金属材料与热处理

金属材料的性能（材料的性能一般分为使用性能和工艺性能两大类，使用性能主要包括力学性能、物理性能、化学性能）（选择题）

1.力学性能：强度（屈服强度、抗拉强度）、塑性、弹性与刚度、硬度（布氏

硬度，洛氏硬度，维氏硬度）、冲击韧性、疲劳强度

2.物理性能：密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电性、

3.化学性能：耐蚀性、抗氧化性

常见金属的晶格类型——

1.体心立方晶体具有这种晶格的金属有钨（W），钼（M），铬（Cr），钒（V），

α-铁（α-Fe）等

2.面心立方晶格具有这种晶格的金属有金(Au),银(Ag),铝（Al）,铜（Cu）,镍

（Ni）,γ-铁（γ-Fe）等

3.密排六方晶格具有这种晶格的金属有镁（Mg），锌（Zn），铍（Be），α-

钛（α-Ti）

根据晶体缺陷的几何特点，可分为

1.点缺陷点缺陷是指在晶体中长，宽，高尺寸都很小的一种缺陷，常见的有

晶格空位和间隙原子

2.线缺陷线缺陷是指在晶体中呈线状分布（在一维方向上的尺寸很大，而别

的方向则很小）原子排列不均衡的晶体缺陷，主要指各种类型的位错

3.面缺陷面缺陷是指在二维方向上吃醋很大，在第三个方向上的尺寸很小，

呈面状分布的缺陷

位错：位错是指晶格中一列或若干列原子发生了某种有规律的错排现象。

铁素体：铁素体是碳溶于α-Fe中形成的间隙固溶体，为体心立方晶格，用符号F（或α）表示

简化后的Fe-Fe3C相图，画图啊亲，三个学期的铁碳相图啊有木有，都是泪啊有木有！！！书P9

共析钢由珠光体向奥氏体的转变包括以下四个阶段：奥氏体形核，奥氏体晶核长大，剩余渗碳体溶解和奥氏体成分均匀化

影响奥氏体晶粒长大的因素：

1.加热温度和保温时间加热温度愈高，保温时间愈长，奥氏体晶粒愈粗大

2.加热速度当加热温度一定时，加热速度越快，奥氏体转变时的过热度越

大，奥氏体的实际形成温度越高，形核率的增长速度大于长大速度的增长，奥氏体起始晶粒越细小

3.钢的化学成分在一定范围内，含碳量愈高的钢，晶粒愈容易长大

4.原始组织当成分一定时，原始组织愈细，碳化物弥散度愈大，则奥氏体

晶粒愈细小

限制奥氏体晶粒长大的元素：Ti，V，Zr，Nb，W，Mo等元素与碳作用将形成高熔点低稳定碳化物，而Al则形成不溶于奥氏体的氧化物或氮化物，这些难熔化合物对奥氏体晶界的迁移具有强烈的机械阻碍作用，从而限制了奥氏体晶粒的长大

促进奥氏体晶粒长大的元素：Mn，P，C，N等元素溶入奥氏体后削弱了铁原子结合力，加速铁原子扩散，因而促进奥氏体晶粒的长大

珠光体的组织形态：

1.片状珠光体片状珠光体中渗碳体呈片状，它是由片层相间的铁素体和渗

碳体紧密堆叠而成。

根据珠光体片间距的大小，通常把珠光体分为普通珠光体（P），索氏体（S）和屈氏体（T）。

片间距大小：P(450~150nm)>S(150~80nm)>T(80~30nm)

2.粒状珠光体粒状珠光体是渗碳体呈颗粒状、均匀的分布在铁素体基体上

的组织，它同样是铁素体与渗碳体的机械混合物，铁素体呈连续分布

按渗碳体颗粒的大小，粒状珠光体可以分为粗粒状珠光体，粒状珠光体，细粒状珠光体和点状珠光体

当钢的化学成分一定时，渗碳体颗粒越细小，钢的强度、硬度越高，渗碳体越接近等轴状，分布越均匀，刚的塑韧性越好

马氏体转变：钢从奥氏体状态快速冷却，抑制其扩散性分解，在较低温度下（低于M S点）发生的转变为马氏体转变。马氏体转变属于低温转变，转变产物为马氏体组织，钢中马氏体是碳在α-Fe中的过饱和固溶体，具有很高的强度和硬度。马氏体转变是钢件热处理强化的主要手段。由于马氏体转变发生在较低温度下，此时，铁原子和碳原子都不能进行扩散，马氏体转变过程中的Fe的晶格改组是

通过切变方式完成的，因此，马氏体转变是典型的非扩散型相变

马氏体的组织形态和晶体结构：

1.板条马氏体板条马氏体是低、中碳钢及马氏体时效钢、不锈钢等铁基合金

中形成的一种典型的马氏体组织，是由许多成群的，相互平行排列的板条所组成，故称为板条马氏体

板条马氏体的空间形态是扁条状的。

板条马氏体的亚结构主要为高密度的位错，位错密度高达（0.3~0.9）×1012cm-2，故又称为位错马氏体。这些位错分布不均，相互缠结，形成胞状亚结构，称为位错胞

2.片状马氏体片状马氏体是在中、高碳钢及ωNi>29%的Fe、Ni合金中形成

的一种典型马氏体组织

片状马氏体的空间形态呈双凸透镜状。

片状马氏体内部的亚结构主要是孪晶。孪晶间距约为5～10nm，因此片状马氏体又称为孪晶马氏体。但孪晶仅存在于马氏体片的中部，在片的边缘则为复杂的位错网络

马氏体的力学性能主要取决于含碳量、组织形态和内部亚结构。板条马氏体具有优良的强韧性，片状马氏体的硬度高，但塑性、韧性很差。通过热处理可以改变马氏体的形态，增加板条马氏体的相对数量，从而可显著提高钢的强韧性，这是一条充分发挥钢材潜力的有效途径。

钢的退火分为：

1.完全退火

2.不完全退火

3.球化退火

球化退火的目的降低硬度，均匀组织，改善切削加工性能；消除网状或粗

大碳化物颗粒，为最终热处理（淬火）做好组织准备球化退火工艺主要有三种：一次球化退火、等温球化退火、往复球化退火

4.扩散退火

5.去应力退火

6.再结晶退火

钢的正火：正火是将钢加热到A C3（亚共析钢）和A ccm（过共析钢）以上30～50℃，保温一定时间，使之完全奥氏体化，然后在空气中冷却到室温，以得到珠光体类型组织的热处理工艺

钢的淬透性：所谓钢的“淬透性”是指钢在淬火时获得马氏体的能力，它是钢材固有的一种属性。其大小用钢在一定条件下淬火所获得的淬透层深度和硬度分布来表示。

影响淬透性的因素：

1.含碳量在碳钢中，共析钢的临界冷速最小，淬透性最好；亚共析钢随含碳

量增加，临界冷速减小，淬透性提高；过共析钢随含碳量增加，临界冷速增加，淬透性降低

2.合金元素除钴和铝（>2.5%）以外，其余合金元素溶于奥氏体后，都能增

加过冷奥氏体的稳定，使C曲线右移，降低淬火临界冷却速度，提高钢的淬透性

3.奥氏体化条件若奥氏体化温度越高，保温时间越长，由于奥氏体晶粒愈粗

大，成分愈均匀，参与奥氏体或碳化物的溶解也越彻底，使过冷奥氏体越稳定，C曲线越右移，淬火临界冷却速度越小，钢的淬透性越大

4.钢中未溶第二相钢加热奥氏体化时，未溶入奥氏体中的碳化物、氮化物及

其他非金属夹杂物，会成为奥氏体分解的非自发形核核心，使临界冷却速度增大，降低淬透性

根据内应力产生的原因不同，可分为热应力（温度应力）和组织应力（相变应力）两大类

钢的回火：将淬火后的零件加热到低于A1的某一温度并保温，然后以适当的方式冷却到室温的热处理工艺称为回火

渗碳：将钢放入渗碳的介质中加热并保温，使活性碳原子渗入钢的表层的工艺称为渗碳

合金元素与铁的相互作用：（选择题）

1.γ相稳定化元素

开启γ相区（无限扩大γ相区）：这类合金元素主要有Mn、Ni、Co等

扩展γ相区（有限扩大γ相区）：这类合金元素主要有C、N、Cu、Zn、Au