金屬學(xué)與熱處理課后習(xí)題答案(崔忠圻版)東北大學(xué)

1、.第十章 鋼的熱處理工藝10-1 何謂鋼的退火？退火種類及用途如何？答：鋼的退火：退火是將鋼加熱至臨界點(diǎn)AC1以上或以下溫度，保溫一定時間以后隨爐緩慢冷卻以獲得近于平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝。退火種類：根據(jù)加熱溫度可以分為在臨界溫度AC1以上或以下的退火，前者包括完全退火、不完全退火、球化退火、均勻化退火，后者包括再結(jié)晶退火、去應(yīng)力退火，根據(jù)冷卻方式可以分為等溫退火和連續(xù)冷卻退火。退火用途：1、 完全退火：完全退火是將鋼加熱至AC3以上20-30，保溫足夠長時間，使組織完全奧氏體化后隨爐緩慢冷卻以獲得近于平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝。其主要應(yīng)用于亞共析鋼，其目的是細(xì)化晶粒、消除內(nèi)應(yīng)力和加工硬化、提高

2、塑韌性、均勻鋼的化學(xué)成分和組織、改善鋼的切削加工性能，消除中碳結(jié)構(gòu)鋼中的魏氏組織、帶狀組織等缺陷。2、 不完全退火：不完全退火是將鋼加熱至AC1- AC3（亞共析鋼）或AC1-ACcm（過共析鋼）之間，保溫一定時間以后隨爐緩慢冷卻以獲得近于平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝。對于亞共析鋼，如果鋼的原始組織分布合適，則可采用不完全退火代替完全退火達(dá)到消除內(nèi)應(yīng)力、降低硬度的目的。對于過共析鋼，不完全退火主要是為了獲得球狀珠光體組織，以消除內(nèi)應(yīng)力、降低硬度，改善切削加工性能。3、 球化退火：球化退火是使鋼中碳化物球化，獲得粒狀珠光體的熱處理工藝。主要用于共析鋼、過共析鋼和合金工具鋼。其目的是降低硬度、改善切削

3、加工性能，均勻組織、為淬火做組織準(zhǔn)備。4、 均勻化退火：又稱擴(kuò)散退火，它是將鋼錠、鑄件或鍛軋坯加熱至略低于固相線的溫度下長時間保溫，然后緩慢冷卻至室溫的熱處理工藝。其目的是消除鑄錠或鑄件在凝固過程中產(chǎn)生的枝晶偏析及區(qū)域偏析，使成分和組織均勻化。5、 再結(jié)晶退火：將冷變形后的金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上保持適當(dāng)時間，然后緩慢冷卻至室溫的熱處理工藝。其目的是使變形晶粒重新轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆虻容S晶粒，同時消除加工硬化和殘留內(nèi)應(yīng)力，使鋼的組織和性能恢復(fù)到冷變形前的狀態(tài)。6、 去應(yīng)力退火：在冷變形金屬加熱到再結(jié)晶溫度以下某一溫度，保溫一段時間然后緩慢冷卻至室溫的熱處理工藝。其主要目的是消除鑄件、鍛軋件、焊接件及機(jī)械

4、加工工件中的殘留內(nèi)應(yīng)力（主要是第一類內(nèi)應(yīng)力），以提高尺寸穩(wěn)定性，減小工件變形和開裂的傾向。10-2 何謂鋼的正火？目的如何？有何應(yīng)用？答：鋼的正火：正火是將鋼加熱到AC3或Accm以上適當(dāng)溫度，保溫適當(dāng)時間進(jìn)行完全奧氏體化以后，以較快速度（空冷、風(fēng)冷或噴霧）冷卻，得到珠光體類組織的熱處理工藝。正火過程的實(shí)質(zhì)是完全奧氏體化加偽共析轉(zhuǎn)變。目的：細(xì)化晶粒、均勻成分和組織、消除內(nèi)應(yīng)力、調(diào)整硬度、消除魏氏組織、帶狀組織、網(wǎng)狀碳化物等缺陷，為最終熱處理提供合適的組織狀態(tài)。應(yīng)用：1、 改善低碳鋼的切削加工性能。2、 消除中碳鋼的熱加工缺陷（魏氏組織、帶狀組織、粗大晶粒）。3、 消除過共析鋼的網(wǎng)狀碳化物，便于

5、球化退火，為淬火做好組織準(zhǔn)備。4、 作為最終熱處理，提高普通結(jié)構(gòu)件的力學(xué)性能。10-3 在生產(chǎn)中為了提高亞共析鋼的強(qiáng)度，常用的方法是提高亞共析鋼中珠光體的含量，問應(yīng)該采用什么熱處理工藝？答：應(yīng)該采用正火工藝。原因：亞共析鋼過冷奧氏體在冷卻過程中會析出先共析鐵素體，冷卻速度越慢，先共析鐵素體的含量越多，從而導(dǎo)致珠光體的含量變少，降低亞共析鋼的硬度和強(qiáng)度。而正火工藝的實(shí)質(zhì)就是完全奧氏體化加上偽共析轉(zhuǎn)變，可以通過增大冷卻速度降低先共析鐵素體的含量，使亞共析成分的鋼轉(zhuǎn)變成共析組織，即增加了珠光體的含量，從而可以提高亞共析鋼的強(qiáng)度和硬度。10-4 淬火的目的是什么？淬火方法有幾種？比較幾種淬火方法的優(yōu)缺

6、點(diǎn)？答：淬火的目的：獲得盡量多的馬氏體，可以顯著提高鋼的強(qiáng)度、硬度、耐磨性，與各種回火工藝相配合可以使鋼在具有高強(qiáng)度高硬度的同時具有良好的塑韌性將鋼加熱至臨界點(diǎn)AC3或AC1以上一定溫度，保溫適當(dāng)時間后以大于臨界冷卻速度的冷速冷卻得到馬氏體（或下貝氏體）的熱處理工藝叫做淬火。淬火方法：按冷卻方式可以分為：單液淬火法、雙液淬火法、分級淬火法、等溫淬火法優(yōu)缺點(diǎn)比較：淬火方法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)單液淬火法操作簡單、應(yīng)用廣泛1、只適用于小尺寸且形狀簡單的工件2、淬火應(yīng)力大3、不容易選擇冷卻能力和冷卻特性較合適的冷卻介質(zhì)雙液淬火法1、 降低組織應(yīng)力，減小工件變形、開裂的傾向2、 適用于尺寸較大的工件操作不容易控制，

7、需要求豐富的經(jīng)驗(yàn)和熟練的技術(shù)分級淬火法1、降低熱應(yīng)力和組織應(yīng)力，減小工件變形、開裂的傾向2、操作相對容易控制只適用于尺寸較小的工件等溫淬火法1、 降低熱應(yīng)力和組織應(yīng)力，顯著減小工件變形、開裂傾向2、 適宜處理形狀復(fù)雜、尺寸要求精密的工件只適用于尺寸較小的工件10-5 試述亞共析鋼和過共析鋼淬火加熱溫度的選擇原則。為什么過共析鋼淬火加熱溫度不能超過Accm線？答：淬火加熱溫度選擇原則：以得到均勻細(xì)小的奧氏體晶粒為原則，以便獲得細(xì)小的馬氏體組織。亞共析鋼通常加熱至AC3以上30-50，過共析鋼加熱至AC1以上30-50.1、過共析鋼的淬火加熱溫度超過Accm線，碳化物全部溶入奧氏體中，使奧氏體的含

8、碳量增加，降低鋼的Ms和Mf點(diǎn)，淬火后殘留奧氏體量增多，會降低鋼的硬度和耐磨性2、過共析鋼淬火溫度過高，奧氏體晶粒粗化、含碳量又高，淬火后易得到有顯微裂紋的粗針狀馬氏體，降低鋼的塑韌性3、高溫淬火時淬火熱應(yīng)力大，氧化脫碳嚴(yán)重，也增大鋼件變形和開裂的傾向。10-6 何謂鋼的淬透性、淬硬性？影響鋼的淬透性、淬硬性及淬透層深度的因素？答：淬透性：鋼的淬透性是指奧氏體化后的鋼在淬火時獲得馬氏體的能力，它反映過冷奧氏體的穩(wěn)定性，與鋼的臨界冷卻速度有關(guān)。其大小以鋼在一定條件下淬火獲得的淬透層深度和硬度分布來表示。淬硬性：鋼的淬硬性是指奧氏體化后的鋼在淬火時硬化的能力，主要取決于馬氏體中的含碳量，用淬火馬氏

9、體可能達(dá)到的最高硬度來表示。淬透層深度：淬透層深度是指鋼在具體條件下淬火時測定的半馬氏體區(qū)至工件表面的深度。它與鋼的淬透性、工件形狀尺寸、淬火介質(zhì)的冷卻能力有關(guān)。10-7 有一圓柱形工件，直徑35mm，要求油淬后心部硬度大于45HRC，能否采用40Cr鋼？答：解答此題需用到40Cr的淬透性曲線圖（端淬曲線圖）根據(jù)手冊可以查到40Cr端淬曲線圖，直徑35mm圓柱工件在油淬后的心部硬度范圍為34-50HRC（鋼的淬透性受化學(xué)成分、晶粒度、冶煉情況等因素素影響，一條淬透性曲線實(shí)際上是一條淬透性帶），也就是是說心部硬度有可能大于45HRC，也有可能小于45HRC，所以不建議使用40Cr鋼。10-8 有

10、一40Cr鋼圓柱形工件，直徑50mm，求油淬后其橫截面的硬度分布？答：解答此題需用到40Cr的淬透性曲線圖（端淬曲線圖）根據(jù)手冊可以查到40Cr端淬曲線圖，查圖可得：油淬后中心硬度范圍：28-43.5HRC油淬后距中心3/4R硬度范圍：33.5-50 HRC油淬后表面硬度范圍：45-57HRC10-9 何謂調(diào)質(zhì)處理？回火索氏體比正火索氏體的力學(xué)性能為何較優(yōu)越？答：調(diào)質(zhì)處理：習(xí)慣上將淬火加高溫回火稱為調(diào)質(zhì)處理，其目的是為了獲得既有較高的強(qiáng)度、硬度，又有良好的塑性及沖擊韌性的綜合力學(xué)性能。性能比較：在相同硬度條件下，回火索氏體和正火索氏體抗拉強(qiáng)度相近，但回火索氏體的屈服強(qiáng)度、塑性、韌性等性能都優(yōu)于

11、正火索氏體。這是因?yàn)?，回火索氏體是由淬火馬氏體分解而得到，其組織為鐵素體加顆粒狀碳化物。而正火索氏體是由過冷奧氏體直接分解而來，其組織為鐵素體加片狀碳化物。正火索氏體受力時，位錯的運(yùn)動被限制在鐵素體內(nèi)，當(dāng)位錯運(yùn)動至片狀碳化物界面時形成很大的平面位錯塞積群，使基體產(chǎn)生很大的應(yīng)力集中，易使碳化物脆斷或形成微裂紋。而粒狀碳化物對鐵素體的變形阻礙作用大大減弱，塑性和韌性得到提高，當(dāng)粒狀碳化物均勻地分布在塑性基體上是，由于位錯和第二相粒子的交互作用產(chǎn)生彌散強(qiáng)化或沉淀強(qiáng)化，提高鋼的塑性變形抗力，從而提高強(qiáng)度。因此相比較正火索氏體，回火索氏體具有更好的強(qiáng)度、塑性、韌性等性能。10-10 為了減少淬火冷卻過程

12、中的變形和開裂，應(yīng)當(dāng)采取什么措施？答：變形和開裂原因：由于冷卻過程中工件內(nèi)外溫度的不均勻性以及相變的不同時性造成工件中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，淬火內(nèi)應(yīng)力分為熱應(yīng)力和組織應(yīng)力兩種。當(dāng)淬火應(yīng)力超過材料的屈服強(qiáng)度時，就會產(chǎn)生塑性變形，當(dāng)淬火應(yīng)力超過材料的斷裂強(qiáng)度時，工件則發(fā)生開裂。應(yīng)采取的措施（工藝角度）：1、 控制淬火加熱溫度不宜過高：加熱溫度高，奧氏體晶粒粗化，淬火后得到粗大的馬氏體，應(yīng)力和脆性均顯著增大。而且高溫加熱，氧化脫碳嚴(yán)重，也增大鋼件變形和開裂傾向。2、 選擇適當(dāng)?shù)睦鋮s方法：降低馬氏體轉(zhuǎn)變時的冷卻速度，可以降低馬氏體的轉(zhuǎn)變速度，減少淬火應(yīng)力，降低工件變形和開裂的傾向。3、 選擇合適的淬火冷卻介質(zhì)

13、：具有理想冷卻特性（珠光體轉(zhuǎn)變點(diǎn)以上冷速較慢，快速通過C曲線鼻尖，在Ms點(diǎn)以下緩慢冷卻）的冷卻介質(zhì)可以在獲得馬氏體組織前提下減少淬火應(yīng)力，降低工件變形和開裂的傾向。10-11 現(xiàn)有一批45鋼普通車床傳動齒輪，其工藝路線為鍛造-熱處理-機(jī)械加工-高頻感應(yīng)加熱淬火-回火。試問鍛后應(yīng)進(jìn)行何種熱處理？為什么？答：鍛后熱處理：完全退火或不完全退火原因：中碳結(jié)構(gòu)鋼鑄件、鍛軋件中，可能存在魏氏組織、帶狀組織、晶粒粗大等缺陷，粗大的魏氏組織顯著降低鋼的塑性和韌性，帶狀組織使鋼的性能具有方向性。完全退火可以細(xì)化晶粒，消除內(nèi)應(yīng)力，消除魏氏組織和帶狀組織缺陷。如果其鍛造工藝正常，原始組織分布合適，只是珠光體片間距小

14、、硬度偏高、內(nèi)應(yīng)力較大，則可以用不完全退火代替完全退火。10-12 有一直徑10mm的20鋼制工件，經(jīng)滲碳熱處理后空冷，隨后進(jìn)行正常的淬火、回火處理，試分析滲碳空冷后及淬火、回火后，由表面到心部的組織。答：表層組織：高碳細(xì)針狀回火馬氏體及少量殘余奧氏體心部組織：先共析鐵素體和珠光體10-13 設(shè)有一種490柴油機(jī)連桿，直徑12mm，長77mm，材料為40Cr，調(diào)質(zhì)處理。要求淬火后心部硬度大于45HRC，調(diào)質(zhì)處理后心部硬度為22-33HRC。試制定熱處理工藝。答：解答此題需要40Cr臨界相變點(diǎn)AC3和淬透性曲線（通過查手冊：AC3=782）熱處理工藝：奧氏體化溫度=AC3+（30-50），取82

15、0保溫時間=KD=15min，K=1.5mm/min根據(jù)40Cr的淬透性曲線可以得出，直徑12mm的40Cr鋼油淬后的心部硬度最低為47 HRC。查手冊可以發(fā)現(xiàn)40Cr在650回火，其硬度為25-30HRC，符合心部硬度要求。回火時間= KD=24min，K=2mm/min，為防止產(chǎn)生回火脆性回火后冷卻可采用空冷或水冷。熱處理工藝為：將連桿加熱至820保溫15min，油淬至室溫，再加熱至650保溫24min，空冷至室溫。10-14 寫出20Cr2Ni4A鋼重載滲碳齒輪的冷、熱加工工序安排，并說明熱處理所起的作用。答：冷、熱加工工序安排：冶煉-鑄造-擴(kuò)散退火-鍛造-完全退火-粗加工-滲碳-（淬火

16、+回火）-精加工熱處理所起作用：擴(kuò)散退火：消除凝固過程的枝晶偏析和區(qū)域偏析，均勻化學(xué)成分和組織。完全退火：細(xì)化晶粒、均勻鋼的化學(xué)成分和組織、消除內(nèi)應(yīng)力和加工硬化、消除魏氏組織和帶狀組織等缺陷、改善鋼的切削加工性能。滲碳：使活性碳原子滲入齒輪表面，獲得一定深度高碳滲層（一般碳含量：0.85-1.05%，滲層深度：0.5-2mm）淬火-回火：使齒輪表面獲得高碳細(xì)針狀回火馬氏體組織+少量殘留奧氏體，具有高硬度、良好的耐磨性以及接觸疲勞強(qiáng)度；使心部獲得低碳板條回火馬氏體+少量鐵素體組織，具有較高的強(qiáng)度和良好的塑韌性。10-15 指出直徑10mm的45鋼（退火狀態(tài)），經(jīng)下列溫度加熱并水冷所獲得的組織：7

17、00、760、840。答：解答此題需找到45鋼的臨界相變點(diǎn)AC1和AC3（可查手冊得知：AC1=724，AC3=780）700：將45鋼加熱至700未發(fā)生珠光體組織向奧氏體轉(zhuǎn)變，因此水冷時無奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變，所以水冷后的組織仍為退火狀態(tài)的組織：珠光體+塊狀鐵素體760：760介于AC1和AC3之間，在此溫度加熱保溫，珠光體組織轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，但保留一部分先共析鐵素體和未熔的滲碳體顆粒，水冷時發(fā)生奧氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變，所以水冷后的組織為：馬氏體+塊狀鐵素體+粒狀碳化物840：在此溫度下保溫，鐵素體+珠光體組織將全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，水冷后的組織為馬氏體+殘留奧氏體10-16 T10鋼經(jīng)過何種熱處理能

18、獲得下述組織：1）粗片狀珠光體+少量球狀滲碳體2）細(xì)片狀珠光體3）細(xì)球狀珠光體4）粗球狀珠光體答：熱處理工藝（待論證）：1）粗片狀珠光體+少量球狀滲碳體：亞溫加熱+等溫退火2）細(xì)片狀珠光體：正火處理3）細(xì)球狀珠光體：淬火+中溫回火或循環(huán)球化退火工藝4）粗球狀珠光體：淬火+高溫回火或球化退火工藝10-17 一零件的金相組織是：在黑色的馬氏體基體上分布有少量的珠光體組織，問此零件原來是如何熱處理的？答：熱處理工藝（待論證）：淬火+低溫回火，淬火得到馬氏體基體+殘留奧氏體，經(jīng)低溫回火后馬氏體變成黑色針狀回火馬氏體，殘留奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。第九章 鋼的熱處理原理9-1 金屬固態(tài)相變有哪些主要特征？哪些

19、因素構(gòu)成相變的阻力？答：固體相變主要特征：1、 相變阻力大2、 新相晶核與母相晶核存在一定的晶體學(xué)位向關(guān)系。3、 母相中的晶體學(xué)缺陷對相變其促進(jìn)作用。4、 相變過程中易出現(xiàn)過渡相。相變阻力構(gòu)成：1、 表面能的增加。2、 彈性應(yīng)變能的增加，這是由于新舊兩相的比體積不同，相變時必然發(fā)生體積的變化，或者是由于新舊兩相相界面的不匹配而引起彈性畸變，都會導(dǎo)致彈性應(yīng)變能的增加。3、 固態(tài)相變溫度低，原子擴(kuò)散更困難，例如固態(tài)合金中原子的擴(kuò)散速度為10-710-8cm/d，而液態(tài)金屬原子的擴(kuò)散速度為10-7 cm/s。9-2 何謂奧氏體晶粒度？說明奧氏體晶粒大小對鋼的性能影響？答：奧氏體晶粒度：是奧氏體晶粒大

20、小的度量。當(dāng)以單位面積內(nèi)晶粒的個數(shù)或每個晶粒的平均面積與平均直徑來描述晶粒大小時，可以建立晶粒大小的概念。通常采用金相顯微鏡100倍放大倍數(shù)下，在645mm2范圍內(nèi)觀察到的晶粒個數(shù)來確定奧氏體晶粒度的級別。對鋼的性能的影響：奧氏體晶粒?。轰摕崽幚砗蟮慕M織細(xì)小，強(qiáng)度高、塑性好，沖擊韌性高。奧氏體晶粒大：鋼熱處理后的組織粗大，顯著降低鋼的沖擊韌性，提高鋼的韌脆轉(zhuǎn)變溫度，增加淬火變形和開裂的傾向。當(dāng)晶粒大小不均勻時，還顯著降低鋼的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，引起應(yīng)力集中，容易產(chǎn)生脆性斷裂。9-3 試述珠光體形成時鋼中碳的擴(kuò)散情況及片、粒狀珠光體的形成過程？答：珠光體形成時碳的擴(kuò)散：珠光體形成過程中在奧氏體內(nèi)或晶界上由

21、于滲碳體和鐵素體形核，造成其與原奧氏體形成的相界面兩側(cè)形成碳的濃度差，從而造成碳在滲碳體和鐵素體中進(jìn)行擴(kuò)散，簡言之，在奧氏體中由于碳的擴(kuò)散形成富碳區(qū)和貧碳區(qū)，從而促使?jié)B碳體和鐵素體不斷地交替形核長大，直至消耗完全部奧氏體。片狀珠光體形成過程：片狀珠光體是滲碳體呈片狀的珠光體。首先在奧氏體晶界形成滲碳體晶核，核剛形成時與奧氏體保持共格關(guān)系，為減小形核的應(yīng)變能而呈片狀。滲碳體長大的同時，使其兩側(cè)的奧氏體出現(xiàn)貧碳區(qū)，從而為鐵素體在滲碳體兩側(cè)形核創(chuàng)造條件，在滲碳體兩側(cè)形成鐵素體后，鐵素體長大的同時造成其與奧氏體體界面處形成富碳區(qū)，這又促使形成新的滲碳體片。滲碳體和鐵素體如此交替形核長大形成一個片層相間

22、大致平行的珠光體區(qū)域，當(dāng)其與其他部位形成的珠光體區(qū)域相遇并占據(jù)整個奧氏體時，珠光體轉(zhuǎn)變結(jié)束，得到片狀珠光體組織。粒狀珠光體的形成過程：粒狀珠光體是滲碳體呈顆粒狀分布在鐵素體基體上。粒狀珠光體可以有過冷奧氏體直接分解而成，也可以由片狀珠光體球化而成，還可以由淬火組織回火形成。原始組織不同，其形成機(jī)理也不同。這里只介紹由過冷奧氏體直接分解得到粒狀珠光體的過程：要由過冷奧氏體直接形成粒狀珠光體，必須使奧氏體晶粒內(nèi)形成大量均勻彌散的滲碳體晶核，即控制奧氏體化溫度，使奧氏體內(nèi)殘存大量未溶的滲碳體顆粒；同時使奧氏體內(nèi)碳濃度不均勻，存在高碳區(qū)和低碳區(qū)。再將奧氏體冷卻至略低于Ar1以下某一溫度緩冷，在過冷度較

23、小的情況下就能在奧氏體晶粒內(nèi)形成大量均勻彌散的滲碳體晶核，每個滲碳體晶核在獨(dú)立長大的同時，必然使其周圍母相奧氏體貧碳而形成鐵素體，從而直接形成粒狀珠光體。9-4 試比較貝氏體轉(zhuǎn)變與珠光體轉(zhuǎn)變和馬氏體轉(zhuǎn)變的異同。答：貝氏體轉(zhuǎn)變：是在珠光體轉(zhuǎn)變溫度以下馬氏體轉(zhuǎn)變溫度以上過冷奧氏體所發(fā)生的中溫轉(zhuǎn)變。與珠光體轉(zhuǎn)變的異同點(diǎn)：相同點(diǎn)：相變都有碳的擴(kuò)散現(xiàn)象；相變產(chǎn)物都是鐵素體+碳化物的機(jī)械混合物不同點(diǎn)：貝氏體相變奧氏體晶格向鐵素體晶格改組是通過切變完成的，珠光體相變是通過擴(kuò)散完成的。與馬氏體轉(zhuǎn)變的異同點(diǎn)（可擴(kuò)展）：相同點(diǎn)：晶格改組都是通過切變完成的；新相和母相之間存在一定的晶體學(xué)位相關(guān)系。不同點(diǎn)：貝氏體是兩

24、相組織，馬氏體是單相組織；貝氏體相變有擴(kuò)散現(xiàn)象，可以發(fā)生碳化物沉淀，而馬氏體相變無碳的擴(kuò)散現(xiàn)象。9-5 簡述鋼中板條馬氏體和片狀馬氏體的形貌特征和亞結(jié)構(gòu)，并說明它們在性能上的差異。答：板條馬氏體的形貌特征：其顯微組織是由成群的板條組成。一個奧氏體晶?？梢孕纬蓭讉€位向不同的板條群，板條群由板條束組成，而一個板條束內(nèi)包含很多近乎平行排列的細(xì)長的馬氏體板條。每一個板條馬氏體為一個單晶體，其立體形態(tài)為扁條狀，寬度在0.025-2.2微米之間。在這些密集的板條之間通常由含碳量較高的殘余奧氏體分割開。板條馬氏體的亞結(jié)構(gòu)：高密度的位錯，這些位錯分布不均勻，形成胞狀亞結(jié)構(gòu)，稱為位錯胞。片狀馬氏體的形貌特征：片

25、狀馬氏體的空間形態(tài)呈凸透鏡狀，由于試樣磨面與其相截，因此在光學(xué)顯微鏡下呈針狀或竹葉狀，而且馬氏體片互相不平行，大小不一，越是后形成的馬氏體片尺寸越小。片狀馬氏體周圍通常存在殘留奧氏體。片狀馬氏體的亞結(jié)構(gòu)：主要為孿晶，分布在馬氏體片的中部，在馬氏體片邊緣區(qū)的亞結(jié)構(gòu)為高密度的位錯。板條馬氏體與片狀馬氏體性能上的差異:馬氏體的強(qiáng)度取決于馬氏體板條或馬氏體片的尺寸，尺寸越小，強(qiáng)度越高，這是由于相界面阻礙位錯運(yùn)動造成的。馬氏體的硬度主要取決于其含碳量。馬氏體的塑性和韌性主要取決于馬氏體的亞結(jié)構(gòu)。差異性：片狀馬氏體強(qiáng)度高、塑性韌性差，其性能特點(diǎn)是硬而脆。板條馬氏體同時具有較高的強(qiáng)度和良好的塑韌性，并且具有

26、韌脆轉(zhuǎn)變溫度低、缺口敏感性和過載敏感性小等優(yōu)點(diǎn)。9-6 試述鋼中典型的上、下貝氏體的組織形態(tài)、立體模型并比較它們的異同。答：上貝氏體的組織形態(tài)、立體模型：在光學(xué)顯微鏡下，上貝氏體的典型特征呈羽毛狀。在電子顯微鏡下，上貝氏體由許多從奧氏體晶界向晶內(nèi)平行生長的條狀鐵素體和在相鄰鐵素體條間存在的斷續(xù)的、短桿狀的滲碳體組成。其立體形態(tài)與板條馬氏體相似呈扁條狀，亞結(jié)構(gòu)主要為位錯。下貝氏體的組織形態(tài)、立體模型：在光學(xué)顯微鏡下，下貝氏體呈黑色針狀。在電子顯微鏡下，下貝氏體由含碳過飽和的片狀鐵素體和其內(nèi)部析出的微細(xì)-碳化物組成。其立體形態(tài)與片狀馬氏體一樣，也是呈雙凸透鏡狀，亞結(jié)構(gòu)為高密度位錯。異同點(diǎn)：相同點(diǎn)：

27、都是鐵素體和碳化物的機(jī)械混合物，組織亞結(jié)構(gòu)都是高密度的位錯。不同點(diǎn)：組織形態(tài)不同，立體模型不同，鐵素體和碳化物的混合方式不同。9-7 何謂魏氏組織？簡述魏氏組織的形成條件、對鋼的性能的影響及其消除方法？答：魏氏組織：含碳小于0.6%的亞共析鋼或大于1.2%的過共析鋼在鑄造、鍛造、軋制后的空冷，或者是焊縫熱影響區(qū)的空冷過程中，或者當(dāng)加熱溫度過高并以較快速度冷卻時，先共析鐵素體或先共析滲碳體從奧氏體晶界沿一定的晶面向晶內(nèi)生長，并且呈針片狀析出。在光學(xué)顯微鏡下可以觀察到從奧氏體晶界生長出來的近乎平行或其他規(guī)則排列的針狀鐵素體或滲碳體以及其間存在的珠光體組織，這類組織稱為魏氏組織。前者稱鐵素體魏氏組織

28、，后者稱滲碳體魏氏組織。魏氏組織的形成條件：魏氏組織的形成與鋼中的含碳量、奧氏體晶粒大小及冷卻速度有關(guān)。只有在一定含碳范圍內(nèi)并以較快速度冷卻時才可能形成魏氏組織，而且當(dāng)奧氏體晶粒越細(xì)小時，形成魏氏組織的含碳量范圍越窄。因此魏氏組織通常伴隨奧氏體粗晶組織出現(xiàn)。對鋼性能的影響：其為鋼的一種過熱缺陷組織，使鋼的力學(xué)性能指標(biāo)下降，尤其是塑韌性顯著降低，脆性轉(zhuǎn)折溫度升高，容易引起脆性斷裂。需要指出的是，只有當(dāng)奧氏體晶粒粗化，出現(xiàn)粗大的鐵素體或滲碳體魏氏組織并嚴(yán)重切割基體時降，才使鋼的強(qiáng)度和韌性顯著降低。消除方法：可以通過控制塑性變形程度、降低加熱溫度、降低熱加工終止溫度，降低熱加工后的冷卻速度，改變熱處

29、理工藝，例如通過細(xì)化晶粒的調(diào)質(zhì)、正火、完全退火等工藝來防止或消除魏氏組織。9-8 簡述碳鋼的回火轉(zhuǎn)變和回火組織。答：碳鋼的回火轉(zhuǎn)變過程及回火組織：1、 馬氏體中碳原子的偏聚，組織為淬火馬氏體+殘留奧氏體，與淬火組織相同（馬氏體中的碳含量是過飽和的，當(dāng)回火溫度在100以下時，碳原子可以做短距離的擴(kuò)散遷移。在板條馬氏體中，碳原子偏聚在位錯線附近的間隙位置，形成碳的偏聚區(qū)，降低馬氏體的彈性畸變能。在片狀馬氏體中，除少量碳原子向位錯線偏聚外，大量碳原子將垂直于馬氏體C軸的（100）晶面富集。）2、 馬氏體分解，組織為回火馬氏體+殘留奧氏體（當(dāng)回火溫度超過100時，馬氏體開始發(fā)生分解，碳原子偏聚區(qū)的碳原

30、子將發(fā)生有序化，繼而轉(zhuǎn)變成碳化物從過飽和相中析出。將馬氏體分解后形成的低碳相和彌散的碳化物組成的雙相組織稱為回火馬氏體）3、 殘留奧氏體轉(zhuǎn)變，組織為回火馬氏體（鋼淬火后總是存在一些殘留奧氏體，其含量隨淬火加熱時奧氏體中碳和合金元素的含量增加而增多。當(dāng)回火溫度高于200時，殘留奧氏體將發(fā)生分解。殘留奧氏體在貝氏體轉(zhuǎn)變溫度范圍內(nèi)回火將轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w，在珠光體轉(zhuǎn)變溫度范圍內(nèi)回火將先析出先共析碳化物，隨后分解為珠光體。）4、 碳化物的轉(zhuǎn)變，組織為回火托氏體（馬氏體分解及殘留奧氏體轉(zhuǎn)變形成的碳化物是亞穩(wěn)定相，當(dāng)回火溫度升高至250以上時，將會形成更穩(wěn)定的碳化物直至碳化物。當(dāng)回火溫度升高至400，淬火馬氏體

31、完全分解，但相仍保持針狀外形，之前形成的碳化物和碳化物全部轉(zhuǎn)變?yōu)樘蓟铮礉B碳體。這種由針狀相和無共格聯(lián)系的細(xì)粒狀滲碳體組成的機(jī)械混合物稱為回火托氏體。）5、 滲碳體的聚集長大和相的回復(fù)、再結(jié)晶，組織為回火索氏體。（當(dāng)回火溫度升高至400以上時，已脫離共格關(guān)系的滲碳體開始聚集長大，按照細(xì)粒溶解，粗粒長大的機(jī)制進(jìn)行。與此同時，相的狀態(tài)也在不斷發(fā)生變化。馬氏體晶格是通過切變方式重組的，晶格缺陷密度很高，自由能高，因此在回火過程中相也會要發(fā)生變化來降低自由能。當(dāng)回火溫度升高至400以上時，相開始出現(xiàn)回復(fù)現(xiàn)象，使位錯密度減少或?qū)\晶消失，但是相晶粒仍保持板條狀或針狀。當(dāng)回火溫度升高至600以上時，板條狀

32、或針狀相消失，形成等軸的相。將淬火鋼在500-650回火得到的回復(fù)或再結(jié)晶了的相和粗粒狀滲碳體的機(jī)械混合物稱為回火索氏體。）9-9 比較珠光體、索氏體、托氏體和回火珠光體、回火索氏體、回火托氏體的組織和性能。答：組織比較：珠光體：片狀鐵素體+片狀滲碳體，片間距0.6-1m，形成溫度：A1-650。索氏體：片狀鐵素體+片狀滲碳體，片間距0.25-0.3m，形成溫度：650-600。托氏體：片狀鐵素體+片狀滲碳體，片間距0.1-0.15m，形成溫度：600以下。以上三類珠光體是由過冷奧氏體直接轉(zhuǎn)變而得。回火索氏體：將淬火鋼經(jīng)高溫回火后得到的回復(fù)或再結(jié)晶了的相和粗粒狀滲碳體的機(jī)械混合物稱為回火索氏體

33、。回火托氏體：將淬火鋼經(jīng)中溫回火后得到的由針狀相和無共格聯(lián)系的細(xì)粒狀滲碳體組成的機(jī)械混合物稱為回火托氏體。通過以上分析，可以看到以上珠光體組織主要區(qū)別在于碳化物的形狀不同，可以分為片狀珠光體和粒狀珠光體兩類組織。性能比較：1、與片狀珠光體相比，粒狀珠光體的硬度和強(qiáng)度較低，塑性和韌性較好。2、在相同硬度條件下，片狀珠光體和粒狀珠光體抗拉強(qiáng)度相近，但粒狀珠光體的屈服強(qiáng)度、塑性、韌性等性能都優(yōu)于片狀珠光體組織。（這是因?yàn)?，片狀珠光體受力時，位錯的運(yùn)動被限制在鐵素體內(nèi)，當(dāng)位錯運(yùn)動至片狀碳化物界面時形成較大的平面位錯塞積群，使基體產(chǎn)生很大的應(yīng)力集中，易使碳化物脆斷或形成微裂紋。而粒狀碳化物對鐵素體的變形

34、阻礙作用大大減弱，塑性和韌性得到提高，當(dāng)粒狀碳化物均勻地分布在塑性基體上時，由于位錯和第二相粒子的交互作用產(chǎn)生彌散強(qiáng)化或沉淀強(qiáng)化，提高鋼的塑性變形抗力，從而提高強(qiáng)度。）3、粒冷珠光體的冷變形性能、可加工性能以及淬火工藝性能都比片狀珠光體好。9-10 為了要獲得均勻奧氏體，在相同奧氏體化加熱溫度下，是原始組織為球狀珠光體的保溫時間短還是細(xì)片狀珠光體的保溫時間短？試?yán)脢W氏體的形成機(jī)制說明之？答：細(xì)片狀珠光體的保溫時間短。原因：1、 將鋼加熱到AC1以上某一溫度時，珠光體處于不穩(wěn)定狀態(tài)，通常首先在鐵素體和滲碳體的相界面上形成奧氏體晶核，這是因?yàn)殍F素體和滲碳體的相界面上碳濃度不均勻、原子排列不規(guī)則，

35、易于產(chǎn)生濃度起伏和結(jié)構(gòu)起伏，為奧氏體形核創(chuàng)造有利條件。2、 原始組織為片狀珠光體時的相界面面積大于球狀珠光體，也就是可供奧氏體形核的位置越多，則奧氏體形核越多，晶核長大速度越快，因此可加速奧氏體的形成，縮短保溫時間。9-11 何為第一類回火脆性和第二類回火脆性？它們產(chǎn)生的原因和消除方法？答：定義：回火脆性：淬火鋼回火時的沖擊韌性并不總是隨回火溫度的升高單調(diào)的增高，有些鋼在一定的溫度范圍內(nèi)回火時，其沖擊韌性顯著下降，這種脆化現(xiàn)象稱為回火脆性。第一類回火脆性：鋼在250-400溫度范圍內(nèi)回火時出現(xiàn)的回火脆性稱為第一類回火脆性，也稱低溫回火脆性。第二類回火脆性：鋼在450-650溫度范圍內(nèi)回火時出現(xiàn)

36、的回火脆性稱為第二類回火脆性，也叫高溫回火脆性。產(chǎn)生原因：第一類回火脆性：低溫回火脆性幾乎在所有的工業(yè)用鋼中都會出現(xiàn)。一般認(rèn)為，其產(chǎn)生是由于馬氏體分解時沿馬氏體條或片的界面上析出斷續(xù)的薄殼狀碳化物，降低了晶界的斷裂強(qiáng)度，使晶界稱為裂紋擴(kuò)展的路徑，因而產(chǎn)生脆性。第二類回火脆性：高溫回火脆性主要在合金結(jié)構(gòu)鋼中出現(xiàn)，碳鋼中一般不出現(xiàn)這種脆性。其產(chǎn)生原因主要是As、Sn、Pb、Sb、Bi、P、S等有害雜質(zhì)元素在回火冷卻過程中向原奧氏體晶界偏聚，減弱了奧氏體晶界上原子間的結(jié)合力，降低晶界的斷裂強(qiáng)度。Mn、Ni、Cr等合金元素不但促進(jìn)這些雜質(zhì)元素向晶界偏聚，而且自身也向晶界偏聚，進(jìn)一步降低了晶界斷裂強(qiáng)度，

37、增加回火脆性。消除方法：第一類回火脆性： A、避開脆化溫度范圍回火 B、用等溫淬火代替淬火+回火C、在鋼中加入Nb、V、Ti等細(xì)化奧氏體晶粒元素，增加晶界面積D、降低雜質(zhì)元素含量第二類回火脆性： A、高溫回火后采用快速冷卻方法可以抑制回火脆性，但不適用于對回火脆性敏感的較大工件 B、在鋼中加入Nb、V、Ti等細(xì)化奧氏體晶粒元素，增加晶界面積 C、降低雜質(zhì)元素含量 D、加入適量的Mo、W等合金元素可抑制雜質(zhì)元素向原奧氏體晶界的偏聚E、對亞共析鋼可采取A1-A3臨界區(qū)的亞溫淬火方法，使P等雜質(zhì)元素溶入殘留的鐵素體中，減輕它們向原奧氏體晶界的偏聚程度F、采用形變熱處理方法，可以細(xì)化晶粒，減輕高溫回火

38、脆性9-12 比較過共析鋼的TTT曲線和CCT曲線的異同點(diǎn)。為什么在連續(xù)冷卻過程中得不到貝氏體組織？與亞共析鋼的CCT曲線中Ms線相比，過共析鋼的Ms線有何不同點(diǎn)，為什么？答：TTT曲線和CCT曲線的異同點(diǎn)：相同點(diǎn)：1、 都具有滲碳體的先共析線。2、 相變都有一定的孕育期。3、 曲線中都有一條相變開始線和一條相變完成線。不同點(diǎn)：1、 CCT曲線中無貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)。2、 CCT曲線中發(fā)生相變的溫度比TTT曲線中的低3、 CCT曲線中發(fā)生相變的孕育期比TTT曲線中長。得不到貝氏體組織的原因：在過共析鋼的奧氏體中，碳濃度高，使貝氏體孕育期大大延長，在連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變時貝氏體轉(zhuǎn)變來不及進(jìn)行便冷卻至低溫。Ms

39、線的不同點(diǎn)及原因：不同點(diǎn)：亞共析鋼的CCT曲線中的Ms線右端呈下降趨勢，而過共析鋼的CCT曲線中的Ms線右端呈上升趨勢。原因：這是因?yàn)樵趤喒参鲣撝杏捎谙裙参鲨F素體的析出和貝氏體轉(zhuǎn)變，造成周圍奧氏體的富碳，從而導(dǎo)致Ms線下降。而過共析鋼由于先共析滲碳體的析出，而且在連續(xù)冷卻過程中也無貝氏體轉(zhuǎn)變，使周圍奧氏體貧碳，導(dǎo)致Ms線上升。9-13 闡述獲得粒狀珠光體的兩種方法？答：粒狀珠光體可以有過冷奧氏體直接分解而成，也可以由片狀珠光體球化而成，還可以由淬火組織回火形成。原始組織不同，其形成機(jī)理也不同。1、由過冷奧氏體直接分解得到粒狀珠光體的過程：要由過冷奧氏體直接形成粒狀珠光體，必須使奧氏體晶粒內(nèi)形成

40、大量均勻彌散的滲碳體晶核，即控制奧氏體化溫度，使奧氏體內(nèi)殘存大量未溶的滲碳體顆粒；同時使奧氏體內(nèi)碳濃度不均勻，存在高碳去和低碳區(qū)。再將奧氏體冷卻至略低于Ar1以下某一溫度緩冷，在過冷度較小的情況下就能在奧氏體晶粒內(nèi)形成大量均勻彌散的滲碳體晶核，每個滲碳體晶核在獨(dú)立長大的同時，必然使其周圍母相奧氏體貧碳而形成鐵素體，從而直接形成粒狀珠光體。2、由片狀珠光體直接球化而成的過程：將片狀珠光體鋼加熱至略低于A1溫度長時間保溫，得到粒狀珠光體。此時，片狀珠光體球化的驅(qū)動力是鐵素體和滲碳體之間相界面（或界面能）的減少。3、由淬火組織回火形成的過程將淬火馬氏體鋼加熱到一定溫度以上回火，使馬氏體分解、析出顆粒

41、狀滲碳體，得到回復(fù)或再結(jié)晶的鐵素體加粒狀滲碳體的組織。9-14 金屬和合金的晶粒大小對力學(xué)性能有何影響？獲得細(xì)晶粒的方法？答：此題主要是指奧氏體晶粒晶粒大小對力學(xué)性能影響：奧氏體晶粒?。轰摕崽幚砗蟮慕M織細(xì)小，強(qiáng)度高、塑性好，沖擊韌性高。奧氏體晶粒大：鋼熱處理后的組織粗大，顯著降低鋼的沖擊韌性，提高鋼的韌脆轉(zhuǎn)變溫度，增加淬火變形和開裂的傾向。當(dāng)晶粒大小不均勻時，還顯著降低鋼的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，引起應(yīng)力集中，容易產(chǎn)生脆性斷裂。獲得細(xì)晶粒的方法：1、 降低加熱溫度，加快加熱速度，縮短保溫時間，采用快速加熱短時保溫的奧氏體化工藝。2、 冶煉過程中用Al脫氧或在鋼種加入Zr、Ti、Nb、V等強(qiáng)碳化物形成元素，能

42、形成高熔點(diǎn)的彌散碳化物和氮化物，可以細(xì)化奧氏體晶粒。3、 細(xì)小的原始組織可以得到細(xì)小的奧氏體晶粒，可以采用多次快速加熱-冷卻的方法細(xì)化奧氏體晶粒。4、 采用形變熱處理可以細(xì)化奧氏體晶粒。9-15 有一共析鋼試樣，其顯微組織為粒狀珠光體。問通過何種熱處理工序可分別得到片狀珠光體、粗片狀珠光體和比原始組織更細(xì)小的粒狀珠光體？答：獲得片狀珠光體工序：正火：將粒狀珠光體鋼完全奧氏體化，然后在空氣中冷卻至室溫。獲得粗片狀珠光體工序：完全退火：將粒狀珠光體鋼完全奧氏體化，然后在隨爐緩慢冷卻至室溫。獲得更小的粒狀珠光體工序：調(diào)質(zhì)（淬火+高溫回火）：將粒狀珠光體鋼完全奧氏體化，淬火成馬氏體組織，再將馬氏體組織

43、鋼加熱到一定溫度回火使馬氏體分解、析出細(xì)粒狀滲碳體，得到針狀鐵素體加細(xì)粒狀滲碳體的粒狀珠光體組織9-16 為了提高過共析鋼的的強(qiáng)韌性，希望淬火時控制馬氏體使其具有較低的含碳量，并希望有部分板條馬氏體。試問如何進(jìn)行熱處理才能達(dá)到上述目的？答：熱處理方法：1、 采用亞溫淬火+預(yù)冷淬火的方法，即將過共析鋼快速加熱至AC1-ACcm之間略高于AC1某一溫度短時保溫，得到細(xì)小的碳濃度不均勻奧氏體晶粒和未溶的滲碳體顆粒。淬火前將奧氏體鋼在空氣中預(yù)冷，使其析出部分先共析滲碳體，降低奧氏體含碳量，然后再淬火可以得到碳含量較低的細(xì)小片狀馬氏體，以及部分板條馬氏體，從而得到以片狀馬氏體為主加粒狀碳化物以及部分板條

44、馬氏體組織，使鋼具有高的強(qiáng)度并且具有良好的韌性。2、 適當(dāng)?shù)慕档痛慊鹄鋮s速度，因?yàn)槔鋮s速度越大，形成片狀馬氏體的含碳量越低，不易形成板條馬氏體。9-17 如何把含碳0.8%的碳鋼的球化組織轉(zhuǎn)變?yōu)椋?、細(xì)片狀珠光體；2、粗片狀珠光體；3、比原來組織更小的球化組織。答：獲得細(xì)片狀珠光體工序：正火：將粒狀珠光體鋼完全奧氏體化，快速冷卻至Ar1以下較低溫度保溫一段時間后緩冷至室溫。獲得粗片狀珠光體工序：完全退火：將粒狀珠光體鋼完全奧氏體化，快速冷卻至略低于Ar1以下某一溫度保溫然后在隨爐緩慢冷卻至室溫。獲得更小的粒狀珠光體工序：調(diào)質(zhì)（亞溫淬火+高溫回火）：將粒狀珠光體鋼加熱至AC1-ACcm之間某一溫

45、度保溫，得到細(xì)小的奧氏體晶粒和未溶的滲碳體顆粒后，淬火成馬氏體組織，再將馬氏體組織鋼加熱到一定溫度回火使馬氏體分解、析出細(xì)粒狀滲碳體，得到針狀鐵素體加細(xì)粒狀滲碳體的粒狀珠光體組織9-18 如何把含碳0.4%的退火碳鋼處理成：1、在大塊游離鐵素體和鐵素體基體上分布著細(xì)球狀碳化物；2、鐵素體基體上分布著細(xì)球狀碳化物。答：第1種組織熱處理工藝：球化退火：由于是退火亞共析鋼，其原始組織為塊狀先共析鐵素體加片狀珠光體，因此只需加珠光體中的片狀滲碳體處理成球狀滲碳體?？梢詫⑼嘶鹛间摷訜嶂罙C1-AC3之間保溫，保留先共析塊狀鐵素體和部分未溶滲碳體質(zhì)點(diǎn)，得到碳含量不均勻的奧氏體組織，然后在Ar1以下較高溫度

46、保溫球化，獲得在大塊游離鐵素體和鐵素體基體上分布著細(xì)球狀碳化物的組織。第2種組織熱處理工藝：調(diào)質(zhì)：將退火碳鋼加熱到AC3溫度以上完全奧氏體化，淬火成馬氏體，再將馬氏體組織加熱到一定溫度回火使馬氏體分解、析出細(xì)粒狀滲碳體，得到鐵素體基體加細(xì)球狀滲碳體組織。9-19 假定將已淬火而未回火的含碳0.8%的碳鋼件（馬氏體組織）放入800爐內(nèi)，上述組織對800奧氏體化時間有什么影響？如果隨后淬火發(fā)現(xiàn)零件上油裂紋，試解釋裂紋產(chǎn)生的原因。答：馬氏體組織對奧氏體化時間影響：會加快奧氏體化時間。原因：因?yàn)閷⒋慊痄摷訜岬綂W氏體溫度時，淬火馬氏體處于非常不穩(wěn)定狀態(tài)，通常首先在馬氏體相界面上形成奧氏體晶核，這是因?yàn)橄?/p>

47、界面上碳濃度不均勻、原子排列不規(guī)則易于產(chǎn)生促進(jìn)形核的濃度起伏和結(jié)構(gòu)起伏。所以當(dāng)原始組織為片狀馬氏體時，馬氏體片越細(xì)，它們的相界面越多，則形成奧氏體的晶核越多，晶核長大速度越快，因此可加速奧氏體的形成，縮短奧氏體化時間。裂紋產(chǎn)生的原因：這是因?yàn)楹?.8%的碳鋼件淬火時形成片狀馬氏體，馬氏體片形成速度很快，在其相互碰撞或與奧氏體晶界相碰撞時產(chǎn)生很大的應(yīng)力場，片狀馬氏體本身也很脆，不能通過滑移或?qū)\生變形使應(yīng)力得到松弛，因此容易產(chǎn)生淬火顯微裂紋。這些顯微裂紋在隨后的再次淬火過程中受到較大內(nèi)應(yīng)力的作用，裂紋尖端應(yīng)力集中，從而使裂紋得到擴(kuò)展，最終在零件表面形成宏觀裂紋。第八章 擴(kuò)散8-1 何為擴(kuò)散？固態(tài)

48、擴(kuò)散有哪些種類？答：擴(kuò)散是物質(zhì)中原子（或）分子的遷移現(xiàn)象，是位置傳輸?shù)囊环N方式。根據(jù)擴(kuò)散過程是否發(fā)生濃度變化可分為：自擴(kuò)散、互擴(kuò)散根據(jù)擴(kuò)散方向是否與濃度梯度的方向相同可分為：下坡擴(kuò)散、上坡擴(kuò)散根據(jù)擴(kuò)散過程是否出現(xiàn)新相可分為：原子擴(kuò)散、反應(yīng)擴(kuò)散8-2 何為上坡擴(kuò)散和下坡擴(kuò)散？舉例說明。答：下坡擴(kuò)散：原子或分子沿濃度降低的方向進(jìn)行擴(kuò)散，使?jié)舛融呌诰鶆蚧?。比如鑄件的均勻化退火、工件的表面滲碳過程均屬于下坡擴(kuò)散。上坡擴(kuò)散：原子或分子沿濃度升高的方向進(jìn)行擴(kuò)散，即由低濃度向高濃度方向擴(kuò)散，使?jié)舛融呌趦蓸O分化。例如奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變過程中，碳原子從濃度較低的奧氏體中向濃度較高的滲碳體中擴(kuò)散。8-3 擴(kuò)散系數(shù)

49、的物理意義是什么？影響因素有哪些？答：擴(kuò)散系數(shù)的物理意義：濃度梯度為1時的擴(kuò)散通量。D越大，擴(kuò)散速度越快。影響因素：1、溫度：擴(kuò)散系數(shù)與溫度呈指數(shù)關(guān)系，隨溫度升高，擴(kuò)散系數(shù)急劇增大。2、鍵能和晶體結(jié)構(gòu)：鍵能高，擴(kuò)散激活能大，擴(kuò)散系數(shù)減??；不同的晶體結(jié)構(gòu)具有不同的擴(kuò)散系數(shù)：例如從晶體結(jié)構(gòu)來考慮，碳原子在鐵素體中的擴(kuò)散系數(shù)比在奧氏體中的大。3、固溶體類型：不同類型的固溶體，擴(kuò)散激活能不同，間隙原子的擴(kuò)散激活能比置換原子的小，擴(kuò)散系數(shù)大。4、晶體缺陷：晶體缺陷處，自由能較高，擴(kuò)散激活能變小，擴(kuò)散易于進(jìn)行。5、化學(xué)成分：當(dāng)合金元素提高合金熔點(diǎn)，擴(kuò)散系數(shù)減小；若降低合金熔點(diǎn)，擴(kuò)散系數(shù)增加8-4 固態(tài)合金

50、中要發(fā)生擴(kuò)散必須滿足那些條件？為什么？答：1、擴(kuò)散需有驅(qū)動力。擴(kuò)散過程都是在擴(kuò)散驅(qū)動力的作用下進(jìn)行的，如沒有擴(kuò)散驅(qū)動力，也就不能發(fā)生擴(kuò)散。2、擴(kuò)散原子要固溶。擴(kuò)散原子在基體中必須由一定的固溶度，形成固溶體，才能進(jìn)行固態(tài)擴(kuò)散。3、溫度要足夠高。固態(tài)擴(kuò)散是依靠原子熱激活而進(jìn)行的，溫度越高，原子的熱振動越激烈，原子被激活發(fā)生遷移的可能性就越大。4、時間要足夠長。原子在晶體中每躍遷一次最多只能移動0.3-0.5nm的距離，只有經(jīng)過相當(dāng)長的時間才能形成物質(zhì)的宏觀定向遷移。8-5 鑄造合金均勻化退火前的冷塑性變形對均勻化過程有和影響？是加速還是減緩？為什么？答：加速。原因：鑄造合金經(jīng)非平衡結(jié)晶后，會出現(xiàn)不

51、同程度的枝晶偏析。根據(jù)擴(kuò)散第二定律可得知，鑄錠均勻化退火所需時間與枝晶間距的平方成正比，與擴(kuò)散系數(shù)成反比。所以在退火前對合金進(jìn)行冷塑性變形可破碎枝晶，減小枝晶間距，縮短均勻化的時間。8-6 略（擴(kuò)散系數(shù)計算）8-7 略（消除枝晶偏析時間計算）8-8 可否用鉛代替鉛錫合金做對鐵進(jìn)行釬焊的材料，試分析說明之？答：不能。原因：因?yàn)殁F焊過程只是釬料熔化，母材仍處於固體狀態(tài)。因此要求釬料與母材不但液態(tài)時能互溶，固態(tài)時也必須互溶，依靠他們之間的互擴(kuò)散形成牢固的金屬結(jié)合。而鉛是不固溶于鐵的，因此如果以鉛來做釬料，鐵做母材，則鉛是無法擴(kuò)散到母材中的，無法起到釬焊的效果。8-9 略8-10 滲碳是將零件置于滲碳

52、介質(zhì)中使碳原子進(jìn)入工件表面，然后以下坡擴(kuò)散的方式使碳原子從表層向內(nèi)部擴(kuò)散的熱處理方法。試問：1）溫度高低對滲碳速度有何影響？2）滲碳應(yīng)在奧氏體中還是鐵素體中進(jìn)行？3）空位密度、位錯密度和晶粒大小對滲碳速度有何影響？答：1）溫度越高，滲碳速度越快。因?yàn)閿U(kuò)散系數(shù)隨溫度升高，急劇增大。2）在奧氏體中進(jìn)行。雖然碳在鐵素體中的擴(kuò)散系數(shù)比在奧氏體中大，但是當(dāng)把鋼加熱至奧氏體時，一方面溫度升高，擴(kuò)散系數(shù)急劇增加；另一方面，奧氏體的溶碳能力急劇增大，可增加滲層深度。3）空位密度和位錯密度越多，滲碳速度越快。因?yàn)槿毕萏幠芰枯^高，擴(kuò)散激活能降低，增大擴(kuò)散系數(shù)。晶粒越小，滲碳速度越快。因?yàn)榫ЯＴ叫。Ы缑娣e越大，而

53、原子沿晶界的擴(kuò)散速度較快。第七章 金屬及合金的回復(fù)和再結(jié)晶7-1 用冷拔銅絲線制作導(dǎo)線，冷拔之后應(yīng)如何如理，為什么？答：應(yīng)采取回復(fù)退火（去應(yīng)力退火）處理：即將冷變形金屬加熱到再結(jié)晶溫度以下某一溫度，并保溫足夠時間，然后緩慢冷卻到室溫的熱處理工藝。原因：銅絲冷拔屬于再結(jié)晶溫度以下的冷變形加工，冷塑性變形會使銅絲產(chǎn)生加工硬化和殘留內(nèi)應(yīng)力，該殘留內(nèi)應(yīng)力的存在容易導(dǎo)致銅絲在使用過程中斷裂。因此，應(yīng)當(dāng)采用去應(yīng)力退火使冷拔銅絲在基本上保持加工硬化的條件下降低其內(nèi)應(yīng)力（主要是第一類內(nèi)應(yīng)力），改善其塑性和韌性，提高其在使用過程的安全性。7-2 一塊厚純金屬板經(jīng)冷彎并再結(jié)晶退火后，試畫出截面上的顯微組織示意圖。

54、答：解答此題就是畫出金屬冷變形后晶粒回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長大過程示意圖（可參考教材P195，圖7-1）7-3 已知W、Fe、Cu的熔點(diǎn)分別為3399、1538和1083，試估算其再結(jié)晶溫度。答：再結(jié)晶溫度：通常把經(jīng)過嚴(yán)重冷變形（變形度在70%以上）的金屬，在約1h的保溫時間內(nèi)能夠完成超過95%再結(jié)晶轉(zhuǎn)變量的溫度作為再結(jié)晶溫度。1、金屬的最低再結(jié)晶溫度與其熔點(diǎn)之間存在一經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式：T再Tm，對于工業(yè)純金屬來說：值為0.35-0.4，取0.4計算。2、應(yīng)當(dāng)指出，為了消除冷塑性變形加工硬化現(xiàn)象，再結(jié)晶退火溫度通常要比其最低再結(jié)晶溫度高出100-200。如上所述取T再=0.4Tm，可得：W再=33990

55、.4=1359.6Fe再=15380.4=615.2Cu再=10830.4=433.27-4 說明以下概念的本質(zhì)區(qū)別：1、一次再結(jié)晶和二次在結(jié)晶。2、再結(jié)晶時晶核長大和再結(jié)晶后的晶粒長大。答：1、 一次再結(jié)晶和二次在結(jié)晶。定義一次再結(jié)晶：冷變形后的金屬加熱到一定溫度，保溫足夠時間后，在原來的變形組織中產(chǎn)生了無畸變的新的等軸晶粒，位錯密度顯著下降，性能發(fā)生顯著變化恢復(fù)到冷變形前的水平，稱為（一次）再結(jié)晶。它的實(shí)質(zhì)是新的晶粒形核、長大的過程。二次再結(jié)晶：經(jīng)過劇烈冷變形的某些金屬材料，在較高溫度下退火時，會出現(xiàn)反常的晶粒長大現(xiàn)象，即少數(shù)晶粒具有特別大的長大能力，逐步吞食掉周圍的小晶粒，其最終尺寸超過

56、原始晶粒的幾十倍或上百倍，比臨界變形后的再結(jié)晶晶粒還要粗大得多，這個過程稱為二次再結(jié)晶。二次再結(jié)晶并不是晶粒重新形核和長大的過程，它是以一次再結(jié)晶后的某些特殊晶粒作為基礎(chǔ)而異常長大，嚴(yán)格來說它是特殊條件下的晶粒長大過程，并非是再結(jié)晶過程。本質(zhì)區(qū)別：是否有新的形核晶粒。2、 再結(jié)晶時晶核長大和再結(jié)晶后的晶粒長大。定義再結(jié)晶晶核長大：是指再結(jié)晶晶核形成后長大至再結(jié)晶初始晶粒的過程。其長大驅(qū)動力是新晶粒與周圍變形基體的畸變能差，促使晶核界面向畸變區(qū)域推進(jìn)，界面移動的方向，也就是晶粒長大的方向總是遠(yuǎn)離界面曲率中心，直至所有畸變晶粒被新的無畸變晶粒代替。再結(jié)晶后的晶粒長大：是指再結(jié)晶晶核長大成再結(jié)晶初始晶粒后，當(dāng)溫度繼續(xù)升高或延長保溫時間，晶粒仍然繼續(xù)長大的過程。此時，晶粒長大的驅(qū)動力是晶粒長大前后總的界面能的差，界面移動的方向，也就是晶粒長大的方向都朝向晶界的曲率中心，直至晶界變成平面狀，達(dá)到界面能最低的穩(wěn)定狀態(tài)。本質(zhì)區(qū)別：1、 長大驅(qū)動力不同2、 長大方向不同，即晶界的移動方向不同。7-5 分析回復(fù)和再結(jié)晶階段空位與位錯的變化及其對性能的影響。答：回復(fù)階段：回復(fù)：是指冷塑性變形的金屬在加熱時，在光學(xué)顯微組織發(fā)生改變前（即再結(jié)晶晶粒形成前）所產(chǎn)生的某些亞結(jié)構(gòu)和性能的變化過程?？瘴缓臀诲e的變化及對性能的影響：回復(fù)過