金屬學(xué)及熱處理課后習(xí)題答案(崔忠圻版)-7-10章

1、金屬學(xué)與熱處理課后習(xí)題答案(崔忠圻版)第十章 鋼的熱處理工藝10-1 何謂鋼的退火？退火種類(lèi)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(lèi)：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(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)

2、化晶粒、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)共析鋼和合金工具

3、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(chēng)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(xiàn)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處理工藝。其主要目的是消除

4、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(lèi)內(nèi)應(yīng)力），以提高尺寸穩(wěn)定性，減小工件變形和開(kāi)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(lèi)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缺陷（魏氏組織、帶狀組織、粗大晶粒）。3、消除過(guò)共析

5、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(wèn)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(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)度和硬度。10-4 淬火的目的是什么？淬火方法有幾種？比較

6、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?、雙液淬火法、分級(jí)淬火法、等溫淬火法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(xiàn)？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

7、，過(guò)共析鋼加熱至AC1以上30-50.1、過(guò)共析鋼的淬火加熱溫度超過(guò)Accm線(xiàn)，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(kāi)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)。其大小以鋼在一定條件下淬火獲得的淬透

8、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(xiàn)圖（端淬曲線(xiàn)圖）根據(jù)手冊(cè)可以查到40Cr端淬曲線(xiàn)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(xiàn)實(shí)際上是

9、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(xiàn)圖（端淬曲線(xiàn)圖）根據(jù)手冊(cè)可以查到40Cr端淬曲線(xiàn)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(chēng)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

10、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)?，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，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

11、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(kāi)裂，應(yīng)當(dāng)采取什么措施？答：變形和開(kāi)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(kāi)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，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(kāi)裂傾向。2、選擇適當(dāng)?shù)睦鋮s方法：降

12、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(kāi)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(xiàn)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(kāi)裂的傾向。10-11 現(xiàn)有一批45鋼普通車(chē)床傳動(dòng)齒輪，其工藝路線(xiàn)為鍛造-熱處理-機(jī)械加工-高頻感應(yīng)加熱淬火-回火。試問(wèn)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。

13、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40

14、Cr臨界相變點(diǎn)AC3和淬透性曲線(xiàn)（通過(guò)查手冊(cè)：AC3=782）熱處理工藝：奧氏體化溫度=AC3+（30-50），取820保溫時(shí)間=KD=15min，K=1.5mm/min根據(jù)40Cr的淬透性曲線(xiàn)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650回火，其硬度為25-30HRC，符合心部硬度要求?；鼗饡r(shí)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(xiě)出20Cr2Ni4A鋼重載滲碳齒輪的冷、熱加

15、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

16、，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：700、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(cè)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(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(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840：在此

17、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）；1）粗片狀珠光體+少量球狀滲碳體：亞溫加熱+等溫；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；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(wèn)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)

18、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(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

19、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?。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(kāi)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

20、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

21、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

22、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，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?chē)赶鄪W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

23、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?。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?？梢孕纬蓭讉€(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

24、余奧氏體分割開(kāi)。板條馬氏體的亞結(jié)構(gòu)：高密度的位錯(cuò)，這些位錯(cuò)分布不均勻，形成胞狀亞結(jié)構(gòu)，稱(chēng)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?chē)ǔ４嬖跉埩魥W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

25、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(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。在電子顯微鏡下，下貝氏體由含碳過(guò)飽和

26、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)，并且呈針片狀析出。在光學(xué)顯微鏡下可以觀察到從奧

27、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(lèi)組織稱(chēng)為魏氏組織。前者稱(chēng)鐵素體魏氏組織，后者稱(chēng)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

28、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100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(xiàn)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(cuò)線(xiàn)偏聚外，大量碳原子將垂直于馬氏體C軸的（10

29、0）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)100時(shí)，馬氏體開(kāi)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(chēng)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，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

30、成的碳化物是亞穩(wěn)定相，當(dāng)回火溫度升高至250以上時(shí)，將會(huì)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(wú)共格聯(lián)系的細(xì)粒狀滲碳體組成的機(jī)械混合物稱(chēng)為回火托氏體。）5、滲碳體的聚集長(zhǎng)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(shí)，已脫離共格關(guān)系的滲碳體開(kāi)始聚集長(zhǎng)大，按照細(xì)粒溶解，粗粒長(zhǎng)大的機(jī)制進(jìn)行。與此同時(shí)，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400以

31、上時(shí)，相開(kāi)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(shí)，板條狀或針狀相消失，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(chēng)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(lèi)珠光體是

32、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)晶了的相和粗粒狀滲碳體的機(jī)械混合物稱(chēng)為回火索氏體。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(wú)共格聯(lián)系的細(xì)粒狀滲碳體組成的機(jī)械混合物稱(chēng)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(lèi)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(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

33、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)

34、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；加速奧氏體的形成，縮短保溫時(shí)間。9-11 何為第一類(lèi)回火脆性和第二類(lèi)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(chēng)為回火脆性。第一類(lèi)回火脆性：鋼在250-400溫度范圍內(nèi)回火

35、時(shí)出現(xiàn)的回火脆性稱(chēng)為第一類(lèi)回火脆性，也稱(chēng)低溫回火脆性。第二類(lèi)回火脆性：鋼在450-650溫度范圍內(nèi)回火時(shí)出現(xiàn)的回火脆性稱(chēng)為第二類(lèi)回火脆性，也叫高溫回火脆性。產(chǎn)生原因：第一類(lèi)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(chēng)為裂紋擴(kuò)展的路徑，因而產(chǎn)生脆性。第二類(lèi)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

36、。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(lèi)回火脆性：A、避開(kāi)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(lèi)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

37、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(xiàn)和CCT曲線(xiàn)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曲線(xiàn)中Ms線(xiàn)相比，過(guò)共析鋼的Ms線(xiàn)有何不同點(diǎn)，為什么？答：TTT曲線(xiàn)和CCT曲線(xiàn)的異同點(diǎn)：相同點(diǎn)：1、都具有滲碳體的先共析線(xiàn)。2、相變都有一定的孕育期。3、曲線(xiàn)中都有一條相變開(kāi)始線(xiàn)和一條相變完成線(xiàn)。不同點(diǎn)：1、CCT曲線(xiàn)中無(wú)貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)。2、CCT曲線(xiàn)中發(fā)生相變的溫度比TTT曲線(xiàn)中的低3、CCT曲線(xiàn)中發(fā)生相變的孕育期比TTT曲線(xiàn)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

38、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(xiàn)的不同點(diǎn)及原因：不同點(diǎn)：亞共析鋼的CCT曲線(xiàn)中的Ms線(xiàn)右端呈下降趨勢(shì)，而過(guò)共析鋼的CCT曲線(xiàn)中的Ms線(xiàn)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?chē)鷬W氏體的富碳，從而導(dǎo)致Ms線(xiàn)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?chē)鷬W氏體貧碳，導(dǎo)致Ms線(xiàn)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

39、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?chē)赶鄪W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

40、、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(kāi)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

41、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(wèn)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：

42、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(wèn)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

43、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(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

44、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，保留先共析塊狀

45、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800爐內(nèi)，上述組織對(duì)800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：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)

46、，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)橄嘟缑嫔咸紳舛炔痪鶆?、原子排列不?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?.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，

47、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(lèi)？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

48、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??；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(lèi)型：不同類(lèi)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)

49、成分：當(dāng)合金元素提高合金熔點(diǎn)，擴(kuò)散系數(shù)減??；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(mǎn)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(méi)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

50、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

51、，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(wèn)：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)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^

52、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?，晶界面積越大，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(xiàn)制作導(dǎo)線(xiàn)，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(lèi)內(nèi)應(yīng)力），改善其塑性和韌性，提高其在使用

53、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(huà)出截面上的顯微組織示意圖。 答：解答此題就是畫(huà)出金屬冷變形后晶?；貜?fù)、再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大過(guò)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(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Tm，(T為熱力學(xué)溫度)對(duì)于工業(yè)純金屬來(lái)說(shuō)：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，

54、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=(3399+273)×0.4=1468.8KFe再=(1538+273)×0.4=724.4KCu再=(1083+273)×0.4=542.4K7-4 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(chēng)為（一次）再結(jié)晶。它的實(shí)質(zhì)

55、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?chē)男【Я?，其最終尺寸超過(guò)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(gè)過(guò)程稱(chēng)為二次再結(jié)晶。二次再結(jié)晶并不是晶粒重新形核和長(zhǎng)大的過(guò)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(zhǎng)大，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)它是特殊條件下的晶粒長(zhǎng)大過(guò)程，并非是再結(jié)晶過(guò)程。本質(zhì)區(qū)別：是否有新的形核晶粒。2、 再結(jié)晶時(shí)晶核長(zhǎng)大和再結(jié)晶后的晶粒長(zhǎng)大。定義再結(jié)晶晶核長(zhǎng)大：是指再結(jié)晶晶核形成后長(zhǎng)大至再結(jié)晶初始晶粒的過(guò)程。其長(zhǎng)大驅(qū)動(dòng)力是新晶粒與周?chē)冃位w

56、的畸變能差，促使晶核界面向畸變區(qū)域推進(jìn)，界面移動(dòng)的方向，也就是晶粒長(zhǎng)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(wú)畸變晶粒代替。再結(jié)晶后的晶粒長(zhǎng)大：是指再結(jié)晶晶核長(zhǎng)大成再結(jié)晶初始晶粒后，當(dāng)溫度繼續(xù)升高或延長(zhǎng)保溫時(shí)間，晶粒仍然繼續(xù)長(zhǎng)大的過(guò)程。此時(shí)，晶粒長(zhǎng)大的驅(qū)動(dòng)力是晶粒長(zhǎng)大前后總的界面能的差，界面移動(dòng)的方向，也就是晶粒長(zhǎng)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(zhǎng)大驅(qū)動(dòng)力不同2、長(zhǎng)大方向不同，即晶界的移動(dòng)方向不同。7-5 分析回復(fù)和再結(jié)晶階段空位與位錯(cuò)的變化及其對(duì)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(shí)，在光學(xué)顯微組織發(fā)

57、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(guò)程。空位和位錯(cuò)的變化及對(duì)性能的影響：回復(fù)過(guò)程中，空位和位錯(cuò)發(fā)生運(yùn)動(dòng)，從而改變了他們的數(shù)量和組態(tài)。低溫回復(fù)時(shí)，主要涉及空位的運(yùn)動(dòng)。空位可以移至表面、晶界或位錯(cuò)處消失，也可以聚集形成空位對(duì)、空位群，還可以與間隙原子相互作用而消失，總之空位運(yùn)動(dòng)的結(jié)果使空位密度大大減小。電阻率對(duì)空位密度比較敏感，因此其數(shù)值會(huì)有顯著下降。而力學(xué)性能對(duì)空位的變化不敏感，沒(méi)有變化。中溫回復(fù)時(shí)，主要涉及位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)。由于位錯(cuò)滑移會(huì)導(dǎo)致同一滑移面上異號(hào)位錯(cuò)合并而相互抵消，位錯(cuò)密度略有下降，但降低幅度不大，力學(xué)性能變化不大。 高溫回復(fù)時(shí)，主要涉及位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)。位錯(cuò)不但可以滑移、而且可以攀移，發(fā)生多邊化，使錯(cuò)密度有所降低，降低系統(tǒng)部分內(nèi)應(yīng)力，從而使硬度、強(qiáng)度略有下降，塑性、韌性得到改善。綜上，回復(fù)過(guò)程可以使冷塑性變形的金屬在基本保持加工硬化的狀態(tài)下降低其內(nèi)應(yīng)力（主要是第一類(lèi)內(nèi)應(yīng)力），減輕工件的翹曲和變形，降低電阻率，提高材料的耐蝕性并改善其塑性和韌性，提高工件使用時(shí)的