2022年金属热处理知识点.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载1 热处理的目的、分类、条件；定义 ：通过加热、保温顺冷却的方法,使金属的内部组织结构发生变化,从而获得所要求的性能的一种工艺方法；目的： 1、排除毛坯中的缺陷,改善工艺性能,为切削加工或热处理做组 织和性能上的预备； 2、提高金属材料的力学性能,充分发挥材料的潜力,节省材料延长零件使用寿命；分类：特点： 热处理区分于其他加工工艺如铸造、压力加工等的特点是只通过改变工件的组织来转变性能,而不转变其外形；热处理条件：（1）有固态相变发生的金属或合金（2）加热时溶解度有显著变化的合金热处理过程中 四个重要因素 : 1加热速度 V；

2、2最高加热温度 T; 3保温时间 h; 4冷却速度 Vt. 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；奥氏体界面形核的缘由 / 条件；以共析钢为例,具体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；铁素体： 碳溶于 -Fe 中形成的间隙固溶体 ,以 F 或 表示；名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载结构：体心立方结构；组织：多边形晶粒 性能：铁素体的塑性、 韧性很好（ =305

3、0%、aKU=160200Jcm2）,但强度、硬度较低 b=180280MPa、 s=100170MPa、硬度为 5080HBS；其力学性能几乎与纯铁相同；奥氏体-Fe 中的间隙固溶体；用A 或 表示结构：面心立方晶格性能：奥氏体常存在于 和硬度不高,但塑性和韧性很好727以上,是铁碳合金中重要的高温相,强度 b400 MPa、 4050%、硬度为 160200HBS,易锻压成形；钢材热加工都在 区进行；组织：多边形等轴晶粒,在晶粒内部往往存在孪晶亚结构渗碳体：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,Fe3C 3Fe+C石墨 ；结构：复杂斜方性能：渗碳体中碳的质量分数为6.69

4、%,熔点为 1227,硬度很高 800HBW,塑性和韧性极低 0、aKU0,脆性大；渗碳体是钢中的主要强化相,其数 量、外形、大小及分布状况对钢的性能影响很大；名师归纳总结 由于碳在-Fe 中的溶解度很小,因而常温下碳在铁碳合金中主要以第 2 页,共 23 页Fe3C或石墨的形式存在；- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载五个重要的成份点 : P、S、E、C、F；四条重要的线 : ECF、ES、GS、PSK；三个重要转变 : 包晶转变反应式、共晶转变反应式、共析转变反应式；两个重要温度 : 1148 、727 ；奥氏体1.奥氏体-Fe 中

5、的间隙固溶体；用A 或 表示结构 ：面心立方晶格组织 ：多边形等轴晶粒,在晶粒内部往往存在孪晶亚结构 性能 ：奥氏体常存在于 727以上,是铁碳合金中重要的高温相,强度 和硬度不高,但塑性和韧性很好 b400 MPa、 4050%、硬度为 160200HBS,易锻压成形；钢材热加工都在 区进行；室温不稳固相 高塑性、低屈服强度（利用奥氏体量改善材料塑性）顺磁性能（测残余奥氏体和相变点）线膨胀系数大（应用于外表元件）导热性能差（耐热钢）比容最小（利用残余奥氏体量削减材料淬火变形）2.Ac1、Ar1 、Ac3、Ar3 、Accm、Arcm 临界温度的意义 Ac1加热时珠光体向奥氏体转变的开头温度；

6、Ar1冷却时奥氏体向珠光体转变的开头温度；Ac3加热时先共析铁素体全部转变为奥氏体的终了温度；Ar3冷却时奥氏体开头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冷却时奥氏体开头析出二次渗碳体的温度 3.奥氏体的形成条件 过热（ TA1）4.奥氏体界面形核的缘由 /条件 1 易获得形成 A 所需浓度起伏,结构起伏和能量起伏 . 2 在相界面形核使界面能和应变能的增加削减；+ Gs + Ge G = - Gv Gv体积自由能差, Gs 表面能, Ge 弹性应变能 相界面 Gs 、 Ge 较小,更易满意热力学条件G 垂直于片层长大速度（3）残余碳化物的溶解 残

7、余碳化物 : 当 F 完全转变为 A 时,仍有部分 Fe3C 没有转变为 A,称为残余碳化物； A/F 界面对 F 推移速度 A/Fe3C 界面对 Fe3C推移速度刚形成的 A 平均含碳量 G各种因素中, T 的影响作用最剧烈 2、原始组织的影响 片状 P 转变速度 球状 P 薄片较厚片转变快 3、碳含量的影响 C, A形成速度4、合金元素的影响（1）对 A 形成速度的影响转变临界点位置；影响碳在A 中的扩散系数；合金碳化物在A中溶解难易程度的牵制；对原始组织的影响（2）对 A 匀称化的影响 合金钢需要更长匀称化时间 7. 影响奥氏体晶粒长大的因素（1）加热温度和保温时间 随加热温度上升,奥氏

8、体晶粒长大速度成指数关系快速增大；加热温度上升时,保温时间应相应缩短, 这样才能获得细小的奥氏体晶粒；（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,由于时间短奥氏体 晶粒来不及长大,可获得细小的起始晶粒度（3）钢的碳含量的影响 碳在固溶于奥氏体的情形下,由于提高了铁的自扩散系数,将促进晶界的迁移,使奥氏体晶粒长大；共析碳钢最简洁长大 ；当碳以未溶二次渗碳体形式存在时,由于其阻碍晶界迁移,所以将阻碍奥名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载氏体晶粒长大；过共析碳钢的加热温度一般选在 是保留

9、肯定的残留渗碳体；（4）合金元素的影响 Mn,P 促进奥氏体晶粒长大：Ac1 - Accm 两相区,为的就Mn - 在奥氏体晶界偏聚,提高晶界能；P - 在奥氏体晶界偏聚,提高铁的自扩散系数；强碳氮化物形成元素 Ti,Nb,V 形成高熔点难溶碳氮化物 （如 TiC,NbN）,阻碍晶界迁移,细化奥氏体晶粒；（5）冶炼方法 用 Al 脱氧,可形成 AlN - 本质细晶粒钢 用 Si、Mn 脱氧- 本质粗晶粒钢（6）原始组织 主要影响 A 的起始晶粒；原始组织越细,起始晶粒越细小；但晶粒长大倾向大, 即过热敏锐性增大, 不行采纳过高的加热温度和长时间 保温,宜采纳快速加热、短时保温的工艺方法；3 何

10、谓过冷奥氏体, 过冷奥氏体等温转变曲线, 转变产物； 珠光体的组织外形和性能；珠光体的转变机理与影响因素；1. 珠光体的组织外形和性能 组织外形：层片状、粒状、其他 片状珠光体 ：其 F、Fe3C呈层状分布重量比： F: Fe3C = 8:1 珠光体的存在：钢的退火或正火组织中 力学性能：片间距,强度和硬度,同时塑性和韧性有所改善 粒状珠光体：在铁素体基体上分布着粒状渗碳体的两相机械混合物称为粒状珠 光体；粒状珠光体一般经球化退火而得到,也可以通过淬火加回火处理得到；性能： Fe3C 细小,分布匀称,就强度、硬度较高,韧性也；与同成分片状 P 相比：强度硬度稍低,塑韧性较高 粒状珠光体的力学性

11、能主要取决于渗碳体颗粒的大小、外形与分布；2. 何谓过冷奥氏体 过冷奥氏体处于临界温度之下临时存在的奥氏体；3.过冷奥氏体等温转变曲线,转变产物名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载4.珠光体的转变机理与影响因素 一.片状珠光体的转变机理 两个基本过程：形核长大（1）珠光体的形核（i）领先相与化学成分有关 亚共析钢： F 过共析钢： Fe3C 名师归纳总结 共析钢：两者均可,一般认为是Fe3C 第 6 页,共 23 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备

12、 欢迎下载（）珠光体形核位置领先相大多在奥氏体晶界或相界面（奥氏体与先共析相界面） 上形核； 由于这些区域缺陷较多,能量较高,原子简洁扩散,简洁满意形核所需要的成分起伏、能量起伏和结构起伏的条件；长大：扩散进行 长大方式：纵向长大,沿着珠光体片长轴方向长大；横向长大,沿着珠光体片垂直方向长大；二、粒状珠光体的形成机制 粒状珠光体可通过球化退火和马氏体组织回火得到；三、亚（过）共析钢的珠光体转变 由偏离共析成分的过冷奥氏体所形成的珠光体称为伪共析体或伪珠光体；名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载影响因

13、素：一、奥氏体成分与组织（1）碳含量 共析成分的 C 曲线最靠右（共析 A 最稳固）,成分偏离共析点, C 曲线将左移（先析相的析出,降低过冷 A 的稳固性）；成分偏离共析点越多, C 曲线左移越多；（2）奥氏体晶粒度晶粒细小,可促进 P 转变（3）奥氏体成分不匀称性成分不匀称,有利形核,加速 P 转变（4）合金元素除了 Co,大部分使 C 曲线右移,降低 P 的转变 二、外界条件（1）加热温度和保温时间加热 T 低,保温 t 短,将加速 P 转变（2）应力和变形拉应力和变形均加速转变4 马氏体的定义：晶体结构、组织外形、性能；马氏体具有高硬度、高强度的本质； Ms、Mf 点；影响 Ms 点的

14、主要因素；马氏体的形成条件与转变特点；1.马氏体的定义： 马氏体是 C 在 -Fe 中的过饱和间隙式固溶体； 具有体心立方 点阵 C%极低钢 或体心正方 淬火亚稳相 点阵；名师归纳总结 马氏体相变： 钢铁在经过奥氏体化温度后实行快速冷却,抑制其扩散分解, 在第 8 页,共 23 页较低温度（ Ms）下发生的无扩散型相变；晶体结构：体心正方晶格（ a = b c）轴比 c/a 马氏体的正方度- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载钢中马氏体的本质：马氏体是碳溶于 -Fe 中的过饱和间隙式固溶体,记为 M 或 ；其中的碳择优分布在 c 轴方向上

15、的八面体间隙位置；这使得c 轴伸长, a 轴缩短,晶体结构为体心正方；其轴比 c/a 称为正方度,马氏体含碳量愈高,正方度愈大；马氏体的晶体结构类型（两种） ：体心立方结构（ WC0.2%）组织外形： 板条,片状,蝴蝶状、薄板状及薄片状 性能：一. 马氏体的强度和硬度 钢中马氏体的主要特性是高硬度和高强度；马氏体高强度高硬度的本质 相变强化 马氏体相变的切变特性, 造成马氏体晶体内产生大量的微观缺陷（位错、 孪 晶、层错等）使马氏体强化,称为相变强化；固溶强化 马氏体中以间隙式溶入过饱和碳原子将引起剧烈点阵畸变,形成以碳原子 为中心应力场,并与位错发生交互作用,使碳原子钉扎位错,强化马氏体；马

16、氏体时效强化 马氏体发生碳原子偏聚和析出,从而产生时效强化；二. 马氏体的塑性和韧性 1韧性 马氏体的韧性主要打算于亚结构；C%:0.4%,韧性低,硬而脆；仅从韧性考虑,含 C 量不宜 0.4% 2马氏体的相变诱发塑性 在马氏体转变过程中塑性有所增加-马氏体的相变诱发塑性；2.马氏体的形成条件与转变特点；马氏体的 形成条件 ：（1快冷V Vc防止 A 向 P、B 转变（2深冷T MS供应足够的驱动力转变特点 ：（1）、表面浮凸效应和共格切变表面浮凸效应切变使马氏体表面显现一边凹陷、奥氏体也发生弹性切变；一边凸起, 并带动邻近马氏体转变以切变方式进行界面上原子为马氏体与奥氏体共有；（2）无扩散相

17、变（3）M 转变的位向关系及惯习面 位向关系相变时,整体相互移动一段距离,相邻原子的相对位置无变化；作小于一 个原子间距位置的位移,因此奥氏体与马氏体保持肯定的严格的晶体学位向关名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载系；位向关系有：（1）KS 关系（2）西山（ N）关系惯习面：（3）GT 关系马氏体是在母相的肯定晶面上开头形成的,这个晶面就是惯习面；（4）马氏体转变不完全性（非恒温性）（5）马氏体转变的可逆性3.Ms、Mf 点马氏体转变开头的温度称上马氏体点,用 马氏体转变终了温度称下马氏体点,用Ms

18、 表示；Mf 表示 . 4.影响 Ms 点的主要因素 1）化学成分 1C%影响 C%的影响最为明显；C%上升,Ms 和 Mf 均下降, 马氏体转变温度区间移向低温,体量增加；残余奥氏C%增加, Ms 呈连续下降趋势,当C%0.6%时,Ms 下降比 Mf 下降显著,当 C%增加到 C%0.6%时, Mf 下降缓慢直至基本不变；2合金元素合金元素对 Ms 点影响比较复杂,多种合金元素同时作用的影响和一种合金元素的影响也不相同；总体上： 除了 Co、Al 提高 Ms 外,合金元素均有降低 Ms 作用； 强碳化物形成元素加热时溶入奥氏体中很少,对 Ms 点影响不大；作用； 合金元素对 Ms 点的影响表

19、现在影响平稳温度 T0 和对奥氏体的强化3）奥氏体化条件 对 MS 的影响具有双重性,加热温度高和保温时间长,有利于C 及合金元素原子充分溶入到奥氏体中固溶强化 ,降低 Ms 点；但同时奥氏体晶粒长大,缺陷削减,晶界强化作用降低,切变阻力减小,Ms 点有提高趋势；4）淬火速度目前观点不统一一般认为：淬火速度较低时,即淬火温度较高,“ C 原子气团” 可以形成足够大的尺寸并在缺陷处偏聚,强化奥氏体,使 Ms 点降低,淬火速度较高时,即淬火温度较低,抑制了“使 Ms 点上升；也有人为：高速淬火5）磁场C 原子气团” 形成,对奥氏体强化作用降低,Ms 点上升是淬火应力引起的；1增加磁场只是提高 Ms

20、 点,对 Ms 点以下的马氏体转变和总的转变量无影响；2转变过程中增加磁场, 转变量的增加趋势与未加磁场相同,撤去磁场,转变量又回到未加磁场状态；3磁场对 Ms 点影响与形变诱发马氏体影响相像,增加磁能补充了相变所需的驱动力,使马氏体相变能够产生；5 典型贝氏体的形成温度、 组织外形和机械性能； 贝氏体相变的基本名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载特点；1.贝氏体相变的基本特点 兼有 P 转变与 M 转变的某些特点；（1）转变有上、下限温度（2）转变产物为非层片状（3）形核及长大（4）转变的不完全

21、性（5）转变的扩散性指碳原子的扩散, 中温区,Fe 及 Me 原子就不发生扩散（6）贝氏体转变的晶体学 BF 与母相 A 之间存在惯习面和位向关系（7）BF 也为碳过饱和固溶体过饱和程度随 B 形成温度的降低而增加,但低于 M 过饱和程度2.典型贝氏体的形成温度、组织外形和机械性能一、上贝氏体1. 形成温度范畴B 转变温度区的较高温度区域,对中、高碳钢,约 550350；2. 组织外形 由成束的、大致平行的铁素体 （羽毛状）F 板条加碳化物组成；束内相邻 F 位向差很小,束与束之间位向差较大；亚结构是位错；C400 产物： S 回名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载9 典型零件（轴承、弹簧、工具）的热处理工艺；滚动轴承热处理：1、工作条件 高载荷,交变应力 高转速,肯定冲击；2、失效形式 接触疲惫破坏、塑性变形、磨损 3、性能要求 : （内外圈和滚动体）高的硬度和耐磨性 ; 高的接触疲惫强度 ; 足够的韧性和耐蚀性 ; 尺寸稳固性 4、轴承用钢 : 高碳 , Wc = 0.951.15% GCr15 ：含 Cr 量 WCr