【正文】 中化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象。目的是消除內(nèi)應(yīng)力，提高塑性，改善組織。 （3）去應(yīng)力退火（又稱低溫退火）主要用來消除鑄件、鍛件及焊接件、熱軋件等內(nèi)應(yīng)力。 （2）球化退火主要用于過共析鋼及合金工具鋼（如刀具、量具、模具以及軸承等所有鋼種）。 退火與正火的主要區(qū)別是： 正火是完全退火的一種特例，二者僅是冷卻速度不同，通常退火是隨爐冷而正火是在空氣中冷卻，正火既適用于亞共析鋼也適用于過共板鋼，對于共析鋼，正火一般用于消除網(wǎng)狀碳化物；對于亞共析鋼，正火的目的與退火基本相同，主要是細化晶粒，消除組織中的缺陷，但正火組織中珠光體片較退火者細，且亞共析鋼中珠光數(shù)量多鐵素體數(shù)量少，因此，經(jīng)正火后鋼的硬度、強度均較退火的高，由此可知，在生產(chǎn)實踐中，鋼中有網(wǎng)狀滲碳體的材料需先經(jīng)正火消除后方可使用其他工藝，而對熱處理后有性能要求的材料，則據(jù)要求的不同及鋼種不同選擇退火工藝，如：要求熱處理后有一定的強度、硬度，可選擇正火工藝；要求有一定的塑性，盡量降低強度、硬度的則應(yīng)選擇退火工藝。影響形變強化效果的主要因素是合金成分、變形溫度、變形量、冷卻速度和熱處理工藝等作業(yè)7 何謂退火和正火？兩者的特點和用途有什么不同？退火是將鋼件加熱到Ac1或Ac3以上（30~50℃），保溫一段時間，然后再緩慢的冷卻（一般用爐冷）。形變熱處理將塑性變形與熱處理結(jié)合, 強化效果很好, 往往不降低韌性甚至使韌性稍有改善。應(yīng)當(dāng)強調(diào)的是, 熱處理強化不僅可以提高有色金屬的強度, 往往還可以同時提高合金的塑性、韌性、抗蝕性和塑性加工性能, 在工業(yè)上應(yīng)用很廣。馬氏體強化實際上是一種綜合性強化方法,它綜合了細晶強化(馬氏體晶粒遠較母相晶粒細小) 、固溶強化(馬氏體是過飽和固溶體) 、位錯強化(馬氏體中含有高密度位錯)和第二相強化(主要是不可變形微粒的沉淀強化) 于一體, 操作亦比較簡便, 是一種經(jīng)濟而有效的強化方法。 　鈦合金的熱處理強化和鋁合金有本質(zhì)上的區(qū)別。在熱處理前后第二相的組織形態(tài)發(fā)生了很大變化, 而這些變化均有利于合金強化。 5 　熱處理強化許多鋁合金、鎂合金和銅合金都可以通過淬火、時效提高強度, 許多鈦合金(主要是β型鈦合金和α + β型鈦合金) 可以通過馬氏體轉(zhuǎn)變提高強度, 而且強度增幅很大, 有時可以通過熱處理將強度提高百分之幾十甚至幾倍, 見表4。經(jīng)過淬火+ 時效處理的鋁合金、經(jīng)過淬火+時效處理的鈦合金、以及許多高溫合金和粉末合金均屬于這類合金。當(dāng)?shù)诙啻执?、沿晶界分布或呈粗大針狀時,不但強化效果不好,而且合金明顯變脆。如果第二相是難以變形的硬脆相,合金的強度主要取決于硬脆相的存在情況。第二相的存在一般都使合金的強度升高,其強化效果與第二相的特性、數(shù)量、大小、形狀和分布均有關(guān)系,還與第二相與基體相的晶體學(xué)匹配情況、界面能、界面結(jié)合等狀況有關(guān),這些因素往往又互相聯(lián)系,互相影響,情況十分復(fù)雜。第二相是通過加入合金元素然后經(jīng)過塑性加工和熱處理形成,也可通過粉末冶金等方法獲得。4 　第二相強化第二相強化亦稱過剩相強化。形變強化在工業(yè)上具有廣泛的實用價值, 幾乎適用于所有的有色金屬材料, 并且是純金屬、單相固溶體合金和熱處理不能強化合金的主要強化方法。在溫度高于再結(jié)晶的熱加工過程中, 由于同時發(fā)生導(dǎo)致材料軟化的回復(fù)和再結(jié)晶, 形變強化將不發(fā)生或不明顯。 工業(yè)純鈦通過形變強化, 使σb 可從750MPa 提高至1300MPa 。第四, 形變強化的效果十分明顯, 強度增值較大, 可達百分之幾十甚至一倍以上。形變強化遵循以下規(guī)律: 第一, 隨著變形量增加, 強度提高而塑性和韌性逐漸降低, 逐漸接近于零,第二, 隨著塑性變形量增加, 強度呈曲線關(guān)系提高, 強度增值較大值后,漸趨平緩。圖中的BC 段稱為流變曲線, 它表示在塑性變形階段, 隨著應(yīng)變增加, 強度將呈曲線關(guān)系提高。金屬材料在冷變形過程中強度將逐漸升高, 這一現(xiàn)象稱為形變強化。生產(chǎn)金屬材料的主要方法是塑性加工, 即在外力作用下使金屬材料發(fā)生塑性變形, 使其具有預(yù)期的性能、形狀和尺寸。在熱處理過程中采用快速加熱技術(shù)和適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に? 也可以細化組織。在隨后的生產(chǎn)過程中,還可以通過塑性加工、退火、熱處理等工藝細化組織。 或被吸附在正在生長的晶粒表面, 阻礙晶粒長大(如在Al2Si 合金熔體中加入鈉鹽) 。對較大的鑄錠, 常采用機械振動、電磁振動、超聲波處理等方法, 使正在生長的晶粒破碎并因此提供了更多的晶粒, 從而細化晶粒。在鑄造時, 晶粒大小取決于形核率和長大速率, 任何使形核率提高和長大速度降低的因素均可使晶粒細化。第五, 晶界在室溫下阻礙位錯滑移, 在高溫下卻成了材料的脆弱之處, 且材料在高溫下的塑性變形機制與室溫塑性變形機制也有所不同, 故細晶強化僅適用于提高室溫強度, 對提高高溫強度并不適用, 甚至適得其反。第四, 晶粒大小常會出現(xiàn)“組織遺傳”現(xiàn)象, 即一旦在生產(chǎn)中的某個環(huán)節(jié)形成了粗大晶粒, 以后就難以細化。第三, 細晶強化的效果不僅與晶粒大小有關(guān), 還與晶粒的形狀和第二相晶粒的數(shù)量和分布有關(guān)。細晶粒受到外力發(fā)生塑性變形可分散在更多的晶粒內(nèi)進行，塑性變形較均勻，應(yīng)力集中較?。淮送猓ЯＴ郊?，晶界面積越大，晶界越曲折，越不利于裂紋的擴展。細晶強化在提高強度的同時, 也提高材料的塑性和韌性, 是金屬材料常用的強韌化方法之一。有色合金常進行變質(zhì)處理（細晶），來改善力學(xué)性能。鑄造過程是一個結(jié)晶過程, 液態(tài)金屬在冷凝過程中將通過形核和長大形成由許多晶粒組成的多晶組織。2 ）細晶強化有色金屬生產(chǎn)的第一道工序是熔煉和鑄造。目前工業(yè)上使用的大多數(shù)有色金屬合金, 其顯微組織或全部是固溶體(如單相黃銅、α型和β型鈦合金、普通白銅以及部分防銹鋁合金) , 或是在固溶體基體上分布著第二相(如復(fù)相黃銅、α+β 型鈦合金、大多數(shù)鋁合金和鎂合金以及各種軸承合金) 。第七, 與其它強化方法相比, 固溶強化的強度增幅較小, 在固溶體濃度較高時更加明顯。 如果通過形變強化使硬度增加到同樣水平, 延伸率將降至1～2 %。一般來說, 固溶體的塑性降低不多,仍然可以承受塑性加工。第五, 在固溶強化的同時, 合金的塑性將降低。H90 的含鋅量為10 % , σb 為260MPa , 與H96 相比強度僅提高813 %。第三, 對同一種固溶體, 強度隨濃度增加呈曲線關(guān)系升高,在濃度較低時, 強度升高較快, 以后漸趨平緩,大約在原子分數(shù)為50 %時達到極大值。第二, 合金組元與基體金屬的原子尺寸差異對固溶強化效果起主要作用。 在銅合金中加入鋅、鋁、錫、鎳。在以固溶強化作為主要強化方法時, 應(yīng)選擇在基體金屬中溶解度較大的組元作為合金元素, 例如在鋁合金中加入銅、鎂。此外, 合金組元的溶入還將改變基體金屬的彈性模量、擴散系數(shù)、內(nèi)聚力和晶體缺陷, 使位錯線彎曲, 從而使位錯滑移的阻力增大?；儺a(chǎn)生的應(yīng)力場與位錯周圍的彈性應(yīng)力場交互作用, 使合金組元的原子聚集在位錯線周圍形成“氣團”。固溶強化的機制是: 金屬材料的變形主要是依靠位錯滑移完成的, 故凡是可以增大位錯滑移阻力的因素都將使變形抗力增大, 從而使材料強化。間隙固溶體的溶解度則取決于基體金屬的晶體結(jié)構(gòu)類型、晶體間隙的大小和形狀以及合金組元的原子尺寸。絕大多數(shù)固溶體都屬于替代固溶體、有限固溶體和無序固溶體。 按溶解度可分為有限固溶體和無限固溶體。形成固溶體后基體金屬的晶格將發(fā)生程度不等的畸變, 但晶體結(jié)構(gòu)的基本類型不變。1） 　固溶強化純金屬由于強度低, 很少用作結(jié)構(gòu)材料, 在工業(yè)上合金的應(yīng)用遠比純金屬廣泛。因此, 設(shè)法提高有色金屬的強度一直是有色冶金工作者的一個重要課題。答：有色金屬的強度一般較低。回火時冷卻過程中殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的二次淬火所也可導(dǎo)致二次硬化。當(dāng)回火溫度低于450℃時, 鋼中析出滲碳體。(2)產(chǎn)生二次硬化 一些Mo、W、V含量較高的高合金鋼回火時, 硬度不是隨回火溫度升高而單調(diào)降低, 而是到某一溫度(約400℃)后反而開始增大, 并在另一更高溫度(一般為550℃左右)達到峰值。 3. 合金元素對回火轉(zhuǎn)變的影響(1)提高回火穩(wěn)定性 合金元素在回火過程中推遲馬氏體的分解和殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變(即在較高溫度才開始分解和轉(zhuǎn)變)， 提高鐵素體的再結(jié)晶溫度, 使碳化物難以聚集長大，因此提高了鋼對回火軟化的抗力, 即提高了鋼的回火穩(wěn)定性。殘余奧氏體量過多時,可進行冷處理(冷至Mf點以下), 以使其轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。其中Mn的作用最強, Si實際上無影響。 除Co、Al外, 多數(shù)合金元素都使Ms和Mf點下降。如果未完全溶解, 則碳化物會成為珠光體的核心, 反而降低鋼的淬透性。常用提高淬透性的元素有：Mo、Mn、Cr、Ni、Si、B等。強烈阻礙晶粒長大的元素有：V、Ti、Nb、Zr等；中等阻礙晶粒長大的元素有：W、Mn、Cr等；對晶粒長大影響不大的元素有：Si、Ni、Cu等；促進晶粒長大的元素：Mn、P等。(1)對奧氏體形成速度的影響： Cr、Mo、W、V等強碳化物形成元素與碳的親合力大, 形成難溶于奧氏體的合金碳化物, 顯著減慢奧氏體形成速度；Co、Ni等部分非碳化物形成元素, 因增大碳的擴散速度, 使奧氏體的形成速度加快；Al、Si、Mn等合金元素對奧氏體形成速度影響不大。二、 合金元素對鋼熱處理的影響合金元素的加入會影響鋼在熱處理過程中的組織轉(zhuǎn)變。其次是提高鋼的回火穩(wěn)定性, 使馬氏體的保持到較高溫度，使淬火鋼在回火時析出的碳化物更細小、均勻和穩(wěn)定。淬火時形成馬氏體, 回火時析出碳化物, 造成強烈的第二相強化，同時使韌性大大改善, 故獲得馬氏體并對其回火是鋼的最經(jīng)濟和最有效的綜合強化方法。Mn、Cr、Cu的強化作用較大, 而Si、Al、V、Mo等在一般含量(例如一般結(jié)構(gòu)鋼的實際含量)下影響很小。但是在退火狀態(tài)下, 合金鋼沒有很大的優(yōu)越性。合金元素溶于鐵素體中, 形成合金鐵素體, 依靠固溶強化作用, 提高強度和硬度, 但同時降低塑性和韌性。合金元素的強化作用, 正是利用了這些強化機制。欲提高強度, 就要設(shè)法增大位錯運動的阻力。鋼的合金化目的是希望利用合金元素與鐵、碳的相互作用和對鐵碳相圖及對鋼的熱處理的影響來改善鋼的組織和性能。作業(yè)6 論述合金元素在鋼中的主要作用（從力學(xué)性能改變，對熱處理的影響等方面分析）。其次連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線位于等溫轉(zhuǎn)變曲線的右下側(cè)，且沒有C曲線的下部分，即共析鋼在連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變時，得不到貝氏體組織。參見《機械工程材料》第三章第二節(jié)圖311共析鋼奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖與等溫轉(zhuǎn)變圖的比較的分析。鋼獲得馬氏體組織的條件是,鋼從熱處理奧氏體狀態(tài)快速冷卻,來不及發(fā)生擴散分解而發(fā)生無擴散型的相變。介于兩者之間產(chǎn)生的是兩種馬氏體的混合物，其性能介于二者之間。3) 馬氏體型轉(zhuǎn)變 轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為馬氏體和殘余奧氏體。在光學(xué)顯微鏡下可以明顯見到成束的、自晶界向晶粒內(nèi)部生成的鐵素體條，它的分布具有羽毛狀特征，上貝氏體塑性和韌性較差，在生產(chǎn)中很少應(yīng)用；在350℃~230℃之間形成下貝氏體，它容易被腐蝕，在顯微鏡下顯黑色狀。其形成的條件為共析鋼在230℃~550℃（實際溫度要低于該值）之間等溫轉(zhuǎn)變。其中片層間距離越小，P的強度、硬度、塑性和韌性都越高。其形成的條件為共析鋼在727℃~550℃（實際溫度要低于該值）之間等溫轉(zhuǎn)變就行。 共析鋼奧氏體等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的形成條件、組織形態(tài)及性能各有何特點？ 答：其等溫轉(zhuǎn)變在不同溫度區(qū)間可能發(fā)生三種類型：珠光體型轉(zhuǎn)變（高溫轉(zhuǎn)變）；貝氏體型轉(zhuǎn)變（中溫轉(zhuǎn)變）；馬氏體型轉(zhuǎn)變（低溫轉(zhuǎn)變）。其余見金屬工藝學(xué)P35 作業(yè)五1. 在鋼中加入合金元素的主要目的是什么？答：（1） 改善鋼的熱處理工藝性能1） 細化奧氏體晶粒2） 提高淬透性3） 提高回火抗力 (2)、合金元素提高鋼的使用性能1）合金元素使鋼強化（固溶強化、第二相強化、細晶強化）2）合金元素使鋼獲得特殊性能3）形成穩(wěn)定的單相組織4）形成致密氧化膜5）形成金屬間化合物請分別說出它們的代表鋼號及其使用零件。 其余見金屬工藝學(xué)P34 60Si2Mn 合金結(jié)構(gòu)鋼，顯微組織 P（較多）+F。其余見金屬工藝學(xué)P31T10鋼 碳素工具鋼，顯微組織Fe3C+P。 Fe3C：5%；求鋼的含碳量？解：(1)45號鋼的室溫組織是為F（Wc=% C）+P（F+Fe3C）（Wc =%C）所以45鋼的室溫相是F和Fe3C (Wc=%)，根據(jù)杠桿定律：相的相對量：WF=()/()==%WFe3C=%=% 或WFe3C =()/()==%(2) 根據(jù)WF=()/()=0. 95解得：X=. 95*()=答（1）鐵素體（F）%% （2） 查資料，指出下列鋼的類別、成分、室溫顯微組織及用途Q215AF；Q255B；10鋼；40Cr；