固態(tài)相變考試題

名稱解釋（10分，每題2分）問火馬氏體答：淬火鋼在低溫回火口寸得到的組織。回火脆性答：隨問火溫度升高，一般是鋼的強度、硬度降低，塑性升高，但沖擊韌性不一定總是隨回火溫度升高而升高，有些鋼在某些溫度回火時，朝性反而顯著下降的現(xiàn)象。組織遺傳答：合金鋼構(gòu)件在熱處理0寸，常出現(xiàn)由于鍛壓、軋制、鑄造、焊接等工藝而形成的原始有序粗晶組織。這些非平衡的粗品有序組織（馬氏體、貝氏體、魏氏組織等）在一定加熱條件下所形成的奧氏體晶粒繼承或恢復(fù)原始粗大晶粒的現(xiàn)象，稱為組織遺傳。時效答：過飽和的固溶體在室溫放^或加熱到一定溫度下保持一段時間，使得溶質(zhì)原子在同溶體點陣中的一定區(qū)域內(nèi)析山、聚集、形成新相，引起合金的組織和性能的變化稱為口寸效。形狀記憶效應(yīng)答：將某些金屬材料進行變形后加熱到某一特定溫度以上時，能自動回復(fù)到原來的形狀的效應(yīng)。二次硬化現(xiàn)象當(dāng)M中K形成元素含量足夠多時，500°C以上回火會析出合金碳化物，細(xì)小的彌散分布的合金K將使己經(jīng)因回火溫度升高而下降的硬度重新升高，故稱二次硬化。晶粒度設(shè)n為放大10（）倍時每645mm2（lin2）而積P、j的晶粒數(shù)，則下式中的N被用來表示晶粒大小的級別，被稱為晶粒度。N=2N-1二、填空：（20分，每空0.5分）馬氏體轉(zhuǎn)變時K-S關(guān)系是指{110}a’I{111}y（晶面關(guān)系），<111>u’| <110〉y（晶向關(guān)系）o奧氏體是碳溶于丫一Fe固溶體，碳原子位于八面體中心位置，鋼中馬氏體是碳溶于aFe過飽和固溶體，具有體心正方點陣點陣。相界面根據(jù)其共格性有選搔，半共格，非共格，其巾非共格界面的彈性應(yīng)變能最小。M回火加熱時，回火轉(zhuǎn)變過程依次為M碳原子的偏聚和聚集,M的分解，殘余A分解，碳化物類型變化,a相回復(fù)與PJ結(jié)晶。 _由淬火口寸造成的三類內(nèi)應(yīng)力在回火0，隨著回火溫度的升高，三類應(yīng)力消失或減小的順序和原因為笫H類應(yīng)力，原因是M分解，造成碳原子析出；第X類應(yīng)力，原因是碳化物的析出;第二類應(yīng)力，原因是a相再結(jié)晶6T時效硬化機制有內(nèi)應(yīng)變強化，切過顆粒強化，繞過析出相（Orowan機制）。A轉(zhuǎn)變時，轉(zhuǎn)變溫度與臨界點A1之差稱為過熱度，它隨加熱速度的增人而增人。奧氏體轉(zhuǎn)變的叫個階段是A形核,A長大，滲碳體溶解，A均勻化。影響鋼的Ms點的最主要因素是含碳量，Ms隨含碳量升高而降低。高碳鋼為了改善其切削加工性能「淬火后進行高溫回火，工業(yè)中也稱為調(diào)質(zhì)處理。一般退火采取的冷卻方式為史遺，正火的冷卻方式為窒遺，正火后強度略直于退火后的強度。分析物相組成的手段主要有三種，請舉出其中的兩種：中了衍射，X射線衍射。M轉(zhuǎn)變的切變模型有Bain模型，K-S模型，G-T模常用的淬火介質(zhì)中，淬火時伴隨有物態(tài)變化的介質(zhì)有：水，水溶液（汕）等；沒有物態(tài)變化的介質(zhì)有熔鹽，堿（熔融金屬）等。三、選擇題(20分，每題1分)由鐵碳相圖可知，奧氏體轉(zhuǎn)變時，CA-F_(a)_CA-C,碳原子向F一側(cè)擴散，有利于A的長大。(a) < (b) 〉 (c) <(d)=珠光體的片層間距隨著過冷度的增加而_(a) _。a)減小 (b)不變 (c)增大 (d)無規(guī)律合金時效時隨時間的延長硬度發(fā)生下降是發(fā)生了_ (b)_。(a)冷時效 (b)過時效 (c)溫時效 (d)自然時效亞共析鋼的先共析鐵素體是在—((0一以上向奧氏體轉(zhuǎn)變的。(a)AC1 (b)TO (c) A1 (d) AC3球化處理由R狀向粒狀轉(zhuǎn)變，可_ (c)_,屬自發(fā)過程。(a)降低結(jié)合能(b)降低體積(c)降低表面能(d)降低碳濃度淬火鋼在(b)溫度之間出現(xiàn)的回火脆性稱為第二類回火脆性。(a)250400°C(b)450600°C(c)100300°C (d)350650°C發(fā)生P轉(zhuǎn)變時，F(xiàn)e3C形核于_(c)_或人晶內(nèi)末溶Fe3C粒子。(a)P晶界(b)珠光體團交界處 (c)A晶界(d)Fe3C/P界面共析成分的奧氏體發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變時，會發(fā)生碳在00和_中的擴散。(a)F和A(b)F和P(c)P和A(d)F和Fe3C在入1溫度以下發(fā)生的P轉(zhuǎn)變，奧氏體與鐵素體界面上的碳濃度化)_奧氏體與滲碳體界面上碳濃度，從而引起了奧氏體中的碳的擴散。⑸低于(b)高于 (c)等于 (d)小于等于隨著貝氏體形成溫度的降低，強度逐漸(b)，初性 。(a)降低，降低 (b)增加，增加(c)降低，增加(d)增加，降低與上貝氏體相比，下貝氏體具有(b)的強度和的初性。(a)較低，較高⑹較高，較高(c)較低，較高 ⑻較高，較低珠光體轉(zhuǎn)變的形核率T及長大速度V隨過冷度的增加—(心_。(ei)先減后增 (b)不變化 (c)增加(d)先增后減亞共析鋼在AC3下加熱后的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為—((0 _。(a)E (b)A(c)E+A(d)P+F珠光體等溫轉(zhuǎn)變動力學(xué)圖有一鼻尖，鼻尖對應(yīng)了形核率和轉(zhuǎn)變速度的_G)_。(a)最大處 (b)最小處(c)平均值處 (d)次大處選出過冷奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變時的相變阻力_(1))((:)_ 。(a)新相和母相的自由能差(b)兩相間的表而能(c)彈性應(yīng)變能(d)塑性應(yīng)變能亞(過)共析鋼的TTT曲線左上方有一_(d)_。U)等溫線 (b)共析線(c)Al(d)先共析線奧氏體化溫度越高，保溫時間越長，珠光體的形核率和長大速匣(a)。U)越小 (b)越大(c)不變 (d)先增后減在Ms點以上由變形產(chǎn)生的馬氏體為(b)。U)應(yīng)力促發(fā)馬氏體(b)形變誘發(fā)馬氏體(c)淬火馬氏體(d)熱彈性馬氏體幾乎所有的鋼均存在第一類回火脆性。第一類回火脆性山現(xiàn)溫度范圍(a)450600°C (b)250400°C(c)200°C以下(d)Ms點以下在成分相同的情況下，粒狀珠光體的強度和硬度比片狀的（d）_，塑性___。U）較高，較好 （b）較低，較低（c）較高，較低 （d）較低，較好要想改善碳鋼在加工過程中的切削加工性能，宜采取的中間熱處理工藝為a。U）退火（b）淬火（c）回火（d）正火由于形成F與Fe3C的二相平衡時，體系自由能最低，所以A只要在A1下保持足夠長時間，就會得到_c_的二相混合物P。（a）A+P（b）A+Fe3C（c）F+Fe3C（d）A+F19.上貝氏體轉(zhuǎn)變的形成溫度范圍是b。（a）550°C以上（b）350550°C （c）350°C以下（d）Ms點以下要想獲得綜合力學(xué)性能好的鋼，最適宜且經(jīng)濟的熱處理方式為—<1_。U）淬火加低溫回火 （b）退火（c）正火（d）貝氏體等溫淬火球化處理由片狀向粒狀轉(zhuǎn)變，可_0_，屬自發(fā)過程。（a）降低結(jié)合能（b）降低體積（c）降低表面能（d）降低碳濃度發(fā)生P轉(zhuǎn)變時，Ee3C形核于_c—或A晶A末溶Ee3C粒子。（a）P晶界（b）珠光體團交界處 （c）A晶界（d）Fe3C/P界面四、簡答題（20分，每題5分）說明鋼的淬火、回火的目的。淬火主要的目的提高強韌性、彈性、耐蝕性和耐熱性及硬度和耐磨性回火的目的：提高鋼塑性、韌性，達到硬度強度、塑性韌性的配合；消除淬火后內(nèi)應(yīng)力，防止變形、開裂；改善鋼的切削加工性簡述影響Ms點的因素有哪些？1） 奧氏體的化學(xué)成分；2） 加熱規(guī)程的影響；3） 冷卻速度的影響；4） 彈性應(yīng)力的影響；5） 塑性變形的影響試分析彈簧鋼絲經(jīng)“派登”處理后具有高強度、高塑性的原因。答：當(dāng)珠光體中Fe3C很薄時，在外力的作用下可以滑移產(chǎn)生塑性變形，也可產(chǎn)生彎曲，使塑性升高。將高碳鋼絲經(jīng)鉛浴等溫處理得到片間距極小的索氏體，然后利用薄滲碳體片付以彎曲和產(chǎn)生塑性變形的特性進行深度冷拔以增加F片閃的位錯，而使強度得到顯著提商，生產(chǎn)中稱為派登處理（鉛浴處理）。M轉(zhuǎn)變需要很大的過冷度，為什么？答：發(fā)生M轉(zhuǎn)變時，自由能的變化可表示為AG=-（AGV+AGD）+Sg+E+ST其中，AGV表示M與A的化學(xué)自由焓差，AGD表示A晶體缺陷所提供的能量，過冷度越大，△GV越大，這兩部份即為M轉(zhuǎn)變的驅(qū)動力。當(dāng)t=Ms時，（AGV+AGD）即為M轉(zhuǎn)變所需的驅(qū)動力AGag’,而陞力包括三個方面，分別是界面能Sg、彈性能E,還有XT（包括晶格改組需要消耗能量所作的功、位錯和孿晶形成導(dǎo)致的能量升高以及M形成口寸發(fā)生的塑性變形而消耗的能量），只有當(dāng)^G<0時M轉(zhuǎn)變才能發(fā)生，由于該轉(zhuǎn)變耑要克服的阻力較大，因此匕，巾于M轉(zhuǎn)變時需要增加能:以較多，故阻力較大，使轉(zhuǎn)變必須在較大過冷度下才能進行。簡述珠光體中球狀碳化物形成的途徑。（1） 由淬火馬氏體在高亞臨界溫度（A1以下附近的溫度）分解而形成。即：淬火+高溫回火（調(diào)質(zhì)處理）；（2） 由片狀P在高亞臨界溫度長時間保溫，使?jié)B碳體變成球狀；（3） 巾A在A1以上較低溫度加熱，冷卻時在A1以下較島溫度等溫保持，使其轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體+球狀滲碳體。3-簡述相間析出與珠光體轉(zhuǎn)變的異同點。形核位置：相間析出在u/Y界面處析出碳、氮化物；珠光體在Y晶界形核；位相關(guān)系：相間析出的K和a之間有位相關(guān)系；珠光體三相之間有位相關(guān)系碳化物分布：相間析出碳化物平行與相界而呈極細(xì)顆粒；珠光體未片狀或顆粒裝形成溫度范圍:均有一范圍成分：相間析出含有強碳、氮化物形成元素的低碳合金鋼；珠光體在（亞、過）共析鋼影響因素：相間析出受溫度、碳含量冷卻速度影響；珠光體轉(zhuǎn)變受碳含量、加熱溫度、保溫條件、原始組織等影響。4.過共析鋼一般應(yīng)該在什么溫度下淬火？為什么？答：過共析鋼含碳量較高，一般加熱溫度在A1+305CTC條件下進行淬火。如果淬火溫度過高（〉A(chǔ)cm）時，碳化物會全部溶于A,從而導(dǎo)致耐磨性下降，同時A晶粒粗大，顯微裂紋傾向提高，同時易造成鋼的氧化，脫碳加劇，變形開裂傾向加劇。同時對于過共析鋼淬火前應(yīng)進行球化退火，然后再加熱到A1+3050°C得到A和顆粒狀的Fe3C然后淬火，這樣得到M和顆粒狀的Fe3C,從而使耐磨性提商。巾于淬火溫度低，因此得到細(xì)小的A,這樣淬火后得到的細(xì)小的M（隱針），這稱為不完全淬火。五、論述題（30分，1和2題為必做題；3、4和5題中任選W題）1.（10分）試從轉(zhuǎn)變熱力學(xué)，動力學(xué)，組織，性能方而論述鋼中珠光體轉(zhuǎn)變和馬氏體轉(zhuǎn)變的異同點。項目 珠光體（P） 馬氏體（M）轉(zhuǎn)變溫度轉(zhuǎn)高溫（開始溫度A1）變產(chǎn)物組織F和Fe3C的機械混合物 C溶于a-Fe中的過飽和故容體形態(tài)晶體學(xué) 低溫（Ms）特征轉(zhuǎn)變動片狀、顆粒狀 板條狀、透鏡片狀、蝶狀薄板狀、薄片狀力學(xué)終了。無表面浮凸有表面浮等溫轉(zhuǎn)變動力學(xué)曲線呈“S”，等溫轉(zhuǎn)變動力學(xué)圖呈“C”，等溫條件卜可進行到變溫瞬時形核，瞬時長大；等溫形核、瞬時長大；自觸發(fā)形核，瞬時長大。等溫條件下不可進行完全。轉(zhuǎn)變熱力學(xué)驅(qū)動力為自巾焓差，通過擴散形成驅(qū)動力也為自由焓差，基本無擴散，性能塑形、韌性較好，強度、硬度略低具有高的強度和硬度，但塑形、初性較差（8分）試畫山共析鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變動力學(xué)圖。并標(biāo)出：1）各相區(qū)的組織和臨界點（線）代表的意義；（2）臨界冷卻曲線；（3）分別獲得M,P,B下，P+B,B下+M組織的冷卻速度曲線。（6分）碳鋼在進行不同熱處理工藝后會具有不同硬度。在進行以下熱處理后請畫出其硬度隨含碳量的變化的曲線示意圖，并說明其原因。1）完全淬火冷卻到室溫，2）不完全淬火冷卻至室溫，3）完全淬火后深冷處理。答：首先，隨著淬火鋼碳含量的增加，其中殘余奧氏體的量會隨之增加，尤其是當(dāng)碳含量大于0.6%以后。同時，殘余奧氏體的U與淬火溫度密切相關(guān)，隨著淬火溫度的提高，馬氏體中的碳含量增加，但殘余奧氏體的量也隨之增加。采用完全淬火0寸，隨著碳含量的增加，淬火得到M硬度有所增加，但溶入奧氏體當(dāng)中的碳含量較高，淬火到室溫是其內(nèi)殘余奧氏體的量也較高，此時鋼的硬度反而有所下降；采用不完全淬火時，隨著碳含量的增加，淬火得到的M硬度有所增加，同時，由于淬火溫度較低，溶入A中的碳含U也較低，因此冷卻到室溫時的殘余奧氏體的W:比完全淬火時少，所以此時硬度兒乎沒有變化；如果采用完全淬火，隨著碳含量的增加，冷卻到室溫里然殘余奧氏體的量較多，但如果進行深冷處理，此時會有相當(dāng)一部分殘余奧氏體發(fā)生向M的轉(zhuǎn)變，從而使碳鋼的硬度升高。（6分）30#鋼齒輪在工作時發(fā)生了開裂，現(xiàn)要對其開裂原因進行失效分析。據(jù)了解，其熱處理工藝為850°C淬火，35CTC回火，根據(jù)你所學(xué)的固態(tài)相變研宄的方法的基本知識，請?zhí)岢鍪Х治龅姆桨?，并分析其失效的具體原因。答：1.了解相關(guān)情況，包括服役條件、時間等；查閱相關(guān)資料，包括30#鋼的強度、屈服極限、TTT圖CCT圖等，叵|火處理的相關(guān)工藝等；2.進行相關(guān)實驗，做對照分析，包括：（1） 測定成分及金相組織觀察，判定是否為成分原因；（2） 測定強度及屈服極限等，看是否與資料顯示一致，判斷是否為操作不當(dāng)或材料老化造成的正常斷裂；（3） 進行斷口分析，判斷是否在回火的過程中發(fā)生了回火脆性，一般在350°C回火時多會發(fā)生第一類回火脆性。判定方法是將材料全部加熱到350°C以上，再進行冷卻。1.（8分）某電站汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子，巾30Cr