1、鋼的熱處理及材料分析測試方法金 材 二 班鋼的熱處理+分析測試方法復習指導Jin22012/5/8一、鋼的熱處理01二、材料分析測試方法19附、材料分析測試方法課后答案23金材二班內部復習資料，切勿擴散；因能力、時間有限，不足之處請大家包涵，本資料僅供參考，如有疑問可以與各章節作者(內附)探討；謝謝大家支持并預祝大家考試順利。同志們：讓我們一起“干掉”一、三，金二必勝！Part 1 鋼的熱處理 第一章 金屬固態相變概論-盧澤龍1， 金屬熱處理：將固態金屬（包括純金屬和合金）通過特定的加熱和冷卻方法，使之獲得工程技術上所需要性能的一種工藝過程的總稱。（機理：通過控制溫度達到一定的固態相變效果）2

2、， 固態相變： A 平衡轉變 結構，成分，有序化程度之中的一個或幾個發生變化 B 不平衡轉變3，慣習面：在許多情況下，固態相變時新相與母相間往往存在一定的取向關系而且新相往往又是在母相一定晶面族上形成，這種晶面稱為慣習面4， 共格相界面：應變能最大，界面能最小，非共格相界面正好相反5， 均勻形核過程中:固態相變多一項阻力“應變能”非均勻形核過程中固態相變多一項驅動力（缺陷消失帶來的能量其中包括空位，位錯，晶界）6， 擴散型相變:A:無成分變化：長大速度向增大后減小 B:有成分變化：長大速度與擴散系數和母相中濃度梯度稱正比，與兩項在界面上的平衡濃度之差成反比7， C曲線：轉變開始時有一段孕育期，

3、一定范圍內，T從高到低變化，孕育期縮短隨后，孕育期加長，轉變過程也減慢第二章 鋼的加熱轉變-盧澤龍1，奧氏體：碳在-Fe中的間隙固溶體，具有面心立方結構3， 奧氏體的性能特點:a 塑性好，強度低，適用于壓力加工b比容在鋼的各種組織中最小（MPA）c線膨脹系數最大（AFM）d導熱性差（FMA）e順磁性，可用于屏蔽材料f熱強性g在高溫顯微鏡下：等軸狀，并帶有111面為孿面的孿生晶粒組織4， 珠光體類組織：各種片狀鐵素體和滲碳體的混合組織5， 在奧氏體形成過程中，珠光體中額鐵素體總是先消長，剩下的滲碳體隨后溶解;當鐵素體完全轉變奧氏體時，仍然一部分滲碳體未溶解，這部分滲碳體被稱為參與滲碳體6， P1

4、5-20關于奧氏體形成的機理，我認為不做為重點但是對后面的知識點的理解有幫助，可以大致瀏覽7， 在等溫加熱過程中， a奧氏體形成一般需要一定的孕育期( 等待臨界 晶核的形成：適當的能量，濃度起伏)b奧氏體轉變量為50%時轉變最快c溫度越高轉變速度越快8， 在連續加熱中，溫度越高，碳化物完全溶解越快，完成這一轉變的溫度越高9， 影響奧氏體形成速度的因素：A 主要是溫度，溫度越高，轉變速度越快 B 鋼的成分：在亞共析鋼中a隨C含量的增加，奧氏體的形成速度加快，這顯然與界面面積的增加（從而使形核率增加） b改變奧氏體形成溫度的合金元素（如擴大相區的元素錳鎳氮，縮小區元素鎢鉬鉻，鎳鉻還能增加碳原子擴散

5、系數從而增加奧氏體長大速度）c合金碳化物通常比較穩定，合金本身在奧氏體中擴散慢，因此使碳化物在奧氏體中溶解的時間和奧氏體均勻化時間加長 C 鋼的原始組織最接近平衡狀態，奧氏體越不容易形成，表現為，溫度提高 10，晶粒度：晶粒大小的量度 11，晶粒長大是一個自由能降低的過程，因此是一個自發的過程，而控制晶粒的大小則可以控制晶粒的性能 12，奧氏體晶粒長大特點：A：細晶粒鋼：如用鋁脫氧，含AlN顆粒，可抑制晶粒長大 B：粗晶粒鋼：如用硅脫氧，不含能抑制晶粒長大的第二項粒子 13，影響奧氏體長大的因素： A溫度升高，保溫時間加長，奧氏體長大明顯，加熱快過熱高，奧氏體越細小B 晶界上存在第二項（如碳化

6、物）對晶粒長大期阻礙作用，是奧氏體長大傾向變小 C 合金元素：影響奧氏體長大的除Mn外，其他均是奧氏體長大受阻 D C含量 a 1.2%-1.6% 粗大b 大于1.6% 細小（碳化物不能完全溶解。作為第二項析出） E 原始組織形狀：片狀珠光體產生的奧氏體細晶界多：粒狀珠光體產生大奧氏體粗大。同時原始組織約細小，產生的奧氏體易長大 14，奧氏體大小控制手段： A 利用AlN顆粒細化晶粒 B 利用過渡族經書的碳化物來細化晶粒 C 快速加熱，利用溫度和時間對奧氏體長大的影響來細化晶粒 15，組織遺傳：過熱后的鋼再次正常加熱后，奧氏體仍保留原來的粗大晶粒，甚至原來的取向和晶界（根本原因：大晶粒生成后的

7、組織轉變中維持了嚴格的晶體學取向關系） 16 遺傳組織的阻斷： A 避免不平衡組織直接加熱奧氏體 B 避免新的奧氏體無擴散機理形成，為此應該控制加熱速度和溫度，是馬氏體的逆轉不發生 C 通過多次的加熱-冷卻循環來破壞新，母倆相之間的取向關系，從而獲得細小的奧氏體晶粒第三、六章 珠光體與鋼在冷卻時的高溫轉變-蘇建蓬前言過冷奧氏體轉變：奧氏體是高溫穩定組織，當奧氏體冷卻到臨界溫度以下，就不再是穩定組織，稱為過冷奧氏體。過冷奧氏體在不同的冷卻條件下，可以通過不同的轉變機制進行轉變，最終可能轉變為珠光體，貝氏體，馬氏體或他們的混合組織。在非平衡冷卻條件下，隨著過冷度的增大，轉變溫度的降低，除轉變的驅動

8、力增大外，鐵原子與碳原子的活動能力均不斷下降，這將影響奧氏體的轉變機制，可以根據轉變機制的不同，將過冷奧氏體的轉變劃分為三大類,即鐵原子與碳原子均能充分擴散的高溫轉變，即珠光體轉變；鐵原子已難以轉變而碳原子尚能擴散的中溫轉變，即貝氏體轉變；鐵原子與碳原子均已不能擴散的低溫轉變，即馬氏體轉變。1. 珠光體轉變（高溫轉變）-擴散型相變2. 貝氏體轉變（中溫轉變）-半擴散型相變（等溫形成）3. 馬氏體轉變（低溫轉變）-非擴散型相變（連續降溫形成，切變型）三大組織的分類：1珠光體 n 普通珠光體 650Ar1 粗Pn 索氏體S 600 650n 屈氏體T 5506002貝氏體u 上貝氏體（高溫B） 5

9、50350u 下貝氏體（低溫B） 3502303馬氏體l 板條狀M (位錯M，低碳M)l 片狀M（孿晶M，高碳M）注意：u 在珠光體轉變中，隨著轉變溫度的降低，相變驅動力的增大，所形成的珠光體越來越細，片層間距越小u 連續冷卻的過程中，高溫形成的P比較粗，低溫形成的P比較細，這樣組織不均勻的P將引起力學性能不均勻，從而可能對鋼的切削加工性產生不利影響，對于結構鋼可以采用等溫處理（等溫正火或等溫退火）的方法來獲得粗細相近的P組織。一：過冷奧氏體的等溫冷卻轉變曲線（TTT圖或IT圖）（一）C曲線的建立測出在不同溫度下等溫轉變的開始溫度和轉變終止溫度，并把開始點和終止點連接起來注：（1）鼻子處過冷奧

10、氏體最不穩定，孕育期最短；（2）轉變量為50%時轉變速度最快；（3）三個區域：高溫區，中溫區，低溫區。（二）C曲線的類型由于各種合金元素對過冷奧氏體的三種冷卻轉變溫度以及轉變速度具有不同的影響，這就使C曲線的形狀多種多樣，基本類型大致有以下六種：1;單一的C曲線，實際上是由兩個臨近的C曲線合并而成的，在鼻尖以上等溫時，形成P，在鼻尖以下等溫時，形成B。2：雙C型，P轉變向右顯著推移（Cr,Mo,W,V）3：B轉變顯著向左推移4：只有B轉變；5：只有P轉變的C曲線；6：在M轉變點以上都沒有C曲線（三）影響C曲線的因素1：含碳量u 亞共析鋼：含C，C曲線右移u 過共析鋼：含C，C曲線左移2:合金元

11、素：除Mo外，其余的均使C曲線右移（可以看出，加入合金元素使臨界冷卻速度下降，增加了鋼的淬透性）3：A晶粒度A晶粒越細，P的形核率越大，孕育期越短，C曲線左移；4:A的均勻化程度奧氏體成分越均勻，冷卻時P形核和長大過程所需的擴散時間越長，C曲線右移5：A塑性變形的影響 隨變形量的增大，C曲線左移（即促進P轉變）6：拉應力促進P轉變，壓應力抑制P轉變。從以上幾點大家可以總結出影響P轉變的因素！二：過冷奧氏體連續冷卻轉變曲線（CCT圖）特點:1：對于亞共析鋼，過共析鋼，在連續冷卻時無B轉變2：連續冷卻轉變可以看作由無數個等溫過程組成；3：臨界冷卻速度，取決于CCT曲線的形狀和位置；右移使之降低，左

12、移使之升高。CCT圖與TTT圖的比較：1：CCT曲線都處于同種TTT曲線的右下方。這是由于連續冷卻轉變時的轉變溫度較低，孕育期較長所致。2：從形狀上看，CCT無論是P轉變區和B轉變區，都只有相當于TTT曲線的上半部。3：碳鋼連續冷卻時可使中溫的B轉變被抑制。這是由于B轉變的孕育期較長所致三:轉光體轉變即其組織特征和性能（一） 層片狀P1：形核優先在A晶界處形核領先相：u 亞共析鋼 ：鐵素體u 過共析鋼：滲碳體2：長大機制u 橫向：層片交替形核生長；分叉生長機制u 縱向：奧氏體中有C濃度梯度，C的長距離擴散和界面擴散，控制因素:鐵素體和滲碳體的協同生長。3：形態u 珠光體領域（鐵素體和滲碳體片大

13、體上維持相同的取向）珠光體團u 片層間距（相鄰兩片滲碳體或鐵素體中心之間的平均距離）對P的機械性能有決定性的影響；注：片層間距隨溫度降低而減小；片層間距小，機械性能好；根據片層間距的大小可將P分為普通珠光體，索氏體和屈氏體。（二） 粒狀P或球狀P滲碳體以顆粒狀分布于鐵素體基體上，可以通過球化退火得到注：亞/過共析鋼的P轉變偽共析轉變偽共析區偽P（索氏體或者屈氏體）先共析相的形態：u 先共析鐵素體：粒狀，網狀，魏氏組織（中C鋼冷速適中時出現）u 先共析滲碳體：粒狀，網狀，魏氏組織Fe3C(可以用正火消除)（三） P的機械性能1. 層片狀P，取決于片層間距；冷卻速度，T，強度，硬度，塑性和韌性有所

14、改善；硬度TS普通P；2. 球狀P的力學性能優于片層狀P，主要取決于滲碳體顆粒大小，數量和分布，滲碳體顆粒越小，分散越均勻，硬度和強度越高。粒狀P常常是高碳鋼（高碳工具鋼）切削加工前要求獲得的組織形態，不僅提高了高碳鋼的切削加工性能，而且可以減少鋼件淬火變形，開裂傾向。3. 珠光體含量，韌脆轉變溫度四 和珠光體轉變有關的熱處理退火和正火（一） 退火定義：退火是鋼的熱處理工藝中應用最廣，花樣最多的一種工藝，是將鋼加熱到適當的溫度保溫，然后以適當的速度冷卻，以降低硬度，改善組織，提高加工性（如冷變形，切削加工等）或獲得所需之機械和物理性能的一種熱處理工藝。（冷速慢，得到普通P）1：完全退火1) 定

15、義：是指將鋼加熱到Ac3以上得到均勻的奧氏體，然后再緩慢冷卻發生珠光體轉變的工藝。2) 目的：改善鋼在鑄造，鍛造，軋制和焊接過程中產生的魏氏組織或粗大奧氏體晶粒等組織缺陷，使組織細化，提高塑性，消除應力，改善鋼的進一步加工變形的能力。3) 工藝：u 加熱溫度：碳鋼Ac3(30-50) 合金鋼Ac3(50-90) u 加熱速度：碳鋼150-200h 合金鋼50-100hu 保溫時間：一般按有效截面厚度1.5-2.5minmm保溫u 冷卻速度：冷卻太慢，會出現大塊鐵素體，造成工件過軟，切削加工時“粘刀”；冷卻太快則出現S或T組織，造成硬度偏高，也不利于切削加工。合理選擇冷卻速度：u 碳鋼： 100

16、-200h（一般可隨爐冷卻）u 合金鋼：需要更慢的冷速，否則易淬火，爐冷到500-600再出爐空冷4）適用范圍：中，低碳鋼的鑄件，焊接件，熱軋或熱鍛件注意：過共析鋼不能采用完全退火（否則會出現網狀Fe3C）！2：不完全退火1) 定義：將鋼件加熱到Ac1與Ac3或Acm之間某一溫度（不完全奧氏體化），經保溫后緩冷。2) 目的：減小組織的分散度，消除應力，降低硬度；對于共析或過共析鋼來說，可以使片狀P變成粒狀P,即球化退火。3：等溫退火定義：加熱與前述退火工藝大體相同，冷卻時迅速將工件冷到Ar1以下某一溫度，等溫停留一定時間，使珠光體轉變完成后出爐空冷。時間較短，成分均勻適用于合金鋼4：球化退火（

17、適用于合金工具鋼，屬于共析鋼或過共析鋼）獲得球化體的三種途徑：珠光體球化；由奧氏體轉變為球化體；馬氏體在低于并接近A1的溫度分解。（1）工具鋼球化退火的目的：u 改善切削加工性能。工具鋼大都是過共析鋼，經軋制或鍛造后，其組織中P的形態一般為片狀或細片狀，甚至二次滲碳體以網狀形式沿晶界析出，這類組織硬度比較高，切削加工比較困難，通過球化退火，可以降低硬度，有利于提高切削加工性能。u 為最終熱處理做好準備。（2）分類n 普通球化退火：將鋼加熱到略高于Ac1的溫度（以上20-30）保溫適當時間然后隨爐緩慢冷卻。n 等溫球化退火：將鋼加熱到略高于Ac1的溫度，隨爐冷卻到略低于Ar1的溫度進行等溫。n

18、周期化退火：在A1附近交替加熱和冷卻若干次，然后隨爐冷卻，冷至500左右出爐空冷。5：擴散退火（均勻化退火）1) 定義：在遠高于Ac3（或Acm）的溫度加熱并經長時間保溫后爐冷或者緩冷。2) 目的：改善或消除在冶金過程中形成的枝晶偏析，使鋼的化學成分均勻化。3) 注意：u 成本和能耗很高，適用于高級合金鋼錠或者大型鑄件；u 長時間的保溫可能引起晶粒粗化，對于已經成型的鑄件應該再補充一次完全退火或者是正火6：再結晶退火1) 定義：將鋼件加熱到再結晶溫度以上的某一溫度【一般是T再+（150-250）】，保溫一定時間（保溫時間要視所控制的晶粒大小和裝爐量來定，一般為1-3h），然后隨爐緩冷或者出爐空

19、冷的熱處理工藝。2) 目的：消除冷變形產生的冷作硬化，使被拉長的，壓扁或者破碎的晶粒變為均勻的等軸晶粒，從而使鋼的強度塑性，以便后續的加工。3) 注意：避開臨界變形量。7：低溫退火（消除應力退火）1) 定義：將工件加熱到A1以下某一溫度，進行保溫后隨爐緩慢冷卻到200-300出爐空冷的熱處理工藝。（利用的是冷變形金屬在較低溫度加熱時會發生回復過程）2) 目的：消除鑄鋼件，鍛件，焊接件以及切削加工過程中產生的內應力，防止工件在后續工序或使用過程中發生變形或開裂。3) 工藝：加熱溫度： 碳鋼和低合金鋼 550-650 高合金工具鋼600-750（二） 正火1. 定義：將鋼加熱到Ac3(或者是Acm

20、)以上適當溫度（30-50），保溫一定時間，使奧氏體均勻化，然后出爐在空氣中冷卻的工藝方法。（空冷，冷速較快，得到索氏體S）2. 目的：獲得細珠光體組織，硬化較軟的鋼件，提高加工性；消除熱加工缺陷（如帶狀組織，魏氏組織）；消除網狀二次滲碳體3. 注意：u 截面太厚的工件空冷時易產生殘余應力；u C曲線比較靠右時，正火可能得到M，此時可用正火代替淬火；u 正火后的硬度比完全退火后高，而塑性略低（三） 退火和正火的缺陷u 過燒：晶界融化；黑脆：滲碳體石墨；u 魏氏組織：晶粒粗大且冷速適中時產生，可用正火消除；反常組織：亞共析鋼中出現滲碳體，過共析鋼中出現鐵素體。（四） 退火和正火的選用1) 低碳鋼

21、：正火主要解決塑性過高而造成粘刀而不易切削加工的問題，通過正火可以獲得晶粒比較細小的鐵素體和數量較多，較細密的珠光體，使組織均勻，硬度提高而易于切削。2) 中碳鋼：u 含碳0.45%：正火正火后硬度一般HB229；u 含碳0.45%及合金含量較高的中碳結構鋼：退火正火硬度過高，切削加工困難；3) 高碳鋼：退火 u 含碳共析成分：不完全退火或者完全退火 u 共析或含碳共析：球化退火 u 即：含C0.5%正火；0.5%退火；共析及共析成分球化退火！第四章 馬氏體轉變-陳述一、馬氏體轉變概念1.定義：在相變過程中通過無擴散切變方式使母相原子協同式遷移到新相中，遷移距離小于一個原子間距，并與母相保持共

22、格關系的相變。2.特點：（1）無原子擴散，切變；（2）共格（共格關系破環即停止）3.鋼中的馬氏體：碳原子在-Fe中的過飽和固溶體。符號：M或二、馬氏體轉變特點(P78)1.表面浮凸與切變共格性：與馬氏體相交的表面，一邊凸起，一邊凹陷，并牽動相鄰奧氏體也呈傾突現象，見P79圖4-4。說明：a.馬氏體轉變以切變方式完成；b.馬氏體與奧氏體相界面上原子為兩相共有，即新相、母相保持共格關系。2.無擴散性：馬氏體相變鐵原子遷移未超過一個原子間距，說明鐵原子未擴散；馬氏體中碳含量與原奧氏體中碳含量相同，說明碳原子未擴散。3.新相與母相間維持一定的晶體學位向關系：（1）K-S關系，密排面平行，密排方向平行。

23、另外還有西山關系和G-T關系。（2）慣習面（共格面）：鋼有三種：C%<0.6%,111；0.6%<C%<1.4%,225；1.5%<C%<1.8%,259；隨馬氏體形成溫度的下降，慣習面有向高指數變化的趨勢。4.轉變的不完全性：馬氏體轉變結束后最終組織中含有殘余奧氏體。5.轉變的可逆性：重新加熱后發生逆轉變。三、馬氏體的組織形態(P86)1.常見形態：低碳/位錯M（板條狀），高碳/孿晶M（片狀）2.顯微組織：（1）板條M：由窄而細長的M板條成群地、相互平行地連在一起，板條間為殘余奧氏體薄膜。形成溫度為200以上，亞結構為高密度位錯。M板條群（一個晶粒內有若干個）：

24、慣習面指數不同，大角度晶界；M同位向束(塊)：慣習面指數相同，晶體學位向不同，大角度晶界；M板條：慣習面指數相同，晶體學位向關系相同，小角度晶界。（2）片狀M：M片呈雙凸透鏡狀，呈一定角度排列。形成溫度一般200以下。3.影響M形態及亞結構的因素 溶入-Fe中的C%：C% MS 片狀M 板條M（1）成分 擴大區：Ni、Mn、CO、Cu、C、NMS合金元素 縮小區：Cr、Ti、V、Nb MS （2）A、M強度：A、M的S都小 板條M111；A的S小，M的S大 片狀M225； A、M的S都大 片狀M259。（3）滑移、孿生的分切應力臨界力 T0Ms 板條M 滑移 Mf<T0<Ms Mf

25、T0 片狀M 孿生 MfMs在T0之上 板條M0 T Mf T0 Ms MfMs在T0之下 片狀M四、奧氏體穩定化(P106) 熱穩定化：鋼在淬火冷卻過程中由于緩慢冷卻或中途停留而引起A M遲滯現象。穩定化機制 機械穩定化：在MA以上對奧氏體進行大量塑性變形，抑制M轉變，使Ms降低，即奧氏體穩定化。 五、馬氏體機械性能（P101） 1.M的強度、硬度較高，主要決定于其碳含量。 M強化機制：（1）C原子固溶強化；（2）亞結構引起的強化；（3）時效強化。 2.M的塑性、韌性： 低碳M具有較高的強韌度，高碳M塑、韌性較差。 孿晶亞結構，滑移系少，塑、韌性差；高碳M：aK低 M生長速度極快，互相碰撞產

26、生顯微裂紋； 片狀尖端應力集中。工程應用：相變誘發塑性鋼TRIP（P106），熱彈性馬氏體。知識結構圖 C在-Fe中的過飽和固溶體 無序c=aM 正方度c/a 部分有序c/a下降 反常正方度（有序-無序轉變） 有序c/a最大 表面浮凸與切變共格性無擴散性MT特點 新相、母相保持一定的晶體學位向關系 轉變的不完全性轉變的可逆性-一定條件下發生逆馬氏體轉變 高碳（孿晶）M主要M形態 低碳（位錯）M 形成溫度影響M形態和亞結構的因素 奧氏體層錯能 （P92）A、 M強度B、 化學成分：C、合金元素影響MS點因素 應力和塑變 奧氏體化條件（加熱溫度T，保溫時間t） 先馬氏體組織轉變 等溫轉變 變溫轉變

27、MT動力學類型 爆發式轉變 表面轉變 C原子固溶強化 強、硬度 位錯、孿晶等亞結構強化 M時效強化M機械性能 低碳M 塑、韌性 （P105 相變誘發塑性） 高碳M 熱穩定化 反穩定化A的穩定化 機械穩定化熱彈性M及形狀記憶效應（P111）第五章 貝氏體轉變-劉洋貝氏體：由過飽和的鐵素體和碳化物組成的非層片狀組織。一、 貝氏體轉變特征1、 貝氏體轉變的溫度范圍550230攝氏度，中溫轉變，半擴散型相變2、 貝氏體轉變產物上貝氏體：它是由成束的、大體上平行的板條狀鐵素體和條間的呈顆粒狀的滲碳體組成的非層片狀組織。下貝氏體：鐵素體和碳化物構成的復相組織，在其基體上沉淀著許多細微的碳化物。3、 相變動

28、力學的控制因素上貝氏體：碳在奧氏體中的擴散系數下貝氏體：碳在鐵素體中的擴散系數4、 晶體學慣習面：上B；下B:二、 鋼中B組織形態1、 上B：共析鋼350550顯微組織：條具有羽毛狀特征空間形態：條同板條狀馬氏體，橫斷面近似橢圓形的長條亞結構：高密度的位錯（低于M）組織較差。2、 下B: 共析鋼350顯微組織：黑片（針）狀空間形態：同片狀M亞結構：高密度位錯（比上B多）具有良好的強韌性3、 粒狀貝氏體和無碳化物貝氏體（看書P121）三、 轉變過程和機制（看書）四、 貝氏體轉變動力學1、 特點：貝氏體轉變是一個形核和長大的過程，形核需要一定的孕育期，長大速度較馬氏體慢得多，轉變具有不完全性。2、

29、 B等溫轉變動力學圖（C曲線看書P134）3、 影響因素 化學成分加熱時溶入奧氏體中的碳含量增加，使切變阻力增大，推遲了B的轉變，C曲線右移。合金元素的加入除鈷和鋁外，其他合金元素均推遲B轉變，C曲線右移。 加熱時奧氏體晶粒的大小晶粒尺寸越大，晶界面積越小，不利于B的形核，推遲B的轉變，C曲線右移。 應力產生塑性變形拉應力有利于貝氏體的轉變，C曲線左移。高溫塑像變形，在奧氏體中形成大量缺陷，切變阻力增大，阻礙B轉變，C曲線右移。中溫塑性變形，促進切變滑移，促進B轉變，C曲線左移。五、 貝氏體的機械性能（具體看書P138）上B：強度硬度較低，塑性韌性較差。下B：較高的強度硬度，足夠的塑性和韌性，

30、具有較高的強韌性。下B的韌脆轉變溫度較上B低。第七章 鋼的淬火-陳述一、鋼的淬火概述1.定義：將鋼加熱到臨界溫度（AC3低、中碳鋼，AC1高碳鋼）以上，保溫一段時間使之奧氏體化后，以大于臨界冷速的冷卻速度進行冷卻的工藝。2.淬火-回火的工藝目的：（1）提高硬度和耐磨性（淬火+低溫回火回火馬氏體）；（2）提高強韌性,獲得良好的綜合機械性能（淬火+高溫回火回火索氏體）；（3）提高硬磁性；（4）提高彈性,制造彈簧鋼（淬火+中溫回火回火屈氏體）；（5）提高耐蝕性和耐熱性。3.必要條件：（1）冷速V>VC；（2）溫度T約為AC3+（3050）或AC1+（3050）。具體內容詳見P166P171。二

31、、淬火介質 （1）高溫范圍，慢冷以減小熱應力；1.理想介質 （2）中溫范圍，快速冷卻避免出現珠光體組織轉變； （3）低溫范圍，慢冷以減小組織應力和熱應力。 2.實際介質：（1）有物態變化；（2）無物態變化。 蒸汽膜階段：工件周圍介質汽化形成蒸汽膜，熱輻射傳熱較慢。3.冷卻機理 沸騰階段：工件與介質接觸，汽化并有氣泡逸出散熱，傳熱較快。 對流階段：工件溫度低于介質沸點，對流傳熱較慢。4.淬火烈度H（冷卻強度）（P175）5.常見淬火介質：（1）水：冷卻強度較高，且受水溫影響較大；低溫區冷卻能力過強，易使組織應力過大。（2）鹽水（10%15%NaCl溶液）：蒸汽膜易破裂，高溫冷卻能力強。（3）油：

32、冷卻能力比水弱；馬氏體轉變溫區冷速較慢，適于淬火；對油溫影響不敏感。（4）乳化液：冷卻強度介于油和水之間。（5）鹽浴（無物態變化）：冷卻強度比油稍低。 硝鹽：KNO3等，使用溫度較低，約200； 氯鹽：KCl等，使用溫度較高，約500。三、鋼的淬透性1.淬透性與淬硬性：（1）淬透性：鋼在淬火時能夠獲得M的傾向，也稱可淬性，取決于VC；（2）淬硬性：鋼在正常淬火條件下，能夠達到的最高硬度，也稱可硬性，取決于溶入A內的C%。2.衡量淬透性的參數：（1）臨界淬火直徑DC；（2）淬硬層深度h。3.影響淬透層深度的因素： C%：鋼中C% Vc 淬透性（1）成分 Me%：除CO外，其它使C曲線右移Vc 淬

33、透性（2）奧氏體化溫度：T 成分均勻C曲線右移Vc（3）未溶第二相。四、淬火缺陷 熱應力：由零件表面與心部溫差造成的熱脹冷縮不匹配產生的應力。1.淬火應力 組織應力：由于內外溫差造成的組織轉變不同時而產生的應力。（1） 熱應力：加熱溫度>AC1（不發生相變），如奧氏體不銹鋼； 快速冷卻造成變形，最終應力狀態為表層受壓，心部受拉。影響因素：a、冷速，b、工件厚度、直徑，c、傳熱系數。（2） 組織應力：加熱溫度>AC3、ACm，加熱到奧氏體單相區；在Ms之上慢冷，在Ms之下慢冷，避開熱應力影響，最終應力狀態為表面受拉，心部受壓。影響因素：a、過冷度，b、化學成分淬透性。注：Ms以上只有

34、熱應力，以下兩種應力都有。影響因素詳見P189P191。2.淬火變形（1）形狀變形（P189 圖7-25）（2）體積變形（比容差造成）3.淬火裂紋（P191P195）（1）縱向裂紋：切向組織應力下產生（表層）；（2）橫向裂紋：軸向熱應力作用下產生（深層）；（3）網狀裂紋：組織應力作用下產生（表層）。五、淬火加熱原則：防止氧化、脫碳、熱變形，復雜零件選擇加熱溫度下限。六、加熱時間：t=a×K×D（a-加熱系數，K裝爐量修正系數，D有效厚度）七、冷卻方式（詳見P166P167）知識點結構圖 單、雙液淬火 分級淬火方法 預冷淬火 淬火加熱T，t （P166 圖7-1） 等溫淬火

35、等溫T，t，介質 加熱T 成分、形狀、尺寸工藝參數 保溫t 加熱介質 冷卻方式 裝爐介質、爐溫 汽化沸騰散熱 有物態變化 界面：輻射、傳導、對流淬火介質 無物態變化 界面：輻射、傳導、對流 蒸汽膜階段特性、機理 沸騰階段有物態變化淬火介質 對流階段 水 介質 鹽水、堿水 冷卻強度H （P176） 油無物態變化淬火介質：鹽浴、堿浴、熔融金屬（P174）新型冷卻介質（P177） 斷口檢驗法 U曲線法淬透性的確定 臨界直徑法 （P179） 端淬法 變形（熱應力、組織應力、比容差效應） 開裂（類型、因素、防止措施）淬火缺陷 硬度不足 （P188-P195） 軟點 氧化、脫碳 A晶粒超細化：超快速加熱、

36、快速加熱循環淬火、形變熱處理 碳化物超細化：高溫調質、高溫固溶等溫處理淬火新工藝 控制M、B組織形態及組成的淬火（P195-P199）保留適當數量塑性第二相的淬火 第八章 回火轉變與鋼的回火-高洪揚鋼的回火是將淬火鋼加熱到臨界溫度（A）以下的溫度保持一定的時間，然后冷卻至室溫的一種熱處理工藝。目的：1、獲得所需要的組織；2、獲得所需要的性能；3、消除或減少淬火鋼件的殘余應力（熱應力、組織應力）。1、 淬火鋼在回火時的轉變：淬火鋼的組織主要是馬氏體和一定量的殘余奧氏體，有時還有少量的滲碳體（或碳化物)等。回火過程的組織變化可大致分為五個階段：1、 M中C原子的偏聚（20-100） 板條狀M：C在

37、位錯線附近偏聚； 片狀M：在100孿晶面上形成1nm的小片狀C偏聚區。2、M的分解（100-250） 板條狀M： T200、小片狀碳化物； 片狀M：100-150析出小片狀碳化物。 3、 殘余奧氏體（A）的分解：（200-300） 高溫區回火：AP 中溫區回火：AB 低溫區回火：AM4、碳化物類型轉變： （FeC） 相（-Fe）：板條狀、片狀5、 相的回復、再結晶(400-700): FeC的球化、粗化，以及等軸鐵素體晶粒的形成。 (低溫）回火馬氏體：淬火馬氏體經低溫回火后獲得的馬氏體或馬氏體+小片狀碳化物的混合組織。（中溫）回火屈氏體：淬火馬氏體經中溫回火后獲得的過飽和相+小片狀或小顆粒狀碳

38、化物的混合組織。（高溫）回火索氏體：淬火馬氏體經高溫回火后獲得的等軸狀鐵素體+粗粒狀碳化物的機械混合物。 制定回火工藝，就是根據對工件性能的要求，考慮鋼的化學成分、淬火條件、淬火后的組織和性能，正確選擇回火溫度、保溫時間和冷卻方法。低溫回火：150-250： 低C鋼：回火M，高C鋼：回火M+(碳化物）+A應用；高的強度、硬度、耐磨性，用于工具、模具、刀具。中溫回火：350-500:回火T 應用：高的彈性極限、強熱性，用于彈簧等彈性元件。高溫回火：500-650：回火S 應用：高的綜合機械性能，用于軸、標準件、連桿等。650-A：球狀P調質處理：淬火+高溫回火的復合熱處理工藝。2、 淬火鋼在回火

39、時的組織變化：回火穩定性（回火抗力）：淬火鋼在回火時抵抗強度、硬度下降的能力。非碳化物形成元素、弱碳化物形成元素（除Si外）對回火穩定性幾乎無影響；強碳化物形成元素：V、Ti、Nb，顯著提高回火抗力；彌散性二次硬化：含強碳化物形成元素的合金鋼，淬火后在500-600回火后，由于在相中彌散析出特殊碳化物，使鋼的強度、硬度再次提高。紅熱性W、Mo阻止相再結晶，耐熱鋼中常加入這些元素。合金鋼尤其是含強碳化物形成元素的合金鋼回火穩定性好。3、 回火時機械性能的變化一般而言，隨回火溫度的提高，強度、硬度逐漸降低，塑韌性升高。回火脆性(TE)：某些淬火鋼在一定溫度范圍內回火時，韌性反而下降的現象。低溫回火

40、脆性：250-400，和有關，不可逆高溫回火脆性：450-650，和雜質有關，可消除避免第一類回火脆性的方法：避開250-350回火區加入W、Mo馬氏體的硬度最主要來自過飽和碳的固溶強化效應，除了時效階段外，回火的整個過程都伴隨著馬氏體中碳含量的降低，這就是回火時鋼的硬度降低的基本原因。影響回火脆性的因素：1. 鋼的成分。成分是影響回火脆性的最根本因素。致脆元素：Mn、Cr、Ni、Si促脆元素：P、Sn、Sb（銻）、As（砷）、S、B等去脆元素：W、Mo、V、Ti2. 熱處理制度3. 組織狀態。這里主要指回火前的組織形態。回火脆性形成機理：1. 平衡偏聚理論：雜質原子在晶界的偏聚是由于能夠降低

41、畸變能（與雜質原子分布在晶內相比較），這些元素的偏聚會削弱晶界，使晶界的斷裂強度降低。平衡偏聚理論可以解釋回火脆性的下列特征：a.脆化發生在一定溫度范圍,b.脆化程度隨脆化時間的延長而增加,c.回火后的冷卻速度有巨大影響,d.脆化過程具有可逆性,e.脆化主要是一種晶界現象，脆化端口是沿晶斷口。但它不能解釋為什么鋼中要同時存在某些合金元素和雜質才會發生這種脆性。兩種修正P2252. 非平衡偏聚理論P2263. 抑制回火脆性的方法： 在鋼中加入適量的Mo、W等元素 減少鋼中的雜質含量，特別是銻、磷、錫等 以鋁脫氧或加入V、Ti等元素，以獲得細小的奧氏體晶粒 高溫回火后快冷 用亞溫淬火第九章：鋼的化

42、學熱處理-湯海提示：這兩章相對沒那么重要，所以請同學們前面的復習完再再看，但是必須要稍微看一下的。只考前三節，主要是滲碳著重看。1. 鋼的化學熱處理：是將鋼在特定的介質中加熱、保溫，以改變其表層化學成分和組織，從而獲得所需機械或化學性能的工藝的總稱。2. 滲入法：在零件表面滲入某種元素；共滲：同時滲入兩種以上的元素。3. 滲碳：將鋼置于具有足夠碳勢的介質中加熱到奧氏體狀態并保溫，是其表層形成一個富碳層的熱處理工藝。4. 滲碳目的：使零件獲得一定的表面含碳量，一定的濃度梯度，一定的滲碳深度。5. 碳原子擴散驅動力：表面與心部之間的碳濃度梯度。看一下P239圖9-56. 滲碳類型：固體滲碳，液體滲

43、碳，氣體滲碳。主要關注滲碳介質，滲碳溫度，滲碳設備，及其各滲碳優缺點。P242.7. 一般低合金滲碳鋼，表面碳含量為0.85%-1.05%時可獲得最佳性能。典型的滲碳鋼：20CrMnTi(Mo).8. 合金元素對滲碳過程的影響：一般是影響零件表面碳濃度和滲碳深度。凡是碳化物形成元素（鈦、鉻、鉬、鎢含量大于1%等）增加表層碳濃度；凡是非碳化物形成元素（硅、鎳、鋁等）都降低滲碳表面碳濃度。鉻、鉬、錳略微增加滲碳層深度，鎳、鋁、鎢則反之。9. 滲碳后熱處理:直接淬火，預加熱Ar3以上，不析出先共析相F，細晶粒鋼，溫度820850之間，高于Ac1.一次淬火：滲碳后冷至室溫，粗晶粒鋼。表層，Ac1以上，

44、心部出現P，少量F；心部，在Ac3以上，溫度越高，晶粒粗大。二次淬火：對于高溫（980-1050）滲碳的零件不可或缺的。回火：一般滲碳零件都要經過回火才能使用。消除部分內應力和穩定殘余奧氏體。冷處理：減少或消除殘余奧氏體，從而適當提高滲碳層的硬度。10. 滲碳熱處理缺陷：表面脫碳，出現非馬氏體組織，表層馬氏體回火抗力低。11. 滲碳緩冷至室溫由表及里組織：共析層（P+C）共析層（P）亞共析層（P+F）心部（P+F）。12. 氮化：講氮滲入鋼件表面，以提高其硬度、耐磨性和疲勞強度的一種化學熱處理法。特點：a.高的硬度赫爾耐磨性；b.高的疲勞強度；c.氮化溫度低，時間長，滲氮層薄。13. 軟氮化：

45、實質就是氮碳共滲，或稱鐵素體氮碳共滲。溫度，500570Part 2 材料分析測試方法材料分析測試方法嚴成(合肥工業大學 材料科學與工程學院，合肥 230009)摘要：通過對教材的仔細閱讀，和對課本外的其他輔助資料的理解，并且結合個人的體會，從而總結一些本課程的重點和考點。以期能夠帶來一些幫助。材料分析測試方法這門課程是由原先的X光衍射技術基礎和電子顯微分析合并而成。我們可以從不同角度去簡要回顧主要內容，如從介質角度，則有X射線和高速電子；從原理角度，則有衍射和透射（掃描）。本文遵循前者的思路，分別從X射線衍射學、電子衍射、透射電子顯微學以及掃描電子顯微學去討論。個人郵箱：cheng.yan1

46、9901207 hfut406330679通訊地址：合肥市屯溪路193號 合肥工業大學材料學院Methods of Analysis and Measurement for MaterialsCheng YanSchool of Materials Science and Engineering,Hefei University of Technology,Hefei 230009,China(Dated：May 3，2012)Abstract：Based on careful reading of the textbook, coupled with other auxiliary lite

47、ratures,some vital and abstruse points are summarized in this paper. We hope it will be useful to someone so that our hard woking is not in vain.Virtually,this curriculum is comprised of two subjects including X-ray diffraction(XRD) and electron microscope(EM).From various perspectives such as media

48、 and mechanism, we can go over the principal details. The former(media) can be divide into X-ray and electrons while the latter(mechanism) contains diffraction and transmission as well as scanning. This article is organized as follows：XRD is discussed in Section 1,electron diffraction(ED) in Section

49、 2,TEM is involved in Section 3 and Section 4 deals with SEM.Electronic address：cheng.yan19901207 hfut406330679Mailing address：School of Materials Science and EngineeringHefei University of TechnologyTunxi Road 193, Hefei 230009Anhui P

50、rovince, P. R. China一、 X射線衍射1. X射線的基本知識1） X射線的本質是波長比較短的電磁波，其波長范圍為0.05nm0.25nm2） X射線的性質是肉眼不可見，能使氣體電離，使照片感光，能穿過不透明的物體，能使熒光物質發出熒光，沿直線傳播，可以被散射3） X射線產生的條件以及原因或者原理（書上有）4） X射線與物質的相互作用5） 其他的一些基本概念，如吸收限和濾波片的選擇等等2. X射線衍射原理布拉格方程和埃瓦爾德球1） 倒易點陣的構建2） 倒易點陣坐標系和正空間的關系3） 布拉格方程。4） 衍射幾何和埃瓦爾德球（反射球），以X射線波長的倒數為半徑做圓，埃瓦爾德是如此的聰明，用一個簡單的幾何圖形就把衍射理論簡潔、方便和明晰地描述出來！5） X射線衍射強度。由于影響強度的因素很多，討論起來過于復雜，當涉及到定量討論時，需要很多電動力學和量子力學的知識，故此，我們不作過多討論。6） 結