钢的热处理考试知识点
钢的热处理
1、钢的热处理工艺主要有几种
退火、淬火、正火、回火、表面热处理
2、什么是同素异构转变、多形性转变
同素异构转变：纯金属在温度和压力变化时,由某一种晶体结构转变为另一种晶体结构的过程称为同素异构转变。
多形性转变:在固溶体中发生的由一种晶体结构转变为另一种晶体结构的过程称为多形性转变。
3、奥氏体及其结构特点
奥氏体是碳在γ-Fe中的间隙固溶体,具有面心立方结构。
奥氏体的面心立方结构使其具有高的塑性和低的屈服强度,在相变过程中容易发生塑性变形，产生大量位错或出现孪晶，从而造成相变硬化和随后的再结晶、高温下经历的反常细化以及低温下马氏体相变的一系列特点。
4、共析碳钢在加热转变时，奥氏体优先形核位置及原因
奥氏体的形核
1）球状珠光体中：优先在F/Fe３C界面形核
2)片状珠光体中：优先在珠光体团的界面形核，也在Ｆ/Fe３C片层界面形核奥氏体在F/Fe3C界面形核原因：
（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减少。
△Ｇ = -△Gv + △Gs ＋△Gｅ
△Gｖ—体积自由能差，△Gs —表面能，△Ge —弹性应变能
5、珠光体向奥氏体转变的三阶段,并说明为什么铁素体完全转变为奥氏体后仍然有一部分碳化物没有溶解?
(1）奥氏体的形核；（2)奥氏体的长大;(3)残余碳化物的溶解和奥氏体成分的均匀化；
奥氏体长大的是通过γ/α界面和γ/Fe
3
C界面分别向铁素体和渗碳体迁移来实
现的。由于γ/α界面向铁素体的迁移远比γ/Ｆe
3C界面向Fe
3
Ｃ的迁移来的快，
因此当铁素体已完全转变为奥氏体后仍然有一部分渗碳体没有溶解。
6、晶粒度概念
奥氏体本质晶粒度：根据标准试验方法,在930±10°C保温足够时间后测得的奥氏体晶粒大小。
奥氏体起始晶粒度:在临界温度以上,奥氏体形成刚刚完成,其晶粒边界刚刚相互接触时的晶粒大小
奥氏体实际晶粒度：在某一加热条件下所得的实际奥氏体晶粒大小。
7、共析碳钢IT图
8、扩散型、非扩散型、半扩散型特点
扩散型相变:相变过程中伴随着原子的扩散，相变过程受原子扩散控制。
半扩散型相变:相变过程中有原子扩散，相变部分受原子扩散控制。
非扩散型相变:相变过程中无原子扩散。
9、退火定义、目的(作用)、种类
退火定义:退火是将钢加热到适当的温度，经过保温后以适当的速度冷却以降低硬度、改善组织、提高加工性的一种热处理工艺。
⑴完全退火（亚共析钢温度高于Ac3；过共析钢温度高于Accm）
完全退火后可获得接近平衡状态的组织。(过共析钢不能采用完全退火,因为这样的加热并慢冷后会出现网状渗碳体。）
⑵等温退火(Ar1以下的某一温度等温停留)
等温退火可以缩短退火时间，所以可以得到均匀的组织。
⑶球化退火（珠光体低于并接近Ａ１的温度,奥氏体 Ac１以上)
主要对高碳工具钢、模具钢和轴承钢等进行，目的是改善碳化物分布，并使碳化物球化为细小圆形颗粒分布在马氏体基体,提高塑性和韧性,改善切削加工性能和减少最终热处理的变形和开裂。
⑷扩散退火(一般为11０0~12０0℃）
目的：改善和消除在冶金过程中形成成分不均匀性
⑸低温退火（碳钢和低合金钢的低温退火温度为550～650℃，高合金钢和高速钢为600～750℃,时间约为１～2小时。）
目的:消除铸、锻、焊及切削加工过程内应力。
⑹再结晶退火（６50℃或稍高,时间为0.5~1h)
目的:为了使冷形变钢通过再结晶而恢复塑性，降低硬度，有利于随后的再形变或获得稳定的组织。（再结晶退火常用于冷轧低碳钢板和钢带）
10、退火温度范围、适用范围、得到组织（见9题)
11、球化退火、球化途径、工艺流程
获得球化体的途径主要有三种：
⑴珠光体的球化;
珠光体在高于亚临界温度(即低于并接近A1的温度)长时间保温得到球化体组织。
⑵由奥氏体转变为球化体；
退火工艺有三种：①加热到Aｃ1以上20℃左右,然后以3～5℃/ｈ的速度控制冷
却到Ar1一下一定温度,即一般的球化退火;②加热到Aｃ1以上2０℃左右,然后在略低于Ａ1的温度等温保持,随后在略低于A1的温度等温保持，随后冷却之,又称等温球化退火;③在A１上、下20℃左右交替保温，随后冷却之，又称周期球化退火
⑶马氏体低于并接近A１的温度分解。
12、正火定义、目的（作用）
定义:将铁碳合金加热到临界点Acs以上适当温度并保持一定的时间，然后在空气中冷却的工艺叫正火
目的：消除网状碳化物、改善切削性能；使铸、锻件过热晶粒细化；消除内应力13、退火与正火的选择(表）(钢给出温度范围选工艺、排号和碳钢）
14、马氏体定义、结构、结构特点、转变特点
定义：马氏体是碳在α－Fe中的过饱和固溶体
结构:体心正方晶格
结构特点：C% 越高，正方度越大，正方畸变越严重。
当＜0.25%C时，ｃ／a=1,此时马氏体为体心立方晶格
马氏体转变特点:
（1）表面浮凸效应和切变共格性
（2)无扩散性
（3)新相与母相间具有一定的晶体学关系（取向关系及惯习面）
(４)转变的不完全性
（5）转变的可逆性
15、板条马氏体、片状马氏体,形貌特点、组织结构、机械性能、亚结构
板条马氏体:板条状,亚结构:位错(又称位错马氏体)
片状马氏体:片状，亚结构：孪晶(又称孪晶马氏体）
含碳量<０.2%几乎全是条状马氏体,含碳量0.2%～０.４%时以条状马氏体为主,含碳量0.4%~0.8%时则是混合组织，含碳量＞1%完全为片状马氏体。
片状马氏体强度比板条马氏体高（马氏体强度主要取决于含碳量)，板条马氏体韧性好于片状马氏体（马氏体韧性主要取决于亚结构）。
16、什么是奥氏体稳定化、热稳定化、机械稳定化,特点、影响因素
奥氏体稳定化:指奥氏体内部结构在外界因素作用下发生某种变化而使奥氏体向马氏体转变呈现迟滞现象。
热稳定化:淬火时因缓慢冷却或在冷却过程中停留而引起奥氏体的稳定性提高，使马氏体转变迟滞的现象。
机械稳定化:奥氏体在淬火过程中受到较大塑性变形而引起的稳定化现象。
热稳定化影响因素:①等温Ｔ↗,A稳定化愈好；但T高于某一定值后，随等温T ↗ ,A稳定化下降,出现反稳定化。②在一定等温T下,停留t↗,A稳定化愈好。③Ｃ% ↗，A稳定化程度↗。
机械稳定化影响因素：①在Md点以下温度对Ａ进行塑性变形，将发生形变诱发M转变。②在Md点以上，对A小量塑性变形将促进随后冷却时的M转变;对A大量塑性变形将抑制随后冷却时的Ｍ转变,使奥氏体稳定化。
17、上贝氏体、下贝氏体形貌组织、力学性能
上B:羽毛状，条状或针状。
形成条件:
温度在马氏体转变温度以上、珠光体转变温度以下范围的稍高温度;转变温度高于下贝氏体。碳含量在低、中碳钢中,随碳含量增加,铁素体板条变薄、渗碳体量增加。
下B:暗黑色针状或片状。
形成条件：
温度在马氏体转变温度以上、珠光体转变温度以下范围的稍低温度；转变温度低于上贝氏体。
性能差别：下贝氏体强度和韧性高上贝氏体
18、钢的淬透性、淬硬性,定义、相关因素
淬透性:钢在淬火时能够获得马氏体的能力。其大小是用规定条件下淬硬层深度来表示。
淬硬性:是在正常淬火条件下,钢淬火后所能达到的最高硬度,即硬化能力
淬透性决定因素：临界冷却速度即化学成分及奥氏体化的条件；
淬硬性影响因素:取决于马氏体的含碳量。
工件的淬透深度：取决于钢材淬透性, 还与冷却介质、工件尺寸等外部因素有关19、亚共析、过共析淬火加热温度选择原则,为什么过共析钢不能超过Accm线选择原则:亚共析刚Ａc３+30~50°Ｃ；过共析钢Ac１＋30~50°C
原因:若加热到Ａccm线以上，会带来一些不良后果：（1）由于渗碳体全部融入奥氏体，使淬火后钢的耐磨性降低(２）Ac1~Acｃm之间,存在未溶二次渗碳体，反而阻碍奥氏体晶粒长大,能够细化晶粒，从而使形成显微裂纹的倾向减小,(３)由于奥氏体中碳含量显著增高，使Ｍs点降低,淬火后残余奥氏体量增多，从而降低钢的硬度(４）加热温度高，使钢的氧化.脱碳加剧，也使淬火和开裂倾向增大，同时也缩短炉子的使用寿命。
20、淬火内应力、热应力、组织应力,产生原因及过冷过程中应力状态变化（１)热应力：由于工件心部和表面冷却速度不一致,其冷却收缩不同而造成内应力。
热应力产生过程：
冷却初期,表面冷速快，表面收缩，产生拉应力；心部冷速慢，不收缩，产生压应力；
冷却结束，表面冷速慢，表面不收缩,产生压应力;心部冷速快,收缩,产生拉应力; 最终的淬火热应力:表面压应力、心部拉应力。
(2）组织应力：由于工件表层和心部发生马氏体转变的不同时性而造成的内应力。组织应力产生过程：
冷却初期,表面发生马氏体相变,表面体积膨胀，产生压应力;心部冷速慢牵制表面膨胀，产生拉应力;冷却结束，心部发生马氏体相变,表面体积膨胀,产生压应力；表面牵制心部膨胀，产生拉应力;
最终的淬火组织应力:表面拉应力、心部压应力。
在发生相变前主要内应力为热应力；当发生相变后主要内应力为组织应力，热应力为辅。
21、淬火介质分类，其中有物态变化的三个阶段、力学性能、特点变化
淬火介质分为有物态变化的介质和无物态变化的介质。有物态变化的淬火介质沸点都低于工件淬火加热温度,
冷却机理:
第一阶段（AB段）:蒸汽膜阶段。冷却速度慢
第二阶段(BＣ段）:沸腾阶段。冷却速度快
第三阶段（CD段）：对流阶段。冷却速度慢
22、什么是二次硬化现象,本质
定义:是指某些淬火合金钢在500~６５０℃回火后硬度增高，在硬度-回火温度曲线上出现峰值的现象。
C等)的弥本质:二次硬化本质上是一种共格析出的合金碳化物(VC，TｉC或Mｏ
2
散强化。
23、钢回火的几个阶段，各阶段温度范围、组织变化P
碳素钢淬火后在不同温度下回火时，组织将发生不同的变化。由于组织变化会带来物理性能的变化，而不同的组织变化,物理性能的变化也不同。通常根据物理性能的变化把回火转变分成四种类型。
时效阶段（100℃以下）：碳原子的重新分布
回火第一阶段（１00~200℃):过渡碳化物的析出
回火第二阶段(200~300℃）:残余奥氏体的分解
回火第三阶段(２00～3５０℃)：过渡碳化物转变为Fe
Ｃ
3
C的粗化和球化,以及等轴铁素体晶粒的形成回火第四阶段（35０℃以上）:Fｅ
3
主要发生如下变化：
内应力消除:
宏观区域性内应力（工件内外),５５0 ℃全部消除; 微观区域性内应力(晶粒之间), 500 ℃基本消除；
晶格弹性畸变应力(碳过饱和）, ε转变完即消除。(3０0℃马氏体分解完毕) 回复与再结晶：回火使亚结构（位错、孪晶）消失；板条和片状马氏体特征保留(回复)、消失(再结晶）。
碳化物聚集长大:原棒状、片状、粒状渗碳体消失、溶解,并逐渐球化长大，越来越粗大。
24、回火工艺低温、中温、高温，温度范围、组织变化、力学性能变化、应用于什么钢
（1）低温回火
回火温度：１50~250℃。
目的:降低应力;提高韧性
组织：回火马氏体（α／+ε）,保留淬火形态
性能：硬度与淬火时相当，高碳钢→耐磨性好，韧性提高,内应力降低
适用于处理各种工具、模具、量具、轴承及经渗碳和表面淬火的工件
（2）中温回火
回火温度：350-5０0℃。
目的：提高弹性极限;获得高的强韧性配合
组织:回火屈氏体(F+细小碳化物)，保留淬火M形貌
性能:弹性极限最高;强韧性配合好
适用于主要用于各类弹簧的热处理
（3）高温回火
回火温度：５0０-650℃。
目的：获得好的综合力学性能，产生二次硬化效果
组织：回火索氏体（F+颗粒碳化物)，Ｍ形貌消失
性能:综合性能优于S,某些合金钢具有高的红硬性
适用于调质广泛用于连杆、轴、齿轮等各种重要结构件的处理。也可作为精密零件、量具等的预备热处理。
25、什么是回火脆性，种类及消除方法
回火脆性：随回火温度的提高,钢的冲击韧性不是单调的降低或升高,而是可能出现两个马鞍形，即回火时出现韧性下降的现象。
种类及消除方法：
a.回火马氏体脆性（第一类、低温、不可逆）不能消除,只能减轻。(1)降低杂质（2）细化晶粒降低杂质% （脱氧剂；细化元素)（3)加Ｍo →降低晶界
几种常见热处理缺陷介绍
几种常见热处理缺陷介绍 一、过热现象 热处理过程中加热过热最易导致奥氏体晶粒的粗大，使零件的机械性能下降。 1.一般过热：加热温度过高或在高温下保温时间过长，引起奥氏体晶粒粗化称为过热。粗大的奥氏体晶粒会导致钢的强韧性降低，脆性转变温度升高，增加淬火时的变形开裂倾向。而导致过热的原因是炉温仪表失控或混料（常为不懂工艺发生的）。过热组织可经退火、正火或多次高温回火后，在正常情况下重新奥氏化使晶粒细化。 2.断口遗传：有过热组织的钢材，重新加热淬火后，虽能使奥氏体晶粒细化，但有时仍出现粗大颗粒状断口。产生断口遗传的理论争议较多，一般认为曾因加热温度过高而使MnS之类的杂物溶入奥氏体并富集于晶接口，而冷却时这些夹杂物又会沿晶接口析出，受冲击时易沿粗大奥氏体晶界断裂。 3.粗大组织的遗传：有粗大马氏体、贝氏体、魏氏体组织的钢件重新奥氏化时，以慢速加热到常规的淬火温度，甚至再低一些，其奥氏体晶粒仍然是粗大的，这种现象称为组织遗传性。要消除粗大组织的遗传性，可采用中间退火或多次高温回火处理。 二、过烧现象 加热温度过高，不仅引起奥氏体晶粒粗大，而且晶界局部出现氧化或熔化，导致晶界弱化，称为过烧。钢过烧后性能严重恶化，淬火时形成龟裂。过烧组织无法恢复，只能报废。因此在工作中要避免过烧的发生。 三、脱碳和氧化 钢在加热时，表层的碳与介质（或气氛）中的氧、氢、二氧化碳及水蒸气等发生反应，降低了表层碳浓度称为脱碳，脱碳钢淬火后表面硬度、疲劳强度及耐磨性降低，而且表面形成残余拉应力易形成表面网状裂纹。 加热时，钢表层的铁及合金与元素与介质（或气氛）中的氧、二氧化碳、水蒸气等发生反应生成氧化物膜的现象称为氧化。高温（一般570度以上）工件氧化后尺寸精度和表面光亮度恶化，具有氧化膜的淬透性差的钢件易出现淬火软点。 为了防止氧化和减少脱碳的措施有：工件表面涂料，用不锈钢箔包装密封加热、采用盐浴炉加热、采用保护气氛加热（如净化后的惰性气体、控制炉内碳势）、火焰燃烧炉（使炉气呈还原性） 四、氢脆现象 高强度钢在富氢气氛中加热时出现塑性和韧性降低的现象称为氢脆。出现氢脆的工件通过除氢处理（如回火、时效等）也能消除氢脆，采用真空、低氢气氛或惰性气氛加热可避免氢脆。
金属学与热处理第二版--复习总结
金属学与热处理第二版复习总结 哈工大（威海）14级苏同学 此文档只总结了部分重要概念与影响因素（不包含第八章、第十二章、第十三章） 另外，第十章、十一章的热处理的具体工艺也是重点，此文档没有涉及。 概念 金属最外层的电子数很少，一般为1～2个，不超过3个。 金属键 ?原子共用自由电子形成 ?无饱和性和方向性。 金属晶体 原子排列密度高，能变形，导电，导热。 金属原子特点 ?外层电子少，易失去 ?有自由电子 ?金属离子与自由电子形成键。 ?金属键无方向性 ?有良好的塑性 晶体：各向异性是晶体区别于非晶体的一个重要标志
柏氏矢量的意义及特征 ?反映位错的点阵畸变总量 ?反映晶体的滑移量及方向 ?与位错线有确定的位置关系 ?具有守恒性 相界 共格界面、半共格界面、非共格界面三类。共格界面界面能最低?界面处晶体缺陷集中，原子能量高 ?界面是氧化、腐蚀的优先发生地 ?界面是固态相变的有效形核位置 ?界面原子的扩散速度远高于晶内 ?存在内吸附现象。异类原子可降低界面能时，会向界面偏聚 ?界面阻碍位错运动，组织越细小，强度硬度越高 ?界面能越大，界面迁移速度越大；晶粒长大可以降低界面能。 固溶体结晶的特点 （１）异分结晶：固相成分与液相成分不同，晶体与母相成分不同称为异分结晶（选择结晶）。 （２）固溶体结晶需要在一定的温度范围：每一温度下，结晶出一定数量的固相。温度的降低，固相的数量增加成分分别沿着固相线和液相线变化 非平衡凝固总结： （1）固相平均成分线和液相平均成分线偏离固相线与液相线。 冷却速度越快，偏离越严重
（2）固溶体成分不均匀。 先结晶部分总是富高熔点组元，后结晶的部分富低熔点组元。 区域偏析、晶内偏析、枝晶偏析 （3）结晶温度。凝固终结温度低于平衡凝固时的终结温度。 伪共晶——靠近共晶点附近合金得到全部共晶组织 离异共晶——共晶组织没有显示出共晶的特征 不平衡共晶——在不该出现共晶的合金里出现共晶组织 孪生变形的特点 （1）切应力作用下发生，临界切应力远大于滑移时。 （2）是一种均匀切变。 （3）孪晶有对称关系。 在一定范围内改变了晶体的取向。 多晶体塑性变形的特点 ?各晶粒变形不同时性 ?晶粒间、晶粒内变形的不均匀性 ?相邻晶粒变形的协调性 ? 配位数：一个原子周围最近邻并且等距离的原子的个数。 致密度——晶胞中原子所占的体积 0.74 12 6 密排六方 0.74 12 4 面心立方 0.68 8 2 体心立方 致密度 配位数 原子数 原子半径 a r 4 3= a r 2 1= a r 4 2=
金属热处理知识点
1 热处理的目的、分类、条件； 定义：通过加热、保温和冷却的方法，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、消除毛坯中的缺陷，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，节约材料延长零件使用寿命。 分类： 特点：热处理区别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改变性能，而不改变其形状。 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)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； 铁素体：碳溶于α-Fe中形成的间隙固溶体,以F或α表示；
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（δ=30～50%、aKU=160～200J／cm2），但强度、硬度较低(ζb=180～280MPa、ζs=100～170MPa、硬度为50～80HBS)。其力学性能几乎与纯铁相同。 奥氏体γ-Fe中的间隙固溶体；用A或γ表示 结构：面心立方晶格 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(ζb≈400 MPa、δ≈40～50%、硬度为160～200HBS)，易锻压成形。钢材热加工都在γ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%，熔点为1227℃，硬度很高(800HBW)，塑性和韧性极低(δ≈0、aKU≈0)，脆性大。渗碳体是钢中的主要强化相，其数量、形状、大小及分布状况对钢的性能影响很大。 由于碳在α-Fe中的溶解度很小，因而常温下碳在铁碳合金中主要以Fe3C或石墨的形式存在。
金属学与热处理知识点总结
金属学与热处理总结 一、金属的晶体结构 重点内容：面心立方、体心立方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径，八面体、四面体间隙个数；晶向指数、晶面指数的标定；柏氏矢量具的特性、晶界具的特性。 基本内容：密排六方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径，密排面上原子的堆垛顺序、晶胞、晶格、金属键的概念。晶体的特征、晶体中的空间点阵。 晶胞：在晶格中选取一个能够完全反映晶格特征的最小的几何单元，用来分析原子排列的规律性，这个最小的几何单元称为晶胞。 金属键：失去外层价电子的正离子与弥漫其间的自由电子的静电作用而结合起来，这种结合方式称为金属键。 位错：晶体中原子的排列在一定范围内发生有规律错动的一种特殊结构组态。位错的柏氏矢量具有的一些特性： ①用位错的柏氏矢量可以判断位错的类型；②柏氏矢量的守恒性，即柏氏矢量与回路起点及回路途径无关；③位错的柏氏矢量个部分均相同。 刃型位错的柏氏矢量与位错线垂直；螺型平行；混合型呈任意角度。 晶界具有的一些特性： ①晶界的能量较高，具有自发长大和使界面平直化，以减少晶界总面积的趋势；②原子在晶界上的扩散速度高于晶内，熔点较低；③相变时新相优先在晶界出形核；④晶界处易于发生杂质或溶质原子的富集或偏聚；⑤晶界易于腐蚀和氧化；⑥常温下晶界可以阻止位错的运动，提高材料的强度。 二、纯金属的结晶 重点内容：均匀形核时过冷度与临界晶核半径、临界形核功之间的关系；细化晶粒的方法, 铸锭三晶区
的形成机制。 基本内容：结晶过程、阻力、动力，过冷度、变质处理的概念。铸锭的缺陷；结晶的热力学条件和结构条件，非均匀形核的临界晶核半径、临界形核功。 相起伏：液态金属中，时聚时散，起伏不定，不断变化着的近程规则排列的原子集团。 过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度的差称为过冷度。 变质处理：在浇铸前往液态金属中加入形核剂，促使形成大量的非均匀晶核，以细化晶粒的方法。 过冷度与液态金属结晶的关系：液态金属结晶的过程是形核与晶核的长大过程。从热力学的角度上看，没有过冷度结晶就没有趋动力。根据Rk= 1..，T可知当过冷度T为零时临界晶核半 径R k为无穷大，临界形核功（1订2 ）也为无穷大。临界晶核半径R k与临界形核功为无穷大时，无法形核，所以液态金属不能结晶。晶体的长大也需要过冷度，所以液态金属结晶需要过冷度。 细化晶粒的方法：增加过冷度、变质处理、振动与搅拌。 铸锭三个晶区的形成机理：表面细晶区：当高温液体倒入铸模后，结晶先从模壁开始，靠近模壁一层的液体产生极大的过冷，加上模壁可以作为非均质形核的基底，因此在此薄层中立即形成大量的晶核，并同时向各个方向生长，形成表面细晶区。柱状晶区：在表面细晶区形成的同时，铸模温度迅速升高，液态金属冷却速度减慢，结晶前沿过冷都很小，不能生成新的晶核。垂直模壁方向散热最快，因而晶体沿相反方向生长成柱状晶。中心等轴晶区：随着柱状晶的生长，中心部位的液体实际温度分布区域平缓，由于溶质原子的重新分配，在固液界面前沿出现成分过冷，成分过冷区的扩大，促使新的晶核形成长大形成等轴晶。由于液体的流动使表面层细晶一部分卷入液体之中或柱状晶的枝晶被冲刷脱落而进入前沿的液体中作为非自发生核的籽晶。 三、二元合金的相结构与结晶 重点内容：杠杆定律、相律及应用。 基本内容：相、匀晶、共晶、包晶相图的结晶过程及不同成分合金在室温下的显微组织。合金、成分过冷；非平衡结晶及枝晶偏析的基本概念。 相律：f = c -p + 1其中，f为自由度数，c为组元数，p为相数。 伪共晶：在不平衡结晶条件下，成分在共晶点附近的亚共晶或过共晶合金也可能得到全部共晶组织，这种共晶组织称为伪共晶。 合金：两种或两种以上的金属，或金属与非金属，经熔炼或烧结、或用其它方法组合而成的具有金属特性的物质。 合金相：在合金中，通过组成元素（组元）原子间的相互作用，形成具有相同晶体结构与性质，并以明确界面分开的成分均一组成部分称为合金相。 四、铁碳合金 重点内容：铁碳合金的结晶过程及室温下的平衡组织，组织组成物及相组成物的计算 基本内容：铁素体与奥氏体、二次渗碳体与共析渗碳体的异同点、三个恒温转变。 钢的含碳量对平衡组织及性能的影响；二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体相对量的计算；五种渗碳体的来源及形态。
(完整版)金属热处理知识点概括
(一)淬火--将钢加热到Ac 3或Ac 1 以上，保温一段时间，使之奥氏体化后，以 大于临界冷速的速度冷却的一种热处理工艺。 淬火目的：提高强度、硬度和耐磨性。结构钢通过淬火和高温回火后，可以获得较好的强度和塑韧性的配合；弹簧钢通过淬火和中温回火后，可以获得很高的弹性极限；工具钢、轴承钢通过淬火和低温回火后，可以获得高硬度和高耐磨性；对某些特殊合金淬火还会显著提高某些物理性能(如高的铁磁性、热弹性即形状记忆特性等)。 表面淬火--表面淬火是将钢件的表面层淬透到一定的深度，而心部分仍保持未淬火状态的一种局部淬火的方法。分类——感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、电接触加热表面淬火、电解液加热表面淬火、激光加热表面淬火、电子束加热表面淬火、离子束加热表面淬火、盐浴加热表面淬火、红外线聚焦加热表面淬火、高频脉冲电流感应加热表面淬火和太阳能加热表面淬火。 单液淬火——将奥氏体化后的钢件投入一种淬火介质中，使之连续冷却至室温(图9-1a线)。淬火介质可以是水、油、空气(静止空气或风)或喷雾等。 双液淬火——双液淬火方法是将奥氏体化后的钢件先投人水中快冷至接近M S 点，然后立即转移至油中较慢冷却(图9-1b线)。 分级淬火——将奥氏体化后的钢件先投入温度约为M S 点的熔盐或熔碱中等温保持一定时间，待钢件内外温度一致后再移置于空气或油中冷却，这就是分级淬火等温淬火--奥氏体化后淬入温度稍高于Ms点的冷却介质中等温保持使钢发生下贝氏体相变的淬火硬化热处理工艺。 等温淬火与分级淬火的区别是：分级淬火的最后组织中没有贝氏体而等温淬火组织中有贝氏体。。。根据等温温度不同，等温淬火得到的组织是下贝氏体、下贝氏体+马氏体以及残余奥氏体等混合组织。 (二)回火--将淬火后的钢/铁，在AC1以下加热、保温后冷却下来的金属热处理 工艺。回火的目的：为了稳定组织，减小或消除淬火应力，提高钢的塑性和韧性，获得强度、硬度和塑性、韧性的适当配合，以满足不同工件的性能要求。 第一类回火脆性：①淬火钢在250~400℃回火后出现韧性降低的现象称为第一类回火脆性，又称为低温回火脆性。几乎所有工业用钢都在一定程度上具有这类回火脆件，而且脆性的出现与回火时冷却速度的快慢无关。 第二类回火脆性：①指合金钢(含有Cr、Ni、Mn、Si等元素的合金钢)淬火并在450~650℃回火后产生低韧性的现象，也称为高温回火脆性。。。。。回火后缓冷促进回火脆性，而快冷抑制回火脆性。 (三)正火--是将工件加热至Ac3或Acm以上40~60℃，保温一段时间后，从 炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却的金属热处理工艺。 目的：——如果终锻温度比较高和锻造后冷却速度比较慢，会出现网状碳化物的缺陷。这种网状碳化物在球化退火时不易被消除，需要在球化退火前用正火工艺进行消除。 (四)退火——将钢加热到临界温度Ac1以上或以下温度，保温一定时间，然后缓慢冷却(如 炉冷、坑冷、灰冷等)获得接近平衡组织的热处理工艺称为退火 退火作用——退火过程使组织由非平衡向平衡过度，它可以均匀钢的化学成分及组织，消除铸造偏析，细化晶粒；消除内应力，稳定工件尺寸，减小变形，防止开裂；降低硬度，提高切削加工性能，一般硬度的最佳切削范围为170~230HB；提高塑性，便于冷变形加工；消除淬火后的过热组织以便再进行重新淬火；脱氢，防止白点等。6.5.3 退火工艺的分类
几种常见热处理概念
几种常见热处理概念 1．正火：将钢材或钢件加热到临界点AC3或ACM以上适当温度保持一定时间后空气中冷却，到珠光体类组织热处理工艺。2．退火annealing：将亚共析钢工件加热至AC3以上20—40度，保温一段时间后，随炉缓慢冷却（或埋砂中或石灰中冷却）至500度以下空气中冷却热处理工艺 3．固溶热处理：将合金加热至高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中，然后快速冷却，以到过饱和固溶体热处理工艺 4．时效：合金经固溶热处理或冷塑性形变后，室温放置或稍高于室温保持时，其性能随时间而变化现象。 5．固溶处理：使合金中各种相充分溶解，强化固溶体并提高韧性及抗蚀性能，消除应力与软化，继续加工成型 6．时效处理：强化相析出温度加热并保温，使强化相沉淀析出，以硬化，提高强度 7．淬火：将钢奥氏体化后以适当冷却速度冷却，使工件横截面内全部或一定范围内发生马氏体等不稳定组织结构转变热处理 工艺
8．回火：将淬火工件加热到临界点AC1以下适当温度保持一定时间，随后用符合要求方法冷却，以获所需要组织和性能热处理工艺 9．钢碳氮共渗：碳氮共渗是向钢表层同时渗入碳和氮过程。习惯上碳氮共渗又称为氰化，目前以中温气体碳氮共渗和低温气体碳氮共渗（即气体软氮化）应用较为广泛。中温气体碳氮共渗主要目是提高钢硬度，耐磨性和疲劳强度。低温气体碳氮共渗以渗氮为主，其主要目是提高钢耐磨性和抗咬合性。 10．调质处理quenching and tempering：一般习惯将淬火加高温回火相结合热处理称为调质处理。调质处理广泛应用于各种重要结构零件，特别是那些交变负荷下工作连杆、螺栓、齿轮及轴类等。调质处理后到回火索氏体组织，它机械性能均比相同硬度正火索氏体组织为优。它硬度取决于高温回火温度并与钢回火稳定性和工件截面尺寸有关，一般HB200—350之间。 11．钎焊：用钎料将两种工件粘合一起热处理工艺 回火的种类及应用 根据工件性能要求的不同，按其回火温度的不同，可将回火分为以下几种： （一）低温回火（150－250度） 低温回火所得组织为回火马氏体。其目的是在保持淬火钢的高硬度和高耐磨性的前提下，降低其淬火内应力和脆性，以免使
金属学与热处理章节重点总结
第1章金属和合金的晶体结构 1.1金属原子的结构特点：最外层的电子数很少，一般为1～2个，不超过3个。 金属键的特点：没有饱和性和方向性 结合力：当原子靠近到一定程度时，原子间会产生较强的作用力。结合力＝吸引力＋排斥力结合能＝吸引能＋排斥能（课本图1.2） 吸引力：正离子与负离子（电子云）间静电引力，长程力 排斥力：正离子间，电子间的作用力，短程力 固态金属原子趋于规则排列的原因：当大量金属原子结合成固体时，为使固态金属具有最低的能量，以保持其稳定状态，原子间也必须保持一定的平衡距离。 1.2晶体：基元在三维空间呈规律性排列。晶体结构：晶体中原子的具体排列情况， 也就是晶体中的这些质点在三维空间有规律的周期性的重复排列方式。 晶格：将阵点用直线连接起来形成空间格子。晶胞：保持点阵几何特征的基本单元 三种典型的金属晶体结构（要会画晶项指数，晶面指数） 共带面：平行或相交于同一直线的一组晶面组成一个晶带，这一组晶面叫做共带面 晶带轴：同一晶带中所有晶面的交线互相平行，其中通过坐标原点的那条直线。 多晶型转变或同素异构转变：当外部的温度和压强改变时，有些金属会由一种晶体结构向另一种晶体结构转变。 1.3合金：两种或两种以上金属元素，或金属元素与非金属元素，经熔炼、烧结或其它方法组合而成并具有金属特性的物质。组元：组成合金最基本的独立的物质，通常组元就是组成合金的元素。相：是合金中具有同一聚集状态、相同晶体结构，成分和性能均一，并以界面相互分开的组成部分。固溶体：合金的组元通过溶解形成一种成分及性能均匀的、且结构与组元之一相同的固相，称为固溶体。与固溶体结构相同的组元为溶剂，另一组元为溶质。 固溶体的分类：按溶质原子在溶剂晶格中的位置：置换固溶体与间隙固溶体。按溶质原子在固体中的溶解度：分为有限固溶体和无限固溶体。按溶质原子在固溶体内分布规则：分为有序固溶体和无序固溶体 固溶强化：在固体溶液中，随着溶质浓度的增加，固溶体的强度、硬度提高，塑性韧性下降。 间隙相：当非金属原子半径与金属原子半径的比值小于0.59时，将形成具有简单晶体结构的金属间化合物。间隙化合物：与间隙相相反（比值大于0.59）。 1.4点缺陷：⑴空位⑵间隙原子⑶置换原子。线缺陷：线缺陷就是各种类型的位错。它是指晶体中的原子发生了有规律的错排现象。（刃型位错、螺型位错、混合型位错）滑移矢量：表示位错的性质，晶格畸变的大小的物理量（刃型位错的柏氏矢量与其位错线相垂直；螺形位错的柏氏矢量与其位错线平行。）。 面缺陷：晶体的面缺陷包括晶体的外表面（表面或自由界面）和内界面两类，其中的内界面又有晶界、亚晶界、 小角度晶界、大角度晶界：两相邻晶粒位向差小于或大于10° 相界面的结构有三类：共格界面、半共格界面、非共格界面 习题3 、5做一下 第2章纯金属的结晶 2.1结晶：结晶是指从原子不规则排列的液态转变为原子规则排列的晶体状态的过程。 同素异构转变：金属从一种固态过渡为另一种固体晶态的转变 过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度之差。过冷是结晶的必要条件。（金属不同过冷度也不同，金属纯度越高过冷度越大。过冷度的速度取决于，冷却速度越大过冷度越大实际洁净无度越低，反之） 金属结晶:孕育—出现晶核—长大—金属单晶体 2.2从液体向固体的转变使自由能下降.液态金属结晶时，结晶过程的推动力是 自由能差降低（△F）是自由能增加，阻力是自身放热
金属热处理原理知识点总结
第一章金属的晶体结构 1、除化学成分外，金属的内部结构和组织状态也是决定金属材料性能的重要因素。 2、将阵点用直线连接起来形成空间格子，称之为晶格。 3、晶胞中原子排列的紧密程度通常用两个参数来表征：配位数、致密度。 4、原子所占体积与晶胞体积之比称为致密度。 5、体心立方结构有两种间隙：一种是八面体间隙，另一种是四面体间隙。 6、在晶体中，由一系列原子所组成的平面称为晶面，任意两个原子之间连线所指的方向称为晶向。 7、晶体的点缺陷有三种：空位、间隙原子和置换原子。 8、塑性变形时，由于局部区域的晶体发生滑移即可形成位错。 9、刃型位错的柏氏矢量与其位错线相垂直，螺型位错的柏氏矢量与其位错线相平行。 10、把单位体积中所包含的位错线的总长度称为位错密度。 11、晶体的面缺陷包括晶体的外表面和内界面两类。 12、晶体的内界面缺陷有：晶界、亚晶界、孪晶界、堆垛层错和相界等。 13、金属：是具有正的电阻温度系数的物质，其电阻随温度的升高而增加。 14、晶体：原子在三维空间作有规则的周期性排列的物质称为晶体。 15、晶体结构：是指晶体中原子在三维空间有规律的周期性的具体排列方式。 16、点阵：能清楚地表明原子在空间排列规律性的原子的几何点，称之为点阵。 17、晶胞：晶格中能够完全反映晶格特征的最小的几何单元，称为晶胞。用来分析晶体中原子排列的规律性。 18、配位数：是指晶体结构中与任一个原子最邻近、等距离的原子数目。 19、螺型位错：设想在立方晶体右端施加一切应力，使右端上下两部分沿滑移面发生了一个原子间距的相对切边，这种晶体缺陷就是螺型位错。 20、表面能：由于在表面层产生了晶格畸变，其能量就要升高，这种单位面积上升高的能量称为比表面能，简称表面能。 21、什么是晶体？晶体有何特性？ 答：晶体：原子在三维空间作有规则的周期性排列的物质称为晶体。 1）晶体具有一定的熔点。在熔点以上，晶体变为液体，处于非晶体状；在熔点以下，液体又变为晶体。 2）晶体的另一个特点是在不同的方向上测量其性能，表现出或大或小的差异，称为各向异性或异向性。 22、确定晶向指数的步骤有哪些？ 答：①以晶胞的三个棱边为坐标轴，以棱边长度作为作为坐标轴的长度单位；②从坐标轴原点引一有向直线平行于待定晶向；③在所引有向直线上任取一点，求出改点在X、Y、Z轴上的坐标轴；④将三个坐标轴按比例化为最小简单整数，依次写入方括号中，即得所求的晶向指数。 23、如何确定晶面指数？简要写出步骤。 答：①以晶胞的三条相互垂直的棱边为参考坐标轴X、Y、Z，坐标原点O应位于待定晶面之外，以免出现零截距；②以棱边长度为度量单位，求出待定晶面在各轴上的截距；③取各截距的倒数，并化为最小简单整数，放在圆括号内，即为所求的晶面指数。 24、根据几何形态特征不同，晶体缺陷可分成哪几类？各有何特征？ 答：①点缺陷。特征是三个方向上的尺寸都很小，相当于原子的尺寸，例如空位、间隙原子等； ②线缺陷。特征是在两个方向上的尺寸很小，另一个方向上的尺寸相对很大。属于这一类的
最全的金属学与热处理知识总结
钢的热处理总结 晶向指数[UVW]，晶向族 6. 能量起伏：液态金属中处于热运动的原子能量有高有低，同一原子的能量也在随时间不停地变化，时高时低的现象。 7. 均匀形核：液相中各个区域出现新相晶核的几率都是相同的，是液态金属绝对纯净、无任何杂质，喝不喝型壁接触，只是依靠液态金属的能量变化，由晶胚直接生核的理想过程。临界半径 8. 非均匀形核：液态金属中总是存在一些微小的固相杂质点，并且液态金属在凝固时还要和型壁相接触，于是晶核就可以优先依附于这些现成的固体表面上形成，需要的过冷度较小。 临界半径 非均匀形核的临界球冠半径与均匀形核的临界半径是相等的。 晶核长大的微观结构：光滑界面和粗糙界面。 晶粒大小的控制：控制过冷度；变质处理；振动、搅动。 表面细晶区的形成：当液态金属浇入温度较低的铸型中时，型壁附近熔体由于受到强烈的激冷作用，产生很大的过冷度而大量非均质生核。这些晶核在过冷熔体中也以枝晶方式生长，由于其结晶潜热既可从型壁导出，也可向过冷熔体中散失，从而形成了无方向性的表面细等轴晶组织。 柱状晶区的形成：在结晶过程中由于模壁温度的升高，在结晶前沿形成适当的过冷度，使表面细晶粒区继续长大（也可能直接从型壁处长出），又由于固-液界面处单向的散热条件（垂直于界面方向），处在凝固界面前沿的晶粒在垂直于型壁的单向热流的作用下，以表面细等轴晶凝固层某些晶粒为基底，呈枝晶状单向延伸生长，那些主干取向与热流方向相平行的枝晶优先向内伸展并抑制相邻枝晶的生长，在淘汰取向不利的晶体过程中，发展成柱状晶组织。 中心等轴晶的形成：内部等轴晶区的形成是由于熔体内部晶核自由生长的结果。随着柱状晶的发展，熔体温度降到足够低，再加之金属中杂质等因素的作用，满足了形核时的过冷度要求，于是在整个液体中开始形核。同时由于散热失去了方向性，晶体在各个方向上的长大速度是相等的，因此长成了等轴晶。 10. 固溶体与金属化合物的区别：固溶体晶体结构与组成它的溶剂相同，而金属化合物的晶体结构与组成它的组元都不同，通常较复杂。固溶体相对来说塑韧性好，硬度较低，金属化合物硬而脆。 11. 影响置换固溶体溶解度的因素：原子尺寸因素；电负性因素；电子浓度因素；晶体结构因素。 14、何谓组元？何谓相？何谓固溶体？固溶体的晶体结构有何特点？ 何谓置换固溶体？影响其固溶度的因素有哪些？ 答: 组元：组成合金最基本的、独立的物质。 相：合金中结构相同、成分和性能均一并以界面相互分开的组成部分。 固溶体：合金组元之间以不同的比例相互混合形成的晶体结构与某一组元相同的固相。 固溶体的晶体结构特点：固溶体仍保持着溶剂的晶格类型，但结 构发生了变化，主要包括以下几个方面：1)有晶格畸变，2)有偏聚 与有序，3)当低于某一温度时，可使具有短程有序的固溶体的溶质 和溶剂原子在整个晶体中都按—定的顺序排列起来，转变为长程有 序，形成有序固溶体。 置换固溶体：溶质原子位于溶剂晶格的某些结点位置所形成的固溶体。 影响置换固溶体固溶度的因素：原子尺寸，电负性，电子浓度，晶体结构 15、何谓固溶强化？置换固溶体和间隙固溶体的强化效果哪个大？为 什么？ 答：固溶强化：在固溶体中，随着溶质浓度的增加，固溶体的强度、硬度提高，而塑性、韧性有所下降的现象。间隙固溶体的强化效果大于置换固溶体的强化效果。原因：溶质原子与溶剂原子的尺寸差别越大，所引起的晶格畸变也越大，强化效果越好。间隙固溶体晶格畸变大于置换固溶体的晶格畸变 16、何谓间隙相？它与间隙固溶体及复杂晶格间隙化合物有何区别？ 答：间隙相：当非金属原子半径与金属原子半径的比值小于0.59时，形成的简单的晶体结构称为间隙相。间隙相与间隙固溶体有本质的区别，间隙相是一种化合物，它具有与其组元完全不同的晶格结构，而间隙固溶体则任保持着溶剂组元的晶格类型。间隙相与间隙化合物相比具有比较简单的晶体结构，间隙相一般比间隙化合物硬度更高，更稳定。 21、何谓刃型位错和螺型位错？定性说明刃型位错的弹性应力场与异 类原子的相互作用，对金属力学性能有何影响？ 答：刃型位错：设有一简单立方晶体，某一原子面在晶体内部中断，这个原子平面中断处的边缘就是一个刃型位错，犹如一把锋利的钢刀将 金属学与热处理章节重点总 结 -标准化文件发布号：（9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII 第1章金属和合金的晶体结构 1.1金属原子的结构特点：最外层的电子数很少，一般为1～2个，不超过3个。 金属键的特点：没有饱和性和方向性 结合力：当原子靠近到一定程度时，原子间会产生较强的作用力。结合力＝吸引力＋排斥力结合能＝吸引能＋排斥能（课本图1.2） 吸引力：正离子与负离子（电子云）间静电引力，长程力 排斥力：正离子间，电子间的作用力，短程力 固态金属原子趋于规则排列的原因：当大量金属原子结合成固体时，为使固态金属具有最低的能量，以保持其稳定状态，原子间也必须保持一定的平衡距离。 1.2晶体：基元在三维空间呈规律性排列。晶体结构：晶体中原子的具体排列情况， 也就是晶体中的这些质点在三维空间有规律的周期性的重复排列方式。 晶格：将阵点用直线连接起来形成空间格子。晶胞：保持点阵几何特征的基本单元 三种典型的金属晶体结构（要会画晶项指数，晶面指数） 共带面：平行或相交于同一直线的一组晶面组成一个晶带，这一组晶面叫做共带面 晶带轴：同一晶带中所有晶面的交线互相平行，其中通过坐标原点的那条直线。 多晶型转变或同素异构转变：当外部的温度和压强改变时，有些金属会由一种晶体结构向另一种晶体结构转变。 1.3合金：两种或两种以上金属元素，或金属元素与非金属元素，经熔炼、烧结或其它方法组合而成并具有金属特性的物质。组元：组成合金最基本的独立的物质，通常组元就是组成合金的元素。相：是合金中具有同一聚集状态、相同晶体结构，成分和性能均一，并以界面相互分开的组成部分。固溶体：合金的组元通过溶解形成一种成分及性能均匀的、且结构与组元之一相同的固相，称为固溶体。与固溶体结构相同的组元为溶剂，另一组元为溶质。 固溶体的分类：按溶质原子在溶剂晶格中的位置：置换固溶体与间隙固溶体。按溶质原子在固体中的溶解度：分为有限固溶体和无限固溶体。按溶质原子在固溶体内分布规则：分为有序固溶体和无序固溶体 固溶强化：在固体溶液中，随着溶质浓度的增加，固溶体的强度、硬度提高，塑性韧性下降。 间隙相：当非金属原子半径与金属原子半径的比值小于0.59时，将形成具有简单晶体结构的金属间化合物。间隙化合物：与间隙相相反（比值大于0.59）。 1.4点缺陷：⑴空位⑵间隙原子⑶置换原子。线缺陷：线缺陷就是各种类型的位错。它是指晶体中的原子发生了有规律的错排现象。（刃型位错、螺型位错、混合型位错）滑移矢量：表示位错的性质，晶格畸变的大小的物理量（刃型位错的柏氏矢量与其位错线相垂直；螺形位错的柏氏矢量与其位错线平行。）。 面缺陷：晶体的面缺陷包括晶体的外表面（表面或自由界面）和内界面两类，其中的内界面又有晶界、亚晶界、 小角度晶界、大角度晶界：两相邻晶粒位向差小于或大于10° 相界面的结构有三类：共格界面、半共格界面、非共格界面 习题3 、5做一下 第2章纯金属的结晶 2.1结晶：结晶是指从原子不规则排列的液态转变为原子规则排列的晶体状态的过程。 同素异构转变：金属从一种固态过渡为另一种固体晶态的转变 过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度之差。过冷是结晶的必要条件。（金属不同过冷度也不同，金属纯度越高过冷度越大。过冷度的速度取决于，冷却速度越大过冷度越大实际洁净无度越低，反之） 金属结晶:孕育—出现晶核—长大—金属单晶体 2.2从液体向固体的转变使自由能下降.液态金属结晶时，结晶过程的推动力是 金属热处理基础知识大全 金属热处理是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中保持一定时间后，又以不同速度冷却的一种工艺。 1．金属组织 金属：具有不透明、金属光泽良好的导热和导电性并且其导电能力随温度的增高而减小，富有延性和展性等特性的物质。金属内部原子具有规律性排列的固体（即晶体）。 合金：由两种或两种以上金属或金属与非金属组成，具有金属特性的物质。 相：合金中成份、结构、性能相同的组成部分。 固溶体：是一个（或几个）组元的原子（化合物）溶入另一个组元的晶格中，而仍保持另一组元的晶格类型的固态金属晶体，固溶体分间隙固溶体和置换固溶体两种。 固溶强化：由于溶质原子进入溶剂晶格的间隙或结点，使晶格发生畸变，使固溶体硬度和强度升高，这种现象叫固溶强化现象。 化合物：合金组元间发生化合作用，生成一种具有金属性能的新的晶体固态结构。 机械混合物：由两种晶体结构而组成的合金组成物，虽然是两面种晶体，却是一种组成成分，具有独立的机械性能。 铁素体：碳在a-Fe（体心立方结构的铁）中的间隙固溶体。 奥氏体：碳在g-Fe（面心立方结构的铁）中的间隙固溶体。 渗碳体：碳和铁形成的稳定化合物（Fe3c）。 珠光体：铁素体和渗碳体组成的机械混合物（F+Fe3c 含碳0.8%） 莱氏体：渗碳体和奥氏体组成的机械混合物（含碳4.3%） 金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其它加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的。 为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。钢铁是机械工业中应用最广的材料，钢铁显微组织复杂，可以通过热处理予以控制，所以钢铁的热处理是金属热处理的主要内容。另外，铝、铜、镁、钛等及其合金也都可以通过热处理改变其力学、物理和化学性能，以获得不同的使用性能。 在从石器时代进展到铜器时代和铁器时代的过程中，热处理的作用逐渐为人们所认识。早在公元前770～前222年，中国人在生产实践中就已发现，铜铁的性能会因温度和加压变形的影响而变化。白口铸铁的柔化处理就是制造农具的重要工艺。 公元前六世纪，钢铁兵器逐渐被采用，为了提高钢的硬度，淬火工艺遂得到迅速发展。中国河北省易县燕下都出土的两把剑和一把戟，其显微组织中都有马氏体存在，说明是经过淬火的。 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。 1863年，英国金相学家和地质学家展示了钢铁在显微镜下的六种不同的金相组织，证明了钢在加热和冷却时，内部会发生组织改变，钢中高温时的相在急冷时转变为一种较硬的相。法国人奥斯蒙德确立的铁的同素异构理论，以及英国人奥斯汀最早制定的铁碳相图，为现代热处理工艺初步奠定了理论基础。与此同时，人们还研究了在金属热处理的加热过程中对金属的保护方法，以避免加热过程中金属的氧化和脱碳等。 1850～1880年，对于应用各种气体(诸如氢气、煤气、一氧化碳等)进行保护加热曾有一系列专利。1889～1890年英国人莱克获得多种金属光亮热处理的专利。 金属学与热处理复习资料 一、名词解释 1、晶体：原子在三维空间做有规则的周期性重复排列的物质。 2、非晶体：指原子呈不规则排列的固态物质。 3、晶格：一个能反映原子排列规律的空间格架。 4、晶胞：构成晶格的最基本单元。 5、晶界：晶粒和晶粒之间的界面。 6、单晶体：只有一个晶粒组成的晶体。 7、合金：是以一种金属为基础，加入其他金属或非金属，经过熔合而获得的具有金属特性的材料。 8、组元：组成合金最基本的、独立的物质称为组元。 9、相：金属中具有同一化学成分、同一晶格形式并以界面分开的各个均匀组成部分称为相。 10、固熔体：合金组元通过溶解形成成分和性能均匀的、结构上与组元之一相同的固相。 11、结晶：纯金属或合金由液体转变为固态的过程。 12、重结晶：金属从一种固体晶态改变了晶体结构转变为另一种固体晶态的过程。 13、过冷度：理论结晶温度（T0）和实际结晶温度（T1）之间存在的温度差。 14、铁素体：碳溶解于α-Fe中形成的间隙固溶体。 15、渗碳体：是铁与碳形成的质量分数为6.69%的金属化合物。 16、奥氏体：碳溶解于γ-Fe中形成的间隙固溶体。 17、珠光体：是由铁素体与渗碳体组成的机械化合物。 18、莱氏体：奥氏体与渗碳体的混合物为莱氏体。 19、同素异构转变：一些金属，在固态下随温度或压力的改变,还会发生晶体结构变化，即由一种晶格转变为另一种晶格的变化，称为同素异构转变。 20、实际晶粒度：某一具体热处理或热加工条件下的奥氏体的晶粒度叫实际晶粒度，它决定钢冷却后的组织和性能。 21、马氏体：碳在α-Fe 中的过饱和间隙固溶体，具有很大的晶格畸变，强度很高。 22、贝氏体：渗碳体分布在含碳过饱和的铁素体基体上或的两相混合物。根据形貌不同又可分为上贝氏体和下贝氏体。 23、淬透性：淬透性是指在规定条件下，钢在淬火冷却时获得马氏体组织的能力。 24、淬硬性：淬硬性是指钢在理想的淬火条件下，获得马氏体所能达到的最高硬度。 25、调质处理：淬火后高温回火的热处理工艺组合。 二、填空题 1、常见金属的晶体结构有体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格三种。 2、实际金属的晶体缺陷有点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷。 3、根据溶质原子在溶剂晶格中占据的位置不同，固溶体可分为置换固溶体和间隙固溶体两种。 4、置换固溶体按照溶解度不同，又分为无限固溶体和有限固溶体。 5、合金相的种类繁多，根据相的晶体结构特点可将其分为固溶体和金属化合物两种。 6、金属晶体中最主要的面缺陷是晶界和亚晶界。 7、固溶体的强度和硬度比溶剂的强度和硬度高 8、金属结晶时，冷却速度越快，实际结晶温度就越低，过冷度越大。 9、纯金属的结晶过程是依靠两个密切联系的基本过程来实现的，这两个过程是形核和长大。 10、当对金属液体进行变质处理时，变质剂的作用是促进形核，细化晶粒。 11、液态金属结晶时，结晶过程的推动力是自由能差（△F）降低，阻力是自由能增加。 金属学与热处理课后答案 第一章 填表： 晶格类型原子 数 原子半径配位数致密 度 体心立方2 a 4 3 8 68% 面心立方4 a 4 2 12 74% 密排六方6 a 2 1 12 74% 5、作图表示出立方晶系（1 2 3）、（0 -1 -2）、（4 2 1）等晶面和[-1 0 2]、[-2 1 1]、[3 4 6] 等晶向 10、已知面心立方晶格常数为a，分别计算（100）、（110）、和（111）晶面的晶面间距；并求出【100】、【110】和【111】晶向上的原子排列密度（某晶向上的原子排列密度是指该晶向上单位长度排列原子的个数） 答：（100）： （110）： （111）： 14、何谓组元？何谓相？何谓固溶体？固溶体的晶体结构有何特点？何谓置换固溶体？影响其固溶度的因素有哪些？ 答: 组元：组成合金最基本的、独立的物质。 相：合金中结构相同、成分和性能均一并以界面相互分开的组成部分。 固溶体：合金组元之间以不同的比例相互混合形成的晶体结构与某一组元相同的固相。 固溶体的晶体结构特点：固溶体仍保持着溶剂的晶格类型，但结构发生了变化，主要包括以下几个方面：1)有晶格畸变，2)有偏聚与有序，3)当低于某一温度时，可使具有短程有序的固溶体的溶质和溶剂原子在整个晶体中都按—定的顺序排列起来，转变为长程有序，形成有序固溶体。 置换固溶体：溶质原子位于溶剂晶格的某些结点位置所形成的固溶体。 影响置换固溶体固溶度的因素：原子尺寸，电负性，电子浓度，晶体结构 15、何谓固溶强化？置换固溶体和间隙固溶体的强化效果哪个大？为什么？ 答：固溶强化：在固溶体中，随着溶质浓度的增加，固溶体的强度、硬度提高，而塑性、韧性有所下降的现象。间隙固溶体的强化效果大于置换固溶体的强化效果。原因：溶质原子与溶剂原子的尺寸差别越大，所引起的晶格畸变也越大，强化效果越好。间隙固溶体晶格畸变大于置换固溶体的晶格畸变 16、何谓间隙相？它与间隙固溶体及复杂晶格间隙化合物有何区别？ 答：间隙相：当非金属原子半径与金属原子半径的比值小于0.59时，形成的简单的晶体结构称为间隙相。间隙相与间隙固溶体有本质的区别，间隙相是一种化合物，它具有与其组元完全不同的晶格结构，而间隙固溶体则任保持着溶剂组元的晶格类型。间隙相与间隙化合物相比具有比较简单的晶体结构，间隙相一般比间隙化合物硬度更高，更稳定。 21、何谓刃型位错和螺型位错？定性说明刃型位错的弹性应力场与异类原子的相互作用，对金属力学性能有何影响？ 答：刃型位错：设有一简单立方晶体，某一原子面在晶体内部中断，这个原子平面中断处的边缘就是一个刃型位错，犹如一把锋利的钢刀将晶体上半部分切开，沿切口硬入一额外半原子面一样，将刃口处的原子列为刃型位错线。螺型位错：一个晶体的某一部分相对于其余部分发生滑移，原子平面沿着一根轴线盘旋上升，每绕轴线一周，原子面上升一个晶面间距。在中央轴线处即为一螺型位错。 刃型位错的应力场可以与间隙原子核置换原子发生弹性交互作用，各种间隙及尺寸较大的置换原子，聚集于正刃型位错的下半部分，或者负刃型位错的上半部分；对于较小的置换原子来说，则易于聚集于刃型位错的另一半受压应力的地反。所以刃型位错往往携带大量的溶质原子，形成所谓的“柯氏气团”。这样一来，就会使位错的晶格畸变降低，同时使位错难于运动，从而造成金属的强化。 23何谓柏氏矢量？用柏氏矢量判断图中所示的位错环中A、B、C、D、E五段位错各属于哪一类位错？ 答：柏氏矢量：不但可以表示位错的性质，而且可以表示晶格畸变的大小和方向，从而使人们在研究位错时能够摆脱位错区域内原子排列具体细节的约束。A是右螺旋型位错、B左螺旋型位错、C 1、热处理 定义：把固态金属材料通过一定的加热，保温和冷却以改变其组织和性能的一种工艺。 目的及意义：金属材料改变性能的方法，改变使用性能和工艺性能，充分利用材料的潜能，控制产品质量，节省资源和材料，缩短生产周期、降低成本 2、固态相变 定义：成分、温度、压力等因素改变时，固态物质内部发生的组织结构变化。 研究意义：控制过程→获得预期的组织→得到预期性能。 三种基本变化：成分；结构；有序度 主要特点：相变阻力大，相界面结构关系，存在一定的位向关系和惯习面，非均匀、缺陷处形核，新相有特定形状`，原子迁移率低 驱动力：新/旧两相自由能差,晶体缺陷能 阻力：1，界面能 界面能产生原因：界面有一定厚度和体积；原子错排；结合键受破坏→能量高 三种界面类型：完全共格：界面原子完全匹配，除孪晶外，少见。半共格：界面能与位错密度、错配度有关，借助弹性畸变保持界面的匹配。非共格：界面能最大 2，应变能 产生原因：新/旧相比容不同（比容差应变能）。界面错配→新/旧相硬匹配（共格应变能） 共格界面应变能最大，非共格最小 比容差应变能与新相几何形状有关，球形应变能最大，针状居中，片状最小 3、奥氏体 性能 ←力学性能：塑性好、强度低。 ←物理性能：顺磁性。比容小。热膨胀系数大。导热性能差。 ←化学性能:抗腐蚀；耐热。 形成条件：（1）Ac1、Ac3、Accm以上，有一定的过热度。（2），过热度大，容易形成（3），实际相变温度与加热速度有关，不是固定值，加热速度越快，Ac1、Ac3、Accm越高。 奥氏体形成 （1）形核 ←球化体：优先在晶界的F/碳化物界面上形成，其次在晶内的F/碳化物界面上形成 ←片状P：优先在P团的界面上形成，其次在F/碳化物界面上形成 ←相界形核原因 碳浓度起伏，如F中高浓度区有利于向A转变 结构起伏→晶体结构改组容易 能量起伏→杂质、晶体缺陷多→形核→降低界面能、应变能 （2）长大 ←球化体：A包围碳化物，使碳化物与F分开，A形成F/A和C/A两个界面，双向推进长大。 ←片状P：垂直片方向（在A、F中存在碳浓度差，引起碳在以上两相中的扩散。为维持相界碳浓度的平衡，原始组织F和碳化物相就会不断溶解）。示意图 平行片方向（体扩散+界面扩散） 界面迁移路程短，是主要长大方式→平行方向长大速度快 （3）残余碳化物的溶解（4）奥氏体成分均匀化 影响A形成速度的因素 （1），加热温度：T↑→A化速度↑。（2），加热速度：V↑→转变温度↑，转变时间↓。 （3），含碳量金属学与热处理课后答案
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