【正文】 1）、固溶強(qiáng)化：純金屬經(jīng)適當(dāng)?shù)暮辖鸹髲?qiáng)度、硬度提高的現(xiàn)象根據(jù)強(qiáng)化機(jī)理可分為無序固溶體和有序固溶體 固溶強(qiáng)化的特點(diǎn)：溶質(zhì)原子的原子數(shù)分?jǐn)?shù)大，強(qiáng)化作用越大溶質(zhì)原子與基體金屬原子尺寸相差越大，強(qiáng)化作用越大；間隙型溶質(zhì)原子比置換原子有更大的固溶強(qiáng)化作用；溶質(zhì)原子與基體金屬的價電子數(shù)相差越大，固溶強(qiáng)化越明顯。2）、細(xì)晶粒強(qiáng)化：多晶體金屬的晶粒通常是大角度晶界，相鄰取向不同的的晶粒受力發(fā)生塑性變形時，部分晶粒內(nèi)部的位錯先開動，并沿一定晶體學(xué)平面滑移和增殖，位錯在晶界前被阻擋，當(dāng)晶粒細(xì)化時，需要更大外加力才能使材料發(fā)生塑性變形，從而達(dá)到強(qiáng)化的目的?；魻柵迤婀剑害襰=σ+Kyd1/23）、位錯強(qiáng)化晶體中的位錯達(dá)到一定值后，位錯間的彈性交互作用增加了位錯運(yùn)動的阻力。可以有效地提高金屬的強(qiáng)度。流變應(yīng)力τ 和位錯密度的關(guān)系培萊赫許公式：加工硬化 ：金屬經(jīng)冷加工變形后，其強(qiáng)度、硬度增加、塑 性降低。 單晶體的典型加工硬化曲線：τ~θ 曲線的斜率θ=d τ/d θ稱為“加工硬化速率” 曲線明顯可分為三個階段：I． 易滑移階段：發(fā)生單滑移，位錯移動和增殖所遇到的阻力很小，θI 很低，約為104G數(shù)量級。II．線性硬化階段：發(fā)生多系滑移，位錯運(yùn)動困難，θII 遠(yuǎn)大于θI 約為 G/100—G/300 ，并接近于一常數(shù)。III．拋物線硬化階段：與位錯的多滑移過程有關(guān)，θIII 隨應(yīng)變增加而降低，應(yīng)力應(yīng)變曲線變?yōu)閽佄锞€。4）、顆粒強(qiáng)化：當(dāng)?shù)诙嘁约?xì)小彌散的微粒均勻分布在基體相中時，將產(chǎn)生顯著的強(qiáng)化作用，通常將微粒分成不可變形的和可變形的兩類。可變形微粒的強(qiáng)化作用——切割機(jī)制，適用于第二相粒子較軟并與基體共格的情形，強(qiáng)化作用主要決定于粒子本身的性質(zhì)以及其與基體的聯(lián)系，主要有以下幾方面的作用：，提高了界面能。，位錯切過之后，沿滑移面產(chǎn)生反相疇，使位錯切過粒子時需要附加應(yīng)力。，粒子周圍產(chǎn)生共格畸變，存在彈性應(yīng)變場，阻礙位錯運(yùn)動。，擴(kuò)展位錯切過粒子時，其寬度會產(chǎn)生變化，引起能量升高，從而強(qiáng)化。，螺型位錯線切過粒子時必然產(chǎn)生一割階，而割階會妨礙整個位錯線的移動。在實(shí)際合金中，起主要作用的往往是A、B種。增大粒子尺寸或增加體積分?jǐn)?shù)有利于提高強(qiáng)度。不可變形微粒的強(qiáng)化作用——奧羅萬機(jī)制（位錯繞過機(jī)制），適用于第二相粒子較硬并與基體界面為非共格的情形。使位錯線彎曲到曲率半徑為R時，所需的切應(yīng)力為： τ=Gb/（2R） 設(shè)顆粒間距為λ， 則τ=Gb/ λ ，∴ Rmin=λ/2 只有當(dāng)外力大于Gb/ λ 時，位錯線才能繞過粒子。減小粒子尺寸（在同樣的體積分?jǐn)?shù)時，粒子越小則粒子間距也越?。┗蛱岣吡Ｗ拥捏w積分?jǐn)?shù)，都使合金的強(qiáng)度提高。粗大的沉淀相群體的強(qiáng)化作用由兩個相混合組成的組織的強(qiáng)化主要是由于：①纖維強(qiáng)化； ②—個相對另一個相起阻礙塑性變形的作用，從而導(dǎo)致另一個相更大的塑性形變和加工硬化，直到末形變的相開始形變?yōu)橹梗虎?在沉淀相之間顆?？捎刹煌奈诲e增殖機(jī)制效應(yīng)引入新的位錯．16. 自然時效與人工時效。答：1）時效處理可分為自然時效和人工時效兩種自然時效是將鑄件置于露天場地半年以上，便其緩緩地發(fā)生形，從而使殘余應(yīng)力消除或減少，人工時效是將鑄件加熱到550～650℃進(jìn)行去應(yīng)力退火，它比自然時效節(jié)省時間，殘余應(yīng)力去除較為徹底.2）時效處理aging　　為了消除精密量具或模具、零件在長期使用中尺寸、形狀發(fā)生變化，常在低溫回火后（低溫回火溫度150250℃）精加工前，把工件重新加熱到100150℃，保持520小時，這種為穩(wěn)定精密制件質(zhì)量的處理，稱為時效。對在低溫或動載荷條件下的鋼材構(gòu)件進(jìn)行時效處理，以消除殘余應(yīng)力，穩(wěn)定鋼材組織和尺寸，尤為重要?！　r效處理：指合金工件經(jīng)固溶處理，冷塑性變形或鑄造，鍛造后，在較高的溫度放置或室溫保持其性能，形狀，尺寸隨時間而變化的熱處理工藝。若采用將工件加熱到較高溫度，并較短時間進(jìn)行時效處理的時效處理工藝，稱為人工時效處理，若將工件放置在室溫或自然條件下長時間存放而發(fā)生的時效現(xiàn)象，稱為自然時效處理。時效處理的目的，消除工件的內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定組織和尺寸，改善機(jī)械性能等?！　≡跈C(jī)械生產(chǎn)中，為了穩(wěn)定鑄件尺寸，常將鑄件在室溫下長期放置，然后才進(jìn)行切削加工。這種措施也被稱為時效。但這種時效不屬于金屬熱處理工藝。 　　20世紀(jì)初葉，這種合金淬火后硬度不高，但在室溫下放置一段時間后，硬度便顯著上升，這種現(xiàn)象后來被稱為沉淀硬化。這一發(fā)現(xiàn)在工程界引起了極大興趣。隨后人們相繼發(fā)現(xiàn)了一些可以采用時效處理進(jìn)行強(qiáng)化的鋁合金、銅合金和鐵基合金，開創(chuàng)了一條與一般鋼鐵淬火強(qiáng)化有本質(zhì)差異的新的強(qiáng)化途徑——時效強(qiáng)化。 　　絕大多數(shù)進(jìn)行時效強(qiáng)化的合金，原始組織都是由一種固溶體和某些金屬化合物所組成。固溶體的溶解度隨溫度的上升而增大。在時效處理前進(jìn)行淬火，就是為了在加熱時使盡量多的溶質(zhì)溶入固溶體，隨后在快速冷卻中溶解度雖然下降，但過剩的溶質(zhì)來不及從固溶體中分析出來，而形成過飽和固溶體。為達(dá)到這一目的而進(jìn)行的淬火常稱為固溶熱處理。 　　經(jīng)過長期反復(fù)研究證實(shí)，時效強(qiáng)化的實(shí)質(zhì)是從過飽和固溶體中析出許多非常細(xì)小的沉淀物顆粒(一般是金屬化合物，也可能是過飽和固溶體中的溶質(zhì)原子在許多微小地區(qū)聚集)，形成一些體積很小的溶質(zhì)原子富集區(qū)。 　　在時效處理前進(jìn)行固溶處理時，加熱溫度必須嚴(yán)格控制，以便使溶質(zhì)原子能最大限度地固溶到固溶體中，同時又不致使合金發(fā)生熔化。許多鋁合金固溶處理加熱溫度容許的偏差只有5℃左右。進(jìn)行人工時效處理，必須嚴(yán)格控制加熱溫度和保溫時間，才能得到比較理想的強(qiáng)化效果。生產(chǎn)中有時采用分段時效，即先在室溫或比室溫稍高的溫度下保溫一段時間，然后在更高的溫度下再保溫一段時間。這樣作有時會得到較好的效果。 　　馬氏體時效鋼淬火時會發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，形成馬氏體。馬氏體就是一種過飽和固溶體。這種鋼也可采用時效處理進(jìn)行強(qiáng)化。 　　低碳鋼冷態(tài)塑性變形后在室溫下長期放置，強(qiáng)度提高，塑性降低，這種現(xiàn)象稱為機(jī)械時效。3）馬氏體時效鋼馬氏體時效鋼包含高強(qiáng)度鋼的一個專門類別，它們與傳統(tǒng)鋼的區(qū)別在于它們通過冶金反應(yīng)來硬化，而與C沒有關(guān)系。這些鋼在大約480℃的溫度下由金屬間化合物沉淀而強(qiáng)化。術(shù)語`maraging`是從`馬氏體時效硬化`而來，其所指的是低碳馬氏體的時效硬化。　　工業(yè)上，馬氏體時效鋼設(shè)計用來提供屈服強(qiáng)度從10302420兆帕的特定水平。一些實(shí)驗性馬氏體時效鋼具有高達(dá)3450兆帕的屈服強(qiáng)度。這些鋼具有很高的鎳、鈷和鉬的含量，并具有極低的含碳量。事實(shí)上，碳在這些鋼中是雜質(zhì)，并盡量保持工業(yè)盡可能低的水平。馬氏體時效鋼的其它變型已經(jīng)研制出來，作為特殊使用。馬氏體時效鋼在美國和國外的不少鋼鐵公司中已進(jìn)行大量生產(chǎn)。　　不用碳而用金屬的間沉淀達(dá)到硬化產(chǎn)生一些獨(dú)特的特點(diǎn)，這使馬氏體時效鋼獨(dú)立于傳統(tǒng)鋼之外。淬透性不再有任何關(guān)系。退火后形成的低碳馬氏體相當(dāng)軟—HRC3035。當(dāng)時效硬化時，僅有極其輕微的尺寸改變。因此十分復(fù)雜的形狀，可先在軟狀態(tài)下機(jī)加工，然后以最小的變形進(jìn)行硬化。焊接性能是優(yōu)秀的。斷裂韌性比普通的高強(qiáng)度鋼好的多。這種不平常的特性，以使馬氏體時效鋼廣泛應(yīng)用需要此種特性的地方。　　物理冶金學(xué)特性：馬氏體時效鋼可以被認(rèn)為是高合金低碳馬氏體。這些鋼中的相變可以在圖1所示的兩相圖的幫助下加以解釋。亞穩(wěn)狀態(tài)圖表明這些鋼在從奧氏體化溫度冷卻時的典型行為。直到到達(dá)Ms溫度和形成馬氏體為止均不產(chǎn)生相變。即使是厚截面極緩慢的冷卻也只產(chǎn)生馬氏體，因而沒有淬透性不足的問題?！　〕囈酝獾暮辖鹪孛黠@地改變圖1所示的Ms溫度，但不改變轉(zhuǎn)變與冷卻速率無關(guān)這一特性。除鎳以外的元素通常降低Ms的轉(zhuǎn)變區(qū)間，但鈷除外，鈷使其升高。鈷在馬氏體時效鋼的一個作用就是提高馬氏體的轉(zhuǎn)變區(qū)間，因此較大量的其它合金元素就可以加入，而仍然許可在冷卻到室溫之前，完全轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。　　大部分牌號的馬氏體時效鋼具有200300℃左右的Ms溫度，并在室溫時為完全的Ms。此Ms普通為低碳體心立方“板條狀” Ms，含有高的位錯密度但不含孿晶。這種Ms相當(dāng)軟（大約為HRC30）。有好的延展性并可機(jī)加工。　　馬氏體時效鋼的時效硬化，大約在480℃熱處理幾個小時可產(chǎn)生。這樣處理時發(fā)生的冶金反應(yīng)可用圖1右邊的平衡圖來解釋。延長保溫時間，組織傾向于回復(fù)到平衡相—主要為鐵素體和奧氏體。所幸的是，促使硬化的沉淀反應(yīng)，強(qiáng)度能得到極大的提高。然而，隨著時效時間的延長或提高溫度，硬度將達(dá)到一最大值，然后開始下降。這些鋼的軟化，通常不僅由于過時效,就術(shù)語的通常意義即使沉淀質(zhì)點(diǎn)的粗化—而且通過逆轉(zhuǎn)為奧氏體而產(chǎn)生。這兩個過程是交互聯(lián)系的；富鎳的沉淀質(zhì)點(diǎn)的熔化,局部地使基體的鎳富集,這有利于奧氏體的形成，極大數(shù)量的奧氏體(約50%)可終于由延長加熱時間而形成。　　實(shí)質(zhì)上, 馬氏體時效鋼的時效硬化主要是由于金屬間化合物的沉淀而引起。,這種化合物Fe2Mo本身是亞穩(wěn)態(tài)的.17. 具有什么性質(zhì)的元素有利于擴(kuò)大鐵的γ相區(qū)或鐵素體相區(qū)？分別列舉其代表性元素。答：一、擴(kuò)大γ相區(qū)：有利于擴(kuò)大γ相區(qū)的合金元素，其本身具有面心立方點(diǎn)陣或在其多型性轉(zhuǎn)變中有一種面心立方點(diǎn)陣，與鐵的電負(fù)性相近，與鐵的原子尺寸相近。如碳、氮和銅，它們使γ相區(qū)擴(kuò)大，但與γFe有限溶解。鐵素體形成元素：在αFe中有較大溶解度并使γFe不穩(wěn)定的元素；二、幾乎所有的合金元素（除Pb外）都可溶入鐵中, 形成合金鐵素體或合金奧氏體, 按其對αFe或γFe的作用, 可將合金元素分為擴(kuò)大奧氏體相區(qū)和縮小奧氏體相區(qū)兩大類。1）擴(kuò)大γ相區(qū)的元素—亦稱奧氏體穩(wěn)定化元素, 主要是Mn、Ni、Co、C、N、Cu等, 它們使A3點(diǎn)(γFe αFe的轉(zhuǎn)變點(diǎn))下降, A4點(diǎn)( γFe的轉(zhuǎn)變點(diǎn))上升, 從而擴(kuò)大γ相的存在范圍。其中Ni、Mn等加入到一定量后, 可使γ相區(qū)擴(kuò)大到室溫以下, 使α相區(qū)消失, 稱為完全擴(kuò)大γ相區(qū)元素。另外一些元素(如C、N、Cu等), 雖然擴(kuò)大γ相區(qū), 但不能擴(kuò)大到室溫, 故稱之為部分?jǐn)U大γ相區(qū)的元素。 2) 縮小γ相區(qū)元素——亦稱鐵素體穩(wěn)定化元素, 主要有Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si、B、Nb、Zr等。它們使A3點(diǎn)上升, A4點(diǎn)下降(鉻除外, 鉻含量小于7%時, A3點(diǎn)下降。 大于7%后,A3點(diǎn)迅速上升), 從而縮小γ相區(qū)存在的范圍, 使鐵素體穩(wěn)定區(qū)域擴(kuò)大。按其作用不同可分為完全封閉γ相區(qū)的元素(如Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si等)和部分縮小γ相區(qū)的元素(如B、Nb、Zr等)。18. 金屬材料合金化和熱處理的主要目的是什么？答：金屬材料合金化和熱處理的主要目的是改變其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)從而改善其性能來滿足其使用性能。19. 比較熱處理工藝中常用的“四火”（目的、工藝特點(diǎn)、用途）答：一、俄整體熱處理是對工件整體加熱，然后以適當(dāng)?shù)乃俣壤鋮s，以改變其整體力學(xué)性能的金屬熱處理工藝。鋼鐵整體熱處理大致有退火、正火、淬火和回火四種基本工藝。 1）退火是將工件加熱到適當(dāng)溫度，根據(jù)材料和工件尺寸采用不同的保溫時間，然后進(jìn)行緩慢冷卻，目的是使金屬內(nèi)部組織達(dá)到或接近平衡狀態(tài)，獲得良好的工藝性能和使用性能，或者為進(jìn)一步淬火作組織準(zhǔn)備。退火的種類 　　1． 完全退火和等溫退火 ：完全退火又稱重結(jié)晶退火，一般簡稱為退火，這種退火主要用于亞共析成分的各種碳鋼和合金鋼的鑄，鍛件及熱軋型材，有時也用于焊接結(jié)構(gòu)。一般常作為一些不重工件的最終熱處理，或作為某些工件的預(yù)先熱處理。 　　2． 球化退火 ：球化退火主要用于過共析的碳鋼及合金工具鋼（如制造刃具，量具，模具所用的鋼種）。其主要目的在于降低硬度，改善切削加工性，并為以后淬火作好準(zhǔn)備。 　　3． 去應(yīng)力退火 ：去應(yīng)力退火又稱低溫退火（或高溫回火），這種退火主要用來消除鑄件，鍛件，焊接件，熱軋件，冷拉件等的殘余應(yīng)力。如果這些應(yīng)力不予消除，將會引起鋼件在一定時間以后，或在隨后的切削加工過程中產(chǎn)生變形或裂紋。2）正火是將工件加熱到適宜的溫度后在空氣中冷卻，正火的效果同退火相似，只是得到的組織更細(xì)，常用于改善材料的切削性能，也有時用于對一些要求不高的零件作為最終熱處理。3）淬火是將工件加熱保溫后，在水、油或其它無機(jī)鹽、有機(jī)水溶液等淬冷介質(zhì)中快速冷卻。淬火后鋼件變硬，但同時變脆。4）為了降低鋼件的脆性，將淬火后的鋼件在高于室溫而低于650攝氏度的某一適當(dāng)溫度進(jìn)行長時間的保溫，再進(jìn)行冷卻，這種工藝稱為回火。鋼回火的目的 　　1． 降低脆性，消除或減少內(nèi)應(yīng)力，鋼件淬火后存在很大內(nèi)應(yīng)力和脆性，如不及時回火往往會使鋼件發(fā)生變形甚至開裂。 　　2． 獲得工件所要求的機(jī)械性能，工件經(jīng)淬火后硬度高而脆性大，為了滿足各種工件的不同性能的要求，可以通過適當(dāng)回火的配合來調(diào)整硬度，減小脆性，得到所需要的韌性，塑性。 　　3． 穩(wěn)定工件尺寸 　　4． 對于退火難以軟化的某些合金鋼，在淬火（或正火）后常采用高溫回火，使鋼中碳化物適當(dāng)聚集，將硬度降低，以利切削加工?；鼗鸬姆N類及應(yīng)用 ：根據(jù)工件性能要求的不同，按其回火溫度的不同，可將回火分為以下幾種：（一）低溫回火（150－250度） 低溫回火所得組織為回火馬氏體。其目的是在保持淬火鋼的高硬度和高耐磨性的前提下，降低其淬火內(nèi)應(yīng)力和脆性，以免使用時崩裂或過早損壞。它主要用于各種高碳的切削刃具，量具，冷沖模具，滾動軸承以及滲碳件等，回火后硬度一般為HRC58－64。（二）中溫回火（350－500度） 中溫回火所得組織為回火屈氏體。其目的是獲得高的屈服強(qiáng)度，彈性極限和較高的韌性。因此，它主要用于各種彈簧和熱作模具的處理，回火后硬度一般為HRC35－50。 （三）高溫回火（500－650度） 高溫回火所得組織為回火索氏體。習(xí)慣上將淬火加高溫回火相結(jié)合的熱處理稱為調(diào)質(zhì)處理，其目的是獲得強(qiáng)度，硬度和塑性，韌性都較好的綜合機(jī)械性能。因此，廣泛用于汽車，拖拉機(jī)，機(jī)床等的重要結(jié)構(gòu)零件，如連桿，螺栓，齒輪及軸類。回火后硬度一般為HB200－330。退火、正火、淬火、回火是整體熱處理中的“四把火”，其中的淬火與回火關(guān)系密切，常常配合使用，缺一不可。 5）“四把火”隨著