钢的热处理及材料分析测试方法复习资料

金材二班钢的热处理+分析测试方法复习指导Jin22012/5/8一、钢的热处理………………………………………………01二、材料分析测试方法………………………………………19附、材料分析测试方法课后答案……………………………23同志们：让我们一起“干掉”一、三，金二必胜！[金材二班内部复习资料，切勿扩散；因能力、时间有限，不足之处请大家包涵，本资料仅供参考，如有疑问可以与各章节作者(内附)探讨；谢谢大家支持并预祝大家考试顺利。]钢的热处理及材料分析测试方法1/57内部发行、翻版必究Part1钢的热处理第一章金属固态相变概论-卢泽龙1，金属热处理：将固态金属（包括纯金属和合金）通过特定的加热和冷却方法，使之获得工程技术上所需要性能的一种工艺过程的总称。（机理：通过控制温度达到一定的固态相变效果）2，固态相变：A平衡转变→结构，成分，有序化程度之中的一个或几个发生变化B不平衡转变3，惯习面：在许多情况下，固态相变时新相与母相间往往存在一定的取向关系而且新相往往又是在母相一定晶面族上形成，这种晶面称为惯习面4，共格相界面：应变能最大，界面能最小，非共格相界面正好相反5，均匀形核过程中:固态相变多一项阻力“应变能”非均匀形核过程中固态相变多一项驱动力（缺陷消失带来的能量其中包括空位，位错，晶界）6，扩散型相变:A:无成分变化：长大速度向增大后减小B:有成分变化：长大速度与扩散系数和母相中浓度梯度称正比，与两项在界面上的平衡浓度之差成反比7，C曲线：转变开始时有一段孕育期，一定范围内，T从高到低变化，孕育期缩短随后，孕育期加长，转变过程也减慢第二章钢的加热转变-卢泽龙1，奥氏体：碳在γ-Fe中的间隙固溶体，具有面心立方结构3，奥氏体的性能特点:a》塑性好，强度低，适用于压力加工b》比容在钢的各种组织中最小（M›P›A）c》线膨胀系数最大（A›F›3FeC›M）d》导热性差（F›M›A›3FeC）e》顺磁性，可用于屏蔽材料f》热强性g》在高温显微镜下：等轴状，并带有{111}面为孪面的孪生晶粒组织4，珠光体类组织：各种片状铁素体和渗碳体的混合组织5，在奥氏体形成过程中，珠光体中额铁素体总是先消长，剩下的渗碳体随后溶解;当铁素体完全转变奥氏体时，仍然一部分渗碳体未溶解，这部分渗碳体被称为参与渗碳体6，P15-20关于奥氏体形成的机理，我认为不做为重点但是对后面的知识点钢的热处理及材料分析测试方法2/57内部发行、翻版必究的理解有帮助，可以大致浏览7，在等温加热过程中，a》奥氏体形成一般需要一定的孕育期(等待临界晶核的形成：适当的能量，浓度起伏)b》奥氏体转变量为50%时转变最快c》温度越高转变速度越快8，在连续加热中，温度越高，碳化物完全溶解越快，完成这一转变的温度越高9，影响奥氏体形成速度的因素：A主要是温度，温度越高，转变速度越快B钢的成分：在亚共析钢中a》随C含量的增加，奥氏体的形成速度加快，这显然与3FeC∕α界面面积的增加（从而使形核率增加）b》改变奥氏体形成温度的合金元素（如扩大γ相区的元素锰镍氮，缩小γ区元素钨钼铬，镍铬还能增加碳原子扩散系数从而增加奥氏体长大速度）c》合金碳化物通常比较稳定，合金本身在奥氏体中扩散慢，因此使碳化物在奥氏体中溶解的时间和奥氏体均匀化时间加长C钢的原始组织最接近平衡状态，奥氏体越不容易形成，表现为1cA，2cA，ccA温度提高10，晶粒度：晶粒大小的量度11，晶粒长大是一个自由能降低的过程，因此是一个自发的过程，而控制晶粒的大小则可以控制晶粒的性能12，奥氏体晶粒长大特点：A：细晶粒钢：如用铝脱氧，含AlN颗粒，可抑制晶粒长大B：粗晶粒钢：如用硅脱氧，不含能抑制晶粒长大的第二项粒子13，影响奥氏体长大的因素：A温度升高，保温时间加长，奥氏体长大明显，加热快过热高，奥氏体越细小B晶界上存在第二项（如碳化物）对晶粒长大期阻碍作用，是奥氏体长大倾向变小C合金元素：影响奥氏体长大的除Mn外，其他均是奥氏体长大受阻DC含量a1.2%-1.6%粗大b大于1.6%细小（碳化物不能完全溶解。作为第二项析出）E原始组织形状：片状珠光体产生的奥氏体细晶界多：粒状珠光体产生大奥氏体粗大。同时原始组织约细小，产生的奥氏体易长大14，奥氏体大小控制手段：A利用AlN颗粒细化晶粒B利用过渡族经书的碳化物来细化晶粒C快速加热，利用温度和时间对奥氏体长大的影响来细化晶粒15，组织遗传：过热后的钢再次正常加热后，奥氏体仍保留原来的粗大晶钢的热处理及材料分析测试方法3/57内部发行、翻版必究粒，甚至原来的取向和晶界（根本原因：大晶粒生成后的组织转变中维持了严格的晶体学取向关系）16遗传组织的阻断：A避免不平衡组织直接加热奥氏体B避免新的奥氏体无扩散机理形成，为此应该控制加热速度和温度，是马氏体的逆转不发生C通过多次的加热-冷却循环来破坏新，母俩相之间的取向关系，从而获得细小的奥氏体晶粒第三、六章珠光体与钢在冷却时的高温转变-苏建蓬前言过冷奥氏体转变：奥氏体是高温稳定组织，当奥氏体冷却到临界温度以下，就不再是稳定组织，称为过冷奥氏体。过冷奥氏体在不同的冷却条件下，可以通过不同的转变机制进行转变，最终可能转变为珠光体，贝氏体，马氏体或他们的混合组织。在非平衡冷却条件下，随着过冷度的增大，转变温度的降低，除转变的驱动力增大外，铁原子与碳原子的活动能力均不断下降，这将影响奥氏体的转变机制，可以根据转变机制的不同，将过冷奥氏体的转变划分为三大类,即铁原子与碳原子均能充分扩散的高温转变，即珠光体转变；铁原子已难以转变而碳原子尚能扩散的中温转变，即贝氏体转变；铁原子与碳原子均已不能扩散的低温转变，即马氏体转变。1.珠光体转变（高温转变）-扩散型相变2.贝氏体转变（中温转变）-半扩散型相变（等温形成）3.马氏体转变（低温转变）-非扩散型相变（连续降温形成，切变型）三大组织的分类：1珠光体普通珠光体650℃——Ar1粗P索氏体S600℃——650℃屈氏体T550℃——600℃2贝氏体上贝氏体（高温B）550℃——350℃下贝氏体（低温B）350℃——230℃3马氏体板条状M(位错M，低碳M)片状M（孪晶M，高碳M）注意：在珠光体转变中，随着转变温度的降低，相变驱动力的增大，所形成的珠光体越来越细，片层间距越小连续冷却的过程中，高温形成的P比较粗，低温形成的P比较细，这样组织不均匀的P将引起力学性能不均匀，从而可能对钢的切削加工性产钢的热处理及材料分析测试方法4/57内部发行、翻版必究生不利影响，对于结构钢可以采用等温处理（等温正火或等温退火）的方法来获得粗细相近的P组织。一：过冷奥氏体的等温冷却转变曲线（TTT图或IT图）（一）C曲线的建立测出在不同温度下等温转变的开始温度和转变终止温度，并把开始点和终止点连接起来注：（1）鼻子处过冷奥氏体最不稳定，孕育期最短；（2）转变量为50%时转变速度最快；（3）三个区域：高温区，中温区，低温区。（二）C曲线的类型由于各种合金元素对过冷奥氏体的三种冷却转变温度以及转变速度具有不同的影响，这就使C曲线的形状多种多样，基本类型大致有以下六种：1;单一的C曲线，实际上是由两个临近的C曲线合并而成的，在鼻尖以上等温时，形成P，在鼻尖以下等温时，形成B。2：双C型，P转变向右显著推移（Cr,Mo,W,V）3：B转变显著向左推移4：只有B转变；5：只有P转变的C曲线；6：在M转变点以上都没有C曲线（三）影响C曲线的因素1：含碳量亚共析钢：含C↑，C曲线右移过共析钢：含C↑，C曲线左移2:合金元素：除Mo外，其余的均使C曲线右移（可以看出，加入合金元素使临界冷却速度下降，增加了钢的淬透性）3：A晶粒度A晶粒越细，P的形核率越大，孕育期越短，C曲线左移；4:A的均匀化程度奥氏体成分越均匀，冷却时P形核和长大过程所需的扩散时间越长，C曲线右移5：A塑性变形的影响随变形量的增大，C曲线左移（即促进P转变）6：拉应力促进P转变，压应力抑制P转变。从以上几点大家可以总结出影响P转变的因素！二：过冷奥氏体连续冷却转变曲线（CCT图）特点:1：对于亚共析钢，过共析钢，在连续冷却时无B转变2：连续冷却转变可以看作由无数个等温过程组成；3：临界冷却速度，取决于CCT曲线的形状和位置；右移使之降低，左移使之升高。CCT图与TTT图的比较：1：CCT曲线都处于同种TTT曲线的右下方。这是由于连续冷却转变时的转变温度较低，孕育期较长所致。2：从形状上看，CCT无论是P转变区和B转变区，都只有相当于TTT曲线的上半部。3：碳钢连续冷却时可使中温的B转变被抑制。这是由于B转变的孕育期较长所钢的热处理及材料分析测试方法5/57内部发行、翻版必究致三:转光体转变即其组织特征和性能（一）层片状P1：形核优先在A晶界处形核领先相：亚共析钢：铁素体过共析钢：渗碳体2：长大机制横向：层片交替形核生长；分叉生长机制纵向：奥氏体中有C浓度梯度，C的长距离扩散和界面扩散，控制因素:铁素体和渗碳体的协同生长。3：形态珠光体领域（铁素体和渗碳体片大体上维持相同的取向）→珠光体团片层间距（相邻两片渗碳体或铁素体中心之间的平均距离）对P的机械性能有决定性的影响；注：片层间距随温度降低而减小；片层间距小，机械性能好；根据片层间距的大小可将P分为普通珠光体，索氏体和屈氏体。（二）粒状P或球状P渗碳体以颗粒状分布于铁素体基体上，可以通过球化退火得到注：亚/过共析钢的P转变伪共析转变→伪共析区→伪P（索氏体或者屈氏体）先共析相的形态：先共析铁素体：粒状α，网状α，魏氏组织α（中C钢冷速适中时出现）先共析渗碳体：粒状，网状，魏氏组织Fe3C(可以用正火消除)（三）P的机械性能1.层片状P，取决于片层间距λ；冷却速度↑，△T↑，λ↓，强度，硬度↑，塑性和韧性有所改善；硬度T＞S＞普通P；2.球状P的力学性能优于片层状P，主要取决于渗碳体颗粒大小，数量和分布，渗碳体颗粒越小，分散越均匀，硬度和强度越高。粒状P常常是高碳钢（高碳工具钢）切削加工前要求获得的组织形态，不仅提高了高碳钢的切削加工性能，而且可以减少钢件淬火变形，开裂倾向。3.珠光体含量↑，韧脆转变温度↑四和珠光体转变有关的热处理——退火和正火（一）退火定义：退火是钢的热处理工艺中应用最广，花样最多的一种工艺，是将钢加热到适当的温度保温，然后以适当的速度冷却，以降低硬度，改善组织，提高加工性（如冷变形，切削加工等）或获得所需之机械和物理性能的一种热处理工艺。（冷速慢，得到普通P）1：完全退火1)定义：是指将钢加热到Ac3以上得到均匀的奥氏体，然后再缓慢冷却发生珠钢的热处理及材料分析测试方法6/57内部发行、翻版必究光体转变的工艺。2)目的：改善钢在铸造，锻造，轧制和焊接过程中产生的魏氏组织或粗大奥氏体晶粒等组织缺陷，使组织细化，提高塑性，消除应力，改善钢的进一步加工变形的能力。3)工艺：加热温度：碳钢Ac3＋(30-50)℃合金钢Ac3＋(50-90)℃加热速度：碳钢150-200℃／h合金钢50-100℃／h保温时间：一般按有效截面厚度1.5-2.5min／mm保温冷却速度：冷却太慢，会出现大块铁素体，造成工件过软，切削加工时“粘刀”；冷却太快则出现S或T组织，造成硬度偏高，也不利于切削加工。→合理选择冷却速度：碳钢：100-200℃／h（一般可随炉冷却）合金钢：需要更慢的冷速，否则易淬火，炉冷到500-600℃再出炉空冷4）适用范围：中，低碳钢的铸件，焊接件，热轧或热锻件注意：过共析钢不能采用完全退火（否则会出现网状Fe3C）！！！2：不完全退火1)定义：将钢件加热到Ac1与Ac3或Acm之间某一温度（不完全奥氏体化），经保温后缓冷。2)目的：减小组织的分散度，消除应力，降低硬度；对于共析或过共析钢来说，可以使片状P变成粒状P,即球化退火。3：等温退火定义：加热与前述退火工艺大体相同，冷却时迅速将工件冷到Ar1以下某一温度，等温停留一定时间，使珠光体转变完成后出炉空冷。→时间较短，成分均匀→适用于合金钢4：球化退火（适用于合金工具钢，属于共析钢或过共析钢）获得球化体