材料加工与控制粗略知识点

三 金属加热时的物理化学现象： 1金属在加热时的氧化过程

氧化的实质与特征 工件在加热到高温时通常要与氧 二氧化碳以及水蒸气 二氧化硫等氧化性气体发生作用，而使表面形成一层氧化铁，他不仅使工件表面失去光泽 并变得粗糙不平，降低尺寸精度么 而且使得工件的机械性能如弯曲疲劳强度等变坏，同时在冷拔 冷冲 模锻时容易引起模具损坏。这是一种扩散过程 氧气 fe离子

影响氧化的因素 加热温度和加热时间的影响：随着钢的加热温度升高，由于氧化扩散速度加快，氧化过程也就越剧烈，因为形成的氧化皮也越厚。加热时间浴场，氧化损失也越大。炉气成分的影响：火焰加热炉的炉气通常有O2 CO2 H2O SO2氧化气体 CO H2还原气体和N2中性气体三种组成。当供给空气过多时，炉气性质为氧化性，形成厚的氧化皮；相反，当供给空气不足，炉气成还原性，可以减少甚至不产生氧化。刚的化学成分影响：钢中含碳量大0.3%时，随含碳量的增加，形成的氧化皮将减少（生成CO）；如刚中有CR NI AL MO等合金元素，这些元素在表面形成致密氧化膜，减少氧化。 控制措施：保护介质中加热；快速加热；表面覆盖一层涂料。 2金属在加热时的脱碳过程

脱碳的实质和特征 钢在高温加热时不仅表面发生氧化，而且钢中的表层中的碳也回和炉中的气氛发生化学反应，造成钢表层的含碳量减少，这种现象叫做脱碳。脱碳也是一种扩散过程 氧 C

影响脱碳的因素 刚化学成分的影响：含碳量越高 脱碳倾向越大；W AL SI CO等合金元素使脱碳倾向增加，二CR MN等元素组织钢脱碳。 加热温度和保温时间的影响：700-1000摄氏度时 由于氧化皮阻碍碳的扩散 因此脱碳过程比氧化慢随着温度升高氧化速度增加 脱碳也增加 此时氧化皮失去作用 达到某一温度后 脱碳比 氧化更剧烈。钢加热时间越长 脱碳曾厚度越厚 炉气成分的影响：脱碳能力最强的是H2O气态 其次是CO2 O2 较弱的是H2。一般在在中性介质或弱氧化性介质中加热 可以减少脱碳。通常防止氧化的措施也可以防止脱碳.

四 加热过程中的变形开裂

工件加热不当，会引起变形和开裂。原因有二：1 温度升高 刚强度下降 如果防止不当 长时间保温在重力下变形 2 工件表面和心部之间 厚薄截面之间，由于温差导致胀缩不同期，产生应力二变形。 引起开裂的原因是工件加热时表面和心部因温差二才喊声的应力超过了钢的断裂强度。

五 钢的加热缺陷：

1 欠热 加热温度没到到规定温度或时间太短 奥氏体化不充分钢中碳化物没完全溶解 引起的成分与组织的某些缺陷。

2 过热 加热温度过高或在高温下停留时间过长，奥氏体晶粒急剧长大，叫过热 3 过烧 不仅奥剧烈粗化 而且晶界出现氧化甚至局部熔化的现象。

六 钢的退火与正火

1 退火工艺分类目的和用途

退火目的：1降低钢的硬度 改善切削加工性能 2 消除应力或加工硬化 提高塑性 便于继续冷加工 3 消除组织缺陷 提高工艺性能和使用性能 4 细化晶粒 改善碳化物的分布和形态 为种种热处理做好组织准备。 2 常用的退火工艺

扩散退火：为改善或消除在冶金过程中形成的成分不均匀性及夹杂物偏聚而形成的退火，加热温度一般高于AC3以上150-250即1100-1200，100-200摄氏度/h 保温时间按照工件截面厚度25mm/h 完全退火：刚加热到AC3以上30=50 缓慢冷却获得接近平衡状态组织的工艺。碳钢150-200度/h 合金钢50-100度/h

等温退火：加热温度与完全退火大致相似 冷却方式不同 是使奥氏体以较快冷速至AR1一下某一温度等温一段时间 使奥完全分解为珠光体 然后出炉空冷。

3钢的正火：把钢加热到临界点AC3或ACCm以上30-50或更高的温度，保温足够时间，然后再空气中冷却，这种工艺方法称为正火。 4退火与正火的选用原则： 1从切削加工性考虑：

含碳量低于0.3或0.3-0.5范围内的地中碳钢采用正火作为预备热处理。含碳量较高0.75-1.2的高碳结构钢和工具钢应该采用退火；对含碳量不超过0.45的低合金结构钢以正火为宜；中合金钢和高合金钢则应选择退火。 2从使用性能上考虑

如果工件达不到性能 则用正火作为最终热处理 但对于形状比较复杂的大型工件则用退火以免开裂。

3从经济效益角度

尽量采用正火代替退火，以降低成本。

七 钢的淬火（不能只根据冷却速度判断是否为淬火） 1 定义 目的及分类：淬火是将钢加热到临界温度AC3或AC1以上 保温一定时间后随着以大于冷却速度VC的冷速进行冷却，使过冷奥氏体转变为马氏体或下贝氏体组织的工艺方法。目的：提高共建中的硬度和耐磨性；提高强韧性；提高弹性；获得某些物理化学性能。分类：按温度：完全淬火，不完全淬火，二次淬火，循环加热淬火；按加热速度：普通淬火，快速加热淬火，超快速加热淬火；按淬火部位：整体淬火，表面淬火，局部淬火；按冷却方式：直接淬火，等温淬火，形变等温淬火。 2淬火加热温度：

碳钢：亚共析钢加热到A3+30-50 共析钢和过共析钢加热到AC1+30-50 4淬火介冷却机理：三个阶段：1蒸汽膜阶段2沸腾阶段3对流阶段

5淬火烈度：淬火介质的冷却强度，规定18度静止水的冷却能力作为标准，令其冷却强烈度为H=1

6钢的淬透性：就是钢在淬火时能够获得马氏体的能力，是钢材本身的固有属性。淬透深度，淬硬性：钢在正常淬火条件下，所能达到的最大硬度。

7影响淬透性的因素：凡是影响奥氏体稳定性的因素都影响淬透性。1含碳量增加显著降低临街冷却速度提高淬透性但继续增加含碳量大于1.2临街冷却速度反而升高 2大多数合金元素降低临街冷却速度 3奥氏体实际晶粒大小对淬透性也有明显影响 晶粒越细 领结冷却速度越小淬透性越高

八 钢的回火

1 回火的目的和分类：将淬火后的钢加热到地狱AC1 保持一段时间后再冷却到室温的工艺；淬火后大多回火原因：淬火后强度和硬度提高但塑性韧性明显下降；淬火组织中的马氏体和参与奥氏体均不稳定；淬火工件存在很大的内应力。主要目的：消除应力，调整性能，稳定组织。分类:

低温回火：小于250度 回火后组织为回火马氏体 保持高的硬度和耐磨性 避免第一类回火脆性：250-350

中温度回火：350*-500 钢的弹性极限出现极大值

高温回火：大于500 调质处理 由铁素体和弥散分布于其中的细粒状渗碳体组成的回火索尸体组织。

九 钢的表面热处理

1钢的表面淬火：工件快速加热 使其表面层打到淬火温度 不等热量传导心部即迅速冷却。分类：感应加热表面淬火 火焰加热表面淬火 接触加热表面淬火 电解液加热表面淬火 高频脉冲冲击加热表面淬火 电子束加热表面淬火 目的：强化钢件表面 2 感应加热表面淬火：利用电磁感应 原理在工件表面产生感应电流 将表面快速加热到临界点以上的一种表面淬火工艺。原理：

电磁感应：涡流：感应电流的流线在工件中自行闭合形成回路。 3 感应加热淬火后的组织与性能：

化层较浅，形状复杂的工件不宜采用。 十一 热处理应力的分类及其分布

1 热处理应力的分类：一 由温差引起的胀缩不均匀而产生的热应力 二 有相变不同期及组织不均匀而产生的组织应力

2热应力：热应力是钢在热处理时普遍存在的一种内应力。热应力造成残余应力的特点：表层为压应力，心部为拉应力。

十二 热处理应力对机械性能的影响

1 参与应力对硬度的影响：工件存在拉应力时，压入部位的苏醒变形提前发生，并且苏醒变形范围要增大，使硬度下降。反之 存在压应力 硬度值略升。

2残余应力对疲劳强度的影响：实验表明，零件表层存在残余压应力能提高钢的疲劳强度；若存在残余拉应力则降低疲劳强度，甚至发生早期疲劳损伤。

十三 热处理变形

1 淬火变形：淬火引起的变形是由组织转变产生的体积（热应力引起的变形，组织应力引起的变形）变形和快速冷却时热应力和组织应力产生的形状变形所组成。。

十四 热处理裂纹

1淬火裂纹的类型：一 纵向裂纹 二 横向裂纹（包括弧形裂纹） 三 网状裂纹 四 剥离裂纹 五 显微裂纹

2 影响淬火裂纹的因素：一 原材料因素 二 锻造缺陷 三 热处理工艺操作不当

1,试诉钢加热时引起氧化和脱碳的原因及对钢性能的影响，如何加以预防？ 答：（1）氧化的原因及影响：工件在加热到高温时通常要与氧，二氧化碳及水蒸气，二氧化硫及氧化性气体发生作用，而使表面形成一层氧化铁，它不仅使工件表面失去光泽，并变得粗糙不平，降低尺寸精度。而且使工件的机械性能，如弯曲疲劳强度等变坏，同时在冷拔，冷冲模锻时容易引起模具损坏。

防治措施：控制炉气性质或在保护介质中加热，是工件表面与周围有害介质隔开，避免氧化性气体的不良影响，以及采用快速加热，以缩短工件在高温下停留的时间，也可对工件表面覆盖一层涂料：

（2）脱碳：钢表层中的碳与炉中的气氛发生化学反应，造成钢表层的含碳量降低：脱碳使工件的硬度，强度，耐磨性，疲劳强度等性能变坏，导致使用中发生早期失效。另外，脱碳对锻造和热处理等工艺性都有不良影响。

防治措施：在中性介质或弱氧化性介质中加热，可以减少脱碳，或采用快速加热，降低脱碳层厚度。

2,影响加热速度的因素有哪些？为什么？答：影响因素：（1）材料本身的成分与性质，工件的尺寸，加热规范等（2）对于大型铸锻焊接件往往存在较大的残余应力，必须控制加热速度。在实际生产中，只要在设备条件和技术要求允许的情况下，应尽可能采用快速加热：对于大型工件和高合金钢件的加热速度，则需要加以严格控制。

3,将?10mm的T8钢加热到760°C并保温足够的时间，问采用何种工艺可获得如下组织：珠光体，屈氏体，上贝氏体，下贝氏体，屈氏体+马氏体，马氏体+少量参与奥氏体，并在C曲线上描出工艺曲线图。

①P：将该状态下的钢冷却至P转变T区并保温 ②屈氏体:将该钢冷却到屈氏体转变T区并保温

③上贝氏体：将该钢冷却至上贝氏体转变温度区并保温 ④下贝氏体：。。。。。。。。。。。。下贝氏体转变温度区并保温 ⑤T+M：。。。。。冷却到屈氏体转变温度区并保温，在其未完全转变为屈氏体前将其冷却到Mf以下

⑥M+A：将该钢冷却到Ms点以下，Mf以上温度

4,今有一批40Cr钢汽车连杆螺栓，其工艺路线为：锻造——热处理——机械加工——调质，试问锻造后应进行何种热处理？调质工艺如何制定？ 答：热处理应采用淬火工艺得到马氏体组织，调质工艺选用高温回火，得到回火索氏体组织，以获得良好的综合机械性能。

5,今有ZG15铸钢工件外形复杂，机械性能要求较高，铸造后应采用何种热处理？ 答：可先对工件进行淬火处理，再再进行高温回火调质处理。 6,化学热处理包括那几个过程？常用的化学热处理方法有那几种？

答：化学热处理包括三个基本过程：化学渗剂的分解；活性原子的吸收；渗入原子的扩散；常用的化学热处理方法有钢的渗碳，渗氮及碳氮共渗。

7,解释下列名词并比较各自的区别：物理吸附和化学吸附；纯扩散和反应扩散。

答：<1>物理吸附：没有电子转移和化学键的吸附现象称为物理吸附;当气体吸附质与金属表面吸附剂接触时，三者以高速度发生反应形成化学键，即发生化学反应，电子交换，组成离子键或共价键结合叫化学吸附。两者的区别：物理吸附没有电子转移和化学键生成，且在低温下发生，完全可逆，即当温度升高时吸附量下降，温度下降时吸附量又增加，且这种吸附不会使分子解离；而化学吸附中有电子转移和化学键的生成，有明显的选择性，在低温时速度较小，随温度升高明显增大，这种吸附可以使分子解离。

<2>纯扩散和反应扩散：纯扩散：在固态有限固溶体中，由于溶质元素在溶剂中有一定溶解度，所以在开始时渗入原子溶解在金属中形成固溶体，这是只有浓度的变化，而没有晶体结构的变化，这样的扩散叫纯扩散；当渗入原子的浓度超过溶解度极限之后，此时会有第二相形成，它可能是固溶体，也可能是化合物（中间相）。通过扩散引起新相生成的现象叫做反应扩散。区别：纯扩散无新相生成，只是浓度的变化，而反应扩散有新相的生成。

8,今有45钢机床齿轮，根据工作条件，其承受载荷不大，但要求齿部耐磨性好，同时要求热处理变形小，试问应用何种表面强化方法？为什么？

答：采用碳氮共渗处理，这样渗氮层能直接获得较高硬度，而避免了因淬火引起的变形，而