金属热处理思考题

一、比较以下概念1.塑性断裂与韧性断裂塑性断裂：又称延性断裂，断裂前发生大量的宏观塑性变形，断裂时承受的工程应力大于材料的屈服强度。通常以穿晶方式发生塑性断裂。p185韧性断裂：金属脆断时极少或没有宏观塑性变形，但在局部仍存在一定的微观塑性变形，断裂时工程应力不超过材料的屈服强度，甚至低于按宏观强度理论确定的许用应力。P186解理断裂：属于脆性断裂。解理断裂是在正应力作用产生的一种穿晶断裂，即断裂面沿一定的晶面（即解理面）分离。解理断裂常见于体心立方和密排六方金属及合金，低温、冲击载荷和应力集中常促使解理断裂的发生。面心立方金属很少发生解理断裂。解理断裂通常是宏观脆性断裂，它的裂纹发展十分迅速，常常造成零件或构件灾难性的总崩溃。p1872.硅铝明与特殊硅铝明硅铝明：二元系AL-Si合金（ZL102），含硅量11%-13%，过共晶组织。由ɑ固溶体及粗针状硅晶组成共晶体及少量块状初晶。P391特殊硅铝明：硅铝明加入Mn、Mg、Cu形成强化相，通过淬火与时效使合金进一步强化，称为特殊硅铝明。P3913.热强性：表示金属在高温和载荷长时间作用下抵抗蠕变与断裂的能力，即材料的高温强度。以蠕变强度与与持久强度表征。P357抗氧化性：指钢在高温下抵抗氧化的能力。P3564.片状珠光体：由渗碳体与铁素体组成的片层相间的组织，可以认为是交替形核长大机制。片间距不同分为珠光体、托氏体、索氏体。P244球状珠光体：渗碳体颗粒分布在连续的铁素体中，由奥氏体晶粒内大量均匀弥散的渗碳体晶核（非均匀形核）形成。硬度、强度低；塑性、韧性好。P2465.二次淬火：过冷奥氏体在回火加热过程中析出细小弥散的碳化物，导致奥氏体中的碳及合金元素贫化，使其Ms点高于室温，因而在冷却过程中形成马氏体，称为二次淬火。P313二次硬化：通过上述回火，淬火钢硬度不但没有降低，反而有所升高，次现象称为二次硬化。6.淬透性：钢淬火时获得马氏体的能力，反应钢的过冷奥氏体的稳定性，与钢的临界冷却速度有关。P289淬硬性：钢淬火时的硬化能力，用淬成马氏体可能得到的最高硬度表示，取决于马氏体的含碳量。7.第一类回火脆：低温回火脆，250-400℃，马氏体分解时沿马氏体条或片的界面析出断续的薄壳状碳化物，降低了晶界的断裂强度，使之成为裂纹的扩展路径，因而导致脆性断裂。不能避免，处理方法是避免在脆化温度范围内回火。P275第二类回火脆：高温回火脆，可逆回火脆，450-650℃，合金结构钢中回火保温后缓慢冷却时出现，快速冷却可以抑制。处理方法，再次高温回火再快冷。8.回火稳定性：淬火钢在回火时，抵抗强度、硬度下降的能力。过冷奥氏体：临界温度一下存在且不稳定的，将要发生转变的奥氏体。P2409.持久强度：一定温度下，经过规定时间发生断裂的应力，7001000表示700℃下，经1000小时的持久强度。P357蠕变强度：一定温度下，规定时间内试样产生一定蠕变变形量的能力。=69MPa表示550℃下，100000小时后产生1%应变量的应力为69MPa。10.间隙相：非金属元素（x）与金属元素（m）原子半径比值，Rx/Rm0.59时，形成具有简单结构的化合物，称间隙相。P68间隙化合物：Rx/Rm0.59时，形成具有复杂晶体结构的化合物，称间隙化合物。多由过渡金属与原子很小的H/N/C/B组成。11.热脆：硫在固态铁中溶解度很小，与铁形成低熔点的硫化铁。FeP+Fe共晶体的熔点更低（989℃），以离异共晶形式分布于晶界上。热加工（锻造、热轧）时，加热温度在1000℃以上，使共晶体熔化，导致开裂，称为热脆或红脆。冷脆：低碳钢室温下强度不高，塑性韧性良好，但是当温度降低时，可能由微孔聚集型的塑性断裂转变为脆性的解理断裂，这一现象称为冷脆。反应为P+Fe→Fe3P,偏析于晶界，低温下脆性增加。p31512.固溶强化：合金加热到单相区保温后，快速冷却得到过饱和的固溶体的热处理工艺叫固溶处理。（基体中加入合金元素，形成固溶体，起固溶强化作用。）p384.386时效强化：过饱和固溶体在室温放置或加热到某一温度保温，随着时间延长，其强度与硬度提高，塑性和韧性下降的现象叫沉淀强化或失效硬化。室温放置为自然时效，加热为人工时效。p38413.应变时效：合金淬火后进行一定量的塑性变形，然后再进行时效处理的复合工艺叫应变时效。塑性变形使位错密度增加，促进时效过渡相的生成，加速人工时效过程。p386淬火时效：金属材料淬火后，室温放置或加热至一定温度，过饱和固溶体中溶质原子析出弥散分布起强化作用，使强度硬度增加，塑性韧性下降。同时效强化。14.过热：工件淬火加热时，由于温度过高或者时间过长造成奥氏体晶粒粗大的缺陷叫做过热。易引起淬火裂纹，产生脆断，可通过延长回火时间补救。p294过烧：淬火加热温度太高，奥氏体晶界出现局部熔化或者发生氧化的现象叫做过烧。是严重的不可补救的缺陷。p29415.上贝氏体：贝氏体是铁素体和碳化物组成的双相组织。上贝氏体形成温度高，铁素体晶粒及碳化物颗粒较粗大，碳化物呈短杆状平行分布在铁素体板条之间，具明显方向性。铁素体条间易产生脆断，铁素体本身也可成为裂纹扩展路径。p260.261下贝氏体：粒状贝氏体。铁素体细小而均匀分布，位错密度很高，铁素体内部又沉淀出细小多量的弥散ε-碳化物。强度高，韧性好，综合性能好。p26116.组织应力：工件冷却过程中，由于内外温差造成组织转变不同时，引起内外比体积的不同变化而产生的内应力叫做组织应力。如马氏体转变体积膨胀。p284热应力：工件加热或冷却时，由于内外温差导致热涨冷缩不一致而产生的内应力叫做热应力。17.离位析出：回火温度高于250℃时，含碳量大于0.4%的马氏体中，ε-碳化物逐渐溶解，χ-碳化物析出，因二者的惯习面与位向关系不同，χ-碳化物不是由ε-碳化物直接转变而来，而是通过ε-碳化物溶解并在其他地方重新形核、长大的方式形成。“单独形核”叫离位析出。p271原位析出：回火温度升高，除χ-碳化物外，还析出θ-碳化物，与χ-碳化物惯习面相同，可能由其直接转变过来，即原位析出。p27118.惯习面：固态相变中，新相往往在母相某一特定面上形成，母相的这个面称为惯习面。这种现象称为惯习现象。P233孪晶面:孪晶指两个晶体（或一个晶体的两个部分）沿一个公共晶面（即特定取向关系）构成镜面对称的位向关系，这两个晶体称为孪晶，此公共面为孪晶面。p17219.马氏体：碳在α-Fe中的过饱和的间隙固溶体。p249热弹性马氏体：奥氏体快速冷却形成马氏体，重新加热时马氏体又能无扩散的转变为奥氏体，称马氏体转变的可逆性。具有马氏体转变可逆性而Ms点与As点相差很小的合金，冷却到Ms点以下，马氏体晶核随温度下降而逐渐长大，当温度回升时，马氏体又同步的随温度上升而缩小，称热弹性马氏体。是制造形状记忆合金的基础。p25820.晶界强度：撕裂晶界或穿越晶界所需的应力，或晶界结合力。晶内强度：晶粒内原子原子引力常温下晶界原子不规则排列，缺陷多，抗形变能力大，晶界强度大于晶内强度。温度升高，晶界与晶内强度下降，且晶界更快。（百度）21.黄铜季裂：含锌量大于7%的冷变形黄铜零件内部存在残留应力，在潮湿的大气中，特别在含氨盐的大气、汞和汞盐溶液中受腐蚀而产生的应力腐蚀开裂现象。可在260-300℃进行去应力退火或用电镀层（镀锌、镀锡）加以保护。p402黄铜脱锌：黄铜在酸性或盐类溶液中，由于锌优先溶解受到腐蚀，使工件表面残存一层多孔（海绵状）的纯铜，因而合金遭受破坏。（α+β）黄铜比α黄铜更显著，可通过加入少量砷（0.02%-0.06%），或镁元素形成致密氧化镁薄膜防止脱锌。p40222.碳当量：Ceq，将ωSi折合成作用相当的ωC与实际的ωC之和，即Ceq=ωC+1/3ωSi判断影响铸铁石墨化的因素。p366共晶度：Sc指铸铁的实际ωC与其共晶ωC之比，即Sc=ωC/（4.26-1/3ωSi）。Sc=1，Ceq=4.26%，共晶铸铁；Sc1,Ceq4.26%,亚共晶铸铁;Sc1,Ceq4.26%，过共晶铸铁。p366二、简答与问答题1．比较等温淬火与等温退火。等温淬火：将奥氏体化后的工件淬入Ms点以上某温度盐浴中，等温保持足够长时间，使之转变为下贝氏体组织，然后取出在空气中冷却的淬火方法。是分级淬火的进一步发展，获得强度硬度较高且韧性良好的下贝氏体。p288等温退火：将奥氏体化后的钢较快的冷至稍低于Ar1温度等温，使奥氏体转变为珠光体，在空冷至室温，则可大大缩短退火时间，此方法称等温退火。适用于高碳钢，合金工具钢及高合金钢，有利于获得均匀的组织和性能。但不适于大截面钢件。p2792．比较应变时效与淬火时效。见（一、13）应变时效比淬火时效多一个塑性变形过程。3．影响奥氏体化的因素有哪些？p236-2381）奥氏体形成速度影响因素1.加热温度和保温时间。较低温度下长时间加热和较高温度下短时间加热可以得到相同的奥氏体状态。2.原始组织影响。铁素体和渗碳体组织越细，相界面越多，形成奥氏体的晶核越多，晶核长大速度越快。（比较淬火态、正火态、球化退火态）3.化学成分。含碳量越多，奥氏体形核率增大。非碳化物形成合金元素Co与Ni加速碳扩散，加快奥氏体形成；Cr、Mo、W、V降低碳扩速，减慢奥氏体形成。合金元素还改变了钢的临界点和碳在奥氏体中的溶解度，改变过热度，影响奥化。合金元素扩散慢，均匀化过程需时长。2）奥氏体晶粒大小影响因素1.加热温度与保温时间。加热温度高，保温时间长，晶粒粗大。2.加热速度。加热温度高，过热度大，形核率增大大于长大速度，晶粒细小。3.成分影响。碳含量大，扩散速度增加，长大变快而变粗。碳过多，第二项阻碍长大，得到细小晶粒。碳化物形成合金元素，形成高熔点的弥散碳化物，得到细小奥氏体。4.原始组织。原始组织越细，碳化物弥散度越大，奥氏体晶粒度越细小。4．简述奥氏体的热稳定性与机械稳定性。热稳定性：因冷却缓慢或在冷却过程停留引起奥氏体稳定性提高而使马氏体转变滞后的现象称为奥氏体的热稳定化。只有在冷却到Mc时才出现，与C、N等间隙原子有关，偏距钉扎位错强化奥氏体，增大马氏体相变切变阻力。热稳定化程度与在Ms点以下停留的温度和时间有关，某温度下停留时间越长，相同停留时间下温度越低，奥氏体热稳定化程度越大，得到马氏体总量越少。机械稳定性：奥氏体在淬火过程中受到较大塑性变形或者受到压应力而造成的稳定化现象称为奥氏体机械稳定化。形变马氏体点Md以上，塑性变形使Ms点降低，不能使奥氏体转变为马氏体，马氏体转变量减少，即奥氏体机械稳定化。p2575．魏氏体的形成原因，对钢的性能的影响及如何避免？魏氏组织指从奥氏体晶界生长出来的近于平行的或其他规则排列的针状铁素体或渗碳体以及其间存在的珠光体组织。前后者分别称为铁素体魏氏组织（低碳钢）和渗碳体魏氏组织（高碳钢）。形成原因：ωC0.6%的亚共析钢，ωC1.2%的过共析钢在铸造、热轧、锻造后空冷，焊缝或热影响区空冷，或加热温度过高并较快速冷却，先共析铁素体或先共析渗碳体从奥氏体晶界沿奥氏体一定晶面往晶内生长，呈针片状析出。切变机制形成，与贝氏体中铁素体形成相似，产生表面浮凸。其铁素体实际上是无碳贝氏体。影响因素有含碳量（W区）、奥氏体晶粒大小（越小，网状铁素体越多，不容易形成魏氏组织)和冷却速度（冷却温度，较快速冷却时形成）有关。性能影响：是一种过热组织，使冲击韧度和塑性显著降低，提高钢的脆性转折温度，易发生脆性断裂。魏氏组织降低钢的力学性能总是和奥氏体晶粒粗化联系，因为奥晶较小，存在少量针状铁素体魏氏组织，此时魏氏组织中铁素体有较细的亚结构，较高位错密度，并不显著影响性能。避免方法：控制轧制、降低终锻温度、控制锻轧后冷速防止或消除。也可通过热处理，如调质细化晶粒，正火、退火、等温淬火。p2636．马氏体转变的特征？p253-256*相变驱动力为新相与母相化学自由能差。相变阻力为新相界面能与应变能。1.无扩散性。铁碳均不扩散2.切边共格性。表面倾动，浮凸，直线划痕变为折线。各种切变模型，贝茵、G-T。3.有特