05508金属材料与热处理自考资料：扩散

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扩散

1．对于固态金属来说，原子扩散机制主要有空位扩散机制和间隙扩散机制两种。

2．根据扩散过程中是否发生浓度变化，固态扩散可分为自扩散和互扩散两种。

3．根据扩散过程中是否出现新相，固态扩散可分为原子扩散和反应扩散两种。

4．影响扩散的主要因素包括：温度、键能和晶体结构、固溶体类型，晶体缺陷、化学成分等。

5．金属粘接是扩散在工业中应用的良好例子，主要有：钎焊、电镀、扩散焊、包金属、浸镀等。

6．原子扩散——在扩散过程中，晶格类型始终不变，没有新相产生，这种扩散就称为原子扩散。

7．反应扩散——通过扩散使固溶体的溶质组元浓度超过固溶度极限，而形成新相的过程称为反应扩散。

8．固态金属扩散的条件：

1）扩散要有驱动力，包括温度梯度、应力梯度、表面自由能差等；2）扩散原子要固溶；3）温度要足够高；4）时间要足够长。

钢的热处理原理

一、概述

1．热处理：热处理是将钢在固态下加热到预定的温度，并在该温度下保持一段时间，然后以一定的速度冷却到室温的一种热加工工艺。

2．钢的热处理的主要作用和目的：1）可以消除铸、锻、焊等热加工工艺造成的各种缺陷；细化晶粒，消除偏析，降低内应力。2）是机械零件加工工艺过程中的重要工序；3）可提高工件表面抗磨损、耐腐蚀等能力。4）可以降低硬度，改善锻件毛坯的切削加工性能。

3．热处理通常是由加热、保温和冷却三个阶段组成。

4．根据固态相变过程中生核和长大的特点，可将固态相变分成扩散型相变、非扩散型相变和过渡型相变。

5．金属固态相变的主要特点：

1）相变阻力大；2）新相晶核和母相之间存在一定的晶体学位向关系；3）母相晶体缺陷对相变起促进作用；4）易于出现过渡相。

6．珠光体转变属于扩散型相变。过冷奥氏体向贝氏体的转变属于半扩散型转变。贝氏体转变属于过渡型相变。母相晶粒越细，相变速越快。母相晶体缺陷对相变起促进作用。

7．固态相变的类型及特点：

1）扩散型相变：相变是依靠相界面的扩散移动而进行的。珠光体转变和奥氏体转变等都属于这一类相变；2）非扩散型相变：新相的成长是通过类似塑性变形过程中的滑移和孪生那样，产生切边和转动而进行的；马氏体转变属于这一类相变。3）过渡型相变：介于上述两类之间的一种叫过渡型相变。钢中贝氏体转变就属于这种类型的相变。

二、钢在加热时的转变

1．热处理加热的目的主要是使加热获得奥氏体状态。

2．共析钢中奥氏体形成的四个基本过程为：奥氏体形核、奥氏体的长大、渗碳体的溶解以及奥氏体成分的均匀化。

3．钢在热处理加热时，奥氏体晶粒长大是通过渗碳体溶解、碳在奥氏体和铁素体中的扩散和铁素体向奥氏体转变而进行的。

4．影响奥氏体形成速度的因素有：

1）加热温度和保温时间。加热温度越高，奥氏体形成速度越快；保温时间越长，奥氏体晶粒越大。2）原始组织的影响。铁素体和渗碳体组织越细，它们的界面越多，形成的晶核就越多，晶核长大的速度越快，因而加速奥氏体的形成过程。3）化学成分的影响等。含碳量越高，渗碳体的数量越多，使奥氏体的形核率增大；合金元素影响碳在奥氏体中的扩散速度，改变了钢的临界点和碳在奥氏体中的溶解度，从而影响奥氏体的形成速度。

5．加热温度越高，奥氏体的形成速度越快。加热温度相同时，加热速越快，则奥氏体晶粒越细小。加热温度越高，保温时间越长，则奥氏体晶粒越粗大。

6．采用真空加热或可控气氛加热，是防止钢氧化和脱碳的根本方法。

7．共析钢的奥氏体化包括：奥氏体的形核，奥氏体的长大，残余渗碳体的溶解和奥氏体成分的均匀化四个过程。

8．钢淬火后所获得的马氏体组织的粗细主要取决于：奥氏体的实际晶粒度。

9．实际晶粒度：钢在具体加热条件下获得的奥氏体晶粒大小称为奥氏体的实际晶粒。

10．起始晶粒度：钢加热时，当珠光体刚刚全部转变为奥氏体时的奥氏体晶粒称为起始晶粒。

11．奥氏体晶粒大小，对钢热处理后性能的影响：

1）奥氏体晶粒大小对冷却后钢的性能有明显的影响。2）晶粒细小，冷却后产物组织的晶粒也细小。3）细晶粒组织不仅强度、塑性比粗晶粒高。4）尤其韧性有明显的提高。5）在钢加热时，为了得到细小均匀的奥氏体晶粒，就必须严格控制加热温度和保温时间。

12．影响奥氏体晶粒大小的因素：

1）加热温度的影响；2）保温时间的影响；3）加热速度的影响；4）钢的化学成分的影响；5）钢的原始组织的影响。

13．一般来说，钢的原始组织越细小，则奥氏体晶粒越细小。

14．在合金元素中，Zr能促进奥氏体晶粒长大。在合金元素中，钛（Ti）能细化奥氏体晶粒。

15．钢中的含碳量越高，奥氏体的形核率增大。

三、钢在冷却时的转变

1．过冷奥氏体高温转变将获得的组织有：珠光体、索氏体、托氏体。

2．过冷奥氏体中温转变将获得的组织有：上贝氏体、下贝氏体。

3．过冷奥氏体低温转变将获得的组织有：马氏体。

4．根据奥氏体化温度和奥氏体化程度不同，过冷奥氏体可以转化为贝氏体、马氏体和珠光体。

5．根据片间距的大小，除珠光体本身外，还可以分为索氏体和托氏体，其中托氏体最细。

6．根据形成的温度不同，贝氏体可分为上贝氏和下贝氏。

7．奥氏体转变为马氏体（低温转变），需要很大的过冷度，其冷却速度应大于V临界，而且必须过冷到马氏体Ms温度以下。

8．马氏体：是碳在α-Fe中的过饱和间隙固溶体。马氏体的硬度主要取决于马氏体的含碳量。

9．钢中马氏体组织的基本形态有：板条状和片状马氏体。板条状马氏体的亚结构为位错；片状马氏体的亚结构为孪晶.。碳钢中马氏体的形态，主要取决于奥氏体的含碳量。

10．马氏体的硬度主要取决于含碳量。马氏体中的含碳量越高，钢的淬硬性越高。

11．钢经调质处理后获得的组织是回火索氏体。

12．珠光体：是由铁素体和渗碳体组成的混和组织。

13．亚共析钢随奥氏体含碳量增加，C曲线的位置右移。过共析钢随奥氏体含碳量增加，C曲线的位置左移。

14．过冷奥氏体在发生珠转变前，在过共析钢中先析出渗碳体。过冷奥氏体在发生珠转变前，在亚共析钢中先析出铁素体。

15．除Co、Al外所有的合金元素，均使C曲线左移。

16．影响过冷奥氏体等温转变的固素有：1）奥氏体成分的影响，包括碳含量和合金元素的影响。2）奥氏体状态的影响。3）应力和塑性变形的影响。

17．钢中的马氏体一般有两种类型的结构：体心立方和体心正方。

18．马氏体高强度、高硬度主要是因为碳原子的固深强化、相变强化以及时效强化等。

19．大多数合金元素除钴外在钢中都能提高过冷奥氏体的稳定性，使C曲线的位置右移降低钢的临界冷却速度，提高了钢的淬透性。

20．在热处理生产中，钢在奥氏体化后通常有两种冷却方式：等温冷却和连续冷却方式。

21．在热处理生产中，钢在奥氏体化后通常有两种冷却方式：一种是等温冷却方式，一种是连续冷却方式。

22．马氏体转变：钢从奥氏体状态快速冷却，拟制其扩散性分解，在较低温度下发生的无扩散型相变叫做马氏体转变。

23．马氏体转变的特点：1）马氏体转变的无扩散性。2）马氏体转变的切变共格性，3）马氏体转变具有特定的惯习面和位向关系。4）马氏体转变是在一个温度范围内进行的。5）马氏体转变的可逆性。马氏体转变属于非扩散型相变。

24．贝氏体转变：钢在珠光体转变温度以下,马氏体转变温度以上的温度范围内，过冷奥氏体发生的转变为贝氏体转变。

25．粒状珠光体的形成、组织和性能有哪些特性？

1）粒状珠光体组织是渗碳体呈颗粒状分布在连续的铁素体基体中。2）粒状珠光体组织既可以由过冷奥氏体直接分界而成，也可以由片状珠光体球化而成，还可以由淬火组织回火形成。3）与片状珠光体相比，粒状珠光体的硬度和强度较低，但塑性和韧性较好，且冷变形能力、可加工性能以及淬火工艺性也好。

四、钢在回火时转变

1．回火脆性：某些淬火钢在一定温度范围内回火时，其冲击韧度显著下降，这种脆化现象叫做钢的回火脆性。

2．钢在250～400℃温度范围内出现的回火脆性叫低温回火脆性。

3．钢在450～650℃温度范围内出现的回火脆性叫高温回火脆性。

4．防止或减轻高温回火脆性的主要措施：

1）高温回火后快速冷却；2）在钢中加入合金元素阻碍杂质元素在晶界上偏聚；3）对亚共析钢采用在A．1-A．3临界区亚温淬火；4）选择含杂质元素极少的优质钢材；5）采用形变热处理等方法。

5．淬火碳钢在回火时，随着回火温度的长升高和回火时间的延长，其组织会发生的主要转变：

1）马氏体中碳的偏聚；2）马氏体的分解；3）残留奥氏体的转变；4）碳化物的转变；5）Fe3C（渗碳体）的聚集和长大和α相的回复与再结晶。

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