金屬熱處理原理與工藝復(fù)習(xí)提綱

1、1、 名詞解釋1. 正火：把零件加熱到臨界溫度以上30-50，保溫一段時(shí)間，然后在空氣中冷卻的熱處理工藝。2. 退火：將鋼加熱、保溫后，隨爐冷卻后，獲得接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝。3. 回火： 將淬火鋼重新加熱到A1線以下某一溫度，保溫一定時(shí)間后再冷卻到室溫的熱處理工藝。4. 淬火：將鋼加熱到AC1或AC3以上某一溫度，保溫一定時(shí)間，以大于臨界冷卻速度進(jìn)行快速冷卻，獲得馬氏體或下貝氏體組織的熱處理工藝。5. 淬硬性：鋼淬火后的硬化能力。6. 淬透性：鋼淬火時(shí)獲得馬氏體的能力。7. 貝氏體：過(guò)冷奧氏體中溫轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。8. 馬氏體：C原子溶入-Fe形成的飽和間隙固溶體。9. 貝氏體轉(zhuǎn)變：奧氏體中

2、溫轉(zhuǎn)變得到貝氏體的過(guò)程。10. 馬氏體轉(zhuǎn)變：將奧氏體快速冷卻到Ms點(diǎn)以下得到馬氏體組織的過(guò)程。11. 脫溶：從過(guò)飽和固溶體中析出第二相(沉淀相)、形成溶質(zhì)原子聚集區(qū)以及亞穩(wěn)定過(guò)渡相的過(guò)程稱為脫溶或沉淀，是一種擴(kuò)散型相變。12.固溶：將雙相組織加熱到固溶度線以上某一溫度保溫足夠時(shí)間，獲得均勻的單相固溶體的處理工藝。 13.固溶強(qiáng)化：當(dāng)溶質(zhì)原子溶入溶劑原子而形成固溶體時(shí)，使強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性下降的現(xiàn)象。14.滲碳：向鋼的表面滲入碳原子的過(guò)程。15.滲氮：向鋼的表面滲入氮原子的過(guò)程。16.化學(xué)熱處理：將零件放在特定的介質(zhì)中加熱、保溫，以改變其表層化學(xué)成分和組織，從而獲得所需力學(xué)或化學(xué)性能的工

3、藝總稱。17.表面淬火:在不改變鋼的化學(xué)成分及心部組織情況下，利用快速加熱將表層奧氏體化后進(jìn)行淬火以強(qiáng)化零件表面的熱處理方法。2、 簡(jiǎn)答題1. 材料的強(qiáng)韌化機(jī)制及其應(yīng)用答：固溶強(qiáng)化；位錯(cuò)強(qiáng)化；第二相強(qiáng)化；細(xì)晶強(qiáng)化。2. 相變應(yīng)力/組織應(yīng)力是什么？對(duì)組織性能有什么影響？答：組織應(yīng)力又稱相變應(yīng)力：金屬制品在加熱和冷卻時(shí)發(fā)生相變，由于新舊相之間存在著結(jié)構(gòu)和比容差異，制品各部分又難以同時(shí)發(fā)生相變，或者各部分的相變產(chǎn)物有所不同，也會(huì)引起應(yīng)力，這種因組織結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變不均均而產(chǎn)生的應(yīng)力稱為組織應(yīng)力。熱應(yīng)力：金屬制品在加熱和冷卻過(guò)程中，由于各部分加熱速度或冷卻速度不同造成制品各部分溫度差異，從而熱脹冷縮不均勻所引

4、起的內(nèi)應(yīng)力。3. 奧氏體化的形成及控制（形成過(guò)程、機(jī)理、及控制措施）其中包含的化學(xué)反應(yīng)有哪些？答：奧氏體：C溶于Fe的八面體間隙形成間隙式固溶體形成過(guò)程：形核：通常在鐵素體與滲碳體的兩相界面處或珠光體團(tuán)的邊界處； 長(zhǎng)大：奧氏體長(zhǎng)大是通過(guò)鐵素體與奧氏體的點(diǎn)陣重構(gòu)，滲碳體的溶解和碳在奧氏體中的擴(kuò)散進(jìn)行，即奧氏體逐漸吞噬其兩邊的鐵素體和滲碳體而長(zhǎng)大； 殘余滲碳體分解：剩余在奧氏體中的滲碳體通過(guò)碳原子擴(kuò)散，不斷溶于奧氏體中；共析鋼：PAPAFA亞共析鋼：影響奧氏體等溫形成因素：加熱溫度：加熱溫度T升高，過(guò)熱度T增大，相變驅(qū)動(dòng)力G增大，原子擴(kuò)散速度增加，形核率I和長(zhǎng)大速度G均增加；原始組織：原始組織越細(xì)

5、，碳化物越分散，珠光體的層片間距S0越小，相界面越多，形核率I越大，同時(shí)碳的濃度梯度dc/dx增加，長(zhǎng)大速度G均增加；合金元素：影響奧氏體長(zhǎng)大因素:加熱溫度和保溫時(shí)間；加熱速度：加熱速度快，時(shí)間短可以細(xì)化晶粒；含碳量的影響；合金元素的影響：形成難溶碳化物阻礙原子擴(kuò)散，阻止長(zhǎng)大；減小奧氏體晶粒尺寸措施：兩相區(qū)和臨界區(qū)加熱；零保溫；快速加熱；細(xì)化原始晶粒；循環(huán)加熱；形變熱處理。4. 片狀珠光體與粒狀珠光體的形成條件？答：珠光體轉(zhuǎn)變驅(qū)動(dòng)力：新舊兩相自由能差粒狀珠光體形成機(jī)制：特定條件下過(guò)冷奧氏體分解；片狀珠光體低溫退火；高溫回火；形變球化。5.表面淬火（感應(yīng)淬火）與化學(xué)熱處理（滲氮、滲碳為主）定義、

6、目的及使用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)答：化學(xué)熱處理：將零件放在特定的介質(zhì)中加熱、保溫，以改變其表層化學(xué)成分和組織，從而獲得所需力學(xué)或化學(xué)性能的工藝總稱。優(yōu)點(diǎn)：能有效改善鋼表面的成分、組織和性能；不受工件形狀限制；很多化學(xué)熱處理的零件具有變形小，精度高，尺寸穩(wěn)定性好的特點(diǎn)；經(jīng)濟(jì)效果好；有較好的工藝性。過(guò)程：分解、吸收、擴(kuò)散滲碳：向鋼的表面滲入碳原子的過(guò)程。滲碳后進(jìn)行：淬火+低溫回火淬火后組織：表面：高碳馬氏體+Fe3C+Ar 心部：低碳馬氏體+少量F緩冷后組織：P+Fe3C P P+F F+P(少量)滲層厚度：0.8-2mm滲氮：將N滲入鋼件表面，以提高其硬度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度的一種化學(xué)熱處理方法。優(yōu)點(diǎn)：高硬

7、度，耐磨性；高紅硬性；高抗咬和性；高疲勞強(qiáng)度；高抗蝕性；工件變形小缺點(diǎn)：生產(chǎn)周期長(zhǎng)；成本高；滲層?。徊荒艹惺芨叩慕佑|應(yīng)力；和沖擊載荷表面淬火：在不改變鋼的化學(xué)成分及心部組織情況下，利用快速加熱將表層奧氏體化后進(jìn)行淬火以強(qiáng)化零件表面的熱處理方法。目的：使表面具有高的硬度、耐磨性和疲勞極限;心部在保持一定的強(qiáng)度、硬度的條件下，具有足夠的塑性和韌性。即表硬里韌。表面淬火+低溫回火后的組織：表層組織為M回；心部組織為S回(調(diào)質(zhì))或F+S(正火)。與化學(xué)熱處理區(qū)別：不改變零件表面的化學(xué)成分；使零件表面迅速加熱到臨界點(diǎn)以上(心部溫度仍處于臨界點(diǎn)以下)，然后快速冷卻淬火，獲得馬氏體組織達(dá)到強(qiáng)化表面的目的。適

8、用材料：中、高碳鋼，普通灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、合金鑄鐵。預(yù)處理：調(diào)質(zhì)、正火或球化退火。后處理：低溫回火應(yīng)用：適用于重型載重汽車上的重要零件如萬(wàn)向節(jié)、十字軸、曲軸、齒輪等。6. 加熱和冷卻過(guò)程中裂紋的成因及控制答：淬火應(yīng)力是指在淬火過(guò)程中，由于工件不同部位的溫度差異及組織轉(zhuǎn)變的不同時(shí)所引起的內(nèi)應(yīng)力。當(dāng)淬火應(yīng)力超過(guò)材料的斷裂強(qiáng)度極限時(shí)，將在工件上出現(xiàn)淬火裂紋?？刂屏鸭y措施：提高材料的冶金質(zhì)量，減少夾雜、偏析、折疊等缺陷及其他組織不均勻性； 淬火時(shí)防止過(guò)熱； 對(duì)形狀復(fù)雜的制品適當(dāng)降低冷卻速度，若為鋼件應(yīng)在Ms點(diǎn)附近溫度就開(kāi)始較慢冷卻，以減小組織應(yīng)力，為此可采取合適的淬火方式，或選用適宜的冷卻介

9、質(zhì)； 注意制品浸入冷卻介質(zhì)的方式，避免制品局部應(yīng)力過(guò)大； 改變制品的形狀結(jié)構(gòu)，盡可能使制品形狀具有對(duì)稱性，避免尺寸突變、凹槽和尖角，提高制品表面光潔度等，以防止局部應(yīng)力集中效應(yīng)。7.馬氏體與貝氏體動(dòng)力學(xué)與熱力學(xué)因素答：馬氏體轉(zhuǎn)變特點(diǎn)：非恒溫性；具有切變共格和表面浮凸現(xiàn)象；馬氏體轉(zhuǎn)變的無(wú)擴(kuò)散性；馬氏體轉(zhuǎn)變的位向關(guān)系和慣習(xí)面；馬氏體轉(zhuǎn)變的可逆性。馬氏體轉(zhuǎn)變熱力學(xué)條件：馬氏體的形成條件： （1） 快冷V Vk避免A向P、B轉(zhuǎn)變 （2） 深冷 T MS提供足夠的驅(qū)動(dòng)力 馬氏體轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)：變溫轉(zhuǎn)變：變溫瞬時(shí)形核，快速長(zhǎng)大；等溫轉(zhuǎn)變：有孕育期，但等溫轉(zhuǎn)變不完全；爆發(fā)式馬氏體轉(zhuǎn)變；表面馬氏體轉(zhuǎn)變。上述三種轉(zhuǎn)

10、變的差別是：形核方式及形核率不同。相同點(diǎn)：長(zhǎng)大速度都極快貝氏體轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)：上貝氏體的形成：碳在鐵素體中的擴(kuò)散速度大于在奧氏體中的擴(kuò)散速度，因而在溫度較低的情況下，碳在奧氏體的晶界處就發(fā)生富集，當(dāng)碳濃度富集到一定程度時(shí)，便在鐵素體條間沉淀析出滲碳體，從而得到典型的上貝氏體組織；下貝氏體的形成：在下貝體形成溫度范圍內(nèi)，由于轉(zhuǎn)變溫度低，首先在奧氏體晶界或晶內(nèi)的某些貧碳區(qū)，形成鐵素體晶核，并按切變共格方式長(zhǎng)大，成片狀或透鏡狀。由于轉(zhuǎn)變溫度低，碳原子在奧氏體中的擴(kuò)散很困難，很難遷移至晶界。而碳在鐵素體中的擴(kuò)散仍可進(jìn)行。因此在鐵素體共格長(zhǎng)大的同時(shí)，碳原子只能在鐵素體的某些亞晶界或晶面上聚集；進(jìn)而沉淀析出細(xì)

11、片狀的碳化物。在一片鐵素體長(zhǎng)大的同時(shí)，其它方向上鐵素體也會(huì)形成。從而得到典型的下貝氏體組織。影響貝氏體轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)的因素：碳含量的影響：隨奧氏體中碳含量的增加，貝氏體轉(zhuǎn)變速度下降。這是因?yàn)樘己扛?，形成貝氏體時(shí)需要擴(kuò)散的碳原子量增加；合金元素的影響：除Al與Co外，其他合金元素都或多或少地降低貝氏體轉(zhuǎn)變速度，同時(shí)也使貝氏體轉(zhuǎn)變的溫度范圍下降，從而使珠光體與貝氏體轉(zhuǎn)變的C曲線分開(kāi)；奧氏體晶粒大小和奧氏體化溫度的影響：一般來(lái)說(shuō)，隨奧氏體晶粒增大，貝氏體轉(zhuǎn)變?cè)杏谠鲩L(zhǎng)，轉(zhuǎn)變速度減慢。隨奧氏體化溫度升高，貝氏體轉(zhuǎn)變速度先降后增。奧氏體化時(shí)間對(duì)貝氏體轉(zhuǎn)變速度也有類似的影響。 3、 論述題1. C曲線轉(zhuǎn)變工

12、藝及條件答：影響過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)曲線因素：合金元素：除Co和Al以外的合金元素均使C曲線右移，即增加過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性，從而提高鋼的淬透性，C對(duì)Ms和Mf點(diǎn)的影響最大，隨含碳量增加，使Ms和Mf點(diǎn)降低；加熱溫度和保溫時(shí)間；晶粒大?。?細(xì)小的奧氏體晶粒其總晶界面積相對(duì)來(lái)說(shuō)比較多，這有利于珠光體的形核，從而促進(jìn)珠光體轉(zhuǎn)變，珠光體轉(zhuǎn)變線左移2. 淬火與回火工藝問(wèn)題答：淬火：將鋼加熱到AC1或AC3溫度以上，保溫一段時(shí)間，然后以大于臨界冷速進(jìn)行快速冷卻，得到馬氏體或下貝氏體的熱處理過(guò)程。對(duì)淬火介質(zhì)要求：淬火介質(zhì)首先要有足夠的淬火能力或冷卻能力，淬火介質(zhì)的冷卻能力必須保證工件以大于臨界淬火冷速冷卻，工件尺寸一定時(shí)冷速越快越有可能獲得較大的淬硬深度。但過(guò)高的冷速又將增加工件截面溫差使熱應(yīng)力與組織應(yīng)力增大，容易引起變形開(kāi)裂。因此冷卻能力又不宜過(guò)于劇烈。回