最新金屬學(xué)與熱處理課后習(xí)題答案崔忠圻版資料

1、精品文檔第十章 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(shí)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20-30E，保溫足夠長(zhǎng)時(shí)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

2、粒、消除內(nèi)應(yīng)力和加工硬化、提高 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(guò)共析鋼）之間，保溫一定時(shí)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(duì)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(duì)于過(guò)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(guò)共析

3、鋼和合金工具鋼。其目的是降低硬度、改善切削加 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(zhǎng)時(shí)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(guò)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(shí)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(shí)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(shí)間 然后緩慢冷卻至室溫的熱

4、處理工藝。其主要目的是消除鑄件、鍛軋件、焊接 件及機(jī)械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(shí)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(guò)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

5、缺陷（魏氏組織、帶狀組織、粗大晶粒）。3、消除過(guò)共析鋼的網(wǎng)狀碳化物，便于球化退火，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)該米用正火工藝。原因：亞共析鋼過(guò)冷奧氏體在冷卻過(guò)程中會(huì)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(guò)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

6、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(shí)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(shí)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：?jiǎn)我捍慊鸱ā㈦p液淬火法、分級(jí)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(jiǎn)單、應(yīng)用廣泛1、只適用于小尺寸且形狀簡(jiǎn)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、

7、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，需要求豐富的經(jīng)驗(yàn)和熟練的技術(shù)分級(jí)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(duì)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(guò)共析鋼淬火加熱溫度的選擇原則。為什么過(guò)共析鋼淬火加熱溫度不能超過(guò) 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30-50C,過(guò)共析鋼加熱至

8、AC1以 上 30-50 C.1、過(guò)共析鋼的淬火加熱溫度超過(guò) Accm 線,碳化物全部溶入奧氏體中,使奧氏 體的含碳量增加,降低鋼的 Ms 和 Mf 點(diǎn),淬火后殘留奧氏體量增多,會(huì)降低鋼 的硬度和耐磨性2、過(guò)共析鋼淬火溫度過(guò)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(shí)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(shí)獲得馬氏體的能力, 它反映過(guò) 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

9、一定條件下淬火獲 得的淬透層深度和硬度分布來(lái)表示。淬硬性：鋼的淬硬性是指奧氏體化后的鋼在淬火時(shí)硬化的能力, 主要取決于馬氏 體中的含碳量,用淬火馬氏體可能達(dá)到的最高硬度來(lái)表示。淬透層深度：淬透層深度是指鋼在具體條件下淬火時(shí)測(cè)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(cè)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

10、、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(shuō)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(cè)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，

11、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)于正火索氏體。這是因?yàn)椋?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(guò)冷奧氏體直接分解而來(lái)， 其組織為鐵素體加片狀碳化 物。正火索氏體受力時(shí)， 位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)被限制在鐵素體內(nèi)， 當(dāng)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)至片狀碳化 物界面時(shí)形成很大的平面位錯(cuò)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(duì)鐵素體的變形阻礙作用大大減弱， 塑性和韌 性得到提高，

12、當(dāng)粒狀碳化物均勻地分布在塑性基體上是， 由于位錯(cuò)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(guò)程中的變形和開裂，應(yīng)當(dāng)采取什么措施？ 答： 變形和開裂原因：由于冷卻過(guò)程中工件內(nèi)外溫度的不均勻性以及相變的不同時(shí)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(guò)材料的屈服強(qiáng)度時(shí)， 就會(huì)產(chǎn)生塑性變形，當(dāng)淬火應(yīng)力超過(guò)材料的斷裂強(qiáng)度時(shí)， 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(guò)高：加熱溫度高，奧氏體晶粒粗化，

13、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(shí)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)： 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(guò)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(dòng)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

14、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、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

15、種490柴油機(jī)連桿，直徑12mm,長(zhǎng)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(guò)查手冊(cè)：AC3=78 2°C）熱處理工藝： 奧氏體化溫度 =AC3+ （30-50 C ） ，取 820C 保溫時(shí)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(cè)可以發(fā)現(xiàn)40Cr在650C回火，其硬度為25-30HRC，符合心部硬度要求。 回火時(shí)間 =

16、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 C保溫15mi n,油淬至室溫，再加熱至 650 C 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(shuō)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+ 回火） -精加工熱處理所起作用： 擴(kuò)散退火：消除凝固過(guò)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

17、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： 700C、 760C、840C。答：解答此題需找到45鋼的臨界相變點(diǎn) AC1和AC3 （可查手冊(cè)得知：AC1=724C， AC3=780C ）700C :將45鋼加熱至700C未發(fā)

18、生珠光體組織向奧氏體轉(zhuǎn)變，因此水冷時(shí)無(wú)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760C： 760C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(shí)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840C：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(guò)何種熱處理能獲得下述組織：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）

19、：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(lái)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)?珠光體 。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

20、向關(guān)系。3、母相中的晶體學(xué)缺陷對(duì)相變其促進(jìn)作用。4、相變過(guò)程中易出現(xiàn)過(guò)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(shí)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(huì)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(shuō)明奧氏體晶粒大小對(duì)鋼的性能影響？答：奧氏體晶粒度： 是奧氏體晶粒大小的度量。 當(dāng)以單位面積內(nèi)晶粒的個(gè)數(shù)或每個(gè)晶 粒的平均面積與平均直徑來(lái)描述晶粒大小時(shí)， 可以建立晶粒大小

21、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(gè)數(shù)來(lái)確定奧 氏體晶粒度的級(jí)別。對(duì)鋼的性能的影響： 奧氏體晶粒小：鋼熱處理后的組織細(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(shí)， 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(shí)鋼中碳的擴(kuò)散情況及片、粒狀珠光體的形成過(guò)程？ 答：珠光體形成時(shí)碳的擴(kuò)散： 珠光體形成過(guò)程中在奧氏體內(nèi)或晶界上由于滲碳體和鐵 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

22、度差， 從而造成碳在 滲碳體和鐵素體中進(jìn)行擴(kuò)散， 簡(jiǎn)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(zhǎng)大，直至消耗完全部奧氏體。 片狀珠光體形成過(guò)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(shí)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(zhǎng)大的同時(shí)，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(zhǎng) 大的同時(shí)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(zhǎng)大形成一個(gè)片層相間大致平行的珠光體區(qū)域， 當(dāng)其

23、與其他部位形成的珠光體區(qū)域相遇并占據(jù)整個(gè)奧氏體時(shí)， 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(guò)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(guò)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(guò)冷奧氏體直接分解得到粒狀珠光體的過(guò)程： 要由過(guò)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(shí)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，

24、 在過(guò)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(gè)滲碳體晶核在獨(dú)立長(zhǎng)大的同時(shí)， 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(guò)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(guò)切變完成的， 珠光體相 變是通過(guò)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(guò)切變完成的； 新相和母相之間存

25、在一定的晶體學(xué)位相 關(guān)系。不同點(diǎn)：貝氏體是兩相組織，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(wú)碳的擴(kuò)散現(xiàn)象。9-5 簡(jiǎn)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(shuō)明它們?cè)谛阅苌系牟町悺?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(gè)奧氏體晶?？梢?形成幾個(gè)位向不同的板條群， 板條群由板條束組成， 而一個(gè)板條束內(nèi)包含很多近 乎平行排列的細(xì)長(zhǎng)的馬氏體板條。 每一個(gè)板條馬氏體為一個(gè)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

26、位錯(cuò)，這些位錯(cuò)分布不均勻，形成胞狀亞結(jié)構(gòu)， 稱為位錯(cuò)胞。片狀馬氏體的形貌特征： 片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(cuò)。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(cuò)運(yùn)動(dòng)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)

27、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(shí)具有較高的強(qiáng)度和良好的塑韌性， 并且具有韌脆轉(zhuǎn)變溫度低、 缺 口敏感性和過(guò)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(zhǎng)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(cuò)。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

28、下， 下貝氏體由含碳過(guò)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(cuò)。異同點(diǎn)： 相同點(diǎn)：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(cuò)。 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(jiǎn)述魏氏組織的形成條件、對(duì)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(guò)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(guò)程中， 或者當(dāng)加熱溫度過(guò)高并以較快 速度冷卻時(shí)，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(zhǎng)，

29、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(zhǎng)出來(lái)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，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(shí)才可能形成魏氏組織， 而 且當(dāng)奧氏體晶粒越細(xì)小時(shí)， 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(duì)鋼性能的影響： 其為鋼的一種過(guò)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

30、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(shí) 降，才使鋼的強(qiáng)度和韌性顯著降低。消除方法： 可以通過(guò)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，改變熱處理工藝，例如通過(guò)細(xì)化晶粒的調(diào)質(zhì)、正火、 完全退火等工藝來(lái)防止或消除魏氏組織。9-8 簡(jiǎn)述碳鋼的回火轉(zhuǎn)變和回火組織。答：碳鋼的回火轉(zhuǎn)變過(guò)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(guò)飽和的，當(dāng)回火溫度在100C以下時(shí)，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(cuò)線附近的間隙位 置，形成碳的偏聚區(qū)，降低馬

31、氏體的彈性畸變能。在片狀馬氏體中，除少量 碳原子向位錯(cuò)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(guò)100C時(shí)，馬氏體開始發(fā)生分解，碳原子偏聚區(qū)的碳原子 將發(fā)生有序化，繼而轉(zhuǎn)變成碳化物從過(guò)飽和 a相中析出。將馬氏體分解后形 成的低碳a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(shí)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 r時(shí)，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，

32、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250r以上時(shí)，將會(huì)形成更穩(wěn)定的 x碳化物直至B碳化物。當(dāng)回火溫度 升高至400°C，淬火馬氏體完全分解，但a相仍保持針狀外形，之前形成的 c碳化物和x碳化物全部轉(zhuǎn)變?yōu)?碳化物，即滲碳體。這種由針狀 a相和無(wú) 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(zhǎng)大和a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400C以上時(shí)，已脫離共格關(guān)系的滲碳體開始聚集長(zhǎng)大， 按

33、照細(xì)粒溶解，粗粒長(zhǎng)大的機(jī)制進(jìn)行。與此同時(shí)， a 相的狀態(tài)也在不斷發(fā)生 變化。馬氏體晶格是通過(guò)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(guò)程中a相也會(huì)要發(fā)生變化來(lái)降低自由能。當(dāng)回火溫度升高至400C以上時(shí)，a相開始出現(xiàn)回復(fù)現(xiàn)象，使位錯(cuò)密度減少或?qū)\晶消失，但是a 相晶粒仍保持板條狀或針狀。當(dāng)回火溫度升高至 600C以上時(shí)，板條狀或針 狀a相消失，形成等軸的a相。將淬火鋼在500-650C回火得到的回復(fù)或再結(jié) 晶了的a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

34、滲碳體，片間距0.6-1 ym，形成溫度：A1-650°C。索氏體：片狀鐵素體+片狀滲碳體，片間距0.25-0.3 形成溫度：650-600Co 托氏體：片狀鐵素體+片狀滲碳體，片間距0.1-0.15 m，形成溫度：600C以 下。以上三類珠光體是由過(guò)冷奧氏體直接轉(zhuǎn)變而得?；鼗鹚魇象w：將淬火鋼經(jīng)高溫回火后得到的回復(fù)或再結(jié)晶了的a相和粗粒狀滲碳體的機(jī)械混合物稱為回火索氏體?；鼗鹜惺象w：將淬火鋼經(jīng)中溫回火后得到的由針狀a相和無(wú)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(guò)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。

35、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)椋瑺?珠光體受力時(shí)，位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)被限制在鐵素體內(nèi)，當(dāng)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)至片狀碳化物界 面時(shí)形成較大的平面位錯(cuò)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(duì)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時(shí)，由于位錯(cuò)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

36、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(shí)間短還是細(xì)片狀珠光體的保溫時(shí)間短？試?yán)脢W氏體的形 成機(jī)制說(shuō)明之？答：細(xì)片狀珠光體的保溫時(shí)間短。原因：1、將鋼加熱到 AC1 以上某一溫度時(shí)，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，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(shí)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(zhǎng)大速度越快，

37、因此可 加速奧氏體的形成，縮短保溫時(shí)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(shí)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(shí)， 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250-400C溫度范圍內(nèi)回火時(shí)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450-650C溫度范圍內(nèi)回火時(shí)出現(xiàn)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(huì)出現(xiàn)。一般認(rèn)為， 其產(chǎn)生是由于馬氏體分解時(shí)沿馬

38、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(guò)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，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(yǎng)、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

39、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(duì) 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(duì)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，減輕高溫回火脆性9-12 比較過(guò)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(guò)程中得不到貝氏體組織？與亞共析鋼的 CCT曲

40、線中Ms線相比，過(guò)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(wú)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(zhǎng)。得不到貝氏體組織的原因： 在過(guò)共析鋼的奧氏體中， 碳濃度高，使貝氏體孕育期大大延長(zhǎng)， 在連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變 時(shí)貝氏體轉(zhuǎn)變來(lái)不及進(jìn)行便冷卻至低溫。Ms 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(shì)，而過(guò)共析鋼的 CCT 曲線中的M

41、s線右端呈上升趨勢(shì)。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(guò)共析鋼由于先共析滲碳體的析出，而 且在連續(xù)冷卻過(guò)程中也無(wú)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(guò)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(guò)冷奧氏體直接分解得到粒狀珠光體的過(guò)程： 要由過(guò)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

42、體顆粒； 同 時(shí)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(guò)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(gè)滲碳體晶核在獨(dú)立長(zhǎng)大的同時(shí)， 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(guò)程： 將片狀珠光體鋼加熱至略低于 A1 溫度長(zhǎng)時(shí)間保溫，得到粒狀珠光體。此時(shí)，片 狀珠光體球化的驅(qū)動(dòng)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(guò)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、析出顆粒狀滲碳體， 得到回復(fù)或再結(jié)晶的鐵素體加粒狀滲碳體

43、的組織。9-14 金屬和合金的晶粒大小對(duì)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(duì)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(shí)，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(shí)間，采用快速加熱短時(shí)保溫的奧 氏體化工藝。2、冶煉過(guò)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， 能形成高熔點(diǎn)的彌散碳化

44、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(guò)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 將馬氏體組織鋼加熱

45、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(guò)共析鋼的的強(qiáng)韌性，希望淬火時(shí)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(guò)共析鋼快速加熱至 AC1-ACcm 之間 略高于 AC1 某一溫度短時(shí)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

46、主加粒狀碳化物以及部分板 條馬氏體組織，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?1、細(xì)片狀珠光體； 2、粗片狀 珠光體； 3、比原來(lái)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(shí) 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 +

47、高溫回火）：將粒狀珠光體鋼加熱至 AC1-ACcm 之間某一溫度 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。可以將退火碳鋼加熱至 AC1-AC3 之間保溫

48、，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 800C爐 內(nèi)，上述組織對(duì)800C奧氏體化時(shí)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(duì)奧氏體化時(shí)間影響：

49、 會(huì)加快奧氏體化時(shí)間。 原因：因?yàn)閷⒋慊痄摷訜岬綂W氏體溫度時(shí)， 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)橄嘟?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(shí)， 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(zhǎng)大速度越快， 因此可加速奧氏體的形成， 縮短奧氏體化 時(shí)間。裂紋產(chǎn)生的原因：這是因?yàn)楹?0.8%的碳鋼件淬火時(shí)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(shí)產(chǎn)生很大的應(yīng)力場(chǎng)， 片狀馬氏體本身也很 脆，不能通過(guò)滑移或?qū)\生變形使應(yīng)力得到松弛， 因

50、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(guò)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)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(guò)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(guò)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(shuō)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(guò)程均屬于下坡

51、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(guò)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)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(shí)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)減小；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(lái)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)

52、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(dòng)力。擴(kuò)散過(guò)程都是在擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)力的作用下進(jìn)行的，如沒有擴(kuò)散 驅(qū)動(dòng)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(dòng)越激烈，原子被激活發(fā)生遷移的可能性就越大。4、時(shí)間要足夠長(zhǎng)。原子在

53、晶體中每躍遷一次最多只能移動(dòng)0.3-0.5nm 的距離，只有經(jīng)過(guò)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)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(duì)均勻化過(guò)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(huì)出現(xiàn)不同程度的枝晶偏析。 根據(jù)擴(kuò)散第二定 律可得知， 鑄錠均勻化退火所需時(shí)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(duì)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(shí)間。8-6 略（擴(kuò)散系數(shù)計(jì)算）8-7 略（消除枝晶偏析時(shí)間計(jì)算）8-8 可否用鉛代替鉛錫合金做對(duì)鐵進(jìn)行釬焊的材料，試分析說(shuō)明之？ 答：不能。原因：因?yàn)殁F焊過(guò)程只是釬

54、料熔化， 母材仍處?kù)豆腆w狀態(tài)。 因此要求釬料與母材不但液 態(tài)時(shí)能互溶，固態(tài)時(shí)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(lái)做釬料， 鐵做母材， 則鉛是無(wú)法擴(kuò)散到母 材中的，無(wú)法起到釬焊的效果。8-9 略8-10 滲碳是將零件置于滲碳介質(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(duì)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(cuò)密度和晶粒大小對(duì)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)

55、散系數(shù)比在奧氏體中大，但是當(dāng)把 鋼加熱至奧氏體時(shí)，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(cuò)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?，晶界?積越大，而原子沿晶界的擴(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(shí)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

56、會(huì)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(guò)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(guò)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(zhǎng)大過(guò)程示意圖（可參考教材P佃5,圖7-1）7-3已知 W、Fee Cu的熔點(diǎn)分別為3399C、1538C和1083E，試估算其再結(jié)晶 溫度。答：再結(jié)晶溫度：通常把經(jīng)過(guò)嚴(yán)重冷變形（變形度在 70%以上）的金屬，在約1h的 保溫時(shí)間內(nèi)能夠完

57、成超過(guò)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 S Tm，對(duì)于 工業(yè)純金屬來(lái)說(shuō)：S值為0.35-0.4,取0.4計(jì)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100-200C。如上所述取T再=0.4Tm,可得：W 再=3399 X 0.4=1359.6Fe再=1538X 0.4=6152CCu 再=1083X 0.4=433.2C7-4說(shuō)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(shí)晶核長(zhǎng)大和再結(jié)晶后的晶粒長(zhǎng)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(shí)間后，在原來(lái)的變 形組織中產(chǎn)生了無(wú)畸變的新的等軸晶粒，位錯(cuò)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(zhǎng) 大的過(guò)程。二次再結(jié)晶：經(jīng)過(guò)劇烈冷變形的某些金屬材料，在較高溫度下退火時(shí)，會(huì)出現(xiàn) 反常的晶粒長(zhǎng)大現(xiàn)象，即少數(shù)晶粒具有特別大的長(zhǎng)大能力，逐步吞食掉周圍的 小晶粒，其最終尺寸超過(guò)原始晶粒的幾十倍或上百倍，