥氏体晶粒大小；本质晶粒度表示在规定的加热条件下奥氏体晶粒长大的倾向。1~4级为本质粗晶粒度，5~8级为本质细晶粒度。

（9）影响奥氏体晶粒长大的因素：加热温度和保温时间、加热速度、钢的化学成分、原始组织。

（10）实际生产中采取快速加热和短时保温的方法获得细小晶粒。

（11）当成分一定时，原始组织越细，碳化物弥散度越大，则奥氏体晶粒越细。与粗珠光体相比，细珠光体总是易于获得细小而均匀的奥氏体晶粒。片状珠光体比球状珠光体在加热时奥氏体晶粒易于粗化。

（12）时效强化：合金元素经固溶处理后，获得过饱和固溶体。在随后的室温放置或低温加热保温时，第二相从过饱和固溶体中析出，引起强度，硬度以及物理和化学性能的显著变化。

3. 钢在冷却时的转变

（1）常用的冷却方式有两种：

等温冷却——将奥氏体状态的钢迅速由高温冷却到临界点以下某一温度等温停留一段时间，使奥氏体在该温度下发生组织转变，然后再冷到室温。过冷奥氏体等温转变曲线（TTT曲线或C曲线）

连续冷却——将奥氏体状态的钢以一定的速度连续从高温冷到室温，使奥氏体在一个温度范围内发生连续转变。过冷奥氏体连续转变曲线（CCT曲线）

（2）TTT曲线反映转变开始和转变终了时间，转变产物的类型以及转变量与时间、温度之间的关系。

（3）在A1温度以下某一确定温度，过冷奥氏体转变开始线与纵坐标之间的水平距离为过冷

奥氏体在该温度下的孕育期，孕育期的长短表示过冷奥氏体稳定性的高低。过冷奥氏体转变终了线与纵坐标之间的水平距离则表示在不同温度下转变完成所需要的总时间。

（4）在A1~550℃温度范围内,发生珠光体转变,转变产物是珠光体型组织;在550℃~Ms温度范围内，发生贝氏体转变，转变产物是贝氏体。

（5）影响过冷奥氏体等温转变的因素：含碳量（随含碳量增加，C曲线先右移再左移）、合金元素、加热温度和保温时间。

（6）珠光体转变是单相奥氏体分解为铁素体和渗碳体两个新相的机械混合物的相变过程。（7）根据渗碳体的形态不同，把珠光体分为片状珠光体和粒状珠光体；根据珠光体片间距的大小，把珠光体分为普通珠光体（P）、索氏体（S）、和屈氏体（T）。

（8）珠光体团的直径和片间距越小，钢的强度和硬度越高；为获得片间距离均匀一致，强度高的珠光体，应采用等温处理；粒状珠光体强度、硬度较低，但塑性较好；高碳钢在机加工和热处理前，常要求先经球化退火处理得到粒状珠光体。

（9）钢中马氏体是碳在α-Fe中的过饱和固溶体，具有很高的强度和硬度。马氏体组织形态多种多样，其中板条马氏体（亚结构为高密度位错）和片状马氏体（亚结构为孪晶）最为常见。

（10）碳浓度越高，板条马氏体数量越少，而片状马氏体数量越多。

（11）马氏体具有高强度、高硬度的主要原因是固溶强化、相变强化、时效强化以及晶界强化。

（12）贝氏体，尤其是下贝氏体组织具有良好的综合力学性能，故生产中常将钢奥氏体化后过冷至中温转变区等温停留，使之获得贝氏体组织。

（13）从奥氏体晶界生长出来的近于平行的或其它规则排列的针状铁素体或渗碳体以及其间存在的珠光体组织称为魏氏组织。奥氏体晶粒越粗大，越容易形成魏氏组织。

（14）一般采用膨胀法或金相-硬度法等来测定CCT曲线。

（15）共析钢的连续冷却曲线只有珠光体转变区和马氏体转变区，没有贝氏体转变区。珠光体转变区由三条曲线构成——转变开始线、转变终了线、转变中止线。

（16）冷却速度VV k 时，只发生马氏体转变。

（17）连续冷却转变曲线位于等温转变曲线右下方，表明在连续冷却转变过程中过冷奥氏体的转变温度低于相应的等温转变温度，且孕育期较长。

4. 钢的回火转变

（1）回火是将淬火钢加热到低于临界点A1的某一温度保温一段时间，使淬火组织转变为稳定的回火组织，然后以适当的方式冷却到室温的一种热处理工艺。

（2）淬火钢必须立即回火，以消除或减少内应力，防止变形和开裂，并获得稳定的组织和所需的性能。

（3）随着回火温度升高和时间延长，相应会发生以下几种组织转变：马氏体中碳的偏聚、马氏体的分解，残余奥氏体的转变，碳化物的转变，渗碳体的聚集长大和α相回复、再结晶。（4）随着回火温度的升高，钢的硬度连续下降。但含碳量大于0.8%的高碳钢在100℃左右回火时，硬度反而略有升高，这是由于马氏体中碳原子的偏聚及ε碳化物析出引起弥散强化造成的。

（5）淬火钢回火时冲击韧度并不总是随回火温度升高而单调增大，有些钢在一定的温度范围内回火时，其冲击韧度显著下降，这种脆化现象叫做钢的回火脆性。

（6）第一类回火脆性采用的办法是壁面在催化温度范围内回火；第二类回火脆性通过减小杂质原子在原始奥氏体晶界上的偏聚，可显著减弱回火脆性。采用形变热处理也可以减弱回火脆性。