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1、材料加工与成型工艺第四章简答材料加工与成型工艺第四章简答目的：消除毛坯中的缺陷，改善其工艺性能，为后续工艺过程创造条件，并能提高钢的力学性能，充分发挥钢材的潜力，提高零件使用寿命。2.热处理分类：1）整体：退火、正火、淬火、回火等 2）表面：表面淬火 3)化学：渗碳、碳氮共渗、渗氮等.3.根据工序位置的不同，热处理还分为预备热处理和最终热处理.4.钢加热时的转变：1)钢的奥氏体化：首先是珠光体转变为奥氏体，然后先共析相向奥氏体转变或溶解，最后得到单相的奥氏体组织。2）奥氏体晶粒的长大及控制：奥氏体晶粒越小，冷却转变产物的组织越细，其屈服强度、冲击韧度越高。奥氏体晶粒的大小是评定加热质量的指标之
2、一。过热：晶粒度超过规定的标准时的一种加热缺陷。控制奥氏体的晶粒大小方法：加热温度、保温时间、加热速度。加热温度越高，保温时间越长，奥氏体晶粒越大；加热温度相同，加热速度越快，保温时间越短，奥氏体晶粒越小。 （表面淬火） 5.冷却方式：连续冷却（炉冷、空冷、水冷） ，等温冷却（等温淬火）。 研究奥氏体的冷却转变规律的方法：一是在不同的过冷度下进行等温冷却测定奥氏体的转变过程，绘出奥氏体等温转变曲线；另是在不同的冷却速度下进行连续冷却测定奥氏体的转变过程，绘出奥氏体连续冷却转变曲线。6.奥氏体在临界点以上为稳定相，以下成不稳定相，处于过冷状态，称为过冷奥氏体。7.珠光体（P）转变（550 摄氏度
3、以上） ；贝氏体转变（550-230） ，上贝氏体（B 上：550-350） ，下贝氏体（B 下：350-M） 。8.珠光体转变的三条曲线：Ps 线为 A-P 转变开始线；Pf 线为 A-P 转变终止线；K 为 A-P 转变终止线，它表示冷却曲线碰到 K 线时，过冷奥氏体停止向珠光体转变，剩余部分一直冷却到 Ms 线以下发生马氏体（M）转变。9.马氏体是淬火钢的基本组织，按其金相组织形态分：针片状马氏体；板条状马氏体。马氏体强度、硬度取决于含碳量。10.高碳马氏体硬度高、脆性大；低碳马氏体具有高的强韧性。11.马氏体转变量随温度降低而不断增多，直至 Mf,转变停止。此时获得残留奥氏体（As）
4、。残奥会降低钢的硬度和耐磨性；导致工件的尺寸发生变化，降低尺寸精度。改变方法：将淬火件放到零下温度的冷却介质中，以最大限度的消除残留奥氏体，达到提高硬度、耐磨性与稳定尺寸的目的。称为“过冷却” 。12.钢的退火：将钢材或钢件加热到适当的温度，保持一定的时间，随后缓慢冷却以获得接近平衡状态组织的热处理工艺，称为退火 。退火分类：均化退火、再结晶退火、去应力退火、去氢退火，其特点：通过控制加热温度和报温时间使冶金及冷热加温过程中产生的不平衡状态（成分偏析、形变强化、内应力等）过渡到平衡状态。：完全退火、不完全退火、等温退火、球化退火等，通过改变组织和性能为目的，其特点：通过控制加热温度、保温时间以
5、及冷却速度等工艺参数，来改变钢中的珠光体、铁素体和碳化物等组织形态及分布，从而改变性能。13.钢的正火：钢材或钢件加热到 Ac3 以上，保温适当时间，在空气中冷却。14.刚的淬火：将钢件加热到 Ac1 或 Ac3 以上某一温度，保温一定时间，然后以大于临界冷却速度冷却以获得马氏体和下贝氏体组织。15.通过调整冷却介质、淬火方法可以控制淬火件的冷却速度。水和油是最常用的冷却介质，水是最廉价的冷却介质，它的冷能力较大，使用安全，y 污染环境，淬火工件不需要清洗（食盐水溶液、碱水溶液） 。油是常用的冷却介质，主要采用矿物油，冷却性能好，速度较水低，多用于合金钢淬火。常用淬火方法：单液淬火、双液淬火、
6、马氏体分级淬火和贝氏体等温淬火。16.钢的淬透性：指在规定条件下，决定钢材有效淬硬深度和硬度分布的特性。钢的淬透性主要决定于马氏体临界冷速。过冷奥氏体越稳定，马氏体临界冷深越小，钢的淬透性越好。17.注意：要把钢的淬透性和淬硬性区别开，淬硬性是指钢在淬火后能够达到的最高硬度，反钢的硬化能力，主要取决于钢的碳含量。要吧钢的淬透性与具体淬火条件下工件的淬透层深度区别开，同一钢种在同一奥氏体化条件下，其淬透性是相同的，但是，水淬比油淬的淬透层深，小件比大件的淬透层深，这并不意味着同一种水淬比油淬的淬透性大。方法：结构钢末端淬透性实验法最常用。18.淬火缺陷及其防止：变形与开裂：在淬火冷却过程中，由于
7、工件内外温差而导致热胀冷缩不一致，由此而产生的应力称为热应力，除此之外，在组织转变过程中，由比热容的变化而产生的内应力称为组织应力。热应力和组织应力是形成淬火应力的根源。硬度不足：指工件上较大区域内的硬度达不到技术要求。形成缺陷的原因：淬火介质冷却能力不足；淬火加热温度过低或保温时间短，淬火组织中存在珠光体或铁素体；表面脱碳降低了钢的淬硬性。对于硬度不足的工件，可以重新淬火，但在淬火前，应进行一次退火、正火、或高温回火以消除淬火应力，防止在重新淬火的过程中产生更大的变形甚至开裂。氧化与脱碳：钢在加热时，铁和合金元素与氧化性介质作用在工件表面生成氧化物饿现象称为氧化。脱碳是指钢在加热时，钢表层中
8、的碳与周围介质中氧、二氧化碳等发生化学反应，生成含碳气体逸出钢外，使钢表层含碳量下降。氧化会使工件尺寸减小，表面粗糙度增加。脱碳会降低钢的表面硬度、耐磨性和抗疲劳能力。氧化脱碳还会增加淬火开裂倾向。为了防止，通常采用脱氧良好的盐浴加热、保护气体加热、真空加热、高温短时加热等。19.淬火钢的回火：强度、硬度降低，韧性、塑性升高。回火：钢件淬硬后，再加热到 Ac1 点以下的某一温度、保温一点时间后冷却到室温的热处理过程。20.回火分类：低温回火（150-250）：回火马氏体，硬度 58-64HRC 具有较高强度、硬度及耐磨性。中温回火（350-500）：回火托氏体，硬度为 35-45HRC，由铁素
9、体基体和碳化物颗粒组成。具有很高的弹性极限，较高强度、中等的硬度和韧性。高温回火（500-650）：回火索氏体，硬度为 200-330HBW，油铁素体和粒状碳化物组成，具有良好的综合力学性能。21.习惯上将高温回火加淬火称为调质处理。调质一般作为最终热处理，但也可以作为表面淬火和化学热处理的预备热处理，以保证表面和心部不同的性能要求。第一类回火脆性（250-350） ；第二类回火脆性（450-650） 。22.钢的表面热处理：仅对钢的表层进行热处理以改变其组织性能的工艺。最常用的的是表面淬火加回火。钢的表面淬火是通过快速加热，使钢的表层奥氏体化，在心部组织尚未发生相变时立即予以淬火冷却，使表层
10、获得硬而耐磨的马氏体组织，心部仍保持原来的塑性和韧性较好的退火、正火、或调质状态的组织。表面淬火加热可采用：感应加热、火焰加热、激光加热等。 （频率：高频：50-300KHZ 中频：1-10 工频：50HZ） 。多用于中碳钢和中碳低合金钢，如 45、49Cr、40MnB。感应加热表面淬火优点：加热速度快、时间短，表面氧化、脱碳较小，生产率较高；表层局部加热，工件变形小；淬火组织为细隐晶马氏体，表面硬度较高脆性低；表层获得马氏体后，表层膨胀，造成残留压应力，提高疲劳强度；可用于生产流水线，工艺质量稳定。23.钢的化学热处理：把钢制零件放在含欲渗元素的活性介质中加热到预定的温度，保温一定时间，使该
11、元素渗入到工件表层中，从而改变表层的成分、组织和性能。钢的渗碳：为了增加钢件表层的碳含量和获得一定的碳浓度梯度，将钢件在渗碳介质中加热并保温，使碳原子渗入到钢件表层。根据渗碳剂的不同，渗碳方法分：固体、气体、液体渗碳。渗碳层的表面碳含量在 0.8%-1.1%之间为好，尤其在 0.85%-1.05%之间最好。表面碳含量低，则不耐磨且疲劳强度也较低；反之，则渗碳层变脆，易出现压碎剥落。钢经渗碳淬火、低温回火后表面硬度可达 58-64HRC，耐磨性好，心部韧性好。适用于重载、磨损、冲击条件下工件的零件。24.钢的渗氮：在一定温度下使活性氮原子渗入到工件表面。目的：更大提高钢件表面的硬度、耐磨性、疲劳
12、强度和抗蚀性。25.气体渗碳与气体渗氮比较：渗氮温度低，心部不发生相变，零件变形小。渗氮后，具有高耐磨性和热硬性。渗氮后，不再进行热处理，只进行磨削和抛光。渗氮时间长，工艺较复杂，渗氮层薄。26.碳氮共渗：同时向零件表面渗入碳和氮。27.预备热处理：退火、正火、调质。调质作为预备热处理，主要是为了保证表面淬火或化学热处理零件心部的力学性能和为易变形零件最终热处理组织准备。锻造-正火或退火-粗加工-调质-精加工-表面热处理或渗氮。28：最终热处理的工序位置：整体淬火：锻造-正火或退火-粗加工、半精加工-淬火+回火-精加工。表面淬火：锻造-正火或退火-粗加工-调质-半精加工-表面淬火、回火-精加工
13、。整体渗氮：锻造-正火-粗加工-渗碳-半精加工-表面淬火、回火-精加工。局部渗氮：锻造-正火-粗加工-渗碳-去局部渗氮层-淬火、回火-精加工。锻造-正火-机加工-镀铜-渗碳-淬火、回火-退铜-精加工。渗氮：锻造-退火-粗加工-调质-精加工-去应力退火-粗磨-渗氮-精磨或研磨。29.非铁合金的固溶处理：将固溶随温度的升高而增大的合金，加热到单相固溶体相区内的适当温度，保温适当时间，以使原组织中的脱溶相溶入固溶体的过程。30.非铁合金的时效强化：工件经固溶处理在室温或稍高于室温放置，过饱和固溶体发生脱溶分解，其强度、硬度升高的过程（自然时效、人工时效） 。31.高聚物：接枝共聚物 镶嵌共聚物 交联共聚物32.复合强化：在复合过程中，利用高强度、高模量材料作为增强组分与基体材料进行人工复合，使材料性能提高的方法。33.材料的表面技术处理：原子沉积 颗粒沉积 离子注入 激光表面处理 钢的氧化和磷化。
