工程基础材料加工术 1

第4章工程材料的改性4.1金属材料的改性4.2聚合物的改性4.3陶瓷材料的改性4.1金属材料的改性热处理:

对金属材料在固态温度范围内进行加热、保温和冷却，以改变材料整体或表面组织，获得所需性能的工艺合金化强化:增加金属材料中的点缺陷细晶强化:增加金属材料中的面缺陷冷变形强化(加工硬化):增加金属材料中的线缺陷改善金属材料性能的方法:热处理、合金化、细晶强化、冷变

形和它们之间的复合工艺4.1金属材料的改性4.1.1钢的热处理4.1.1.1热处理原理热处理的目的：零件制造过程：

下料→毛坯成形→第一次热处理→机加工→第二次热处理→精加工→（第三次热处理→精加工→）零件

第一次热处理：改变工艺性能：切削性能、成形性能第二、三次热处理：改善使用性能：强度、硬度、塑韧性、耐磨性

热处理目的：改变钢的工艺性能和使用性能热处理分类：

⑴整体热处理：淬火、回火、正火、退火；⑵表面热处理：只改变表面组织或成分的热处理：

表面淬火（改变表面组织）：感应淬火、高能束淬火

化学热处理（改变表面成分）：渗碳、气相沉积4.1金属材料的改性1钢的加热转变钢加热的目的：获得均匀细小的奥氏体⑴加热温度的确定：

平衡条件:Ａ1：共析钢临界温度（PSK）Ａ3：亚共析钢临界温度（GS）Ａcm：过共析钢临界温度（ES）

非平衡条件：加热:Ａ1→Ａc1Ａcm→Ａccm

Ａ3→Ａc3冷却:Ａ1→Ａr1Ａcm→Ａrcm

Ａ3→Ａr3碳化物溶解长大生核组织均匀化⑵加热过程中组织转变：

晶格改组和碳原子扩散奥氏体形成过程：

生核→

长大→

渗碳体溶解→

成分均匀化

4.1金属材料的改性⑶影响奥氏体形成的因素①加热温度和加热速度：

温度：高，碳扩散能力强，加速奥氏体的形成。速度：快，转变终了温度高，转变范围扩大，缩短奥氏体形成时间。②原始组织：珠光体细，铁素体与Fe3C界面越多，奥氏体形成速度越快；

球状珠光体的奥氏体形成速度慢于片状珠光体的奥氏体形成速度

原因：片状珠光体的界面多。③合金元素：大多数合金元素加入钢中后，不改变奥氏体形成的基本过程，但减慢奥氏体的形成速度。⑷奥氏体晶粒长大及影响因素①奥氏体晶粒的长大:临界温度以上奥氏体形成后，继续加热或保温，奥氏体晶粒将长大。②影响奥氏体晶粒长大的因素

原始组织：珠光体越细，形成的奥氏体晶粒越小加热温度与保温时间：加热温度高或保温时间延长，奥氏体晶粒不断长大钢中合金元素及未溶第二相：除合金元素Mn、Ｐ促进奥氏体晶粒长大外，其它合金元素均不同程度地阻碍奥氏体晶粒长大；未溶第二相阻碍奥氏体晶粒长大。4.1金属材料的改性2钢在等温冷却时的转变过冷奥氏体:存在于临界温度A1以下的奥氏体过冷奥氏体不稳定，随冷却时间延长或冷却温度降低，将转变为其它组织

冷却转变方式：等温转变：过冷奥氏体在A1以下某一温度等温时发生的转变

连续冷却转变：过冷奥氏体在A1以下连

续降温过程中的转变等温转变连续冷却转变A14.1金属材料的改性⑴等温转变形成的组织（共析钢）①珠光体组织

将奥氏体化的共析钢冷至A1～550℃范围内等温所发生的转变称为珠光体型转变，属高温转变。过冷奥氏体向珠光体转变时，将发生形核和晶核长大。珠光体转变温度较高，Fe、C原子发生了扩散，属扩散型转变。珠光体型组织特征

过冷奥氏体在A1～650℃范围内等温时的转变产物为珠光体

P：0.5～0.7μm

过冷奥氏体在600～650℃范围内等温时的转变产物为索氏体

S：0.35～0.5μm

过冷奥氏体在600～550℃范围内等温时的转变产物为屈氏体

T：0.1～0.3μm

层片状珠光体：Fe3C以层片状分布在铁素体基体上；

球状珠光体：Fe3C以球状或颗粒状分布在铁素体基体上8000×

3800×8000×

珠光体型组织珠光体型组织的机械性能与珠光体的片间距、尺寸及形态有关:片间距小，相界面越多，对位错运动阻碍作用越显著，钢的Rm、HB高，塑性好。

Fe3C为球状，相界面比片状少，因而，相同成分的钢，其球状珠光体的Rm、HB较低，而塑韧性较高PST500×1300×B上②贝氏体转变：“Ｂ”表示

将过冷奥氏体冷至550～230℃范围并进行等温，转变得到的产物称为贝氏体。又分为B上、B下。

B上：550～350℃B下：350～230℃。组织形态：

B上：呈羽毛状，由许多平行而紧密排列的F片和分布在F片间的断续而细小的Fe3C颗粒共同组成。

4.1金属材料的改性500×12000×B下B下组织形态：B下：呈黑色竹叶状，在竹叶状F内分布着平行排列的Fe3C。性能：B下硬度为45～55HRC，具有较高的硬度、塑性、韧性和耐磨性。B上性能低于B下。工程应用的主要是B下，一般通过等温淬火工艺得到。等温淬火：过冷奥氏体冷至550～230℃范围进行充分等温，获得B下的工艺③马氏体转变：“Ｍ”

将奥氏体化的共析钢快冷至230℃以下得到的转变产物，称为M，属低温转变。奥氏体向M转变，只发生γ-Fe→α-Fe的晶格改组，奥氏体中的碳全部保留在α-Fe中。

“M”是碳在α-Fe中形成的过饱和固溶体，不是新相晶格结构:体心立方晶格沿C轴拉长变成体心正方晶格,a=b≠c，α=β=γ=90°

c/a代表正方度，含碳量越高，正方度越大

马氏体转变将发生体积膨胀，导致零件变形或开裂。含碳量越高，膨胀越大。M的组织形态：

板条马氏体（位错马氏体）：板条束近乎平行，板条内为高密度位错。

ρ：（0.3～0.9）×1012cm/cm3。片状马氏体：呈叶片状或透镜状。先形成的马氏体片横贯整个奥氏体晶粒，但不穿过奥氏体晶界，后形成的马氏体片逐渐减小，片之间存在一定角度。4.1金属材料的改性马氏体型组织低碳M4.1金属材料的改性影响M形态的因素：碳含量。

C<0.2%板条状

C>1.0%片状

C：0.2～1.0%：混合形态M性能：Rm、HB与M含碳量有关高碳马氏体：硬而脆

低碳马氏体：强而韧。M相变特点非扩散型相变，晶格改组。相变过程速度极快：10-7s。M相变过程要在连续降温时才能不断进行。存在内应力，容易导致变形和开裂。

M相变，不完全性：残余奥氏体：有优点，有缺点4.1金属材料的改性⑵过冷A等温转变曲线(C曲线，TTT图)：描述过冷奥氏体转变组织与等温温度、等温时间之间的关系曲线图的获得：试样→临界温度→急冷到临界点以下→不同温度保温不同时间：测定过冷奥氏体转变开始时间、转变终了时间：

T1：ts1；tf1T2：ts2;tf2T3：ts3;tf3

Tn：tsn;tfn。

转变开始点ts相连、转变终了点tf相连→过冷奥氏体等温转变综合动力学图（TTT图），即C曲线4.1金属材料的改性4.1金属材料的改性共析钢C曲线图的分析：反应了过冷奥氏体稳定性大小：临界温度以下不同温度时的孕育期长短标志着过冷奥氏体的稳定性。共析钢C曲线中，在550℃附近，即C曲线的“鼻尖”部分，孕育期最短，过冷奥氏体稳定性最差。

过冷奥氏体转变分为三类：“鼻尖”以上为高温转变，属珠光体类型转变。（珠光体：5～40HRC）“鼻尖”至Ms之间为中温转变，属贝氏体转变。（贝氏体：40～60HRC）

Ms以下的低温转变区，为马氏体转变。（马氏体：＞60HRC）

4.1金属材料的改性影响C曲线位置和形状的因素含碳量：亚共析钢：碳量↑，C曲线右移，A稳定性↑

过共析钢：碳量↑，C曲线左移，A稳定性↓合金元素：除钴外，所有溶于奥氏体的合金元素

均增加过冷奥氏体的稳定性，使C曲

线右移。碳化物形成元素（如Cr、Mo、W、V等）还改变C曲线的形状。加热温度与保温时间：高温和长时间保温使奥氏

体晶粒长大，晶界减少，成分趋于均

匀，未溶碳化物减少，奥氏体转变推

迟，C曲线右移

4.1金属材料的改性3

过冷奥氏体连续冷却转变曲线图（CCT图）CCT曲线图的获得：试样→奥氏体化→不同冷却速度冷却→测定奥氏体转变开始点（Ts、ts）和转变终了点（Ｔf、tf）→绘制在T-t坐标图中→所有转变开始点和转变终了点分别相连接→得到了CCT曲线。CCT曲线分析：

Ps：珠光体转变开始线；

Pf：珠光体转变终了线

kk’:表示连续冷却时奥氏体转变为珠光体的停止线。剩余奥氏体在随后冷却至Ms点以下时转变为MVk’——下临界冷却速度，转变完成后

全部为珠光体

Vk——上临界冷却速度，转变完成后

全部为MVk～Vk’之间：转变完成后为P+Mkk’4.1金属材料的改性CCT与C曲线的不同点：

连续冷却：在某一温度范围内完成，转变产物为非均匀的组织；过冷奥氏体所需孕育期比等温转变的过冷奥氏体要长。

等温冷却：恒温转变，产物为均匀组织；共析钢或过共析钢连续冷却时一般不会得到贝氏体。4.1.1.2常规热处理工艺热处理工艺：通过加热、保温和冷却来改变材料组织以获得所需性能的方法

常规热处理工艺：退火、正火、淬火、回火。1、

钢的退火与正火⑴退火：概念：将钢加热到临界温度附近某一温度、保温一定时间后缓慢冷却的热处理工艺。目的：降低硬度，改善切削加工性能；

消除内应力；

消除冷塑性变形时产生的加工硬化；

改善组织，细化晶粒4.1金属材料的改性⑵退火工艺的类型①完全退火：适用范围：亚共析钢的铸、锻件及热轧型材。

工艺：加热到Ac3+30～50℃，保温后缓冷

至600℃后空冷。

目的：细化晶粒;消除过热组织;降低硬度

和改善切削性能

组织：F+P。②球化退火（不完全退火）适用范围：%C≥0.6%的各种高碳钢、

工具钢、轴承钢

工艺：加热到Ac1+20～40℃，保温后缓冷至600℃出

炉空冷

目的：使Fe3CⅡ球化，降低硬度，

改善切削性能，减少淬火

变形与开裂

组织：（F+Fe3C粒状）P球4.1金属材料的改性③去应力退火适用范围：铸件、焊接件、塑性变

形或切削加工零件。工艺：加热到500～650℃适当保温后缓冷。目的：在不发生相变时，消除

残余应力，稳定尺寸,减

少后续加工和使用过程

中的变形或开裂倾向。五峰山大桥主桥长1428米④再结晶退火适用范围：需要继续进行塑性变形的冷轧、

冷拉、冷冲等发生加工硬化的钢材或零件。工艺：Ｔ加热＝T再+100～200℃（T再=0.4T熔点）。目的：降低硬度，恢复塑性，消除应力，利于再次冷加工。

4.1金属材料的改性2、

钢的正火⑴概念：将钢加热至AC3或Accm以上30～50℃保温后出炉空冷的热处理工艺⑵应用范围：C＜0.25%：正火调整硬度，改善加工性能。C：0.30～0.55%：作为预备热处理，大件作为最终热处理C≥0.60%、共析钢、过共析钢：正火作为球化退火前的预备热处理正火冷速快，Fe3C难以呈连续网状沿A晶界析出。若过共析钢组织中有大量网状Fe3C，应先正火，再球化退火。⑤扩散退火适用范围：凝固温度范围宽、偏析严重的合金钢锭、铸件和锻坯

工艺：AC3+150～250℃，长时间保温缓冷。⑶退火与正火的区别

工艺不同：退火温度：AC3（AC1）＋30～50℃;炉冷正火温度：AC3（ACCm）＋30～50℃;空冷

性能不同：硬度：中碳钢退火：160HB，正火：190HB。高碳钢退火：220HB，正火：270HB。适用范围有差别（为改善切削性能）：

低碳钢:只能正火，不应退火中碳钢:既可正火，又可退火（下限碳量：正火；上限碳量：正火）高碳钢：C≥0.6%:预备热处理只进行退火

C≥0.8%以上，正火作为球化退火前的预备热处理4.1金属材料的改性钢号退火温度/℃硬度/HB正火温度/℃硬度/HB20860-900≤149890-920≤15640840-880≤187850-890≤21540Cr860-890≤207870-890≤2290.8%C790-840（Ac1:730℃）≤229760-780≤302740-760(不完)≤1874.1金属材料的改性3钢的淬火

将钢加热到AC3或AC1以上30～50℃，保温后，以大于上临界冷却速度冷却获得M或B组织的热处理工艺。①淬火温度

亚共析钢：AC3+30～50℃，组织：Ｍ。加热温度过高，获得粗大M，塑韧性下降;加热温度过低，获得F+M，HB下降

共析钢、过共析钢：AC1+30～50℃，组织：Ｍ+Fe3C粒+Ａ残余加热温度高：大量碳溶入奥氏体，晶格畸变

严重，引起变形与开裂；Ｍ片粗大，韧性降低；

Fe3C少，A残量多，硬度下降

加热温度低：仍为P组织，HB下降合金钢

:大多数合金元素阻碍A长

大（Mn、P外），淬火温度比

碳钢高，使合金元素充分溶解，

奥氏体成分均匀化需要更长保温时间4.1金属材料的改性③淬火冷却方法：单液淬火：双液淬火：先将工件投入强冷却能力的介质中（>Vk），冷到鼻尖温区以下后将工件再转入另一种冷却能力较弱的介质中用于：高碳钢和较大尺寸的合金钢。分级淬火：将工件先投入到Ms附近温度的盐浴或碱浴中保温，其表面与心部温度基本一致后，取出空冷用于：形状复杂、对变形要求严格的工件等温淬火：将工件直接投入到稍高于Ms盐浴或碱浴中保温，使其发生B下转变。用于：形状复杂、尺寸要求精确、韧性要求较高的冷、热冲模和成型刀具

深冷处理：淬火后在零下某一温度继续保温冷却的工艺②淬火介质水：650～270℃/s，形状简单、截面尺寸较小的碳钢零件。油：矿物油（锭子油、变压器油、机油）：200～20℃/s，形状复杂的合金钢件理想淬火介质：鼻尖温区以上快冷，鼻尖温区以下缓冷，可减小热应力和相变应力，从而避免变形和开裂。单液淬火双液淬火分级淬火等温淬火4.1金属材料的改性④钢的淬透性概念：过冷奥氏体淬火后形成马氏体而不形成其它组织的能力表示方法：淬透层深度（断面上钢件表面到50％马氏体组织处的距离）测量方法：端淬法（测量临界淬透直径）淬透性：马氏体层深度，获得马氏体的能力。

取决于钢的上临界冷速Vk（即奥氏体的稳定性）的大小淬硬性：淬火后马氏体组织的硬度大小。

取决于含碳量，与含碳量有关，与钢中的合金元素无关。影响钢的淬透性因素

碳量：亚共析钢，随碳量增加，淬透性提高。过共析钢，随碳量增加，淬透性下降。合金元素：除Co外，溶入A的合金元素均降低上临界冷速Vk，提高淬透性。奥氏体均匀化程度：均匀化程度高，奥氏体稳定性高，淬透性上升40CrNiMo完全淬透40Cr不完全淬透40不完全淬透4.1金属材料的改性④钢淬火后的组织：与钢的含碳量有关：

中碳钢：0.30～0.55:M板+M片+A残少

高碳钢（0.80%C）：、M片+A残

（＞0.80%C）：M片+Fe3C粒+A残

低碳钢（<0.25%C）:M板4.1金属材料的改性4钢的回火

回火:淬火后的钢件重新加热到Ac1以下某一温度，保温一定时间，再冷至室温的热处理工艺。

淬火后钢件需回火的原因：钢件淬火组织中的M、A残为不稳定组织，会发生变化，导致工件的性能、形状和尺寸发生变化。钢件内存在相变应力、热应力，引起工件变形与开裂。赋予零件最终力学性能

①回火目的:降低硬度；稳定组织；消除内应力和脆性；赋予零件最终性能。Ac14.1金属材料的改性②回火时组织变化（淬火组织：M、A残或Fe3C）

马氏体（80～350℃）：80℃开始，碳原子偏聚，析出ε－FexC，内应力、正方度降低；硬度变化不大，韧性所有改善；温度超过250℃，ε－FexC→Fe3C；马氏体分解要延续350℃。

残余奥氏体分解（200～300℃）：马氏体分解导致的硬度下降与Ａ残转变为M或B下后的硬度上升相综合后，硬度变化不大，但应力减小。

M分解结束，形成Fe3C（250～400℃）：

c/a→1，ε－FexC→Fe3C；Fe3C呈粒状分布于α基体上，形成针状铁素体和粒状Fe3C的混合组织，硬度降低，内应力基本消除。400℃以上，铁素体再结晶，Fe3C聚集长大：

Fe3C：细粒状→粒状→块状，钢件硬度和强度降低，韧性上升。

F：板条状或片状→多变形。600℃以上，Ｆ多边形化；渗碳体块状化，并分布在Ｆ基体上。回火马氏体，8000×③回火后的组织

回火马氏体（100～300℃），M回组织：马氏体基体+大量微细ε－FexC

4.1金属材料的改性淬火马氏体低温回火马氏体回火屈氏体，20000×回火屈氏体（300～500℃），T回组织：

{具有针状轮廓的F+小细粒状Fe3C}回火屈氏体，500×4.1金属材料的改性回火索氏体，15000×回火索氏体（>500～650℃），S回组织：{多边形F基体+小颗粒状Fe3C}[调质处理]4.1金属材料的改性回火索氏体，500×4.1金属材料的改性④淬火钢回火后的力学性能：

淬火后：低碳钢：Rm:1400MPa

中碳钢：Rm:1700MPa

高碳钢：Rm：≥675MPa（回火后）

回火后：回火温度决定Rm、HB；At、Z、Ak。高碳回火M：硬度高，Rm、At、Ak低，

易脆断，耐磨性好。低碳回火M：Rm、Ak

、硬度均较高

8000×

3800×8000×

PST等温冷却组织

回火索氏体，15000×回火屈氏体，20000×回火组织

等温T、S组织与回火（T回、S回）组织差异：等温获得的T、S组织中，Fe3C呈片状；淬火钢回火后的T回、S回中，Fe3C呈细小颗粒粒状；性能差异：硬度相同时，S回、T回强韧性比等温T、S好热处理方法45钢力学性能组织Rm/MpaAt/%ak/J/cm2HBS850℃正火62426.485.1175索氏体+铁素体840℃淬火+560℃回火73724.5145210回火索氏体4.1金属材料的改性⑤回火工艺及其应用范围

低温回火（150～250℃），M回:58～62HRC目的：保持高硬度和耐磨性，降低内应力和脆性。范围：高碳钢工具、刃具、量具、模具、滚动轴承、渗碳件及表面淬火件等

中温回火（350～500℃），T回:35～50HRC

目的：获得较高的弹性极限和屈服强度及韧性。范围：各种弹簧、发条、锻模、冲击工具等。

高温回火（500～650℃），S回:25～35HRC

目的：获得强度、硬度和塑韧性良好的综合力学性能。范围：各种较重要的受力结构件，如连杆、螺栓、齿轮及轴类零件等。

钢号热处理工艺Rm/MPaAt/%Ak/J硬度组织

T8780℃淬火+200℃回火σbb/251263HRCM回+Fe3C+A残65Mn830℃淬火+380℃回火15808.42240HRC回火屈氏体40840℃淬火+600℃回火80221129250HB回火索氏体⑥回火脆性

回火时的冲击韧性不随回火温度上升而上升，而在某一温度范围内显著降低的现象称为回火脆性。

250～350℃的回火脆性称为低温回火脆或第一类回火脆

500～600℃的回火脆性称为高温回火脆或第二类回火脆(可快冷避免)4.1金属材料的改性4.1.1.3钢的表面淬火1）概念及方法概念：快速加热钢件表面并快冷得到马氏体，从而使钢件表层强硬化的热处理工艺（仅改变表面组织）。方法火焰加热表面淬火法

7CrMnSiWMoV制落料模：

刃磨寿命1.2万次

感应淬火法高能束表面淬火法

激光束电子束等：长春第一汽车厂的激光处理缸套。4.1金属材料的改性2）感应淬火原理：感应圈内交流电→工件内交变磁场→感应电流→集肤效应→表层很快达到淬火温度→喷水冷却→淬硬层（δ∝1/f0.5f:电流频率）感应加热的种类及适用范围①高频（250～300）kHz，δ=0.5～2mm，小模数齿轮②中频（2.5～8）kHz，δ=2～5mm，大直径轴、中模数齿轮。③低频（50Hz），δ=10～15mm，火车车轮。表面淬火钢及其组织、性能钢材：中碳钢(45、40Cr、40MnB)工艺：下料→锻造→退火→机加工→（调质)→感

应淬火＋低回→精加工→零件组织：表层：回火马氏体；

心部：F+S（或回火索氏体）性能：表层硬度和疲劳强度高，氧化脱碳少、

淬硬层厚度易控制

4.1金属材料的改性4.1.1.4化学热处理1）

概念及分类概念：将钢件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入表面，

改变其化学成份与组织，从而改变表面性能的热处理过程分类:①渗碳；②渗氮；③碳氮共渗；④渗硼；⑤渗金属化学热处理三个基本过程分解（化学介质（渗剂）的分解）

2CO→CO2+[C]CH4→2H2+[C]※渗碳※2NH3→3H2+2[N]※渗氮※

吸收（活性原子被金属表面吸收）活性原子与金属表面有两种作用形式：①吸附；②反应扩散（渗入元素向金属内部扩散）表面层与内部浓度差使活性原子向内部扩散4.1金属材料的改性2）

钢的渗碳

将钢件置于富碳介质中，加热到900～950℃，使活性碳原子渗入钢件表层，随后淬火并低温回火的热处理操作——渗碳热处理。⑴渗碳方法及过程方法：气体渗碳法;（固体、液体法）过程：分解:[C];吸收;扩散⑵渗碳工艺要求

温度：碳钢、低合金钢：920～940℃；

Ti、V、W合金钢：950～980℃。保温时间：0.1～0.15mm（渗层厚度）/h。渗层碳含量：0.85～1.20%。渗层厚度：由零件工作条件、尺寸确定。⑶渗碳后的热处理工艺：

淬火：直接淬火：耐磨性和韧性较低，变形大

预冷淬火：预冷至840℃淬火，变形较小

一次淬火：要求强韧性高：淬火温度＞AC3；

要求耐磨性高：淬火温度＞ＡC1

二次淬火：第一次:淬火温度＞AC3；第二次:淬火温度＞ＡC1

4.1金属材料的改性预冷淬火⑷渗碳＋淬火＋低温回火后的组织心部：M板回（淬透），

或M板回+F+T（未淬透）；表层：M针回+K+A残⑸渗碳钢：10、15、20、15Cr、20Cr、20CrV、

20CrMnTi、20Cr2Ni4A⑹渗碳零件的加工工艺路线下料→锻造→正火（低碳钢、低合金钢）→粗加工→精加工→渗碳＋淬火+低温回火→精加工→零件4.1金属材料的改性10钢930℃×３h渗碳后退火组织，×100表层过渡层心部

10钢渗碳、淬火、回火后的组织，×500930℃×３h＋860℃＋180℃

3）

钢的氮化氮化工艺：2NH3→3H2+2[N]

温度：500～570℃，时间：24～90h

渗层厚：0.3～0.6mm特点：①氮化物韧性高于渗碳体，硬度≥69HRC，并保持到600～650℃;②提高疲劳强度;③渗氮温度低，工件变形小。渗氮钢：38CrMoAlA（膛床主轴等）工序：锻造→退火→机加工→调质→精加工→去应力退火→粗磨→渗氮→研磨→工件举例:活塞冷挤模:6W6Mo5Cr4V2

常规：2千件，软氮化2万件冷锻模：Cr12MoV，常规2500件，软氮化37500件4.1金属材料的改性4）

其它化学热处理

渗硼渗金属熔盐浸渗（TD法）:将工件浸入含有合金元素的硼砂熔盐（800～1000℃）中1～3h

后取出冷却，获得渗金属层。渗层硬度：VC：5～15μm，>3000HV，

Cr-C：5～15μm，>1800HV，应用：各种模具：热锻模：原4Cr5MoV钢，使用寿命2万～3万次

TD处理为VC：8万次。轴承环冷挤凹模：GCr15淬火回火：1千次，

TD处理为VC4200次

CVD(化学气相沉积)、PVD（物理气相沉积）等：TiC、TiN4.1金属材料的改性4.1.2铝合金的热处理⑴铝合金的固溶时效强化

固溶处理:

将铝合金加热至单相固溶体相区后水冷，使第二相β来不及析出，从而在室温获得过饱和α固溶体的工艺。时效强化:

过饱和固溶体在室温下放置或加热一定时间后，其强度、硬度明显升高、塑性有所降低的现象。

自然时效:室温下的时效人工时效:加热条件下进行的时效4.1金属材料的改性Al—4％Cu:

退火态:200MPa

固溶处理态:250MPa

固溶+时效:400MPa。

时效强化是由过饱和固溶体在时效过程中不断析出尺寸细小、分布弥散的中间相造成固溶体晶格严重畸变、使位错运动受阻所致。4.1.3金属材料的合金化改性

⑴固溶强化：因溶质原子的溶入使固溶体的强度、硬度升高的现象固溶强化的合金：强度、硬度、塑性和韧性均较高如，铜—19％镍：Rm：220MPa→300～400MPa，44HBS→70HBS，At≥50％⑵第二相强化：因第二相的存在而使金属的强度、硬度升高的现象

原因:（TiC、VC、NbC，钢铁材料新技术:微合金化钢）

①第二相与基体晶体结构完全不同，第二相与基体金属之间存在畸变程度较大的相界面，增加了位错运动的阻力；②第二相本身也增加了位错运动的阻力。

相界面的晶格畸变程度愈大或第二相的弥散度愈大，对位错运动的阻碍作用便愈大，强化效果也愈显著。

在第二相前产生较大的应力集中，第二相硬而脆，塑性几乎为零，塑性变形全部集中于基体金属，因而第二相使金属的塑性、韧性下降。

第二相的强化效果与其本身的性能、形状、分布及大小密切相关。⑶细晶强化：因晶粒细化、晶界增加使金属强度、硬度、塑性和韧性提高的现象增加过冷度或变质处理可以使晶粒细化；钢中的Ti、V、Nb等合金元素与碳形成微细的碳化物(TiC、VC、NbC),阻碍晶粒长大，起到细化晶粒的作用4.1金属材料的改性

聚合物的缺点：聚苯乙烯性脆，聚酰胺吸湿性大，聚碳酸酯易于应力开裂，有机硅树脂强度低，化学稳定性差而易老化。4.2.1化学改性（结构改性）⑴共聚改性：由两种或两种以上的单体通过共聚反应获得的共聚物大