材料与热处理

第一篇：材料与热处理

讨论题

1、什么是钢、铁？

2、铁锅是铁制成的？

4、铁皮、铁钉、铁丝是铁制成的？

5、为什么要“趁热打铁”？

6、铁匠师傅打的是铁吗？

7、“团结就是力量”歌中有：比铁还硬比钢还强两句词，是铁硬钢强吗？

8、高碳钢棒是一种普通工程材料，但高碳钢管很少见到，试解释原因。

9、.指出下列工件的淬火、回火温度。①45钢小轴（要求综合机械性能）②60钢弹簧 ③T12钢锉刀

10、分析调质处理（从工艺、组织、性能、应用）为什么调质安排在粗、精切削加工之间？ 11、20.拟用T10钢制造形状简单的车刀，工艺路线为： 锻造→热处理→机加工→热处理→磨加工

试说出各热处理工序的名称并指出各热处理工序的作用。

12、选择下列零件的热处理方法，并编写简名的工艺路线（各零件均选用锻造毛坯，且钢材具有足够的淬透性）。

①某机床变速箱齿轮（模数m=4）要求齿面耐磨，心部强度和韧性要求不高，材料选用45钢。

②某机床主轴，要求有良好的综合机械性能，轴颈部分要求耐磨（HEC50—55）材料选用45钢。

③镗床镗杆，在重载荷下工作，精度要求极高，并在滑动轴承中运转，要求镗杆表面有极高的硬度，心部有较高的综合机械性能，材料选用38CrMoAlA。

13、白口铸铁、灰口铸铁和45钢这三者的成分、组织和性能有何主要区别？

14、根据下列部分铁碳平衡相图回答问题（5分）

1）各点（G,S,E,P，Q）、各条线（GS,ES,PQ）的名称；（2.5分）

2）说出各个区域内的组织（2.5分）

一、判断题

1、钢和铁是含有铁和碳两种元素的黑色金属。

2、除含碳和铁以外，还含有其它元素的钢就是合金钢。

3、生产中常用中碳钢来制造轴类、齿轮类机械零件。

4、纯铜具有好的导电性和导热性及优良的塑性，但强度不高。

5、碳素钢的硬度越高，强度就越好。

6、热处理是一种不改变零件形状和尺寸，却能改变其组织和性能的工艺方法。

7、冷却速度应根据钢的种类和热处理目的而确定。

8、要求表面硬、心部韧的零件，应采用正火处理。

9、要求降低硬度、细化晶粒、均匀组织和消除应力时，应采用退火处理。

10、淬火是强化金属材料的重要手段之一。

三、选择题

(单选)

1、纯金属结晶时，冷却速度越快，则实际结晶温度将（）。A、越高B、越低 C、接近理论结晶温度 D、没有变化

2、室温下金属的晶粒越细，则（）。

A、强度越高，塑性越差 B、强度越高，塑性越好 C、强度越低，塑性越差D、强度越低，塑性越好

3、固溶体的晶体结构特点是（）。

A、与溶剂相同 B、与溶质相同 C、形成新的晶体类型 D、各自保持各自的晶体类型

4、液态金属结晶的基本过程是（）。

A、边形核边长大 B、先形核后长大 C、自发形核和非自发形核 D、枝晶生长

5、珠光体是一种（）。

A、单相固溶体 B、两相固溶体 C、铁与碳的化合物 D、都不对

6、完全退火主要用于（）。

A、亚共析钢 B、亚共析钢和共析钢 C、过共析钢 D、所有钢种

7、碳钢的正火工艺是将其加热到一定温度，保温一定时间，然后采用的冷却形式是（）。A、随炉冷却B、在油中冷却C、在空气中冷却D、在水中冷却

8、材料硬度值的正确表示方法为：（）

a.HRC55kg／mm

2b.55HRC

c.RC55

9、材料HT200中数字200表示：（）

a.抗压强度值

b.抗弯强度值

c.抗拉强度值 10、45钢的含碳量为：（）

a.4.5％

b.0.45%

c.0.00045%

11、为提高实习中你所做的小锒头的硬度和耐磨性的热处理工艺是（）。

a.正火

b.淬火+高温回火

c.淬火+低温回火

12、调质的目的是为了获得（）。

a.高硬度

b.细化晶粒

c.好的综合机械性能

13、碳素钢淬火后得到高硬度的原因是因其获得了（）。

a.马氏体

b.奥氏体A

c.珠光体P

14、各种弹簧和锻模应具有高的屈服点、弹性极限和韧性，其热处理工艺为（）

a.淬火+高温回火

b.淬火+中温回火

c.退火

15、用于消除铸件、焊件中的内应力，稳定零件尺寸，减少变形的热处理工艺为（）

a.球化退火

b.完全退火

c.去应力退火

第二篇：冷冲模材料与热处理

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冷冲模材料与热处理

冷冲模,冷作模工作零件常用材料及热处理

模具类型

常用材料

热处理

硬度（HRC）

凹模

凸模

冲裁模

形状简单、冲裁板料厚度＜3mm

T8A、T10A、9Mn2V、Cr6WV、GCr15、45#喜

淬火、回火

58~62

58~62

形状复杂、冲裁板料厚度＞3mm，要求耐磨性高

CrWMn、9SiCr、Cr12、Cr12MoV、Cr4W2MoV

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D2

淬火、回火

58~62

58~62 弯曲模

一般弯曲模

T8A、T10A

淬火、回火

54~58

56~60

要求耐磨性高、形状复杂、生产批量大的弯曲模

CrWMn、Cr12、Cr12MoV、Cr12Mo1V1

淬火、回火

58~62

58~62

热弯曲模

5CrNiMo、5CrMnMo H13、3Cr2W8V

淬火、回火

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48~52

48~52 拉伸模

一般拉伸模

T8A、T10A、GCr15

淬火、回火

55~58

55~58

要求耐磨性高、生产批量大的拉伸模

Cr12、Cr12MoV、YG8、YG15、D2

冷作模

紧固件行业冷作模具主要完成金属或非金属材料的冲裁、弯曲、拉深、镦锻、挤压等工序，制作成各种螺栓、螺钉、螺母、垫片、销、铆钉等。由于加载形式和被加工材料力学性能不同，各种模具的工作条件差别很大，故失效形式也不相同。在以上模具中，模具工作条件最为恶劣的是镦锻模、挤压模，其次是厚板小孔冲裁模。

2.冷作模具的失效

镦锻模、挤压模主要用于螺栓、螺母、异型件的制造。它用于金属体积成形。成形模具所受的载荷轻重根据工作形状、尺寸、变形量

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以及变形材料的力学性能的不同而不同。

在生产中由于变形金属在模具型腔中剧烈流动产生严重摩擦，致使模具表面温度瞬时达到 400 ℃，要求这类模具型腔能承受较大压力、张力和摩擦力，不开裂，不变形，不磨损。

对于冲裁模，它要求刃口在板料冲裁（锥垫、带齿垫片等）过程中保持锋利与完整，不崩刃、不变形、耐磨损，冲头尤其具有高的强韧性和耐磨性。

在生产中常见模具失效形式有以下几类：

(1)断裂失效 模具在使用中突然出现大裂纹或发生破损而失效。如冲裁模崩刃，冷挤压模和冷镦模的冲头断裂，凹模破裂。在冷镦模、冷挤压模工作时，由于成形力大，在金属变形过程中模具表面的瞬时温度很高，造成温度循环，也加速疲劳裂纹产生。

(2)变形失效 如凸模镦粗、弯曲、凹模型腔下沉塌陷、棱角堆塌、模孔胀大等。

(3)磨损失效 如厚板冲裁模刃口、冷镦冷挤模型腔尺寸超差。

3.材料选择及热处理

选择模具材料首先要了解模具钢的材质成分、性能，模具的使用条件以及模具失效形式，针对性地选材。

3.1 冲裁模

冲裁模刃口承受的剪切力大，摩擦发热严重，易磨损。凸模易产生崩刃、折断等。对于批量较大的厚板冲裁模可选用 W18Cr4V 钢 W6Mo5Cr4V2 钢制作凸模，用 Cr12MoV 钢制作凹模，这类钢耐磨性

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抗压强度较好，基本能满足使用要求，但韧性较低、碳化物分布不均匀，使模具易断裂及崩刃，模具寿命也不理想。目前，紧固件企业多数使用了基体钢（LD、65Nb 等），低合金高强度钢（GD），降碳高速钢（6W6Mo5Cr4V），火焰淬火钢（7CrSiMnMoN）等。

基体钢由于有较高的强韧性，克服了 Cr12MoV 钢脆断倾向，使冲裁模寿命显著提高。

表 1 新旧模具材料寿命对照表

钢号

被加工材料

模具硬度／ HRC

平均寿命／件

寿命提高（倍）

Cr12MoV

Q235

t ＝ 2.1 ～ 2.4mm

～ 62

14000 ～ 16000

――

65Nb

～ 59

35000 ～ 70000

2.5 ～ 4.3 CD

65Mn

t ＝ 1.8 ～ 2.1mm

～ 60

47000 ～ 88000

3.3 ～ 5.5 LD ＃钢

t ＝ 2.6 ～ 3.5mm

～ 62

22000 ～ 46000

1.5 ～ 2.8

3.2 冷镦模

冷镦模工作时，凸模必须承受强烈的冲击力，其最大压应力可达

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到 2500N/mm2, 一般低合金工具钢是不能承受的，必须采用高强韧性合金工具钢和硬质合金制造。

对于冷镦六角螺栓，六角螺母冷作模具，应采用高强韧、高耐磨性模具钢 65Nb，LD，GM，LM，6W6Mo5Cr4V 钢。这类钢强韧很高，耐磨性稍次。如在冷镦模表面实施强化处理，如 PVD 物理气相氮化钛涂层，气体氮碳共渗、液体氮碳共渗、硼――碳复合渗等，就可明显提高冷作模具耐磨性。

硬质合金是用粉末冶金方法制造的复合材料，其硬度很高、耐磨性好，用于制作冷镦模具，其使用寿命可提高数倍和数百倍。如六角螺栓冷镦模芯、缩径模套寿命可达 20 万～ 50 万件，但其较脆，韧性较差，且不能进行车、铣，只宜磨削加工。

常用牌号 YG20、YG15。

表 2 硬质合金的化学成分

牌号

组成（％）

性能

WC

CO

硬度 HRC

抗弯强度／ Mpa

抗压强度／ Mpa

YG15

86~88

1800 ～ 2200

3900 YG20

83~86

2000 ～ 2600

3400 YG25

～ 84

1800 ～ 2700

3200

钢结构硬质合金是以碳化物为硬质相、钢作粘结相形成的复合材料，钢结硬质合金有良好的耐磨性，其强度和韧性高于硬质合金，并

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可进行机械加工和热处理，在冷作模具中得到广泛应用，主要以碳化钨钢结硬质合金为主（简称 DT 合金），其性能见表 3。

表 3 钢结硬质合金性能比较

合金牌号

硬质相种类

硬度 HRC

抗弯强度 /MPa

冲击韧度 KJ/m 2

加工态

使用态

DT

WC

～ 36

～ 64

2450 ～ 3530

～ 196

TLMW50

WC

～ 42

～ 68

1960 ～ 2050

～ 98

GT35

TiC

～ 46

～ 69

1370 ～ 1765

～ 59

钢结硬质合金制作各种冷作模具，主要以镶套为主。采用 DT 合金制造 M6、M8 半圆头螺钉冷镦模，模具寿命比 9CrSi 钢 8 万件产量提高 30 倍，寿命可达 250 万件。而制造 M20 六角螺母冷镦模比 Cr12MoV 钢 0.4 万件产量提高 55 倍，寿命达 22 万件，经济效益显著。

3.3 冷挤压模

各类紧固件的挤压成型是在强烈的三向压应力状态下完成的。凸模既受强大的压应力，又受各种不均衡侧向力，在回程时瞬间易引起

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断裂。受力复杂的凸模，特别是在凸模尺寸变化应力集中处，易产生脆性断裂。而凹模有胀裂的可能以及由于金属材料剧烈流动而引起模腔严重磨损。

首先 , 应重视选材和热处理工艺，如 6W6Mo5Cr4V2、LD、65Nb、LM2、GD、7CrSiMnMoV 等钢可大大提高强韧性，其次 , 耐磨性可通过表面处理来达到。

例如，冷挤压发动机异型件，如锁芯、接头凹凸模常用高速钢制作，抗压强度和耐磨性都很好，缺点是韧性差，易脆断，降低淬火温度可提高该钢的断裂抗力。6W6Mo5Cr4V 钢比原用 W18Cr4V、Cr12MoV 钢制作凹模原寿命 1 万多件提高到 40000 件达 4 倍，淬火温度 1080 ～ 1120 ℃，560 ℃回火三次，就是一个例子。

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制造冲压模具的材料有钢材、硬质合金、钢结硬质合金、锌基合金、低熔点合金、铝青铜、高分子材料等等。目前制造冲压模具的材料绝大部分以钢材为主，常用的模具工作部件材料的种类有：碳素工具钢、低合金工具钢、高碳高铬或中铬工具钢、中碳合金钢、高速钢、基体钢以及硬质合金、钢结硬质合金等等。

1.碳素工具钢

在模具中应用较多的碳素工具钢为T8A、T10A等，优点为加工性能好，精心收集

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价格便宜。但淬透性和红硬性差，热处理变形大，承载能力较低。

2.低合金工具钢

低合金工具钢是在碳素工具钢的基础上加入了适量的合金元素。与碳素工具钢相比，减少了淬火变形和开裂倾向，提高了钢的淬透性，耐磨性亦较好。用于制造模具的低合金钢有 CrWMn、9Mn2V、7CrSiMnMoV(代号CH-1)、6CrNiSiMnMoV(代号GD)等。

3.高碳高铬工具钢

常用的高碳高铬工具钢有Cr12和Cr12MoV、Cr12Mo1V1（代号D2），它们具有较好的淬透性、淬硬性和耐磨性，热处理变形很小，为高耐磨微变形模具钢，承载能力仅次于高速钢。但碳化物偏析严重，必须进行反复镦拔（轴向镦、径向拔）改锻，以降低碳化物的不均匀性，提高使用性能。

4.高碳中铬工具钢

用于模具的高碳中铬工具钢有Cr4W2MoV、Cr6WV、Cr5MoV等，它们的含铬量较低，共晶碳化物少，碳化物分布均匀，热处理变形小，具有良好的淬透性和尺寸稳定性。与碳化物偏析相对较严重的高碳高

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铬钢相比，性能有所改善。

5.高速钢

高速钢具有模具钢中最高的的硬度、耐磨性和抗压强度，承载能力很高。模具中常用的有W18Cr4V（代号8-4-1）和含钨量较少的W6Mo5 Cr4V2（代号6-5-4-2，美国牌号为M2）以及为提高韧性开发的降碳降钒 高速钢 6W6Mo5 Cr4V（代号6W6或称低碳M2）。高速钢也需要改锻，以改善其碳化物分布。

6.基体钢

在高速钢的基本成分上添加少量的其它元素，适当增减含碳量，以改善钢的性能。这样的钢种统称基体钢。它们不仅有高速钢的特点，具有一定的耐磨性和硬度，而且抗疲劳强度和韧性均优于高速钢，为高强韧性冷作模具钢，材料成本却比高速钢低。模具中常用的基体钢有 6Cr4W3Mo2VNb（代号65Nb）、7Cr7Mo2V2Si（代号LD）、5Cr4Mo3SiMnVAL（代号012AL）等。

7.硬质合金和钢结硬质合金

硬质合金的硬度和耐磨性高于其它任何种类的模具钢，但抗弯强度和

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韧性差。用作模具的硬质合金是钨钴类，对冲击性小而耐磨性要求高的模具，可选用含钴量较低的硬质合金。对冲击性大的模具，可选用含钴量较高的硬质合金。

钢结硬质合金是以铁粉加入少量的合金元素粉末（如铬、钼、钨、钒等）做粘合剂，以碳化 钛或碳化钨为硬质相，用粉末冶金方法烧结而成。钢结硬质合金的基体是钢，克服了硬质合金韧性较差、加工困难的缺点，可以切削、焊接、锻造和热处理。钢结硬质合金含有大量的碳化物，虽然硬度和耐磨性低于硬质合金，但仍高于其它钢种，经淬火、回火后硬度可达 68 ~ 73HRC。

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第三篇：金属材料与热处理 第六章

第六单元钢材热处理

一、名词解释

1.钢的热处理

钢的热处理是采用适当的方式对金属材料或工件进行加热、保温和冷却以获得预期的组织结构与性能的工艺。

2.等温冷却转变

等温冷却转变是指工件奥氏体化后，冷却到临界点以下的某一温度区间内等温保持时，过冷奥氏体发生的相变。

3.连续冷却转变

连续冷却转变是指工件奥氏体化后以不同冷速连续冷却时过冷奥氏体发生的相变。

4.马氏体

马氏体是碳或合金元素在α-Fe中的过饱和固溶体。

5.退火

钢的退火是将工件加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。

6.正火

正火是指工件加热奥氏体化后在空气中冷却的热处理工艺。

7.淬火

钢的淬火是指工件加热奥氏体化后以适当方式冷却获得马氏体或(和)贝氏体组织的热处理工艺。

8.回火

回火是指工件淬硬后，加热到Ac1以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。

9.表面热处理

表面热处理是为改变工件表面的组织和性能，仅对其表面进行热处理的工艺。

10．真空热处理

在低于一个大气压（10-1~10-3Pa）的环境中加热的热处理工艺，称为真空热处理。

11.渗碳

为提高工件表层碳的质量分数并在其中形成一定的碳含量梯度，将工件在渗碳介质中加热、保温，使碳原子渗入的化学热处理工艺称为渗碳。

12.渗氮

在一定温度下于一定介质中，使氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺称为渗氮，又称氮化。

二、填空题

1.整体热处理分为和

2.根据加热方法的不同，表面淬火方法主要有：表面淬火、电接触加热表面淬火、电解液加热 表面淬火等。

3.化学热处理方法很多，通常以渗入元素命名，如、硼 等。

4.热处理工艺过程由三个阶段组成。

5.共析钢在等温转变过程中，其高温转变产物有：、和。

6.贝氏体分和两种。

7.淬火方法有：单介质淬火、双介质淬火、马氏体分级淬火和贝氏体等温淬火等。

8.常用的退火方法有：、和等。

9.常用的冷却介质有、、等。

10.常见的淬火缺陷有与、与开裂 等。

11.感应加热表面淬火法，按电流频率的不同，可分为 高频感应加热表面淬火、中频感应加热表面淬火 和 工频感应加热表面淬火 三种。而且感应加热电流频率越高，淬硬层越 浅。12．按回火温度范围可将回火分为 低温回火、中温回火和高温回火三种。

13．化学热处理是由、和三个基本过程所组成。

14．根据渗碳时介质的物理状态不同，渗碳方法可分为碳三种。

三、选择题

1．过冷奥氏体是温度下存在，尚未转变的奥氏体。

A．Ms；B.Mf；C.A1。

2.过共析钢的淬火加热温度应选择在，亚共析钢则应选择在A.Ac1+30℃～50℃；B.Accm以上；C.Ac3+3 0℃～50℃。

3.调质处理就是 的热处理。

A.淬火+低温回火；B.淬火+中温回火；C.淬火+高温回头。

4.化学热处理与其它热处理方法的基本区别是。

A.加热温度；B.组织变化；C.改变表面化学成分。

5.零件渗碳后，需经

A.淬火+低温回火；B.正火；C.调质。

四、判断题

1.淬火后的钢，随回火温度的增高，其强度和硬度也增高。(错)

2.钢的最高淬火硬度，主要取决于钢中奥氏体的碳的质量分数。(对)

3.钢中碳的质量分数越高，其淬火加热温度越高。(错)

4.高碳钢可用正火代替退火，以改善其切削加工性。(错)

5.钢的晶粒因过热而粗化时，就有变脆的倾向。(对)

6．热应力是指钢件加热和(或)冷却时，由于不同部位出现温差而导致热胀和(或)冷缩不均所产生的内应力。(对)

五、简答题

4.完全退火、球化退火、与去应力退火在加热规范、组织转变和应用上有何不同？ 答：

5.正火和退火有何异同？试说明二者的应用有何不同？

答：正火主要适用于低碳钢，冷却方式为空气冷却；退火主要适用中碳钢和高碳钢，冷却方式为炉内冷却。

6.今有经退火后的45钢，组织为F＋P，在700℃、760℃、840℃加热，保温一段时间后水冷，所得到的室温组织各是什么？

答：在700℃加热，保温一段时间后水冷，所得到的组织各是F＋P；在760℃加热，保温一段时间后水冷，所得到的组织各是F＋M；在840℃加热，保温一段时间后水冷，所得到的组织各是M。

7.淬火的目的是什么？亚共析钢和过共析钢的淬火加热温度应如何选择？

淬火的目的主要是使钢件得到马氏体(和贝氏体)组织，提高钢的硬度和强度，与适当的回火工艺相配合，更好地发挥钢材的性能潜力。

亚共析钢淬火加热温度为Ac3以上30℃～50℃，因为在此温度范围内，可获得全部细小的奥氏体晶粒，淬火后得到均匀细小的马氏体。若加热温度过高，则引起奥氏体晶粒粗大，使钢淬火后的性能变坏；若加热温度过低，则淬火组织中尚有未溶铁素体，使钢淬火后的硬度不足。

共析钢和过共析钢淬火加热温度为Ac1以上30℃～50℃，此时的组织为奥氏体加渗碳体颗粒，淬火后获得细小马氏体和球状渗碳体，能保证钢淬火后得到高的硬度和耐磨性。如果加热温度超过Accm，将导致渗碳体消失，奥氏体晶粒粗化，淬火后得到粗大针状马氏体，残余奥氏体量增多，硬度和耐磨性降低，脆性增大；如果淬火温度过低，可能得到非马氏体组织，则钢的硬度达不到要求。

8.回火的目的是什么？工件淬火后为什么要及时回火？

回火的目的是消除和减小内应力，稳定组织，调整性能，以获得较好的强度和韧性配合。淬火钢的组织主要由马氏体和少量残余奥氏体组成(有时还有未溶碳化物)，其内部存在很大的内应力，脆性大，韧性低，一般不能直接使用，如不及时消除，将会引起工件的变形，甚至开裂。

10.渗碳的目的是什么？为什么渗碳后要进行淬火和低温回火？

答：渗碳的目的是提高工件表层碳的质量分数并在其中形成一定的碳含量梯度。渗碳后的工件，都要进行淬火和低温回火，目的是为了使工件表面获得高的硬度(56～64HRC)、耐磨性和疲劳强度，而心部仍保持一定的强度和良好的韧性。

11.用低碳钢和中碳钢制造齿轮，为了使齿轮获得表面具有高硬度和高耐磨性，其心部具有一定的强度和韧性，各需采取怎样的热处理工艺？热处理后组织有何差别？

答：对于低碳钢制造的齿轮，为了使齿轮获得表面具有高硬度和高耐磨性，其心部具有一定的强度和韧性，需采取渗碳→淬火→低温回火热处理工艺。处理后的组织：表层是回火马氏体（高碳），心部是回火马氏体（低碳）。

对于中碳钢制造的齿轮，为了使齿轮获得表面具有高硬度和高耐磨性，其心部具有一定的强度和韧性，需采取表面淬火→低温回火热处理工艺。处理后的组织：表层是回火马氏体，心部是铁素体+珠光体。

第四篇：热处理

1、马氏体的组织形态主要有两种类型,即板条状马氏体和片状马氏体.淬火钢中形成的马氏体形态主要与钢的含碳量有关.板条状马氏体是低碳钢,马氏体时效钢,不锈钢等铁系合金形成的一种典型的马氏体组织,因其单元立体形状为板条状,故称板条状马氏体.由于它的亚结构主要是由高密度的位错组成,所以又称位错马氏体;片状马氏体则常见于高,中碳钢,每个马氏体晶体的厚度与径向尺寸相比很小其断面形状呈针片状,故称片状马氏体或针状马氏体.由于其亚结构主要为细小孪晶,所以又称为孪晶马氏体.一般当Wc<0.3%时,钢在马氏体形态同乎全为板条马氏体;当Wc>1.0%时,则几乎全为片状马氏体;当Wc=0.3%-1.0%时,为板条马氏体和片状马氏体的混合物,随含碳量的升高,淬火钢中板条马氏体的量下降,片状马氏体的量上升.高碳钢在正常温度淬火时,细小的奥氏体晶粒和碳化物都能使其获得细针状马氏体组织,这种组织在光学显微镜下无法分辨称为隐针马氏体.2、（一）马氏体的分解

从室温到200℃左右范围内回火时，马氏体中一部分过饱和的碳以及细小的ε-碳化物（FexC或Fe2.4C）形式析出，并分布在马氏体基体上，使马氏体中的含碳量下降，体心正方的正方度c/a减小（即国饱和程度降低），使马氏体热处理的脆性下降，硬度稍降。此时组织为过饱和程度稍低的马氏体和极细小的ε-碳化物组成的混合组织，称为“回火马氏体组织”，M回。

ε-碳化物：是一非平衡相，使向Fe3C转变的过渡相。

（二）残余奥氏体的转变

约在200-300℃，马氏体继续分解的同时，残余奥氏体也发生转变，变成了下贝氏体组织。此时主要组织仍是回火马氏体，但由于加热温度较高，马氏体的过饱和程度进一步降低，组织的硬度降低，塑性提高。由于残余奥氏体转变为硬度较高的下贝氏体，因此钢的硬度下降不大。此时组织为“回火马氏体+下贝氏体”

（三）渗碳体形成和铁素体恢复

约在300-400℃之间，α固溶体中过饱和的热处理碳逐渐析出，ε-碳化物转变为稳定的较小的Fe3C颗粒，α固溶体中的含碳量几乎达到平衡成分，故马氏体变成铁素体（c/a≈1），体心正方晶格变成体心立方晶格，此时组织为“铁素体与弥散在其中的细粒状渗碳体的混合物”,称为“回火屈氏体”，T回。

（四）渗碳体的聚集长大和铁素体的再结晶

约在400-650℃之间，渗碳体不断聚集长大，内应力与晶格歪扭完全消除，组织是由铁素体和球化的渗碳体所组成的混合物，称为“回火索氏体”，S回。此时，碳固溶强化作用消失，强度取决于Fe3C质点的尺寸和弥散度。回火温度越高，渗碳体质点越大，弥散读越低，强度越低。

3、一、过热现象

我们知道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界面，而冷却时这些夹杂物又会沿晶界面析出，受冲击时易沿粗大奧氏体晶界断裂。

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。

4、混合物的组分在浓度梯度的作用下由高浓度向低浓度的方向转移的过程叫做传质。在含有两种或两种以上组分的流体内部，如果有组分的浓度梯度存在，则每一种组分都有向其低浓度方向转移，已减弱这种浓度不均匀的趋势。

A传质方式及历程，物质首先从一相主体扩散至两相界面的该相一侧，然后通过相界面进入另一相，最后通过此相的界面向主体扩散；传质过程的方向及极限，一定条件下，非平衡态的两相体系进行趋于平衡态的传递；两相体系必存在着平衡关系，条件的改变可破坏原有的平衡态；传质过程推动力和速率，平衡是传质过程的极限，组分在两相分配偏离平衡状态的程度为传质推动力。

A、传质方式及历程

 物质首先从一相主体扩散至两相界面的该相一侧，然后通过相界面进入另一相，最后通过此相的界面向主体扩散。

B、传质过程的方向及极限

 一定条件下，非平衡态的两相体系进行趋于平衡态的传递；两相体系必存在着平衡关系。 条件的改变可、B、传质过程推动力和速率

平衡是传质过程的极限，组分在两相分配偏离平衡状态的程度为传质推动力。单位时间，单位相接触面上传递的物质的量，mol/(㎡.s). 传质速率等于传质系数乘以传质推动力。 破坏原有的平衡态。

相变的类型可以从三个不同的角度（即按热力学关系、按结构变化和按动力学关系）来进行讨论。

 相变的热力学规律是非常清楚的，在按热力学关系讨论相变问题时，系统的吉布斯自由能起了热力学势的作用。一级相变的自由能的一阶导数在相变点是不连续的，因而熵和体积的变化不连续，说明它有相变潜热。而二级相变中，熵和体积在相变点是连续的，而自由能的二阶导数所确定的一些响应函数，如比热容、压缩率和膨胀率则有不连续的变化。在自然界中观察到的相变多数是一级相变，合金和金属中的相变也是如此。

从晶体学的观点，阐明母相与新相在晶体结构上的差异，即按结构变化对相变进行分类，是对用热力学关系进行分类的一个重要补充。

结构相变可以分重构型、位移型和有序无序型三种基本类型。重构型相变中，大量化学键被破坏，在重新组合后，新相和母相之间在晶体学上没有明确的位向关系，而且原子的近邻的拓扑关系也产生显著的变化。这类相变经历了很高的势垒，相变潜热很大，过程缓慢。这类相变属于强一级相变。当然，液-固相变和气-固相变也必然是重构型的。另外，还有位移型相变，在相变前后原子的近邻的拓扑关系仍保持不变，相变过程不涉及化学键的破坏，新相与母相之间存在明确的晶体学位向关系，它经历的势垒很小，相变潜热也很小甚至完全消失。因此位移型相变可能是二级相变或弱一级相变。还有一种位移相变，它以晶格切变为主，也可能涉及晶胞内原子的相对位移，这就是人们通常说的马氏体相变，也是强一级相变。有序-无序相变在结构上往往涉及多组元固溶体中两种或多种原子在晶格点阵上排列的有序化。这可以是二级相变或弱一级相变。

相变动力学的任务在于具体地描述相变的微观机制，转变途径，转变速率及一些物理参量对它们的影响。由于在相变的进程中，系统要经历一系列非平衡态，所以要依靠物理动力学的理论和方法。

第五篇：热处理

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