（2） Fe-Fe3C相图
（3）
液相线(ABCD):是结晶时液相的成分变化线，该线以上全部为液相。 固相线(AHJECF):是结晶时固相的成分变化线，该线以下全部为固相。
HJB线(包晶转变线):由一定成分的液相和一定成分的固相生成另一个一定成分新固相的反应称为包晶转变。相图中，含碳量在0. 09%-0. 53%的合金从液态凝固时均要发生包晶转变 ，形成单相奥氏体。
ECF线(共晶转变线):由一定成分的液相在恒温下同时转变成两个一定成分的固相的转变称为共晶转变。相图中，含碳量在2. 11%-6. 69%的合金从液态凝固时均要发生共晶转变 ，形成奥氏体和渗碳体所组成的共晶体 A+Fe3C，这是一种组织较致密的机械混合物，称为高温莱氏体，用符号Ld表示。 PSK线(共析转变线):在恒温下由一个固定成分的固相同时生成两个固定成分的新固相的转变称为共析转变。相图中，含碳量在0. 021 8%-6. 69%的合 金凝固时温度降到727℃均要发生共析转变 ，同时析出铁素体和渗碳体，这两种产物的机械混合物称为珠光体，用字符P表示。727℃时，高温莱氏体中的奥氏体发生共析转变形成珠光体，珠光体和渗碳体的机械混合物称为低温莱氏体，用Ld’表示。
ES:碳在奥氏体中的溶解度随温度的变化线。随着温度从E点(1 148℃)下降到S点(727 ℃，奥氏体含碳量从2. 11%减少到0. 77%，在这个过程中，奥氏体中过剩的碳以渗碳体形式析出。通常把从奥氏体中析出的渗碳体称为二次渗碳体，用Fe3 CII表示，从液态中直接析出的渗碳体称为一次渗碳体，用Fe3 CI表示。
PQ:碳在铁素体中的溶解度随温度的变化线。从727℃冷却到室温的过程中，碳在铁素体中的溶解度由0. 021 8%减少到 （4）
根据含碳量和组织的不同，通常把铁碳合金分为三类:工业纯铁( wc<0.0218%),碳钢(wc= 0. 021 8% ~2. 11%)和白口铸铁(wc= 2. 11%~6. 69 %)。
工业纯铁：是钢的一种，其化学成分主要是铁，含量在99.50%－99.90%，含
碳量在0.04%以下，其他元素愈少愈好。因为它实际上还不是真正的纯铁，所以称这一种接近于纯铁的钢为工业纯铁。一般工业纯铁质地特别软，韧性特别大，电磁性能很好。常见的有两种规格，一种是是作为深冲材料的，可以冲压成极复杂的形状；另一种是作为电磁材料的，有高的感磁性的低的抗磁性。
碳钢：主要指碳的质量分数小于2.11%而不含有特意加入的合金元素的钢。有时也称为普碳钢或碳素钢。碳钢除含碳外一般还含有少量的硅、锰、硫、磷。
白口铸铁：碳以游离碳化物形式析出的铸铁，断口呈白色，是一种良好抗磨材料，在磨料磨损条件下工作。它是不含石墨的铸铁，几乎全部的碳都与铁形成碳化三铁。具有很大的硬度和脆性。不能承受冷加工，也不能承受热加工，只能直接用于铸造状态。 9.完成钢的热处理相关内容：
（1）所有钢的热处理中，都是由三个阶段组成，是哪三个阶段； （2）绘制钢在加热和冷却时的组织转变示意图，用相应符号描绘在加热时的相变点和在冷却时的相变点：
（3）简述什么是奥氏体化，为何要进行奥氏体化，影响奥氏体转变的因素有哪些，影响奥氏体晶粒长大的因素有哪些？
（4）简述什么是过冷奥氏体及过冷奥氏体等温转变的组织形态及性能； （5）简述马氏体的概念，并简述马氏体的性能和特征。
（6）简述钢的退火，正火，淬火，回火的定义和各自的目的、种类或方法，并说明退火和正火的区别和适用状况。
（7）分别介绍钢的表面热处理的种类、原理和应用，简述发蓝或发黑处理原理；
（8）钢的表面化学处理中，渗碳、渗氮、碳氮共渗的原理和方法； 答:
（1） 所有钢的热处理中，都是由三个阶段组成，分别是加热、保温和冷却。
（2） 钢在加热和冷却时的组织转变示意图：
（3）钢的奥氏体化：钢加热到Ac1点以上时会发生珠光体向奥氏体的转变，加热到Ac3和Accm点以上时，珠光体全部转变为奥氏体，这种加热到相变点以上获得奥氏体组织的过程就称为钢的奥氏体化。
(4)过冷奥氏体：冷却速度较快，奥氏体被过冷到共析温度以下才发生转变，在共析温度以下暂存的、不稳定的奥氏体称为过冷奥氏体
过冷奥氏体等温转变的组织形态及性能：当温度冷却至727摄氏度时，奥氏体将
发生共析转变，转变成铁素体和渗碳体的机械混合物，即珠光体。此后，在继续
冷却的的过程中不再发生组织变化（三次渗碳体的析出不计），共析钢的全部室
温组织全部为珠光体。其特征是强度、硬度低，塑性、韧性好。 （5）
马氏体概念：当奥氏体的冷却速度大于该类型的马氏体临界冷却速度，并过冷到Ms以下时，就开始发生马氏体转变。由于马氏体转变温度较低。过冷度很大。而且形成的速度较快，使奥氏体向马氏体转变只发生r-Fe向α-Fe晶格改组，而没有铁、碳原子的扩散，原来固溶于奥氏体的碳仍被全部保留在α-Fe中，这种由过冷奥氏体直接转变为碳α-Fe中的严重过饱和固溶体，称为马氏体。
马氏体的性能和特征：马氏体的强度和硬度主要取决于马氏体的碳的质量分数，
随碳的质量分数的增高，其硬度和强度随之增高，尤其在碳的质量分数较低时，
强度很硬度增高比较明显；马氏体的塑性和韧性也与碳的质量分数有关，板条状
的低碳马氏体塑性和韧性较好，而片状高碳的马氏体的塑性和韧性差。 马氏体的性能：马氏体转变是无扩散型转变、转变速度极快、马氏体转变是在一定温度范围内的、马氏体转变是不完全性的。 （6）
钢的退火：退火是将钢体加热到适当温度、保温一定时间，然后缓慢冷却的热处
理工艺。目的：(1)降低钢件的硬度以利于切削加工；(2)消除残余应力，以防钢
件变形与开裂；(3)细化晶粒，改善组织，以提高钢的力学性能，并为最终热处
理做好组织准备。种类：完全退火、等温退火、球化退火均匀化退火、低温退火。
钢的正火：将钢件加热到Ae3(或Accm)+ (30℃~50℃），完全奥氏体化后，再在空气中冷却以得到较细珠光体组织的热处理工艺。目的：(1)作为普通结构零件的最终热处理；(2)改善低碳钢和低碳合金钢的切削加工性能；(3)作为中碳结构钢制作的较重要零件的预先热处理；(4)消除过析钢中的二次渗碳体网；(5)特定情况下代替淬火、回火对某些大型的或较复杂的零件。
钢的淬火：将钢件加热到Ae3(Ae1)+ (30℃~50℃)，保温一定的时间使之奥氏体化后，以大于马氏体临界冷却速度快速冷却，以获得马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺，称为淬火。种类：1.单液淬火；2.双液淬火；3.分级淬火；4.等温淬火。
钢的回火：将淬火后的工件重新加热到A1以下某一温度，保持一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺，称为回火。目的：(1)获得工件所要求的力学性能。工件经淬火后，具有高的硬度，但塑性和韧性却显著降低。为了满足各种工件的不同性能要求，可通过适当回火来改变淬火组织，获得所要求的力学性能。
(2)稳定工件尺寸。淬火工件中的马氏体和残余奥氏体都是不稳定组织，在室温下会
自发的发生分解，从而引起工件尺寸和形状的改变。通过回火使淬火组织转变为稳定组织，从而保证工件在以后的使用过程中不再发生尺寸和形状的改变。
(3)消除或减少淬火内应力。工件淬火后存在很大的内应力，如不及时回火，往往会使工件发生变形甚至开裂。种类：低温回火、中温回火、高温回火。 退火和正火的区别和适用状况：正火与退火的主要区别是正火的冷却速度稍快，得到的组织较细小，强度和硬度有所提高，操作简便，生产周期短，成本较低。 （7）
钢的表面热处理的种类：表面火焰淬火、表面感应淬火。
表面火焰淬火原理：火焰加热表面淬火是一种利用乙炔一氧气或煤气一氧气混合气体的燃烧火焰，将工件表面迅速加热到淬火温度，随后以浸水和喷水方式进行冷却，使工件表层转变为马氏体而心部组织不变的工艺方法。 表面火焰淬火应用：火焰加热表面淬火的优点是:设备简单、操作方便、成本低、工件大小不受限制，特别适用于大型工件、单件和小批量生产，淬硬层深度一般为2~6 mm。缺点是淬火硬度和淬透性深度不易控制，淬火质量不稳
定，常取决于操作工人的技术水平和熟练程度;生产效率低，只适合单件和小批量生产。常用于轧钢机齿轮、轧辊;矿山机械齿轮、轴;普通机床导轨、齿轮等零件。
表面感应淬火原理：表面感应淬火是利用电磁感应原理，将工件置于用铜管制成的感应圈中，通以一定频率的交变电流，铜管中产生的交变磁场在工件内产生一定频率的感应电流(涡流)，利用工件的电阻而将工件加热。由于感应电流的集肤效应，靠近工件表面电流密度最大，而工件心部电流几乎为零，使工件表层被快速加热至奥氏体化，随后立即快速冷却，在工件表面获得一定深度的淬硬层。
表面感应淬火应用：如机床和精密机械上的中、小模数传动齿轮，蒸汽机车、内燃机车、冶金、矿山机械等上的大模数齿轮，花键轴、汽车半轴和机床主轴轴颈、凸轮轴、撞杆、钻杆、轧辊、火车轮等。
发蓝或发黑处理：将钢铁制品表面迅速氧化,使之形成致密的氧化膜保护层。 （8）
渗碳：原理：将钢放入渗碳的介质中加热并保温，使活性碳原子渗入钢的表层的工艺称为渗碳。其目的是通过渗碳及随后的淬火和低温回火，使工件表面具有高的硬度、耐磨性和良好的抗疲劳性能，而心部具有较高的强度和良好的韧性。渗碳广泛用于在磨损情况下工作并承受冲击载荷、交变载荷的工件，
方法：气体渗碳、固体渗碳、真空渗碳 渗氮:
原理：渗氮时分解出的活性氮原子被钢表面吸收，首先溶入固溶体，然后与铁和合金元素形成化合物，最后向心部扩散，形成一定厚度的渗氮层。钢不能吸收氮分子，分解氮气来得到活性氟原子也非常困难，所以渗氮过程中要利用氨气在高于300℃的高温下与工件接触，在工件表面氨分解出活性氮原子供给氮化件吸收，氨作为气体渗剂， 方法：气体渗氮、离子渗氮、抗蚀渗氮 碳氮共渗： 原理：
低温气体氮碳共渗：由于处理温度低，实质上以渗氮为主。但因为有活性碳原子与活性氮原子同时存在，渗氮速度大为提高。一般保温时间为13 h，渗层深度为0. O1 ~0. 02 mm。工件经氮碳共渗后，其共渗层的硬度比纯气体氮化低，但仍具有较高的硬度、耐磨性和高的疲劳强度。渗层韧性好而不易剥落，并有减摩的特点，在润滑不良和高磨损条件下，有抗咬合、抗擦伤的优点，耐磨性也有明显提高。由于处理温度低，时间短，所以零件变形小。 中温气体氮碳共渗：在共渗温度下，煤油和氨除了前述的渗碳和氮化的作用外，它们之间相互作用还生成了[C]和[N]活性原子，活性碳、氮原子被工件表面吸收并向内扩散形成共渗层。一般共渗温度820℃~860℃，保温时间取决于要求的共渗层深度。
方法：低温气体氮碳共渗、中温气体氮碳共渗、
二、材料的应用（40分）
答：1.分别简述钢中杂质硅、锰、磷、硫及其它杂质的影响； （1）硅的影响