金属材料与热处理名词解释Word格式.docx

金属材料与热处理名词解释Word格式.docx

《金属材料与热处理名词解释Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《金属材料与热处理名词解释Word格式.docx（25页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

2A偏析有两种形式，一种是偏析带比较粗，多出现在大钢锭中，尤其是当浇注温度比较高时。

另一种形式是一条宏观的偏析带由许多细的条纹构成。

纤维状组织：

钢凝固时所产生的枝晶偏析具有相对稳定性。

由枝晶偏析显示的“初生晶粒”随钢坯外形改变而延伸。

处于原枝晶间的范性夹杂物也一起形变。

随着形变量的加大，“初生晶粒”从最初的柱状或等轴形逐渐变成条带状或者纺锤形。

被延伸拉长的枝晶干和枝晶间就构成了形变钢中的“纤维”。

带状组织：

1热变形钢试样磨片用含CuCl2的试剂浸蚀后放在显微镜下观察，发现原来在肉眼观察时所看到的那些纤维经过放大以后变成黑白交替的条带，称之为原始带状组织，它是由树枝状结晶（偏析）所引起的。

其中黑色条带相当于原树枝状晶较纯的枝干，白色条带相当于原富含杂质的枝间区域。

2在热变形钢中还会出现另外一种形式的带状组织。

这种带状组织使用普通硝酸酒精试剂侵蚀的情况下就能显露出来。

这里所看到的交替相间的条带是由不同的组织构成，称为“显微组织带状”。

这些不同的组织是固态相变的结果，所以也把这种带状组称为二次带状。

二次带状组织的形成意味着碳在固态相变中发生了不均匀的重新分布（二次碳偏析）

魏氏组织:

凡新相从母相中脱溶析出，新旧相之间有一定的位向关系，同时新相的中心平面与母相的一定结晶学平面重合时，这样一种具有纹理特征的组织可统称为魏氏组织。

“反常”组织:

1在原奥氏体晶界分布着粗厚的网状渗碳体，在此粗厚渗碳体的两边有很宽的游离铁素体，这样的组织称为“反常”组织。

2研究指出，钢在奥氏体相区加热温度越低（特别是在Acm-A1温度区间加热时），奥氏体就越不均匀，其中含有大量未溶的碳化物或氮化物。

越是在这种加热条件下，越容易形成“反常”组织。

就冷却条件来说，冷却越缓慢，以致Ar1温度非常接近A1温度时，越容易产生“反常”组织。

钢的含碳量与共析含碳量相聚越远时，形成“反常”组织的倾向就越大。

此外，“反常”组织的出现也与钢中的含氮量和加铝量有关。

所有这些条件都是和离异共析体形成的基本原理相一致。

网状碳化物：

1过共析钢轧后冷却过程中沿奥氏体晶界析出先共析渗碳体。

依钢的含碳量、形变终止温度和冷却速度不同，先共析渗碳体呈半连续或连续网状。

网状碳化物的厚度随停轧（锻）温度的提高和冷却速度的减小而增大。

2形变终止温度过高，会使奥氏体晶粒粗化，这种晶粒粗大的奥氏体在随后冷却时沿晶界形成粗厚的渗碳体网，后者在随后的热处理过程中难以得到改正。

钢的热处理：

1钢的热处理是通过加热、保温和冷却的方法，来改变钢内部组织结构，从而改善其性能上的一种工艺。

影响钢的热处理的主要因素是温度和时间。

2钢的热处理工艺通常分为退火、正火、淬火、回火、表面淬火、化学热处理以及形变热处理。

3为随后的机械加工或进一步热处理做好组织准备的热处理，称为预备热处理，常采用退火或正火工艺；

直接赋予工件所需要的使用性能的热处理，称为最终热处理。

起始晶粒度：

指珠光体刚刚全部转变成奥氏体时的奥氏体晶粒度，一般情况下奥氏体的起始晶粒度总是比较细小。

加热前原始组织越弥散，加热速度越快，则起始晶粒越细小。

实际晶粒度：

在某一具体加热或热加工条件下所得到的奥氏体晶粒度。

本质晶粒度：

它表示在临界温度以上加热过程中，奥氏体晶粒长大倾向的强弱。

研究指出，随加热温度升高，钢中的奥氏体晶粒长大倾向分两类，一类是随温度升高，奥氏体晶粒迅速长大的钢，称为本质粗晶粒钢；

另一类是奥氏体晶粒长大倾向较小，直到超过某一温度后，奥氏体晶粒才会急剧长大的钢，称为本质细晶粒钢。

组织遗传现象：

加热后钢的粗大奥氏体晶粒，经淬火后得到粗大的马氏体，再次快速或慢速加热至稍高于临界温度，奥氏体仍保留了原来的粗大晶粒，甚至保留了原来的位向和原来的晶界，这种现象称为组织遗传。

过冷奥氏体：

奥氏体冷至临界温度以下，处于热力学不稳定状态，称为过冷奥氏体。

马氏体转变的特点：

1不会引起化学成分的变化，只产生结构类型的改变，但有时会发生有序度的变化。

2马氏体可能是亚稳平衡相，也可是稳定平衡相。

3马氏体转变也可划分为形核和长大两个元过程，但与扩散转变不同，马氏体成长速度非常快。

4马氏体转变不需要原子扩散，原子协同做小范围位移，以类似孪生切变的方式形成新相。

新相与母相之间的界面必须保持切变式的共格关系，因此有浮凸现象。

5应力也可以诱发马氏体发生转变。

6在一些合金系中，马氏体转变是可逆的。

热稳定化：

1淬火过程中由于慢冷或中间停留所造成的奥氏体稳定化，称为热稳定化。

2奥氏体热稳定化的原因是由于慢冷或中间停留，碳或氮原子在位错附近偏聚，形成柯氏气团，强化奥氏体，使切变阻力增加，从而引起奥氏体的稳定化。

机械稳定化：

在Md点以上，对奥氏体进行大量范性形变，使随后的马氏体转变发生困难，Ms点降低，马氏体转变量减少，这种现象称为奥氏体的机械稳定化。

渗碳：

将低碳钢件放入增碳的活性介质中，在900~950℃加热保温，使活性碳原子渗入钢的表面已达到高碳，这种热处理工艺称为渗碳。

渗碳后院必须进行淬火和低温回火，使钢件表面具有高硬度和高的耐磨性，而心部具有一定的强度和较高的韧性。

渗碳过程是由渗碳剂分解出活性碳原子，被钢表面吸收，并向钢内部扩散三个阶段组成。

热机械处理：

在近于Ac3的温度强烈形变，恒温或慢冷一段使形变奥氏体再结晶，快速冷却阻止再结晶的晶粒长大。

低温韧性：

低温韧性也叫低温脆性，即钢材在低温时韧性的大小或低温时脆化的程度。

红硬性：

红硬性是指材料在经过一定温度下保持一定时间后所能保持其硬度的能力。

如刀具材料中的高速钢，应在600摄氏度下保持60分钟后空冷，连续地重复进行4次后去表面氧化层，然后得出的硬度。

控轧控冷：

就是在一定合金化的基础上，采用较低的终轧温度（近于A3），在大压下量的情况下，使晶粒已经细化的形变奥氏体再结晶后（或根本不发生再结晶）控制其不再长大，经快冷或控冷得到细小的铁素体晶粒，同时具有高位错及弥散析出的NbC等，由此造成强化和低温韧性的显著增大，这种强韧化手段叫控轧控冷。

粗大奥氏体晶粒的遗传性：

生产中发现，过热后钢的粗大奥氏体晶粒，经淬火后得到粗大的马氏体，再次快速或慢速加热至稍高于临界温度，奥氏体仍然保留了原来的粗大晶粒，甚至保留原来的位向和原来的晶界，这种现象称为组织遗传。

其原因是过热后的粗晶粒奥氏体与马氏体之间相互转变维持着严格的晶体学取向关系。

消除方法：

中等速度奥氏体化或者加热到Ac3以上100-200℃，由于相变硬化使高温奥氏体产生再结晶，达到细化晶粒，消除组织遗传性的效果。

回火二次硬化现象

某些淬火组织的合金钢（如含钨、钼、钛、钒、铌、铬、锆等元素）经500-600℃回火后，硬度重新升高的现象。

主要原因是某些含有强碳化物形成元素的合金钢，淬火后高温回火形成极细的、高度弥散的特殊化合物。

这些特殊化合物是渗碳体溶解在位错区的沉淀，多呈丝状或细针状，而且与α相保持共格关系。

这就导致了α相中高密度相变诱生位错的形成，引起碳化物与α相的共格畸变、弥散碳化物对位错的钉扎作用等，使得硬度明显提高。

其次，某些合金钢淬火组织高温回火时的二次淬火现象也是引起二次硬化的原因。

二次淬火

对于含有较多合金元素的钢，在珠光体型转变和贝氏体型转变C曲线之间，有一个过冷奥氏体的中间稳定区。

与此相似，这类钢的残留奥氏体，在相应的回火温度时，也出现两转变之间的中间稳定区。

然而，将这类淬火钢回火加热至该区间的上限温度时，残留奥氏体既不转变成珠光体，也不转变成贝氏体，而是在继续冷却到室温时转变成马氏体。

这一效应叫做二次淬火。

高温形变热处理与低温形变热处理

高温形变热处理：

在接近A3以上温度进行形变，形变后立即淬火，并回火至所需要的硬度。

从工艺过程来看，形变温度较高，形变温度容易进行。

但形变温度远高于再结晶温度，形变强化效果容易被再结晶过程所削弱，所以形变温度和形变后至淬火前的间歇时间，对高温形变热处理后钢材的力学性能影响很大。

低温形变热处理：

将加热至奥氏体化的钢迅速冷却至C曲线的亚稳定区进行形变，然后淬火获得马氏体，并回火至所需的硬度，这种工艺过程称为低温热变形处理。

1热处理是将钢在固态下加热到预定的温度，保温一定的时间，然后以预定的方式冷却到室温的一种热加工工艺。

2通过热处理可以改变钢的内部组织结构，从而改善其工艺性能和使用性能，充分挖掘钢材的潜力，延长零件的使用寿命，提高产品质量，节约材料和能源。

3正确的热处理工艺还可以消除钢材经铸造、锻造、焊接等热加工工艺造成的各种缺陷，细化晶粒，消除偏析，降低内应力，使组织和性能更加均匀。

淬透性：

1淬透性是钢的固有属性，它是选材和制定热处理工艺的重要依据之一。

2淬透性是指钢在淬火时获得马氏体的能力。

其大小用钢在一定条件下淬火所获得的淬透性深度来表示。

过热：

过热是指工件在淬火加热时，由于温度过高或时间过长，造成奥氏体晶粒粗大的缺陷。

过热不仅使淬火后得到的马氏体组织粗大，使工件的强度和韧性降低，易于产生脆断，而且容易引起淬火裂纹。

对于过热工件，进行一次细化晶粒的退火或正火，然后再按工艺规程进行淬火，便可以纠正过热组织。

简答题

简述碳对缓冷钢显微组织和性能的影响

答对组织的影响：

碳是决定碳钢在缓冷后组织和性能的主要元素。

碳对缓冷后钢显微组织的影响是：

在亚共析钢范围内，随含碳量增加，铁素体相对量减少，珠光体的相对量增加；

达到共析成分时，全部为珠光体；

在过共析钢范围内，随含碳量增加，先共析渗碳体相对量增多，珠光体相对量减少。

对性能的影响：

随钢种含碳量的增加，碳钢在热轧状态下的硬度呈直线上升，范性和韧性降低。

在亚共析范围内，碳对抗拉强度的影响是，随含碳量增加，抗拉强度不断提高。

超过共析含碳量以后，抗拉强度提高减缓，以致于最后抗拉强度随含碳量增加而降低。

在亚共析范围内，抗拉强度随珠光体相对量增加而提高；

在过共析范围内，抗拉强度的变化是因为先共析渗碳体量增多，并沿原奥氏体晶界析出，形成网状，使钢的脆性增大，容易发生早期断裂，从而降低抗拉强度。

含碳量增加时碳钢的耐腐蚀性降低，同时碳也使碳钢的焊接性能和冷加工（冲压、拉拔）性能变坏。

简述热变形钢的组织形式

1纤维状组织

2带状组织

热变形钢试样磨片用含CuCl2的试剂浸蚀后放在显微镜下观察，发现原来在肉眼观察时所看到的那些纤维经过放大以后变成黑白交替的条带，称之为原始带状组织，它是由树枝状结晶（偏析）所引起的。

在热变形钢中还会出现另外一种形式的带状组织。

这些不同的组织是固态相变的结果，所以也把这种带状组织称为二次带状组织。

二次带状组织的形成意味着碳在固态相变中发生了不均匀的重新分布（二次碳偏析）。

只有在一次带状组织的基础上才会出现二次带状组织，二次带状组织有两种情况：

①在铁素体条带中含有硅酸盐，同时珠光体条带中含有硫化物。

也就是说，铁素体出现在原枝晶干，珠光体出现在原枝晶间。

这种二次带状的碳浓度分布与凝固时碳的枝晶偏析是一致的，称为“顺态”的二次碳偏析。

②在铁素体条带中含有硫化物，同时珠光体条带中含有硅酸盐。

这种情况表明，在固态相变时发生了碳浓度分布的逆转，碳从枝间处扩散到了枝干。

这种二次带状的碳浓度分布称为“逆态”的二次碳偏析。

带状组织使钢的力学性能具有方向性，使钢的横向范性和韧性降低。

铁素体珠光体带状组织还使钢的切削加工性变坏。

钢材若出现了带状组织，加工时其表面光洁度就差；

渗碳时易引起渗层不均匀，热处理时易产生变形且硬度不均匀等缺陷。

3魏氏组织

在亚共析钢中，当从奥氏体相区缓慢冷却通过Ar3-Ar1温度范围时，铁素体沿奥氏体晶界析出，呈块状。

如果冷却速度加快时，则铁素体不仅沿奥氏体晶界析出生长，而且还形成许多铁素体片插向奥氏体晶粒内部，铁素体片之间的奥氏体最后变为珠光体。

这些分布在原奥氏体晶粒内部呈片状的先共析铁素体称为魏氏组织铁素体。

如果奥氏体比较粗大，冷却速度又比较快时，一般来讲，容易产生魏氏组织铁素体。

退火可消除魏氏组织。

4“反常”组织

在原奥氏体晶界分布着粗厚的网状渗碳体，在此粗厚渗碳体的两边有很宽的游离铁素体，这样的组织称为“反常”组织。

研究指出，钢在奥氏体相区加热温度越低（特别是在Acm-A1温度区间加热时），奥氏体就越不均匀，其中含有大量未溶的碳化物或氮化物。

钢的含碳量与共析含碳量相距越远时，形成“反常”组织的倾向就越大。

5网状碳化物

过共析钢轧后在冷却过程中沿奥氏体晶界析出先共析渗碳体。

依钢的含碳量、形变终止温度和冷却速度的不同，先共析渗碳体呈半连续或连续网状。

减轻或者消除亚共析钢中的铁素体珠光体带状组织的措施是什么？

⑴减轻原始带状偏析程度（方法：

①钢锭中柱状晶要比等轴晶的枝晶偏析程度轻②枝晶比较细时通过扩散退火能达到更好的均匀化效果③钢锭的偏析随钢锭重量增加而加大，随冷却速度的加快而减轻④扩散退火）

⑵抑制或者减轻原始带状组织对二次带状的影响。

⑶在设计钢的成分时，升高和降低A3温度（912℃）的元素如硅-锰，锰-硫等要互相搭配，这样在发生枝晶偏析以后，由于几种杂质元素的影响互相抵消，枝干和枝间两区域A3温度差别很小，从而有利于避免铁素体珠光体带状组织产生。

⑷加速热变形钢的冷却速度，借以抑制碳在原始带状基础上的长距离扩散。

⑸将钢材加热后空冷（正火），或者适当提高钢坯或钢材的加热速度，使奥氏体晶粒尺寸超过原始带状的条带宽度。

简述石墨化的温度阶段

第一阶段：

从铸铁的液相中结晶出一次石墨（过共晶合金）和通过共晶反应结晶出共晶石墨。

或者在铸铁凝固过程中通过渗碳体在共晶温度以上的高温分解形成石墨。

中间阶段：

从铸铁的奥氏体相中直接析出二次石墨，或者通过渗碳体在共晶温度或共析温度之间发生分解而形成石墨。

第二阶段：

在铸铁的共析转变过程中析出石墨，或者通过渗碳体在共析温度附近及其以下温度发生分解形成石墨。

进行石墨化时，不仅需要碳原子在溶液或固溶体中的扩散集聚，而且还需要铁原子从碳的集聚处扩散掉。

温度越低，原子的活动性愈小，石墨化过程也就愈困难。

所以，在铸铁的连续冷却过程中，温度较低的第二阶段石墨化往往不能进行到底。

一般来说，凡是能削弱铁原子和碳原子之间的结合力的元素以及能增大铁原子扩散能力的元素大多能促进石墨化，比如：

锆、钴、磷、铜、镍、钛、硅、碳、铝等；

反之，则阻碍石墨化，比如：

钨、锰、钼、硫、铬、钒、镁、铈、硼等。

简述几种常见的铸铁

⑴白口铸铁：

其中碳除少量溶于铁素体外，绝大部分以渗碳体的形式存在于铸铁中。

白口铸铁断口呈亮白色，组织中都存在共晶莱氏体，性能硬而脆，很难切削加工。

白口铸铁除主要用作炼钢原料外，还用来生产可锻铸铁。

⑵麻口铸铁：

碳一部分以石墨形式存在，另一部分以自由渗碳体形式存在，断口呈黑白相间的麻点。

⑶灰口铸铁：

其中碳全部或大部分以片状石墨形式存在。

灰口铸铁断裂时，裂纹沿各个石墨片发展，因而断口呈暗灰色。

⑷可锻铸铁：

又称展性铸铁，有白口铸铁经石墨化退火后制成，其中碳以团絮状石墨形式存在。

⑸球磨铸铁：

钢液在浇注前经过球化处理，碳主要以球状石墨形式存在。

⑹冷硬铸铁：

将钢液注入放有冷铁的模中制成。

与冷铁相接触的铸铁表面层由于冷却速度比较快，故铸铁组织在一定厚度内属于白口，因而硬度高，耐磨性好；

而远离冷铁的深层部位，由于冷却速度较小，得到的组织为灰口；

在白口和灰口之间的过渡区域呈麻口。

冷硬铸铁用于制造轧辊、车轮等。

⑺蠕墨铸铁：

钢液在浇注前经过蠕化处理，碳主要以介于片状和球状之间的石墨形式存在，它是近年发展起来的一种新型铸铁。

简述钢加热时奥氏体化的组织转变过程

奥氏体的形成过程：

任何成分碳钢加热到Ac1以上，珠光体就向奥氏体转变；

加热到Ac3或Accm以上，将全部变为奥氏体。

这种加热转变也称奥氏体化。

⑴形核：

将珠光体加热到Ac1以上，在铁素体和渗碳体的相界面上奥氏体优先形核。

这是因为相界面上原子排列不规则，处于能量较高状态，具备形核所需的结构起伏和能量起伏条件，同时相界面上处于碳浓度过渡，易出现浓度起伏，符合奥氏体所需的碳浓度，所以奥氏体晶核优先在相界面上形成。

⑵长大：

当奥氏体在铁素体和渗碳体相界面上形核后，建立起界面浓度平衡，从而在奥氏体和铁素体内部出现浓度差，碳原子由高浓度向低浓度扩散，使C2、C4浓度降低，而C1、C3浓度升高，从而破坏浓度平衡。

必须通过渗碳体逐渐溶解，以提高C2、C4，同时产生a→r转变，以降低C1、C3，维持界面浓度平衡。

如此所进行的碳原子扩散，渗碳体溶解，a→r点阵重构的反复，奥氏体逐渐长大。

⑶残余渗碳体的溶解：

奥氏体向铁素体方向推进的速度要大得多，铁素体总是比渗碳体消失得早。

铁素体消失后，随着保温时间的延长，通过碳原子扩散，残余渗碳体逐渐溶入奥氏体，使奥氏体逐步趋近共析成分。

⑷奥氏体的均匀化：

残余奥氏体完全溶解后，奥氏体中碳浓度仍是不均匀的，原先是渗碳体的位置碳浓度较高，原先是铁素体的位置碳浓度较低。

为此必须继续保温，通过碳原子扩散，获得均匀化奥氏体。

影响奥氏体形成速度的因素

⑴加热温度的影响

一方面，由于珠光体转变为奥氏体的过程是扩散相变的过程，随着加热温度的升高，原子扩散系数增加，特别是碳在奥氏体中的扩散系数增加，加快了奥氏体的形核和长大速度。

同时加热温度升高，奥氏体中的碳浓度差增大，浓度梯度加大，故原子扩散速度加快。

另一方面，加热温度升高，奥氏体与珠光体的自由能差增大，相变驱动力增大，所以，随奥氏体形成温度的升高，奥氏体的形核率和长大速度急剧增加，因此，转变的孕育期和转变所需的时间显著缩短，加热温度越高，转变孕育期和完成转变的时间越短

⑵原始组织的影响

在化学成分相同的情况下，随原始组织中碳化物分散度的增大，不仅铁素体和渗碳体相界面增多，加大了奥氏体的形核率；

而且由于珠光体片层间距减小，使奥氏体中的碳浓度梯度增大，使碳原子的扩散距离减小，这些都使奥氏体的长大速度增加。

因此，钢的原始组织越细，则奥氏体的形成速度越快。

⑶化学成分的影响

①质量分数的影响

钢中含碳质量分数越高，奥氏体的形成速度越快。

这是因为随含碳质量分数增加，渗碳体的数量相应地增加，铁素体和渗碳体相界面的面积增加，因此增加了奥氏体形核的部位，增大奥氏体的形核率。

同时，碳化物数量增加，又使碳的扩散距离减小，碳浓度梯度增大，以及随奥氏体中含碳量质量分数增加，碳和铁原子的扩散系数将增大，从而增大奥氏体的长大速度。

②合金元素的影响

首先，合金元素影响了碳在奥氏体中的扩散速度，碳化物形成元素大大减小了碳在奥氏体中的扩散速度。

故显著减慢了奥氏体的形成速度，非碳化合物形成元素增加碳在奥氏体中的扩散速度，因而加快了奥氏体的形成速度。

其次合金元素改变了钢的临界温度，故改变了奥氏体转变时的过热度，从而改变了奥氏体与珠光体的自由能差，因而改变了奥氏体的形成速度。

第三，合金元素在珠光体中的分布是不均匀的，因此合金钢的奥氏体均匀化过程除了碳在奥氏体中的均匀化外，还包括了合金元素的均匀化。

影响奥氏体晶粒长大的因素

奥氏体形成后，随着加热温度升高，晶粒急剧长大。

温度对奥氏体晶粒长大的影响最为显著。

⑵保温时间的影响

在相变温度以上任何温度保温时，奥氏体都有一个加速长大期。

当经理达到一定尺寸后，长大速度趋于缓慢。

⑶加热速度的影响

加热速度越大，过热度越大，形核率越高，奥氏体的起始晶粒越细。

快速加热至高温，短时保温，可获得细晶粒组织。

⑷化学成分的影响

含碳量对钢的奥氏体晶粒长大有明显影响。

当钢的含碳量不超过一定限度时，在相同加热条件下，奥氏体晶粒随钢种含碳量增加而急剧长大。

这是因为碳的扩散速度和铁的扩散速度都随含碳量的增加而增大。

但当含碳量超过一定限度时，随含碳量增大，奥氏体晶粒反而减小。

简述过冷奥氏体冷却时的组织转变

⑴高温珠光体型转变

奥氏体在A1-550℃之间，转变产物为珠光体（铁素体和渗碳体的混合物）。

再此温度区间内，原子的扩散能力较强，容易在奥氏体晶界上产生高碳的渗碳体晶核和低碳的铁素体晶核，并实现晶格重构，属于扩散型相变，也可称为高温转变。

⑵中温贝氏体型转变

在550℃-MS（230℃）温度范围内，过冷度较大，铁原子难以扩散，仅有碳原子扩散，过冷奥氏体转变速度下降，孕育期逐渐延长，这主要通过相变驱动力来改变晶格结构，通过碳原子扩散形成碳化物，属于半扩散型转变，转变产物为贝氏体型组织。

⑶低温马氏体型转变

当钢加热到奥氏体后，奥氏体被迅速过冷至MS以下时，铁、碳原子都已失去了扩散能力，但过冷度较大，相变驱动力足以使面心立方的奥氏体转变为体心立方的马氏体，并保持原奥氏体的成分。

这种转变属于非扩散型