相变原理作业和答案(考试重点)

1第一章作业：1.奥氏体形成机理，分为几个阶段？答：1，A的形核2，A的长大3，A中残余碳化物的溶解4，A的均匀化2.为什么亚共析钢在加热过程中也会有残余碳化物的形成？答：随着温度的升高，长大速度比n7.5时，就会有残余碳化物产生3.影响奥氏体形成动力学的因素？（形成动力学即指形成速度）答：1，加热温度T越高A形成速度越快2，钢的原始含碳量C%越高A形成速度越快3，原始组织越细A形成速度越快4，加热速度越快A形成速度越快5，合金元素存在即减弱A形成速度。（①影响临界点，降低临界点的加速，提高临界点的减速②影响C元素的扩散，A形成速度降低③自身扩散不易，使A形成速度降低）4.什么是起始晶粒度，实际晶粒度，本质晶粒度和他们的决定因素。答：起始晶粒度：在临界温度以上，A转变刚完成，A晶粒边界刚刚相互接触时的晶粒大小。影响因素：形核率和长大速度之比，形核率越大，长大速度越小，起始晶粒度越小实际晶粒度：在某一加热条件下得到实际A晶粒的大小。影响因素：加热和保温条件。本质晶粒度：将钢加热到930℃±10℃保温3-8小时测得的A晶粒的大小，表征钢加热过程中A晶粒长大的倾向或趋势。决定因素：炼钢工艺5.影响A晶粒长大的因素：答：1，加热温度和保温时间：温度越高长大越容易，时间越长长大越充分。温度主要影响。2，加热速度：加热速度越高A转变温度越高。形核率和长大速度越高，晶粒越细小3,含碳量：一定温度下C%越高越容易长大，超过一定C%晶粒会越细小。4，合金元素：于C形成强或中碳化物的元素抑制长大，P,O,Mn等促进，，Ni,Si无影响。5，原始组织：原始组织越细，A晶粒越细。第二章1.什么是珠光体片层间距？答：一片铁素体F和一片渗碳体的厚度之和，用S0表示。2.珠光体类型组织有哪几种？它们在形成条件，组织形态和性能方面有哪些不同？答：分为片状P和粒状P两种。①片状P渗碳体呈片状，是由A以接近平衡的缓慢冷却条件下形成的渗碳体和F组成的片层相间的机械混合物，还可以细分为珠光体P，索氏体S和屈氏体T。性能主要取决于层片间距S0，强度和硬度随S0减小而增加，S0越小则塑性越好，过小则塑性较差。②粒状P是渗碳体呈粒状分布在连续的F基体上，可由过冷A直接分解而成，也可由片状P球化而成。还可由淬火组织回火而成，于片状P相比，硬度强度较低但塑性和韧性较好。3.片状和粒状P的转变机理。答：片状是形核长大的过程，有先共析相，（亚共析钢为F，过共析钢为Fe3C），在A晶界和相界处形核，交替长大。粒状是由片状P球化退火产生。4.亚共析钢和过共析钢的先共析钢相和性能特点。答：网状组织：沿A晶界呈网状分布。（尤其是网状Fe3C）使强度下降，脆性上升，工艺性能很差，加工性能下降块状组织（亚共析钢）：等轴块状。随铁素体增多强度硬度下降，塑性升高。晶内片状组织（魏氏组织）：针片状由晶界向晶内分布。使钢的韧性降低。5.影响P转变动力学的因素。①碳含量：对于亚共析钢随C%升高，孕育期增长，C曲线右移；对过共析钢，孕育期缩短，C曲线左移2.奥氏体状态：A晶粒越细小，P转变速度越快；A均匀度：越均匀P转变速度越慢3.A化加热温度和保温时间：T越高时间越长，P转变速度越慢4.应力和塑性变形：2拉应力有利于A转化成P，多向压应力不利于A转化；A状态下塑性变形有利于A转化5.合金元素的影响:除Co外，其他所有的常用合金元素皆使珠光体转变的孕育期增长。6.合金元素对P转变影响规律答：大多数合金元素都降低形核率和转变速度。1，凡是使A1升高的都会促进P转变，反之则阻碍2，C化物形成元素会延缓P转变3，合金元素本身扩散不易，延缓P转变4，强碳化物形成元素：加热时溶入A中，延缓P转变；不溶解则促进P转变5，使Dac（C在A中的扩散系数）上升的元素，加速P转变6，微量的B会强烈推迟P转变。当B含量上升则作用消失。共析转变：由一种固相转变成完全不同的两种相互关联的固相的过程。第三章作业1.什么是马氏体相变，说明其转变特点？答：凡是相变特征属于切变共格型的非扩散型相变都称为马氏体相变，特点：无扩散性，切变共格，浮凸现象，具有特定的位向关系和惯习面，变温性2.Ms点和Md点的物理意义？答：Ms:A,M两相自由能差达到相变所需要的最小驱动力时的温度。Md:可以获得形变M的最高温度。3.说明（板条和片状）马氏体的组织形态特点？答：板条马氏体空间形态为扁长条状，金相形态为相互平行排列的条状，片状马氏体立体形态为双凸透镜片状，金相形态为针状或竹叶状，且片与片之间互成一定角度。4.说明（板条和片状）马氏体的机械性能和产生这些性能的原因？答：一律都是高强度高硬度，板条马氏体塑性好，片状脆性大塑性差。板条M韧性高，塑性好是由于板条M的亚结构为高密度位错，位错可运动，则塑性好。片状M韧性差，塑性差是由于亚结构是孪晶，阻碍位错的滑移，淬火时内应力较大产生微裂纹。高强度高硬度是由于相变强化和固溶强化。5.什么是相变塑性？相变塑性：金属及合金在相变过程中塑性增加，往往在低于母相屈服强度时发生塑性变形的情况6．40钢和40Cr钢相比，那种需要更长的奥氏体化时间？答：40Cr钢需要更长的奥氏体化时间。原因：Cr可以提高临界点，使A形成速度下降。Cr有很强的金属性，阻止C的扩散，使A形成速度下降。合金元素本身扩散不易，导致A形成速度下降，则奥氏体化时间边长。7什么是奥氏体的稳定化现象？说明其产生的原因。答：A的内部结构由于外界的影响而发生某种转变从而使A向M转变呈现迟滞的现象。原因：热稳定化：由缓慢冷却或冷却过程中停留引起，机械稳定化：由于M的产生，造成未转变的A的稳定化第四章作业1根据贝氏体中铁素体和碳化物的形态与分布特点不同，贝氏体可以分为哪几类？具体说明上贝氏体和下贝氏体的组织形态特征及其力学性能特点？答：上贝氏体：平行分布的条状铁素体和夹杂于条间的断续条状碳化物的混合物（或称羽毛状B）强度低塑性韧性差，具有弓向性，分布不均匀下贝氏体：片状的B-ɑ（贝氏体铁素体）片中分布着排列成行的细片状或粒状碳化物，以组成55-60度角与铁素体针长轴相交；强度硬度高塑性韧性好，无显微裂纹，无回火脆性，内应力小。粒状贝氏体：等轴（块状）B-ɑ和岛状物3无碳化物贝氏体：平行条状的B-ɑ和条间残余A2说明上下贝氏体的形成机理？答：上：在奥氏体的贫碳区切变形成B-ɑ，B-ɑ中的C原子向晶界扩散，在边界富集C，在边界析出Fe3C，Fe3C长大使两侧C%下降，B-ɑ易形成。下：在奥氏体的贫碳区切变形成B-ɑ，由于温度低导致C的扩散不易，C原子在B-ɑ内沉淀形成ε-C化物。3影响贝氏体转变动力学的因素？答：含碳量：C%上升B形成速度降低。合金元素：除CoAl其余合金元素均使B转变速度下降。奥氏体化温度和时间：温度升高时间延长，B转变速度降低，C曲线右移。奥氏体晶粒大小：奥体晶粒增大，B形成速度下降；应力和塑性变形：拉应力促进转变；高温时塑变阻止B转变，中温促进转变。4为了在钢中获得贝氏体组织，通常采取的措施是什么？为什么？答：用等温淬火，是将钢件奥氏体化，使之快冷到贝氏体转变温度区间（260～400℃）等温保持，使奥氏体转变为贝氏体的淬火工艺第六章作业1回火过程中（随着温度升高）淬火钢的组织变化？答：准备阶段20-80度M中的C原子偏聚和聚集的过程。第一阶段80-250是M分解阶段，第二阶段200-300度是残余A转变，第三阶段250-400碳化物类型变化，第四阶段400-A1以下是ɑ相状态变化及碳化物聚集长大。2什么是二次淬火？其产生原因如何？在回火冷却过程中发生的残余A向M的转变原因：回火过程中可能从残余A中析出碳化物使残余A中的含碳量降低使Ms点上升，使M的转变容易；回火过程中出现了反稳定化，相硬化消失，使残余A回复了重新向M转变的能力。3按照回火温度和组织分，回火可以分为哪几类？说明他们的回火温度，所得组织为何？答：低温回火（150~250℃）得到的是回火马氏体组织；中温回火（350~500℃）得到的是回火屈氏体组织；高温回火（500~650℃）得到的是回火索氏体组织。4什么是二次硬化？说明其产生原因？答：高合金钢淬火后在一定温度下回火时，硬度反而升高的现象。原因：析出特殊碳化物，所产生的弥散强化效应；回火冷却过程中残余A变成M，硬度上升。5说明淬火钢回火时（随温度升高）机械性能的变化？答：随回火温度的升高，硬度和强度降低，塑性升高。6什么是回火脆性？分为哪几类？它们的特点和产生原因？如何预防？答：淬火钢在一定温度下回火时，韧性降低的现象。分类：第一类回火脆性：250度-400度，第二类回火脆性，出现温度450-600度特点：第一类，与回火后的冷却速度无关；不可逆；工件断口呈晶间断口或沿晶断口；第二类，有可逆性；脆性断口为晶间断口；对回火后的冷却速度敏感，在脆化温度区间回火短时间保温快冷不脆，慢冷脆。长时间保温，脆。原因：第一类，沿着板条M的条间或片状M的边界析出了片状渗碳体；残余A转变成M，析出碳化物；钢中的杂质元素沿A晶界偏聚，使晶界弱化。第二类，回火冷却过程中，从ɑ相中析出脆性渗碳体；杂质元素沿A晶界偏聚，使晶界弱化预防方法：第一类，降低钢中杂质含量，减少A偏聚；细化晶粒；加入W,Mo元素；采用等温淬火的办法，获得下B；避开脆性温度区回火。第二类，回火后快冷；降低钢中杂质含量；4细化晶粒；加入W,Mo元素；避开脆性温度区回火。第七章作业。1什么叫做脱溶、固溶、与时效？什么叫做自然时效和人工时效？何为时效强化？答：脱溶是指在过饱和固溶体中，析出第二相或形成溶质原子聚集区，以及亚稳定过渡相的过程。固溶是指将双相组织加热到固溶线以上，保温足够时间后快冷，得到单一过饱和固溶体的处理。时效：合金在脱溶过程中，其机械性能物理性能化学性能和组织性能等均随之发生变化的现象。室温下产生的时效是自然时效；高于室温的（人工加热的）时效是人工时效。时效强化是指过饱和固溶体在一定温度和时间时效时，使材料的强度和硬度提高的现象。第八章作业1金属加热方式有哪几种？他们的加热速度相比如何？随炉加热，预热加热，到温入炉加热和高温入炉加热。加热速度第一种最慢，逐渐递增，高温入炉加热最快。2什么是钢加热时的氧化、脱碳？过热和过烧？答：氧化：材料中的金属元素与氧化性气氛反应，形成金属氧化物。脱碳：钢中的碳和脱碳气氛作用使表面失去一部分碳，含碳量降低的现象过热：是指热处理时由于加热温度过高和保温时间过长，使奥氏体粗大而引起的力学性能恶化现象,常用正火工艺弥补；过烧：由于加热温度过高，出现晶界氧化，甚至晶界局部融化，造成工件报废。第九章作业1.什么是完全退火？不完全退火？等温退火？球化退火？去应力退火？扩散退火？它们分别适用于哪些钢种？他们的加热温度为多少？冷却方式如何？答：完全退火：将钢件加热到AC3以上使之完全奥氏体化再缓慢冷却，获得接近于平衡组织的热处理工艺成为完全退火。适用于含碳0.3%-0.6%的中碳钢，一般在AC3点以上20-30度。随炉冷却不完全退火：是将钢加热到Ac1与Ac3或Ac1与Acm之间某一温度，保温后缓慢冷却下来，以获得接近平衡的组织。不完全退火可用于亚共析钢，也可用于过共钢。特点是退火后珠光体的渗碳体成球状，这种不完退火又称为球化退火。随炉冷却。等温退火：将钢件加热到AC3以上使之完全奥氏体化再快速冷却。适用于合金钢。采用空冷。球化退火：将钢加热到Ac1以上20～30℃，保温一段时间，然后缓慢冷却到略低于Ar1的温度，并停留一段时间，使组织转变完成，得到在铁素体基体上均匀分布的球状或颗粒状碳化物的组织。适用于共析钢和过共析钢，加热温度为Ac1+(20～40)℃或Acm-(20～30)℃，随炉缓慢冷却，冷到500℃左右出炉空冷。去应力退火：将工件加热至较低温度，保温一定时间后冷却，使工件发生回复，从而消除残余内应力的工艺称为去应力退火。Ac1以下的适当温度。低碳钢500度，中碳钢500-600度。随炉缓慢冷却，冷到500℃左右出炉空冷。扩散退火：在略低于固相线的温度下，长时间保温，然后缓慢冷却以消除化学成分不均匀现象的热处理工艺。温度通常选择