金屬材料與熱處理基本概念及復(fù)習(xí)題

1、名詞解釋1、 沸騰鋼：鋼在凝固過(guò)程中，鋼液中碳與氧發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生大量的氣泡，造成鋼液沸騰，沸騰鋼由此而得名。鋼錠內(nèi)部有大量的氣泡，但沒(méi)有或者很少有縮孔，鋼錠外層比較純凈。沸騰鋼的偏析比較嚴(yán)重，低溫沖擊性能不好，鋼板容易時(shí)效，力學(xué)性能波動(dòng)較大。鎮(zhèn)靜鋼：鋼液中加入強(qiáng)氧化劑硅和鋁，凝固過(guò)程中氧優(yōu)先與強(qiáng)氧化劑反應(yīng)，抑制了與碳的反應(yīng)，從而結(jié)晶時(shí)沒(méi)有沸騰。鎮(zhèn)靜鋼中沒(méi)有氣泡，但有縮孔和疏松，氧化物夾雜較少，純凈度高，偏析不嚴(yán)重，性能比較均勻。半鎮(zhèn)靜鋼：最終脫氧程度介于沸騰鋼與鎮(zhèn)靜鋼之間，模內(nèi)結(jié)晶不沸騰。有少量的氣泡和縮孔，偏析程度比沸騰鋼小，有較好的綜合力學(xué)性能。2、 AC1：鋼在加熱過(guò)程中，奧氏體與珠光體轉(zhuǎn)

2、變平衡點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度AC3：鋼在加熱過(guò)程中，奧氏體和鐵素體轉(zhuǎn)變平衡點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度ACm：鋼在加熱過(guò)程中，奧氏體和滲碳體轉(zhuǎn)變平衡點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度Ar1：鋼在冷卻過(guò)程中，奧氏體與珠光體轉(zhuǎn)變平衡點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度Ar3：鋼在冷卻過(guò)程中，奧氏體和鐵素體轉(zhuǎn)變平衡點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度ACm：鋼在冷卻過(guò)程中，奧氏體和滲碳體轉(zhuǎn)變平衡點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度3、 退火：將鋼加熱到一定溫度，保溫一定時(shí)間，然后緩慢冷卻，以獲得接近平衡態(tài)的組織。正火：將鋼加熱到Ac3或Acm以上30-50，保溫足夠時(shí)間，然后在空氣中冷卻。淬火：將鋼加熱到Ac1或Ac3以上一定溫度，保溫一定時(shí)間，然后在水或者油等冷卻介質(zhì)中快速冷卻，以得到馬氏體組織的工藝。

3、回火：將淬火后的鋼在A1溫度以下加熱，保溫一定時(shí)間，使之轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的回火組織的熱處理工藝。4、 萊氏體：由奧氏體和滲碳體兩相組成共晶組織。變態(tài)萊氏體：共析反應(yīng)后，萊氏體中的奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，析出的二次滲碳體附著在原滲碳體上，此時(shí)的組織成為變態(tài)萊氏體。滲碳體：從液相中析出的滲碳體稱為一次滲碳體，從奧氏體中析出滲碳體的稱為二次滲碳體，從鐵素體中析出的滲碳體稱為三次滲碳體。珠光體：由鐵素體和滲碳體兩相組成的共析組織，根據(jù)鐵素體基體上分布的滲碳體的形狀，可分為片狀珠光體和粒狀珠光體。貝氏體：鋼在奧氏體化后過(guò)冷到BS點(diǎn)以下，MS點(diǎn)以上發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變而得到的由鐵素體及其內(nèi)分布的彌散碳化物所形成的亞穩(wěn)組織

4、。馬氏體：是碳在-Fe中的過(guò)飽和固溶體，是過(guò)冷奧氏體發(fā)生發(fā)生無(wú)擴(kuò)散的共格切邊型相變即馬氏體相變得到的亞穩(wěn)態(tài)組織。奧氏體：碳在-Fe中的固溶體，呈面心立方結(jié)構(gòu)。5、 液析碳化物：非平衡結(jié)晶時(shí)由于枝晶偏析產(chǎn)生的鋼液中析出的偽共晶碳化物，組織為粗大連續(xù)的塊狀帶狀碳化物：從奧氏體中析出的由于枝晶偏析產(chǎn)生的先共析二次碳化物，沿軋制方向伸展而呈帶狀。網(wǎng)狀碳化物：在停軋溫度較高，軋后緩慢冷卻時(shí)二次碳化物以網(wǎng)狀析出于奧氏體晶界。粒狀碳化物：球化退火后在鐵素體基體上分布的細(xì)小而均勻的粒狀組織。6、 TTT曲線：過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線，因曲線形狀像英文字母C，故常稱為C曲線。CCT曲線：過(guò)冷奧氏體連續(xù)冷卻曲線。7

5、、 均勻腐蝕：也成為連續(xù)腐蝕，腐蝕發(fā)生在材料的整個(gè)表面，是截面不斷減小晶間腐蝕：腐蝕不是從局部外表面開始，而是集中發(fā)生在金屬的晶界區(qū)域，外觀上不宜察覺(jué)，危害性較大。點(diǎn)腐蝕：金屬表面局部區(qū)域的腐蝕破壞，首先形成蝕坑，然后向內(nèi)部發(fā)展，甚至貫穿整個(gè)截面。應(yīng)力腐蝕：應(yīng)力與腐蝕介質(zhì)共同作用引起的斷裂。8、 淬透性：指奧氏體化后鋼在淬火中獲得馬氏體的能力，其大小用鋼在一定條件下淬火時(shí)獲得淬透層深度來(lái)表示，主要取決于鋼臨界冷卻速度的大小。淬硬性：鋼在淬火后能夠達(dá)到的最高硬度，主要與鋼的含碳量有關(guān)?；鼗鸱€(wěn)定性：淬火鋼在回火時(shí)，抵抗強(qiáng)度硬度下降的能力二次硬化：鋼在經(jīng)過(guò)一次或多次回火后，由于特殊碳化物的析出和殘余

6、奧氏體轉(zhuǎn)變?cè)斐傻挠捕冗M(jìn)一步提高的現(xiàn)象。紅硬性：材料在一定溫度下保溫一定時(shí)間，能夠保持其硬度的能力。熱硬性：材料在高溫下保持其硬度的能力。調(diào)制處理：淬火加高溫回火的熱處理工藝成為調(diào)制處理9、 鋼中夾雜物：鋼在凝固或冷卻過(guò)程中形成的，非鋼液成分的組成物。偏析：在鋼中，各部分化學(xué)成分的不均勻性稱為偏析。10、碳鋼：含碳量低于2.11%的鐵碳合金稱為碳鋼。鑄鐵：含碳量高于2.11%的鐵碳合金稱為鑄鐵灰口鑄鐵：其中碳全部或大部分以片狀石墨形式存在，斷裂時(shí)，裂紋沿石墨片發(fā)展，斷口呈暗灰色。白口鑄鐵：絕大部分碳以滲碳體的形式存在于鑄鐵中。球墨鑄鐵：鐵液在澆注前球化處理，碳主要以球狀石墨形式存在。可鍛鑄鐵：又

7、稱展性鑄鐵，白口鑄鐵經(jīng)石墨化退火后得到，碳以團(tuán)絮狀石墨形式存在。1、 幾種常見的退火工藝，目的及應(yīng)用。完全退火：將亞共析鋼加熱到Ac3以上20-30，保溫足夠的時(shí)間奧氏體后，隨爐緩慢冷卻，而獲得接近平衡的組織，成為完全退火。不完全退火：亞共析鋼加熱到Ac1-Ac3之間或過(guò)共析鋼加熱到Ac1-Acm之間，保溫足夠時(shí)間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。等溫退火：將鋼件加熱到臨界溫度（Ac1或Ac3）以上奧氏體化，然后將鋼件移入另一溫度稍低于Ar1的爐中等溫停留，轉(zhuǎn)變完成后，出爐空冷至室溫。球化退火：使鋼獲得粒狀珠光體的熱處理工藝。通常適用于過(guò)共析鋼，加熱到Ac1以上20-30。擴(kuò)散退火：又稱為均勻化退火

8、，將鋼錠、鑄件加熱到略低于固相線的溫度下長(zhǎng)時(shí)間保溫，然后緩慢冷卻以消除化學(xué)成分不均勻性的熱處理工藝。低溫退火：將鋼錠加熱到低于Ac1溫度退火，包括軟化退火和再結(jié)晶退火。去氫退火：對(duì)于尺寸較大的熱鍛軋鋼件，軋后降溫至溫度低于Ac1的640-660，由于此時(shí)奧氏體轉(zhuǎn)變成珠光體，而氫在珠光體中的擴(kuò)散速率大于奧氏體，在該溫度下等溫下氫較快析出，防止白點(diǎn)產(chǎn)生。退火目的：消除鋼錠的成分偏析，使成分均勻化；消除鑄件、鍛件存在的魏氏組織或帶狀組織，細(xì)化晶粒和均勻組織；降低硬度，改善組織，以便于切削加工；改善高碳鋼中碳化物的組織形態(tài)和分布，為淬火做準(zhǔn)備。組織形態(tài)：珠光體：按滲碳體在鐵素體基體上的分布情況可以分為

9、片狀珠光體和粒狀珠光體。片狀珠光體：厚片狀的鐵素體和薄片狀的滲碳體交替排列形成的片層狀的組織。粒狀珠光體：顆粒狀的滲碳體均勻分布在鐵素體基體上。上貝氏體：成束平行的貝氏鐵素體自?shī)W氏體晶界一側(cè)或兩側(cè)向晶內(nèi)長(zhǎng)大，滲碳體分布在貝氏鐵素體板條之間，沿貝氏鐵素體板條長(zhǎng)軸方向排列，整體呈羽毛狀。下貝氏體：碳化物僅鐵素體針內(nèi)部，與鐵素體針長(zhǎng)軸方向呈55-60度方向排列，整體呈雙凸透鏡狀，在金相顯微鏡下呈針狀或竹葉狀，各片之間不平行。板條馬氏體：板條狀的組織，位錯(cuò)纏結(jié)的亞結(jié)構(gòu)片狀馬氏體：片狀組織，平行細(xì)小的孿晶亞結(jié)構(gòu)。3、9Mn2V為工具鋼，為過(guò)共析鋼。第一種工藝，由于含Mn量較多，其中Mn為奧氏體形成元素，

10、擴(kuò)大奧氏體相區(qū)，故比碳鋼的A1、Acm溫度要低，此時(shí)790加熱相當(dāng)于Acm以上較高溫度加熱，造成奧氏體粗大，淬火時(shí)容易造成馬氏體粗大，脆性增強(qiáng)，加上本身含碳量較高，形成的馬氏體為片狀馬氏體，脆性較大。故淬火加低溫回火過(guò)程容易發(fā)生脆性斷裂。第二種工藝是加熱到Acm以上溫度，充分奧氏體化，然后再下貝氏體溫度等溫淬火，形成下貝氏體組織，下貝氏體組織具有較高的強(qiáng)度和良好塑性，故不易發(fā)生開裂現(xiàn)象。4、（1）粗片狀組織：Acm以上30-50充分奧氏體化后，在水中冷卻淬火，形成粗片狀的馬氏體組織。（2）細(xì)片狀組織：Ac1以上20-30奧氏體化后，在水中冷卻淬火，形成細(xì)片狀的馬氏體組織。（3）球化組織：Ac1

11、以上20-30奧氏體化后，在水中冷卻淬火，然后再加熱到600以上高溫回火，形成粒狀珠光體的球狀組織。5、45號(hào)鋼：調(diào)質(zhì)處理。淬火：860保溫足夠時(shí)間充分奧氏體化后，在水中冷卻；高溫回火：在600保溫1-2h，空冷。40Cr鋼：正火：加熱到880，保溫足夠時(shí)間，空冷；退火：加熱到860，保溫足夠時(shí)間，隨爐冷卻；淬火：加熱到860，充分奧氏體化后，在油中淬火；回火：600回火，空冷。T8鋼：球化退火：加熱到760，保溫足夠時(shí)間，隨爐冷卻；淬火：加熱到760，充分奧氏體化后，在水中淬火；低溫回火：加熱到200攝氏度，保溫足夠時(shí)間，空冷。6、考慮500-Ac1，Ac1-Ac3，Ac3以上三個(gè)溫度區(qū)間。

12、7、低碳鋼：20Cr：滲碳鋼中碳鋼：45號(hào)鋼：調(diào)質(zhì)鋼高碳鋼：T8鋼，碳素工具鋼2、滲碳熱處理是為了獲得表面高硬度，高耐磨性，心部要求足夠強(qiáng)度和韌性的熱處理工藝。20Cr滲碳鋼：熱處理工藝：表面滲碳+整體淬火及低溫回火。組織：表面為高彈馬氏體組織，心部為低碳馬氏體組織。性能特點(diǎn)：表面具有高硬度、高耐磨性；心部具有高強(qiáng)度和耐磨性。3、退火：將鋼加熱到一定溫度，保溫一定時(shí)間，然后緩慢冷卻，以獲得接近平衡態(tài)的組織。目的：消除鋼錠中的偏析，使組織成分均勻；消除鋼錠中的帶狀組織和魏氏組織，細(xì)化晶粒，均勻組織；降低硬度，增加塑韌性，改善組織便于切削加工；改善碳化物的組織形態(tài)，為淬火做好準(zhǔn)備。多用于預(yù)先熱處理

13、。正火：將鋼加熱到Ac3或Acm以上30-50，保溫足夠時(shí)間，然后在空氣中冷卻。目的：細(xì)化晶粒，改善組織，使成分均勻化，類似退火的作用；低碳鋼中退火后硬度太低，切削時(shí)容易粘刀，改用正火，增加硬度，改善切削加工性；可以作為中碳鋼的最終熱處理，代替調(diào)制處理，具有一定的綜合力學(xué)性能；高碳鋼中消除網(wǎng)狀碳化物，便于球化退火。介于淬火和退火之間的熱處理工藝。淬火：將鋼加熱到Ac1或Ac3以上一定溫度，保溫一定時(shí)間，然后在水或者油等冷卻介質(zhì)中快速冷卻，以得到馬氏體組織的工藝。目的：把奧氏體工件淬成馬氏體，以便于適當(dāng)溫度回火后，獲得所需要的力學(xué)性能?；鼗穑簩⒋慊鸷蟮匿撛贏1溫度以下加熱，保溫一定時(shí)間，使之轉(zhuǎn)變

14、成穩(wěn)定的回火組織的熱處理工藝。目的：改善淬火后的組織，穩(wěn)定組織，消除內(nèi)應(yīng)力。4、高速鋼W18Cr4V的合金成分：C為0.8%，W為17.5-18.5%，Cr為3.5-4.5%，V為0.5-1.5%。C：固溶強(qiáng)化，提高強(qiáng)度和硬度，是鋼強(qiáng)化的主要元素；W：獲得熱硬性的主要元素，同時(shí)提高淬透性和抗回火穩(wěn)定性，細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)度和塑性；Cr：提高耐蝕性和抗氧化能力，提高淬透性，細(xì)晶強(qiáng)化；V：提高熱硬性和耐磨性，提高鋼的強(qiáng)度。熱處理工藝：球化退火+淬火+回火球化退火：加熱到Ac1以上30-50（900），保溫足夠時(shí)間，隨爐緩慢冷卻。（珠光體和滲碳體）淬火：通過(guò)兩次預(yù)熱加熱到Ac1以上20-30，保溫足夠

15、時(shí)間，在油介質(zhì)中冷卻。（M+Ar+K）高溫回火：加熱到560，保溫1h，空冷，多次回火，降低組織內(nèi)部殘余奧氏體的量。5、45號(hào)鋼：調(diào)質(zhì)處理。淬火：860保溫足夠時(shí)間充分奧氏體化后，在水中冷卻；高溫回火：在600保溫1-2h，空冷。45號(hào)鋼為亞共析鋼，淬火加熱溫度應(yīng)在Ac3以上20-30，由于鋼的臨界冷卻速率較大，所以在水中冷卻，為獲得調(diào)質(zhì)處理的組織，使用高溫回火，獲得粒狀珠光體的組織性能。T8鋼：球化退火：加熱到760，保溫足夠時(shí)間，隨爐冷卻；淬火：加熱到760，充分奧氏體化后，在水中淬火；低溫回火：加熱到200攝氏度，保溫足夠時(shí)間，空冷。T8鋼為過(guò)共析鋼，淬火加熱溫度應(yīng)在Ac1以上20-30

16、，由于鋼的臨界冷卻速率較大，所以在水中冷卻，T8鋼為工具鋼，應(yīng)具有較高的強(qiáng)度和韌性，以及抵抗變形的能力，故應(yīng)在低溫下回火，獲得回火馬氏體的組織滿足性能要求。2、淬火鋼回火時(shí)組織轉(zhuǎn)變過(guò)程第一、馬氏體中碳原子的偏聚：100以下回火，碳原子短距離遷移，在微觀缺陷上偏聚。第二、 馬氏體的分解：100以上回火，馬氏體要發(fā)生分解，轉(zhuǎn)變成回火馬氏體。第三、 殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變：少量殘余奧氏體轉(zhuǎn)變成過(guò)飽和固溶體和薄片狀的碳化物復(fù)相組織第四、 碳化物的轉(zhuǎn)變：隨著溫度的升高，碳化物轉(zhuǎn)變成x碳化物，進(jìn)一步轉(zhuǎn)變成滲碳體。第五、 碳化物的聚集長(zhǎng)大和相的回復(fù)與再結(jié)晶3、40Cr鋼：正火：加熱到880，保溫足夠時(shí)間，空冷；退

17、火：加熱到860，保溫足夠時(shí)間，隨爐冷卻；淬火：加熱到860，充分奧氏體化后，在油中淬火；回火：600回火，空冷。T8鋼：球化退火：加熱到760，保溫足夠時(shí)間，隨爐冷卻；淬火：加熱到760，充分奧氏體化后，在水中淬火；低溫回火：加熱到200攝氏度，保溫足夠時(shí)間，空冷。4、完全退火：將亞共析鋼加熱到Ac3以上20-30，保溫足夠的時(shí)間奧氏體后，隨爐緩慢冷卻，而獲得接近平衡的組織，成為完全退火。目的：完全退火是使用與亞共析鋼，用來(lái)細(xì)化晶粒，均勻組織，消除內(nèi)應(yīng)力，降低硬度，便于切削加工，并為淬火做好準(zhǔn)備。不完全退火：亞共析鋼加熱到Ac1-Ac3之間或過(guò)共析鋼加熱到Ac1-Acm之間，保溫足夠時(shí)間，然

18、后緩慢冷卻的熱處理工藝。目的：細(xì)化晶粒，均勻組織，消除內(nèi)應(yīng)力，降低硬度球化退火：使鋼獲得粒狀珠光體的熱處理工藝。通常適用于過(guò)共析鋼，加熱到Ac1以上20-30。目的：降低硬度，改善切削加工性能，獲得均勻組織，為淬火做好準(zhǔn)備。2、回火脆性是指隨著回火溫度的升高，鋼的沖擊韌性并非簡(jiǎn)單的增加，而是在250-400、450-600范圍內(nèi)有較明顯下降的現(xiàn)象。回火脆性有低溫回火脆性和高溫回火脆性。低溫回火脆性：產(chǎn)生原因：鋼在300左右回火，馬氏體中的發(fā)生轉(zhuǎn)變，并沿著馬氏體板條界面析出，同時(shí)殘余奧氏體分解，造成的明顯的回火脆性。改善方法：低溫回火脆性為不可逆回火脆性，消除方法只有避免在該溫度區(qū)間回火。高溫回

19、火脆性：產(chǎn)生原因：鋼加熱到600時(shí)緩慢冷卻，S、P、Sn等元素在元奧氏體晶界偏聚造成的脆性。改善方法：大工件可在鋼種加入0.5%Mo或1%的W，抑制雜質(zhì)原子偏聚，對(duì)于小工件，可高溫回火后快冷，抑制雜質(zhì)原子偏聚。4、合金元素對(duì)鐵碳相圖臨界點(diǎn)的影響：擴(kuò)大奧氏體區(qū)元素：Mn、Co、Ni；C、N、Cu，使得A4點(diǎn)升高，A3、A1點(diǎn)降低縮小奧氏體區(qū)元素：V、Cr、Ti、W、Mo、Al、Si；B、Nb；使得A4點(diǎn)降低，A3、A1點(diǎn)降低合金元素使得S點(diǎn)，C點(diǎn)左移，合金鋼共析體，共晶體含碳量低。碳化物形成元素：Ti、Nb、V；W，Mo；Cr、Mn、Fe非碳化物形成元素：Ni、Co、Si、Al、Cu合金元素對(duì)固

20、態(tài)相變及組織的影響：除Co加速過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變外，其他合金元素均延緩其轉(zhuǎn)變。C：固溶強(qiáng)化，提高鋼的強(qiáng)度和硬度；降低塑性和韌性Mn：提高鋼的淬透性和抗回火穩(wěn)定性，細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)度和韌性，提高耐磨性Cr：提高耐蝕性，提高鋼的淬透性和抗回火穩(wěn)定性，細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)度韌性，提高耐磨性Ni：提高鋼的耐蝕性，提高淬透性，細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)度和韌性。W：提高熱硬性；細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)度和韌性，提高鋼的淬透性。Si：提高彈性極限，屈服強(qiáng)度，增大淬透性。V：提高鋼的淬透性和抗回火穩(wěn)定性，細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)度和韌性，提高耐磨性16Mn：工程結(jié)構(gòu)鋼；各組分含量：C為0.2%，Mn為1.6%；珠光體+鐵素體，正火后組織；具有高強(qiáng)度，良好的