哈工大 热处理 内部资料.doc

覆盖率：覆盖教材的90%，样题非常有参考价值看学校网页招生大纲6.7节不考，大纲没有要求题型结构：基础知识与概念、理论分析论述、实际应用、计算与作图考题形式：选择（多选，选错或不全都不得分）、判断、简答与计算、综合重要知识点：两个方面第一，金属学与热处理讲的就是金属材料成型的工艺原理，第一问题就是工艺原理、工艺过程。1铸造成型（典型件发动机缸体），冶炼浇铸得到铸件热处理（均匀化退火成分均匀化，去应力退火消除应力），后续机械加工不改变组织结构2.锻造成型（锻造承载力比较复杂的件），铸造得到铸锭锻造成型（冷变形、热变形），冷变形，典型拉拔，冲压，冷轧制，再结晶温度一下进行，形变强化，中间退火（再结晶退火），钢丝绳，冶炼铸造，反复拉拔加中间退火，最后拉拔再去应力退火；热变形，再结晶温度以上，热加工，典型，火车的车轮，冶炼铸造锻造预备热处理（正火或退火，目的为后续的机械加工调整硬度，软了就正火提高，硬了就退火降低，过共析钢二次网状碳化物，先正火在球化退火，得到粒状珠光体组织）机械加工最终热处理（淬火回火（钢铁材料）或固溶时效（有色金属），奥氏体化温度，加热到两相区不能超过奥氏体单相区，两相区加热得到位错马氏体）精加工装配细晶强化的工艺方法：1铸造工艺，控制过冷度、变质处理、机械振动搅拌超声波（外部能量），2锻造工艺，3热处理工艺强化理论：概念、强化机理、强化规律、工艺方法、生产实践的意义1固溶强化：概念：通过形成固溶体来产生晶格畸变（点缺陷），使金属的强度硬度提高的现象。机理：形成的间隙式的或置换式的固溶体均使得晶体结构产生畸变（点缺陷），点缺陷和位错产生交互作用阻碍位错运动引起变形抗力增加。强化规律：随着固溶度的增大而增大。工艺方法：熔炼时加入合金元素合金化。意义：固溶强化是金属强化的最基本方式，常作为合金的基体相2第二相质点强化（第一相为上述固溶体），基体相中引入金属化合物（正常价化合物、电子化合物、间隙相与间隙化合物），强度进一步升高。机理：第二相出现相界面（共格，半共格、非共格），阻碍位错的运动，变形抗力增加。规律：随第二相的密度和弥散度增加而增大。工艺方法：过饱和固溶体沉淀析出、粉末冶金。意义：固溶强化的基础上进一步强化材料的最常用的方法3 细晶强化：概念：通过细化晶粒来增加单位体积中晶界的面积，晶界阻碍位错的运动，变形抗力增加。机理：（晶界取向差大于10，亚晶界取向差小于2）面缺陷阻碍位错的运动。规律：hallpacth公式，常温下晶粒越细材料的强韧度越高（细晶组织稳定性差，高温时容易粗化长大）。方法：（1）铸造成型：控制过冷度、变质处理、机械振动搅拌超声波（外部能量），（2）冷变形加中间退火的工艺：只能控制冷变形量和退火温度，避开临界变形量（10%左右），再结晶温度不能过高为熔点（绝对温度表示）0.350.45，再结晶退火的温度为再结晶温度+3050，（3）锻造的工艺：控制轧制热加工的温度合适（再结晶温度+100）和变形量要大，热加工成形最主要目的就是成形和改善铸态的组织缺陷，动态的回复再结晶的软化和变形的形变强化过程，最明显特征，变形量和变形力的曲线，固溶体合金可以大变形（4）热处理：加热转变冷却转变都有组织遗传，因此控制奥氏体，奥氏体化时如何得到细晶，控制加热转变的温度（相变点+3050，相变点亚共析钢Ac3,过共析钢Ac1）和时间。意义：金属材料的室温强度和塑韧性同步提高的唯一强化方法，适合于材料的各种加工工艺过程4形变强化：概念：金属在塑性变形过程中强度硬度提高，塑性韧性下降（加工硬化）。机理：随塑性变形的进行位错的密度不断增加，位错间产生交割、塞积、缠结，阻碍了位错的运动引起了形变强化的增加。规律：强化效果随着变形量或位错密度的增加而增加。方法：冷塑性变形，如拉拔、冲压、冷轧、喷丸。意义：使得通过冷变形工件的成形成为可能（如拉拔时细的的部分强化后变形转移到粗的部分而不致被拉断），提高了特别是结构件服役的安全性，对不能通过热处理强化的零件强化的最有效途径5 马氏体相变强化：概念：钢从奥氏体状态快速冷却在较低温度下发生非扩散型相变，强度硬度显著升高，塑韧性下降的现象。机理：（书上有一页介绍）上述四个机理，其中形变强化改为相变强化即奥氏体到马氏体的相变引入了大量的形变孪晶和位错，固溶强化碳在-Fe中形成过饱和间隙固溶体，细晶强化奥氏体晶粒变成分割的板条状的马氏体晶粒（亚结构）、形变孪晶也分割成，第二相强化回火后过饱和固溶体中析出碳化物，回火转变，较低温度下200以下的偏聚，共格碳化物形成，即马氏体的分解，得到回火马氏体，自回火阶段。规律：获得了马氏体，马氏体的硬度只由含碳量决定，过饱和度用正方度来表征，含碳量越高或正方度越大，马氏体硬度越高。（区别钢的硬度和马氏体的硬度，mf一般都低于零下40度，淬火后（室温）得到的组织为马氏体加残余奥氏体，钢的硬度由马氏体和奥氏体的相对量决定的，马氏体含量越高则钢的硬度越高）意义：钢铁材料首选的强化方法如果六道判断则必是3对3错 第一章理想晶体结构（不考虑任何缺陷）、实际晶体结构（点线面缺陷）概念：金属定义金属原子的结构特点结合力：表现形式金属键、离子键、共价键、范德华力（辅助）键能：跟材料的性能属性的内在关系，熔点、强度、模量、膨胀系数，键能越大，熔点越高，强度高，模量高，膨胀系数小固溶度的影响因素：尺寸差、电负性差、电子浓度、晶体结构晶体结构特点的表征：笛卡尔坐标系（直角坐标系）中，立方系晶向、晶面指数表征滑移系：密排面、密排向及密排密度（面密度单位面积上有多少原子，线密度单位长度上有多少原子）定义并会计算，讲义中的表格，滑移系密排面密排方向，涉及到的计算题晶带轴：晶带轴垂直于晶面，即晶带轴与晶面法线的点乘为零，已知两个晶面如何求晶带轴会计算六方晶系：三指数和四指数换算，记住公式多晶型转变（相变）：（等同于同素异构转变或重结晶或二次结晶），而再结晶在相变温度以下进行的第二章概念：凝固与结晶的差别，凝固得到的固态可能有序可能无序 结晶的宏观现象：过冷、潜热，热力学条件过冷度的影响因素：金属的本性、金属的纯度、冷却速度（快则过冷度就大，通过改变铸型的材料改变冷却速度，沙模、金属模等）、铸造模具所用材料形核方式：均匀和非均匀液固界面的移动就是一个结晶的过程：光滑界面、粗糙界面（金属材料），用杰克逊因子区别，值小于2是粗糙解界面，值大于5是非金属，长大方式：光滑界面只能是台阶长大，粗糙界面就是垂直长大，界面的形态受温度梯度的影响，正的温度梯度下平面长大，负的温度梯度下树枝状长大第三章三个二元相图：匀晶相图、共晶相图、包晶相图（1）匀晶相图（固溶体合金，变形抗力不高塑韧性极高，特别适合于变形成形）选择性结晶，先结晶与后结晶的成分不同，非平衡结晶：选择性结晶出现成分偏析成分过冷：成分改变，熔点变，过冷度就改变了晶体的界面形态就受温度梯度和成分过冷的影响，在正的温度梯度下也可能长成树枝晶（2）共晶相图：出现低熔点的共晶组织，与纯金属的结晶非常相似，恒温转变，即由液相转变为晶相在一个温度下进行，充摸能力强，特别适合于铸造成形伪共晶：非共晶成分的合金所得到全部的共晶组织，工程上有益离异共晶：共晶体中的一相依附于先析出相生长，使共晶组织（片成状交替分布）特征消失，材料性能恶化，工程上尽量避免（3）包晶相图：产物特殊，液相包着晶相生成了单一晶相，新相在液相和晶相的界面形成，反应物被生成物包围的两相，副相物，一软一硬，工程上作摩擦副材料，活动件铸锭的一般性的凝固过程，铸锭三晶区的形成过程：表层细晶区，表层过冷度很大形核率很高，表层细晶去形成后，散热受限，柱状晶，中心等轴晶2:07第四章 二元相图的实际应用铁碳相图，重要相变点，钢铁的分界线2.11，0.77共析钢，4.3共晶的白口铁（析出相为渗碳体是白口铸铁，析出相为石墨时是灰口铁），0.0218工业纯铁相、组织区分开，铁素体、奥氏体、渗碳体、液相即可能是相也可能是组织，组织：珠光体（铁素体和共析渗碳体），莱氏体（奥氏体和共晶渗碳体奥氏体析出二次渗碳体奥氏体变成珠光体），计算合金的组织、相含量要注意嵌套关系计算组织、相的相对含量第五章相率：一个合金体系的自由度，常压下f=c - p+1会用，三组元自由度为0时四相平衡（三元相图看一下就行，要求不高，三元匀晶太简单不考，三元共晶太难不考）杠杆定律和直线法计算两相平衡，重心法计算三相平衡等温截面和变温截面第六章滑移系：表，线密度、面密度临界分切应力，屈服点，取向因子（不断变化），材料的临界分切应力不变，沿不同取向屈服点不同，即晶体表现为各向异性冷塑性变形：对组织结构性能影响 组织：晶体拉长形成纤维组织，亚结构细化，位错密度升高形成位错胞形变织构，晶体取向趋于一致，点阵畸变 性能：形变强化 各向异性：纤维组织及形变织构的形成 耐腐蚀性下降内应力的概念：宏观、微观内应力 冷变形的金属进行加热随着加热温度的升高和时间的延长，会发生回复、再结晶、晶粒长大三个过程 最大的致命依据是再结晶温度再结晶温度的影响因素：不同材料再结晶温度不同（金属的本性熔点）、金属的纯度、加热的速度、冷变形量（超过70%，避开临界变形量）临界变形度及其在工业生产中的意义，明确定义，避开（加预变形再成形）。热加工：（火车车轮）工程作用：成形、改善铸态的组织缺陷（具体解释一下，缩孔。）（高速钢鱼骨状组织只能通过热加工打碎）热加工工程上叫控制扎制（变形量和温度控制好），热轧就是锻造，锻造就是热加工金属学占90分左右第七、八、九章 热处理原理和工艺，占60分左右第七章加热转变：以共析钢为例讲加热过程的奥氏体化（珠光体到奥氏体）四个阶段：形核、长大、碳化物溶解、奥氏体成分均匀化，目的得到成分单一均匀的奥氏体组织。（注意组织遗传，控制加热温度和保温时间）相变机制是扩散型相变冷却转变：等温转变、连续转变 等温转变：（1）高温转变：加热转变的逆转变，由奥氏体得到片成状珠光体，应用：正火或退火时，跑温得到的粗大的组织，可重结晶消除组织遗传使组织细化（2）马氏体转变：降温生成而非等温，从ms开始到mf结束，一旦等温转变立刻停止并存在机械稳定化现象，连续冷却且冷却速度大于临界冷却速度，非扩散相变连续转变：马氏体，强化机制，硬度由含碳量决定，塑韧性由亚结构决定，马氏体有两种形态，位错和片状的，希望得到位错马氏体中温转变：得到上贝氏体（缺陷组织）、下贝氏体，下贝氏体和马氏体相比，形成温度高且是等温转变，淬火变形组织应力消除（而马氏体形成温度低淬火后会引入大量的组织应力和热应力所以比较脆），有很好的综合力学性能；相变机制不同，马氏体是非扩散的切变，下贝氏体是铁素体加碳化物的两相组织的机械混合物，其中铁素体相是非扩散的切变形成的，碳化物是扩散形成的；亚结构不同，马氏体板条以位错为主，片状以孪晶为主，下贝氏体铁素体以位错为主。下贝氏体可用，其性能接近于低碳的板条马氏体。 相变机制：高温是扩散，低温是非扩散切变，中温两个都有贝氏体、马氏体区别：定义、相变机制，形成温度、显微组织特征（下贝氏体竹叶状，板条马氏体是条柱状，片状马氏体是片状）、亚结构、性能特点（马氏体高强，片状马氏体塑韧性差，贝氏体综合性能好）连续冷却方式和等温转变最本质的差别：组织不均匀（高温粗，低温细），得不到贝氏体组织第八章 钢的回火转变和合金的时效回火转变：淬火后得到马氏体和残余奥氏体，然后在较低温度下得到回火马氏体（碳化物和饱和的相），强硬，两相组织可做耐磨材料，中温残余奥氏体、碳化物转变得到回火屈氏体（粒状碳化物和饱和的相，相当于粒状珠光体组织）弹性极限高，高温基体相发生回复再结晶、碳化物聚集长大粗化得到回火索氏体（粗粒状的珠光体），轴、螺栓，调制，综合性力学性能好。（注意不同回火组织的组织形态和性能特点）有色金属：铝铜合金，面心立方结构，加热没有同素异构转变，高温加热，铜的溶解度增大，随后快冷得到过饱和的固溶体，这个过程叫固溶处理，得到置换式的固溶体强化效果不高，但随后放置可沉淀析出金属化合物（正常价化合物、电子化合物、间隙相和间隙化合物）统称为亚稳相，随后分解形成过渡相，最后转变成平衡相，这种过饱和固溶体的分解过程称为时效或脱溶。时效的一般过程，性能时间曲线，过饱和固溶体亚稳相过渡相平衡相，相界由共格变为半共格再变为非共格，强度最高的对应于平衡相刚刚出现，工程上成为峰时效强度，平衡相长大粗化进入则过时效状态，强度下降，未出现平衡相之前叫欠时效。由欠时效峰时效过时效，性能经历强化下降的演化过程。如何选择合理的状态，要看设计零件的服役条件，如对接结构，要求尺寸稳定性，要处理成过时效状态（所有的组织状态转变完成，组织不变则形状尺寸不变），对于结构件，处理成峰时效状态，注意处理温度要高于使用温度，防止继续时效。调幅分解：按扩散偏聚机制和无形核过程直接长大，由一种固溶体分解为两种结构相同而成分不同的固溶体。（固态下的相变），作用：可得到超细化组织。第九章 热处理工艺预备热处理：退火、正火最终热处理：淬火、回火均匀化退火：固相线以下100停留46个小时，得到粗大的晶粒组织，只适用于合金元素含量不高的材料完全退火：加热转变比较完全，加热到Ac3以上3050（给Ac3后温度要具体化）全部奥氏体化随炉冷却得到接近于平衡状态的组织，可以按铁碳相图看，只适用于亚共析钢不完全退火：亚共析钢加热到Ac1Ac3之间，过共析钢Ac1Accm称为球化退火得到粒状碳化物。正火：加热到相变点以上3050，亚共析钢Ac3，过共析钢Accm，空冷得到伪共析组织，100%珠光体，作用：消除过共析钢的二次网