材料热处理工艺学总结.docx

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材料热处理工艺学总结

1、碳势：

纯铁在一定温度下于加热炉气中加热时达到既部增碳也不脱碳并与炉气保持平衡时表面的含碳量。

2、脱碳：

钢中的碳也会和气氛作用，使钢的表面失去一部分碳，含碳量降低，这种现象成为脱碳。

3、过烧：

加热温度过高，出现晶界氧化，甚至晶界局部熔化，造成工件报废。

4、放热式气体：

原料气与较充足的空气混合，仅靠其本身的不完全燃烧所放出的热量就能维持其反应时，所制成的气体。

5、光亮热处理：

是指在热处理过程中（主要是淬火和退火），采用气体保护或者是真空状态，避免或减少被热处理得工件表面与氧气接触而发生氧化，从而达到工件表面的光亮或相对光亮。

6、淬火烈度：

淬火介质的冷却能力。

7、淬透性：

钢材淬火时获得马氏体的能力的特性。

8、淬硬性：

淬硬性是指钢在淬火时的硬化能力，用淬火后马氏体所能达到的最高硬度表示。

9、自回火：

就是当淬火后尚未完全冷却，利用在工件内残留的热量进行回火。

10、退火：

将组织偏离平衡状态的金属或合金加热到适当的温度，保持一定时间，然后缓慢冷却以达到接近平衡状态组织的热处理工艺。

11、表面淬火：

被处理工件在表面有限深度范围内加热至相变点以上，然后迅速冷却，在工件表面一定深度范围内达到淬火目的的热处理工艺。

12、连续加热法：

对工件需淬火部位中的一部分同时加热，通过感应器与工件之间的相对运动，把已加热部位逐渐移到冷却位置冷却，待加热部位移至感应器中加热，如此连续进行，直至需硬化的全部部位淬火完毕。

13、化学热处理：

将工件放置于某种渗入元素的活性介质中，通过加热、保温和冷却，使渗入元素被吸附并扩散渗入工件表面层，以改变表面层化学成分和组织，从而使其表面具有与心部不同的特殊性能的一种工艺。

14、淬火：

把钢加热到临界点Ac1或Ac3以上，保温并随之以大于临界冷却速度（Vc）冷却，以得到介稳状的M或B下组织的热处理工艺。

15、反应扩散：

由溶解度较低的固溶体转变成浓度更高的化合物，这种扩散称为反应扩散。

16、化学催渗法：

是在渗剂中加入一种或几种化学试剂或物质，促进试剂的分解过程，去除工件表面氧化膜等阻碍渗入元素吸附和吸收的物质，利用加入的物质与工件表面的化学作用，活化工作表面，提高渗入元素的渗入能力。

17、物理催渗法：

利用改变温度，气压，或者利用电场、磁场及辐射，或者利用机械的弹塑性变形及弹性振荡等物理方法来加速渗剂的分解，活化工作表面，提高吸附和吸收能力，以及加速渗入元素的扩散等。

18、渗碳：

钢件在渗碳介质中加热和保温，使碳原子渗入表面，获得一定的表面含碳量和一定碳浓度梯度的工艺。

19、渗氮：

向金属表面渗入氮元素的工艺称为渗氮，也称为氮化。

20、渗硼：

将钢的表面渗入硼元素以获得铁的硼化物的工艺。

21、热应力：

工件在加热（或冷却时），由于不同部位的温度差异，导致热胀（或冷缩）的不一致所引起的应力。

22、组织应力：

由于工件不同部位组织转变不同时性而引起的内应力。

23、二次硬化：

含有Cr、Mo、V、Ti、Nb等强碳化物形成元素的钢，经淬火并在500-600℃之间回火时，不仅硬度不降低，反而升高的现象称为合金钢的二次硬化。

24、二次淬火：

高合金钢在回火冷却时残余奥氏体转变为M的现象称为二次淬火。

25、回火脆性：

淬火钢在250~400ºC或450~650ºC的温度范围内进行回火时，钢的冲击韧性明显下降，这种现象称为回火脆性。

26、碳当量：

产生一克分子碳所需该物质的质量。

27、时效：

金属和合金经过冷、热加工或热处理后，在室温下保持（放置）或适当升高温度时常发生力学和物理性能随时间而变化的现象，称为时效

28、内氧化：

氧可能溶解并扩散进入合金内部，与合金中较活泼的组元发生反应而形成颗粒状氧化物沉积在合金内部的过程。

29、露点：

指气氛中水蒸气开始凝结成雾的温度，即在一个大气压力下气氛中水蒸气达到饱和状态使的温度。

1加热方式

随炉加热、预热加热、到温入炉加热和高温入炉加热（关键不同之处：

加热速度不同。

加热速度依次升高）

2常见的脱碳反应、氧化反应

氧化反应：

T<570ºC（3Fe+2O2→Fe3O4

3/4Fe+H2O↔Fe3O4+H2

3/4Fe+CO2↔Fe3O4+CO）

T>570ºC（3Fe+1/2O2→FeO

Fe+H2O↔FeO+H2

Fe+CO2↔FeO+CO）

脱碳反应：

CO2+Cγ-Fe↔2CO

H2O+Cγ-Fe↔2CO+H2

2H2+Cγ-Fe↔CH4

3脱碳过程

（1）钢件表面的碳与炉气发生化学反应（脱碳反应），形成含碳气体逸出表面，使表面碳浓度降低。

（2）由于表面碳浓度的降低，工件表面与内部发生浓度差，从而发生内部的碳向表面扩散的过程.（全脱碳层和半脱碳层）

5叙述有物态变化的淬火介质冷却时，钢件的冷却过程；冷却特性曲线、特性温度。

（P37）

6常用的淬火介质（P37-40）

水、碱或盐的水溶液、油、有机物质的水溶液及乳化液。

7影响钢的淬透性的因素

钢的化学成分、奥氏体晶粒度、奥实体化温度、第二相及其分布。

8产生淬火裂缝的原因

主要原因是淬火过程中所产生的淬火应力过大。

若工件内存在着非金属夹杂物，碳化物偏析或其他割离金属的粗大第二相，以及由于各种原因存在于工件中的微小裂缝，则这些地方钢的强度减弱，当淬火应力过大时，也将由此而引起淬火裂缝。

9淬火加热温度确定为Ac1/Ac3+（30-50℃），请解释原因？

亚共析钢：

Ac3+（30-50℃）

过共析钢：

Ac1+（30-50℃）是根据钢的相变点来确定的。

10常用的4种淬火方法并在才才c-曲线上画出其冷却曲线以及并写出淬火后的组织

11回火种类

回火种类

回火温度

回火组织

回火目的

回火硬度

应用范围

低温回火

150-250°C

M回

获得高强度、高硬度和高耐磨性，降低淬火应力和脆性

58-64HRC

各种高碳钢的工具、量具、滚动轴承、渗碳零件等

中温回火

350-500°C

T回

获得高的屈服强度、弹性极限和较高的韧性

35-50HRC

各种弹簧钢零件和模具

高温回火

500-650°C

S回

获得强度、硬度、塑性和韧性都较好的综合力学性能

25-35HRC

中碳结构钢和低合金结构钢制造的各种重要结构零件，如连杆、螺栓等

12回火工艺的制定（P64-75）

13表面淬火时，钢在非平衡加热时的相变特点

（1）在一定的加热速度范围内，临界点随加热速度的增加而提高。

（2）奥氏体成分不均匀性随着加热速度的增加而增大。

（3）提高加热速度可显著细化奥氏体晶粒。

（4）快速加热对过冷奥氏体的转变及马氏体回火有明显影响。

14表面淬火的金相组织和性能（P76-78）

与钢种、淬火前的原始组织、淬火加热时沿截面温度的分布有关。

（1、原始组织为退火状态的共析钢—自表面向心部：

M区（包括残余奥氏体）、M十P区和P区。

2、原始组织为正火状态的45钢—从表面到中心：

M、M+F、M+F+P、P+F。

3、原始组织为调质状态的45钢）

性能：

1、表面硬度。

2、耐磨性。

3、疲劳强度。

15感应加热表面淬火后的低温回火的目的、回火方式有那些。

目的—降低残余应力和脆性，而又不致降低硬度。

方式—炉中回火、自回火、感应加热回火。

16表面淬火的目的；感应加热表面淬火常用的冷却方式和冷却介质

目的—在工件表面一定深度范围内获得马氏体组织，而其心部仍保持着表面淬火前的组织状态（调质或正火状态），以获得表面层硬而耐磨，心部又有足够塑性、韧性的工件。

冷却方式—喷射冷却法和浸液淬火法。

冷却介质—水、聚乙烯醇水溶液、聚丙烯醇水溶液、乳化液和油。

17渗碳的目的是什么

使机器零件获得高的表面硬度、耐磨性及高的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度。

18常用固体渗碳温度

900-930℃

19渗碳缓冷后从表层到心部的组织分布？

缓冷后的组织：

过共析组织→共析组织→亚共析组织→基体组织

20渗碳后表面的含碳量

为了获得良好的综合性能，表面碳的质量分数控制在0.9%左右。

21渗碳层淬火后从表层到心部的组织分布？

22

23滴注式可控气氛渗碳一般采用几种液体进行滴注，分别起到作用？

煤油和焦苯。

一种液体产生的气体碳势较低，作为稀释气体；另一种液体产生的气体碳势较高，作为富化气。

24渗碳层的组织结构包括哪几项

1）渗碳层碳浓度分布曲线

2）基体组织

3）渗层中的第二相分布、数量和形状

25渗碳缺陷种类

黑色组织、反常组织、粗大网状碳化物组织、渗碳层深度不均匀、表层贫碳或脱碳、表面腐蚀和氧化。

26渗碳的分类

1）固体渗碳法2）液体渗碳法3）气体渗碳法

27渗碳用钢

含碳量较低的碳钢或低合金结构钢，含碳量为0.10-0.25%。

28渗碳后的热处理（种类、曲线、温度制定原则）P119-120

种类—直接淬火、一次加热淬火、两次淬火。

（1）

预冷温度：

一般为850~880℃

预冷的温度一般取稍高于心部成分的Ar3点，避免淬火后心部出现自由铁素体，获得较高的心部强度。

而表面温度高于相当于渗层化学成分的Ar3点，奥氏体中含碳量高，淬火后表层残余奥氏体量高，硬度较低。

预冷目的：

减少淬火应力和变形

（2）对心部组织和性能要求高的零件，淬火温度略高于心部钢的Ac3：

目的：

心部晶粒细化，没有游离的铁素体，可获得所用钢种的最高强度和硬度，同时，强度和塑性韧性的配合也较好。

对表面渗碳层，先共析碳化物溶入奥氏体，淬火后残余奥氏体较多，硬度稍低。

2对表层组织和性能要求高的零件，淬火温度略高于表层钢的Ac1+30~50℃。

目的：

渗层先共析碳化物末溶解，奥氏体晶粒细化，硬度较高、耐磨性较好，而心部尚存在有大量先共析铁素体，强度和硬度较低。

3对介于两者之间的渗碳件，要兼顾表层与心部的组织及性能，淬火温度可选在AC1～AC3之间。

目的：

表层由于先共析碳化物尚未溶解，奥氏体晶粒不会发生明显粗化，硬度也较高。

心部未溶解铁素体数量较多，奥氏体晶粒细小，强度也较高。

（3）在渗碳缓冷后进行两次加热淬火。

第一次淬火温度在Ac3以上30~50℃，第二次淬火加热温度选择在高于渗碳层成分的加热温度为Ac1以上30~50℃。

1）第一次淬火：

细化心部组织，消除表层的网状碳化物

2）第二次淬火：

细化表层组织，获得隐晶马氏体、A残和均匀分布的细粒状碳化物。

29渗氮的特点

1）更高的表面硬度和耐磨性，表面硬度可以高达HV950-1200，而且到600℃仍可维持相当高的硬度；

2）更高的弯曲疲劳强度；

3）渗氮温度较低（500-570℃），故变形很小；

4）提高工件的抗腐蚀性能；

5）工艺过程较长，渗层较薄，不能承受太大的接触应力。

30纯铁渗氮层的组织（520℃、600℃时）

520℃纯铁渗氮—若表面氮原子能充分吸收，则按状态图自表面至中心依次为ε相→γ’相→α相；

渗层组织表面→中心：

ε→ε＋γ’→γ’→γ’＋α→α相

600℃纯铁渗氮—若表面氮原子能充分吸收，则按状态图自表面至中心依次为ε→γ’→γ→α相；

渗层组织自表面至中心：

ε→γ’→α’→α相

31渗氮的工艺参数有哪些

加热温度、保温时间及不同加热、保温阶段的罐内氨分解率。

32渗氮工艺方法（P135-137）

强化渗氮—以提高工件表面硬度、耐磨性及疲劳强度等为主要目的而进行的渗氮。

防腐渗氮—以提高工件表面抗腐蚀性能为目的的渗氮。

33合金氮化物的形成过程（P130）

34渗氮提高弯曲疲劳强度的原因

不是由于表面强化，是由于表面造成残余压应力。

35常用的渗氮钢（P133）

（1）要求耐磨和抗疲劳的，可选用含碳量为0.10-0.45%的合金结构钢；

（2）以抗大气及水腐蚀为目的的，可使用低碳钢、中碳钢，也可用高碳钢、低合金钢和不锈钢；

（3）高质量的氮化工件，一般采用中碳合金钢。

常见代表：

38CrMoAl

36合金元素对渗氮层组织和性能的影响体现在哪几个方面（P129-133）

（1）溶解于铁素体并改变氮在α相中的溶解度。

（2）与基体铁构成铁和合金元素的氮化物（Fe,M）3N、（Fe,M）4N等。

（3）形成氮化物。

37渗氮温度范围

（500~550）

38化学热处理的特点、目的及其有哪几个过程组成

特点—

（1）通过渗入不同的元素，可有效地改变工件表面的化学成分和组织，以获得各种不同的表面性能.

（2）一般化学热处理的渗层厚度可根据工件的技术要求来调节，而且渗层的成分、组织和性能由表至里是逐渐变化的，渗层与基体属于冶金结合，表层不易剥落。

（3）通常化学热处理不受工件几何形状的限制，无论形状如何复杂均可使外壳和内腔获得所要求的渗层或局部渗层。

（4）绝大部分化学热处理具有工件变形小、精度高、尺寸稳定性好等特点。

如氮化、软氮化、离子氮化等工艺。

（5）所有化学热处理均可获得改善工件表面性能的综合结果，大部分化学热处理在提高力学性能的同时，还能提高工件表面层的抗腐蚀、抗氧化、减摩、抗咬合、耐热等多种性能。

（6）一般化学热处理对提高机械产品的质量、挖掘材料潜力、延长使用寿命具有更为显著的功效.

（7）多数化学热处理既是一个复杂的物理化学过程，也是一个复杂的冶金过程，它需要在一定的活性介质中加热，通过界面上的物理化学反应和由表及里的冶金扩散来成。

所以其工艺较复杂，处理周期长，而且对设备的要求也较高。

目的—通过改变金属表面的化学成分及热处理的方法获得单一材料难以获得的性能，或进一步提高金属制件的使用性能。

过程—渗剂中的反应、渗剂中的扩散、渗剂与被渗金属表面的界面反应、被渗元素原子的扩散和扩散过程中相变等过程所构成。

（被渗元素原子的扩散和扩散过程中相变为主要过程）

39化学热处理时，扩散层的组织结构

根据基体金属与渗入元素的合金状态图及扩散条件确定。

40加速化学热处理过程的途径

物理催渗法和化学催渗法

41化学热处理的渗剂组成

一般由含有欲渗元素的物质组成，有时还需按一定比例加入一种催渗剂，以便从渗剂中分解出含有被渗元素的活性物质。

热处理原理部分

1在加热过程时的转变

4个过程

把钢加热获得奥氏体的转变过程称为“奥氏体”化。

分为4个过程：

奥氏体的形核、奥氏体晶核的长大、残余渗碳体的溶解、奥氏体成分的均匀化，

2在冷却时的转变

（1）P转变：

在A1-650℃较高温度范围内形成的珠光体比较粗，其片间距为0.6-1.0μm，称为珠光体。

A1～550℃：

珠光体（P）

（2）B转变：

钢的过冷奥氏体在珠光体转变温度以下、马氏体转变温度以上的温度范围内，发生一种半扩散型相变，称之为贝氏体转变。

（转变温度不同—上贝氏体：

550～350℃，下贝氏体：

350℃～Ms。

）550℃～MS：

贝氏体（B）

（3）M转变：

马氏体转变是指钢从奥氏体状态快速冷却，来不及发生扩散分解而产生的无扩散型的相变，转变产物称为马氏体。

MS～Mf：

马氏体（M）

4淬火钢在回火时的转变（材料组织结构转变原理p227）

淬火钢在回火过程中发生的转变主要是马氏体的分解，残留奥氏体的分解，残留奥氏体的转变，还有碳化物析出后碳化物转化、聚集长大，a相的回复、再结晶、内应力的消除等过程。

4各种退火工艺方法

种类

加热温度

目的

应用

扩散退火

Ac3/Accm+150~300℃

消除化学成分和组织的不均匀

优质合金钢及偏析现象较为严重的合金

完全退火

AC3+203~0℃

细化晶粒、降低硬度、改善切削性能、消除内应力

亚共析成分的碳钢和合金钢的铸、锻件及热轧型材以及焊接件

不完全退火（软化退火）

A c1~AC3

使亚共析钢锻件软化并消除内应力

亚共析钢

球化退火

AC1+20~30℃

降低硬度，改善切削加工性能；获得均匀组织，改善热处理工艺性能；同时为后续淬火作好组织准备。

共析钢、过共析钢和合金工具钢

等温退火

亚共析钢：

Ac3+30~50℃；在600-680℃之间等温；

同完全退火

合金钢和高合金工具钢

共析、过共析钢：

Ac1+20-30℃；在Ar1-20℃左右等温，在500-600℃出炉空冷

同球化退火

去应力退火

Ar1-100~200℃

一般在500-650℃

热作模具钢及高速钢一般在650-750℃

消除铸、锻、焊件的内应力；降低硬度，提高尺寸稳定性，防止工件的变形和开裂。

各种铸、锻、焊件、冷冲压件以及机加工工件

再结晶退火

T再+100~200℃

一般在650-700℃

消除加工硬化、恢复塑性，便于进一步冷加工

冷加工后的金属