金属热处理知识点

1 热处理的目的、分类、条件；

定义：通过加热、保温和冷却的方法，使金属的内部组织结构发生变化，从而获得所要求的性能的一种工艺方法。

目的：1、消除毛坯中的缺陷，改善工艺性能，为切削加工或热处理做组织和性能上的准备。2、提高金属材料的力学性能，充分发挥材料的潜力，节约材料延长零件使用寿命。

分类：

特点：热处理区别于其他加工工艺如铸造、压力加工等的特点是只通过改变工件的组织来改变性能，而不改变其形状。

热处理条件：

（1）有固态相变发生的金属或合金

（2）加热时溶解度有显著变化的合金

热处理过程中四个重要因素:

(1)加热速度V；(2)最高加热温度T;

(3)保温时间h; (4)冷却速度Vt.

2 什么是铁素体、奥氏体、渗碳体？其结构与性能； Ac1、Ar1、Ac3、Ar3、Accm、Arcm临界温度的意义；奥氏体的形成条件；奥氏体界面形核的原因/条件；以共析钢为例，详细分析奥氏体的形成机理；影响奥氏体转变速度的因素；影响奥氏体晶粒长大的因素；

铁素体：碳溶于α-Fe中形成的间隙固溶体,以F或α表示；

结构：体心立方结构；组织：多边形晶粒

性能：铁素体的塑性、韧性很好（δ=30～50%、aKU=160～200J／cm2），但强度、硬度较低(σb=180～280MPa、σs=100～170MPa、硬度为50～80HBS)。其力学性能几乎与纯铁相同。

奥氏体：碳溶于γ-Fe中的间隙固溶体；用A或γ表示

结构：面心立方晶格

性能：奥氏体常存在于727℃以上，是铁碳合金中重要的高温相，强度和硬度不高，但塑性和韧性很好(σb≈400 MPa、δ≈40～50%、硬度为160～200HBS)，易锻压成形。钢材热加工都在γ区进行。

组织：多边形等轴晶粒，在晶粒内部往往存在孪晶亚结构渗碳体：铁与碳形成的金属化合物，是钢铁中的强化相，高温下可分解，Fe3C →3Fe+C(石墨) 。

结构：复杂斜方

性能：渗碳体中碳的质量分数为6.69%，熔点为1227℃，硬度很高(800HBW)，塑性和韧性极低(δ≈0、aKU≈0)，脆性大。渗碳体是钢中的主要强化相，其数量、形状、大小及分布状况对钢的性能影响很大。

由于碳在α-Fe中的溶解度很小，因而常温下碳在铁碳合金中主要以Fe3C或石墨的形式存在。

五个重要的成份点: P、S、E、C、F。

四条重要的线: ECF、ES、GS、PSK。

三个重要转变: 包晶转变反应式、共晶转变反应式、共析转变反应式。

两个重要温度: 1148 ℃、727 ℃。

奥氏体

1.奥氏体：碳溶于γ-Fe中的间隙固溶体；用A或γ表示

结构：面心立方晶格

组织：多边形等轴晶粒，在晶粒内部往往存在孪晶亚结构

性能：奥氏体常存在于727℃以上，是铁碳合金中重要的高温相，强度和硬度不高，但塑性和韧性很好(σb≈400 MPa、δ≈40～50%、硬度为160～200HBS)，易锻压成形。钢材热加工都在γ区进行。

室温不稳定相

高塑性、低屈服强度（利用奥氏体量改善材料塑性）

顺磁性能（测残余奥氏体和相变点）

线膨胀系数大（应用于仪表元件）

导热性能差（耐热钢）

比容最小（利用残余奥氏体量减少材料淬火变形）

2.Ac1、Ar1、Ac3、Ar3、Accm、Arcm临界温度的意义

Ac1——加热时珠光体向奥氏体转变的开始温度；

Ar1——冷却时奥氏体向珠光体转变的开始温度；

Ac3——加热时先共析铁素体全部转变为奥氏体的终了温度；

Ar3——冷却时奥氏体开始析出先共析铁素体的温度；

Accm--加热时二次渗碳体全部溶入奥氏体的终了温度

Arcm——冷却时奥氏体开始析出二次渗碳体的温度

3.奥氏体的形成条件

过热（T>A1）

4.奥氏体界面形核的原因/条件

(1) 易获得形成A所需浓度起伏，结构起伏和能量起伏.

(2) 在相界面形核使界面能和应变能的增加减少。

△G = -△Gv + △Gs + △Ge

△Gv—体积自由能差，△Gs —表面能，△Ge —弹性应变能

相界面△Gs 、△Ge 较小，更易满足热力学条件△G<0.

5.以共析钢为例，详细分析奥氏体的形成机理

（1）奥氏体的形核

球状珠光体中：优先在F/Fe3C界面形核

片状珠光体中：优先在珠光体团的界面形核，也在F/Fe3C片层界面形核（2）奥氏体的长大

片状珠光体：奥氏体向垂直于片层和平行于片层方向长大.

球状珠光体：奥氏体的长大首先包围渗碳体,把渗碳体和铁素体隔开,然后通

过A/F界面向铁素体一侧推移, A / Fe3C界面向Fe3C一侧推移,使F和Fe3C逐渐消失来实现长大的.

A长大方向基本垂直于片层和平行于片层。A平行于片层长大速度> 垂直于片层长大速度

（3）残余碳化物的溶解

残余碳化物: 当F完全转变为A时，仍有部分Fe3C没有转变为A，称为残余碳化物。

∵①A/F界面向F推移速度> A/Fe3C界面向Fe3C推移速度

②刚形成的A平均含碳量

残余碳化物溶解:

由Fe3C中的C原子向A中扩散和铁原子向贫碳Fe3C扩散, Fe3C向A 晶体点阵改组实现的.

（4）奥氏体的均匀化

奥氏体的不均匀性：即使Fe3C完全溶解转变为奥氏体，碳在奥氏体中的分布仍然不均匀，表现为原Fe3C区域碳浓度高，原F区碳浓度低。

奥氏体的均匀化：随着继续加热或继续保温，以便于碳原子不断扩散，最终使奥氏体中碳浓度均匀一致。

6.影响奥氏体转变速度的因素

温度、成分、原始组织

1、温度的影响

T↗，I ↗，G↗，且I ↗> G↗

各种因素中，T的影响作用最强烈

2、原始组织的影响

片状P转变速度>球状P

薄片较厚片转变快

3、碳含量的影响

C％↗，A形成速度↗

4、合金元素的影响

（1）对A形成速度的影响

改变临界点位置；影响碳在A 中的扩散系数；合金碳化物在A中溶解难易程度的牵制；对原始组织的影响

（2）对A均匀化的影响

合金钢需要更长均匀化时间

7.影响奥氏体晶粒长大的因素

（1）加热温度和保温时间

随加热温度升高，奥氏体晶粒长大速度成指数关系迅速增大。

加热温度升高时，保温时间应相应缩短，这样才能获得细小的奥氏体晶粒。

（2）加热速度：

加热速度快，奥氏体实际形成温度高，形核率增高，由于时间短奥氏体晶粒来不及长大，可获得细小的起始晶粒度

（3）钢的碳含量的影响

碳在固溶于奥氏体的情况下，由于提高了铁的自扩散系数，将促进晶界的迁移，使奥氏体晶粒长大。共析碳钢最容易长大。

当碳以未溶二次渗碳体形式存在时，由于其阻碍晶界迁移，所以将阻碍奥