固態(tài)相變考試必備

1、固態(tài)相變：金屬和陶瓷等固態(tài)材料在溫度和壓力改變時，其內(nèi)部組織或結(jié)構(gòu)會發(fā)生變化，即發(fā)生從一種狀態(tài)到另一種相態(tài)的轉(zhuǎn)變，這種轉(zhuǎn)變稱之為固態(tài)相變。固態(tài)相變的阻力有哪些：金屬固態(tài)相變時的相變阻力應包括界面能和彈性應變能兩項。當界面共格時，可以降低界面能，但使彈性應變能增大。當界面不共格時，盤(片)狀新相的彈性應變能最低，但界面能較高；而球狀新相的界面能最低，但彈性應變能卻最大。為什么固態(tài)相變中出現(xiàn)過渡相?晶體缺陷對固態(tài)相變形核有什么影響？1.當穩(wěn)定的新相與母相的晶體結(jié)構(gòu)差異較大時，母相往往不直接轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂赡茏畹偷姆€(wěn)定新相，而是先形成晶體結(jié)構(gòu)或成分與母相比較接近，自由能比母相稍低些的亞穩(wěn)定的過渡相。此時，

2、過渡相往往具有界面能較低的共格界面或半共格界面，以降低形核功，使形核容易進行。2.晶體缺陷是能量起伏、結(jié)構(gòu)起伏和成分起伏最大的區(qū)域，在這些區(qū)域形核時，原子擴散激活能低，擴散速度快，相變應力容易被松弛。在固態(tài)相變中，從能量的觀點來看，均勻形核的形核功最大，空位形核次之，位錯形核更次之，晶界非均勻形核的形核功最小。為什么新相形成的時候，常常呈薄片狀或針狀？如果新相呈球狀，新相與母相之間是否存在位相關(guān)系？金屬固態(tài)相變時，因新相與母相惡比容不同，可能發(fā)生體積變化，但由于受到周圍母相的約束，新相不能自由膨脹產(chǎn)生彈性應變能。而片狀或針狀的彈性應變能最小，所以新相形成時常常呈片狀或針狀 存在位相關(guān)系。許多情

3、況下，金屬固態(tài)相變時，新相與母相之間往往存在一定的位相關(guān)系，且新相呈球狀時與母相的彈性應變能最大，是由新、母相的比容不同或兩相界面共格或半共格關(guān)系造成的，所以必然存在一定的位相關(guān)系。TTT曲線的建立：將不同溫度下的等溫轉(zhuǎn)變開始時間和終了時間以及某些特定的轉(zhuǎn)變量所對應的時間繪制在溫度時間半對數(shù)坐標系中，并將不同溫度下的轉(zhuǎn)變開始點和轉(zhuǎn)變終了點以及轉(zhuǎn)變50%點分別連接成曲線，則可得到過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖，即TTT曲線。TTT圖的作用：TTT圖反映了在臨界點以下溫度等溫或以一定冷卻速度冷卻時過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變規(guī)律，綜合顯示了合金元素等對轉(zhuǎn)變動力學的影響以及等溫溫度或冷卻速度對轉(zhuǎn)變產(chǎn)物和性能的影響?？汕宄?/p>

4、的看出：某相過冷到臨界點以下某一溫度保溫時，相變何時開始，何時轉(zhuǎn)變能量達50，何時轉(zhuǎn)變終止 相變速率最初是隨溫度下降而逐漸增大，達到一最大值后又逐漸減小。TTT圖可以為正確選擇鋼的熱處理工藝、分析熱處理后的組織和性能以及合理選用鋼材等提供依據(jù)。奧氏體的形成過程可分為四個階段：奧氏體形核 奧氏體晶核向及兩個方向長大 剩余碳化物溶解 奧氏體均勻化。影響奧氏體形成速度的因素：加熱溫度的影響，即加熱溫度越高，奧氏體形成速度就越快碳含量的影響，鋼中碳含量越高，奧氏體形成速度就越快 原始組織的影響，在鋼的成分相同的情況下，原始組織中碳化物的分散度越大，則相界面就越多，形核率也就越大，剛的原始組織也越細，奧

5、氏體的形成速度就越快 合金元素的影響，強碳化物形成元素降低碳在奧氏體中的擴散系數(shù)，并形成特殊碳化物且不易溶解，所以顯著減慢奧氏體的形成速度。非碳化物則加速奧氏體的形成速度。本質(zhì)細晶粒鋼與本質(zhì)粗晶粒鋼的區(qū)別：奧氏體晶粒度在58級者稱為本質(zhì)細晶粒鋼，而奧氏體晶粒度在14級者稱為本質(zhì)粗晶粒鋼。對于本質(zhì)細晶粒鋼，當加熱溫度超過9501000攝氏度時也可能得到十分粗大的實際晶粒。對于本質(zhì)粗晶粒鋼，當加熱溫度略高于臨界點時也可能得到比較細的奧氏體晶粒。影響奧氏體晶粒長大的因素：加熱溫度和保溫時間的影響，加熱溫度越高，加熱時間越長，奧氏體晶粒將越粗大 加熱速度的影響，加熱速度越大，過熱度就越大，奧氏體實際形

6、成溫度就越高，快速加熱時可以獲得細小的奧氏體起始晶粒 鋼中碳含量的影響，在鋼中碳含量不足以形成過剩碳化物的情況下，加熱時奧氏體晶粒隨鋼中碳含量增加而增大。當碳含量超過一定限度時，反而阻礙奧氏體晶粒的長大 合金元素的影響，鋼中加入適量形成難溶化合物的合金元素，將強烈地阻礙奧氏體晶粒長大，使奧氏體晶粒粗化溫度顯著提高。加入適量形成易溶化合物的合金元素，則阻礙程度中等。冶煉方法的影響原始組織的影響，原始組織越細，碳化物彌散度越大，所得到的奧氏體起始晶粒就越細小。片狀與粒狀珠光體性能的比較：在成分相同的情況下，與片狀珠光體相比，粒狀珠光體的強度、硬度稍低，而塑性較高。粒狀珠光體的切削性好，對刀具的磨損

7、小，冷擠壓時的成形性也好。粒狀珠光體的性能還取決于碳化物顆粒的形態(tài)、大小和分布。在相同抗拉強度下，粒狀珠光體比片狀馬氏體的疲勞強度有所提高。粒狀珠光體的形成過程：粒狀珠光體是通過片狀珠光體中滲碳體的球狀化而獲得的。若將片狀珠光體加熱至略高于點的溫度，則得到奧氏體加未完全溶解滲碳體的混合組織。在此溫度下保溫將使片狀滲碳體球狀化。然后緩慢冷卻至點以下時，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，最后得到滲碳體呈顆粒狀分布的粒狀珠光體。影響珠光體轉(zhuǎn)變動力學的因素：化學成分的影響，對于亞共析鋼，隨著奧氏體中碳含量的增高，析出先共析鐵素體的孕育期增長，析出速度減慢。各種合金元素，除鈷以外，都推遲珠光體轉(zhuǎn)變的進行。加熱溫度和保

8、溫時間的影響，提高加熱溫度或延長保溫時間，轉(zhuǎn)變速度低 奧氏體晶粒度的影響，奧氏體晶粒細小，單位面積內(nèi)的晶界面積增大，珠光體的形核部位增多，將促進珠光體的形成 應力和塑性變形的影響，對奧氏體施加拉應力或進行塑性變形，促進珠光體的形核和晶體長大，加速珠光體的轉(zhuǎn)變。馬氏體相變的主要特征：切變共格和表面浮突現(xiàn)像 無擴散性 具有特定的位相關(guān)系和慣習面 在一個溫度范圍內(nèi)完成相變 可逆性。影響鋼中Ms點的主要因素：化學成分的影響，Ms點主要取決于鋼的化學成分，鋼中碳含量增加，馬氏體相變的溫度范圍下降，合金元素除鋁、鈷外，均使Ms點降低 形變與應力的影響，多向壓縮應力將阻止馬氏體的形成，因而降低Ms點。而拉應

9、力或單向壓應力往往有利于馬氏體的形成，使Ms點升高 奧氏體化條件的影響，加熱溫度升高和保溫時間延長，使Ms點下降，若不發(fā)生化學成分變化，則使Ms點升高。在奧氏體成分一定的情況下，晶粒細化會使Ms點下降 淬火冷卻速度的影響，在正常淬火條件下，對奧氏體起強化作用。而極快的淬火速度會使Ms點升高。當冷卻速度足夠大時，Ms點不隨淬火速度增大而升高 磁場的影響，外加磁場將誘發(fā)馬氏體相變，與不加磁場相比，Ms點升高。馬氏體的點陣結(jié)構(gòu)和畸變：C原子分布在Fe體心立方單胞的各棱邊中央和面心，可視為處于一個Fe原子組成的扁八面體孔隙之中，長軸為a，短軸為c。由于C在Fe中溶解度小，鋼中馬氏體的C較高，所以將引起

10、點陣畸變，使體心立方點陣變成體心正方點陣，該畸變稱為畸變偶極。使馬氏體具有高硬度、高強度的主要因素：相變強化，馬氏體相變的切變特性造成了馬氏體在晶體內(nèi)產(chǎn)生大量的微觀缺陷，使馬氏體強化 固溶強化，C原子溶入Fe原子所組成的扁八面體后發(fā)生不對稱畸變，形成以C為中心的畸變偶極應力場，且與位錯產(chǎn)生強烈的交互作用，使馬氏體強度升高 時效強化，馬氏體在室溫下只需幾分鐘甚至幾秒鐘就可以通過原子擴散而產(chǎn)生時效強化，發(fā)生C原子偏聚和析出，從而產(chǎn)生時效強化作用 馬氏體的形變強化特性 孿晶對馬氏體強度的貢獻 原始奧氏體晶粒大小和馬氏體板條群大小對馬氏體強度的影響，原始奧氏體晶粒越細，馬氏體板條群越細，馬氏體強度越高

11、。鋼中貝氏體的組織形態(tài)：在貝氏體相變區(qū)較高溫度范圍內(nèi)形成的貝氏體稱為上貝氏體，呈羽毛狀、條狀或針狀，少數(shù)呈橢圓形或矩形 在貝氏體相變區(qū)較低溫度范圍內(nèi)形成的貝氏體稱為下貝氏體，呈暗黑色針狀或片狀，而各片之間都有一定的交角 粒狀貝氏體 無碳化物貝氏體 低碳合金鋼中的、。影響貝氏體機械性能的因素：貝氏體中鐵素體的影響，貝氏體中鐵素體晶粒越細小，貝氏體的強度就越高，而且韌性有時還有所提高 貝氏體中滲碳體的影響，碳化物顆粒尺寸越小、數(shù)量越多，對強度的貢獻就越大，在滲碳體尺寸相同的情況下，滲碳體越多，則貝氏體硬度和強度就越大，韌性和塑性就越低 其他因素的影響，奧氏體化溫度不同，貝氏體化的不完全性都會影響貝

12、氏體的性能?；鼗饡r機械性能的變化：1.隨回火溫度升高，硬度和強度降低，鋼中加入合金元素能減小硬度和強度降低的趨勢 2.淬火鋼在回火時，隨回火溫度的升高，塑性升高。但高碳鋼低溫回火時，塑性幾乎為零，而沖擊韌性不一定隨溫度而單調(diào)增高，可能出現(xiàn)兩個溫度區(qū)域韌性減小 3.影響第一類回火脆性的因素：有害雜質(zhì)元素，S、P、As、Sb、Cu、N、H、O等 促進第一類回火脆性的元素, Mn、Si、Cr、Ni、V等 減弱第一類回火脆性的元素,Mo、W、Ti、Al等 減輕第一類回火脆性的措施：降低剛中雜質(zhì)元素的含量 用Al脫氧或加入Nb、V、Ti等合金元素以細化奧氏體晶粒 加入Mo、W等減輕第一類回火脆性的合金元

13、素 加入Si、Cr以調(diào)整發(fā)生第一類回火脆性的溫度范圍，使之避開所需的回火溫度 采用等溫淬火工藝代替淬火加回火工藝。 1簡述共析鋼加熱奧氏體化的過程。 答：（1）奧氏體形核奧斯體的形核是通過形核和長大完成的。奧氏體的晶核是依靠系統(tǒng)的能量起伏、濃度起伏和結(jié)構(gòu)起伏形成的；(2)奧氏體晶核長大奧氏體的長大過程是兩個新舊界面向原來的鐵素體和滲碳體中推移的過程，驅(qū)動力為奧氏體中的碳濃度差；（3）剩余碳化物的溶解奧氏體中鐵素體的溶解速度大了滲碳體的溶解速度，使?jié)B碳體過剩而逐漸溶入奧氏體中；（4）奧氏體的均勻化繼續(xù)加熱或保溫，借助碳原子的擴散使碳原的分布趨于均勻。2馬氏體相變的主要特征有哪

14、些？答：（1）切變共格和表面浮突現(xiàn)象馬氏體轉(zhuǎn)變時奧氏體中的原子基集體有規(guī)則的向新相中遷移，形成切變共格界面，表面產(chǎn)生浮突效應；（2）無擴散性僅由面心立方點陣通過切邊改組為體心立方點陣，而無成分的變化；（3）具有特定的位向關(guān)系和慣習面；（4）在一個溫度范圍內(nèi)完成相變溫度在Ms-Mf完成，但是轉(zhuǎn)變不能完全進行，有一定量的殘余奧氏體存在；（5）可逆性3什么是第一類回火脆性，避免其發(fā)生的方法有哪些？答：在250-400C之間出現(xiàn)的回火脆性稱為第一類回火脆性，也稱低溫回火脆性，也稱為不可逆回火脆性。避免方法：（a）降低鋼中雜質(zhì)元素的含量；（b）用Al脫氧或加入Nb、V、Ti等合金元素以細化奧氏體晶粒；（

15、c）加入Mo、W等能減輕第一類回火脆性的合金元素；（d）加入Cr、Si以調(diào)整發(fā)生第一類回火脆性的溫度范圍，使之避開所需的回火溫度；（e）采用等溫淬火工藝代替淬火加回火工藝。4板條馬氏體和片狀馬氏體那種會出現(xiàn)顯微裂紋，為什么？答：片狀馬氏體。顯微裂紋是片狀馬氏體形成是產(chǎn)生的，先形成的第一片馬氏體貫穿整個晶粒，將奧氏體晶粒分成兩個部分，而后形成的馬氏體片大小受到限制，所以馬氏體的大小是不同的。后形成的馬氏體片不斷的撞擊先形成的馬氏體。由于馬氏體的形成速度非?？?，所以相互撞擊，同時還與奧氏體晶界撞擊，產(chǎn)生較大的應力場，另外片狀馬氏體的含碳量比較高，不能通過滑移和孿晶等變形方式消除應力，所以片狀馬氏體

16、容易出現(xiàn)顯微裂紋。板條馬氏體之間的夾角比較小，基本上是平行的，相互撞擊的幾率較小，殘余奧氏體的存在可以緩解應力，所以板條馬氏體沒有出現(xiàn)顯微裂紋。5什么是材料的熱處理？其目的是什么？常見的熱處理工藝有哪些？答：材料的熱處理是通過特定的加熱保溫和冷卻方式來獲得工程上所需的組織的一種工藝過程的總稱。目的：改變金屬及合金的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)使其滿足服役條件所提出的性能要求。常見的熱處理工藝有淬火、正火、退火和回火。6如何區(qū)別高碳鋼中的回火馬氏體與下貝氏體？ 答：（1）高碳鋼回火馬氏體表面浮突呈錐字型，它的相變是通過共格切變機制完成的。而下貝氏體的表面浮突是不平行的相交成V字形，而且它的鐵素體不是通過切變共格

17、完成的；（2）高碳鋼回火馬氏體中存在位錯和孿晶，而下貝氏體中的鐵素體中只有位錯盤結(jié)沒有孿晶結(jié)構(gòu)存在，其韌性較好。（3）下貝氏體中碳沿著與貝氏體長軸呈50-60°傾斜的直線規(guī)則排列與相間析出相似?；鼗瘃R氏體中碳在鐵素體中是均勻分布的。7奧氏體的晶核最容易在什么地方形成？為什么？答：奧氏體晶核的形核位置通常在鐵素體和滲碳體兩相界面上。原因有三點：（1）碳原子的濃度差較大，有利于獲得形成奧氏體晶核所需的碳濃度；（2）在兩相界面處，原子排列不規(guī)則，鐵原子可能通過短程擴散由母相點陣向新相點陣轉(zhuǎn)移，從而促使奧氏體形核，即形核所需的結(jié)構(gòu)起伏較小；（3）在兩相界面處，雜質(zhì)幾其他的晶體缺陷較多，具有較

18、高的畸變能，新相形核是可消除部分的晶體缺陷而使系統(tǒng)的自由能降低。一、貝氏體轉(zhuǎn)變和珠光體轉(zhuǎn)變有哪些異同點？ 答：（1）貝氏體轉(zhuǎn)變和珠光體轉(zhuǎn)變都是在一定的上限溫度下進行的，而且珠光體上限轉(zhuǎn)變溫度是1，貝氏體對應的溫度是Ds；（2）兩者轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物都是鐵素體和碳化物所組成的兩相混合物。珠光體是層片狀的，而貝氏體是非層片狀的；（3）貝氏體和珠光體都可以等溫形成，都是通過形核和長大過程來完成的；（4）與珠光體不同，貝氏體的等溫轉(zhuǎn)變不能進行到終了，具有轉(zhuǎn)變的不完全性；（5）珠光體轉(zhuǎn)變時，鐵原子和碳原子均可以擴散。貝氏體轉(zhuǎn)變時只有碳原子能擴散，而鐵原子不能進行擴散；（6）貝氏體的晶體學特征包括位向關(guān)

19、系和慣習面均與珠光體不同。貝氏體中鐵素體在形成的時候，拋光表面可以引起浮突效應，而珠光體中是沒有的。二、合金元素對鋼中珠光體轉(zhuǎn)變動力學有何影響？答：（1）降低碳在奧氏體中的擴散速度；（2）降低鐵原子的自擴散速度；（3）對相變臨界點的影響，除了Mn、Ni之外均可使A1點升高，過冷度增大，孕育期縮短，TTT曲線左移；（4）對相界面的阻礙作用，對于亞共析鋼合金元素Mn、Mo可以阻礙r/a相界面的移動，降低先析出鐵素體的形成速度，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w的孕育期增長；（5）強碳化物形成元素V、Ti、Zr、Nb可以溶入奧氏體中穩(wěn)定奧氏體使“C“型曲線右移。三、TTT圖和CCT圖表示的是什么？兩者的區(qū)別是什么

20、？答：TTT圖是過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變動力學圖，CCT圖是過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變動力學圖。區(qū)別：（1）連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變CCT曲線都是處于同種材料的等溫轉(zhuǎn)變TTT曲線的右下方；（2）從形狀上看，CCT曲線不論是珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)還是貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)都只有相當于TTT曲線的上半部；（3）碳鋼連續(xù)冷卻時可使中溫的貝氏體轉(zhuǎn)變被抑制；（4）合金鋼連續(xù)冷卻時可以有珠光體轉(zhuǎn)變而無貝氏體轉(zhuǎn)變，也可以有貝氏體轉(zhuǎn)變而無珠光體轉(zhuǎn)變，或者兩者兼而有之。四、什么是過冷奧氏體？過冷奧氏體冷卻時轉(zhuǎn)變?yōu)槟切┎黄胶饨M織？答：奧氏體是鋼中的高溫穩(wěn)定相，當鋼冷至臨界點以下奧氏體就不在穩(wěn)定，一稱為過冷奧氏體。將奧氏體降至適當溫度時可以發(fā)生高溫珠光體轉(zhuǎn)

21、變、中溫貝氏體轉(zhuǎn)變和低溫馬氏體轉(zhuǎn)變，分別得到的是珠光體、貝氏體和馬氏體組織。珠光體是由鐵素體和滲碳體組成的層片相間的機械混合物，隨著過冷度的增大片層間距減小，性能逐漸變好。貝氏體是鐵素體和碳化物組成的非層片狀組織，典型的組織有上貝氏體和下貝氏體，下貝氏體的綜合力學性能較好。典型的馬氏體有平行板條狀馬氏體和透鏡片狀馬氏體，其強度和硬度較高，塑性和韌性較差，多經(jīng)過回火來改變其性能。1、共格界面:當界面上的原子所占位置恰好是兩相點陣的共有位置兩相在界面上的原子可以一對一相互匹配,這種界面叫做共格界面。 2、回火脆性:指在回火過程中韌性下降的現(xiàn)象。 4、淬透性:指鋼在淬火時能夠獲得馬氏體組織的傾向。

22、5、時效:鋼(或合金)經(jīng)固熔處理后,其固熔體中的溶質(zhì)元素(合金元素)將處于過飽和狀態(tài),如果在室溫或某一定高溫下溶質(zhì)原子仍具有一定的擴散能力,隨時間的延續(xù),過飽和固熔體中溶質(zhì)元素將發(fā)生脫熔(或析出)從而使鋼(或合金)的性能發(fā)生變化,此即時效。 1、共析鋼淬火后回火,根據(jù)回火溫度可分為低溫回火、中溫回火、高溫回火,分別得到回火馬氏體、回火屈氏體和回火索氏體組織。 2、調(diào)質(zhì)處理的鋼與正火鋼相比,不僅強度較高而且塑性 、韌性 也高于正火鋼,這是由于調(diào)質(zhì)處理后鋼中滲碳體呈 粒狀 而正火后的滲碳體呈 片狀 。 3、化學熱處理通常可分為 分解 、 吸收 、 擴散 三個基本過程。 4、淬火冷卻時產(chǎn)生的組織應力

23、是由于工件的 表面 和 心部 發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的不同時性而造成的內(nèi)應力。 1、低碳馬氏體可以在淬火狀態(tài)下使用。答:正確。自回火現(xiàn)象及低碳鋼本身淬火應力較小。2、正火的冷卻速度比退火稍慢故正火鋼的組織比較粗大它的強度、硬度比退火低。正火是加熱后采取空冷而退火是采用隨爐冷卻,因此正火的冷速比退火要快因此正火鋼的組織較細小,強度和硬度比退火高。 3、淬透性是鋼材的固有屬性它取決于鋼的淬火冷速的大小。 答:錯誤。淬透性是鋼材的固有屬性.它只取決于鋼的淬火臨界冷卻速度的大小。 4、本質(zhì)細晶粒鋼加熱后的實際晶粒一定比本質(zhì)粗晶粒鋼小。 答錯誤。加熱后的實際晶粒大小取決于實際的加熱規(guī)范若加熱溫度很高,本質(zhì)細晶粒鋼也可以獲得粗大的奧氏體晶粒。 1、試分析下貝氏體中碳化物排布規(guī)律的形成原因。答:下貝氏體的組織形態(tài)為板條狀或片狀的鐵素體再加上基體上沉淀著的許多細微的碳化物且與鐵素體長軸呈5560的方向較整齊地排列。形成這種排布規(guī)律的機理為:下貝氏體中的鐵素體片是由若干個亞單元所組成,當一個亞單元長大到一定尺寸時,在其附近又會誘發(fā)形核并長大,便構(gòu)成了鐵素體在縱向和橫向的成長每個亞單元都是按切變共格方式形成,其長大速度較快,但整個鐵素體的長大速度受碳原子擴散所控制,當亞單元長大到一定尺寸時便會發(fā)生停頓,是一種不連續(xù)生長.