金属热处理原理及工艺习题一(参考答案).pdf 5页

'《金属热处理原理及工艺》习题一（参考答案）1.金属固态相变有哪些主要特征？哪些因素构成了相变阻力？主要特征：①界面能－惯习面②界面能－位向关系③弹性应变能④缺陷的影响⑤原子迁移率低⑥有亚稳过渡相形成相变阻力：界面能＋弹性应变能。2.固态相变的形核位置有哪些？为什么非均匀形核成为固态相变的主要形核方式？均匀形核、晶界形核（界面、界棱、界隅）、位错、空位等。原因：1)固态下原子激活能大，均匀形核率低；2)非均匀形核降低了临界形核功，提供补充能量。3.试计算奥氏体含2.11％的碳（wt％）时，平均几个γ－Fe晶胞才有一个碳原子？设n个晶胞有一个碳原子：Wc×100%=.211W+WcFe12×100%=.21112+n×4×56n=.2484.以共析钢为例，说明奥氏体是怎样形成的。并讨论为什么在铁素体消失的瞬间，还有部分渗碳体未溶解？奥氏体形成驱动力：奥氏体与珠光体自由能差值，转变通过扩散进行，分以下4个阶段：1）奥氏体核在铁素体和渗碳体交界处通过C原子扩散形成；2）奥氏体核通过渗碳体溶解、C在奥氏体中扩散以及在奥氏体两侧边界向铁素体、渗碳体推移进行； 3）渗碳体溶解；4）奥氏体均匀化。铁素体消失的瞬间，还有部分渗碳体未溶解的原因：奥氏体/渗碳体界面处的碳浓度差远远大于奥氏体/铁素体界面处的浓度差，所以只需溶解一小部分渗碳体就可以使其相界面处的奥氏体达到饱和，而必须溶解大量的铁素体才能使其相界面处奥氏体的碳浓度趋于平衡。故在共析钢中总是铁素体先消失，有剩余渗碳体残留下来。5.快速加热时奥氏体的形成与恒温下的奥氏体形成对比，有哪些不同？为什么？①快速加热A形成是在一定温度范围内形成。②加热速度越快，A晶粒越细小，但易长大。③随加热速度加快，A成分不均匀性增大。6.什么叫组织遗传？如果淬火过热，应如何返修？组织遗传：相变后，新相仍保持旧相晶粒的大小和形状。返修：1）中速加热；2）采用快速或慢速加热到高于临界点150~200℃，使粗晶粒通过再结晶细化；3）先进行一次退火以获得平衡组织，然后再进行加热。7.试计算奥氏体八面体间隙大小。a/2a22−2−a=a≈.0146a2448.试讨论Fe-Fe3C状态图所给出临界点与实际加热冷却时临界点的关系。在平衡点有ΔGv＝0，实际加热过程中过冷（热）度提供了相变的驱动力。且随着加热温度或加热速度的提高，相变临界点升高；随冷却温度或冷却速度的降低，临界点降低。有AC1>A1>Ar1、AC3>A3>Ar3、ACcm>Acm>Arcm。 9.以低温球化为例（低于AC1加热），试说明粒状珠光体的形成机制。原始组织为片状珠光体，加热时自发发生破裂、球化。1）胶态平衡理论；2）晶体缺陷的影响。10.亚共析钢中α先共析和过共析钢中Fe3C先共析有哪几种组织形态？它们形成条件如何？对性能有何影响？温度较高时通过扩散机制，长成网状、等轴状；温度较低时，通过半扩散机制长成片状（魏氏组织）；魏氏组织伴随粗晶粒，强度、塑性下降，冲击韧性大大下降；魏氏组织伴随细晶粒，性能有所上升。11.试述减薄片状珠光体片间距的方法？珠光体的片间距对组织和机械性能有何影响？减薄片状珠光体片间距的方法：增加过冷度。片间距越小，强度、硬度、塑性上升，对冷脆转折温度影响为先降后升。12.热轧空冷状态的20钢，再重新加热到略高于AC1的温度，然后炉冷，试问所得组织与重新加热前的组织有何不同？加热前：α先共析为片状，易形成魏氏组织铁素体，且冷速较大，所得P片间距细小。加热后：α先共析为快状（等轴状），且由于两相区加热，A成分不均匀，易形成粒状P。13.说明下列临界点意义：Ms、Mf、Md、As、Af、T0、AdMs：马氏体转变起始温度；Mf：马氏体转变终了温度；Md：形变诱发马氏体逆转变下限温度；As：马氏体逆转变起始温度；Af：马氏体逆转变终了温度；T0：马氏体与奥氏体自由能相等时所对应温度；Ad：形变诱发马氏体转变上限温度。14.影响Ms点的因素有哪些？Ms点的重要性如何？影响因素有：①化学成分；②加热规程；③冷却速度；④弹性应力等。重要性：决定马氏体转变温度范围及所得组织及含量。15.影响马氏体形态和亚结构的因素有哪些？1）化学成分：随含碳量增加，马氏体形态由板条状向透镜片状及薄板状转化； 2）马氏体形成温度：随形成温度降低，马氏体形态由板条状、蝶状、透镜片状、薄板状转变。16.已知马氏体的碳含量高于0.5％对力学性能有弊无利，为何碳含量高于0.5％的高碳钢在生产中仍得到应用？为提高高碳钢强韧性，在热处理时应注意什么问题？1.钢中的碳含量并不等同于马氏体中的碳含量。提高钢中的碳含量的目的是为了增加碳化物的数量，提高耐磨性以及抑制A的长大。2.在热处理时，对于高碳钢应采用两相区加热，确保溶入A中的C%不要过多。17.影响贝氏体强韧性因素有哪些？上贝氏体和下贝氏体强韧性有什么区别？影响B机械性能的因素：1）α相：晶粒大小d、C%、位错密度ρ；2）碳化物：数量、形态、分布。B下：强度高、韧性好；B上：强度低、韧性差18.等温转变和连续冷却转变开始相变的条件是什么？若加热到奥氏体状态的工件先慢冷到A1温度，再以临界淬火速度淬火能否淬透？若先慢冷到略低于A1温度，再以上述临界淬火速度淬火能否淬透？试用图示加以说明。等温转变相变条件：孕育期消耗In=1；连续转变相变条件：孕育期消耗I=1。前者能淬透，后者无法淬透。19.回火转变时随温度升高可分为几个阶段？每一阶段马氏体基体和析出相（碳化物）各发生什么变化？回火阶段：①马氏体中C的偏聚；（无变化）②马氏体的分解；（α相过饱和程度减小、形成亚稳态碳化物）③AR的转变；④碳化物类型的转变；（亚稳态碳化物向稳态碳化物转变）⑤α相回复与再结晶，以及碳化物聚集长大。（α相缺陷密度减小、由板条、片状向细粒状、粗粒状转变；碳化物颗粒聚集长大）20.试比较AR和A’的异同，并讨论AR回火时转变特点。 相同：均可以发生P转、B转、M转。不同：①已发生的转变可能给尚未发生转变的残余奥氏体带来化学成分、物理形态上变化。②回火过程中，M变化将影响残余奥氏体变化。21.名词解释：回火脆性二次硬化二次淬火回火脆性：在回火过程中，随着回火温度的上升，冲击韧性显著下降，脆性增加的现象。二次硬化：含强碳化物形成元素的合金钢在500～600℃回火时，将有特殊碳化物形成，它们弥散细小，使钢的硬度、强度显著提高的现象二次淬火：淬火钢加热到某一温度回火，回火过程中AR未分解，在随后的冷却过程中转变为马氏体。22.高速钢刀具如淬火后只经300℃回火就交付使用将会出现什么问题？1）高速钢中多含W、Mo、Cr、V等，将促进第一类回火脆性（200~350℃），在该温度下回火会发生脆断现象；2）高速钢淬火后残余奥氏体较多（30%左右），300℃回火后硬度不足。正确的工艺为：560℃×1h×3次回火'