热处理试题参考

热处理试题参考一、金属固态相变有哪些主要特征？哪些因素构成相变阻力？哪些构成相变驱动力？金属固态相变主要特点1.不同类型相界面，具有不同界面能和应变能2.新旧相之间存在一定位向关系与惯习面新、旧相之间存在一定位向关系,并且新相往往在旧相的一定晶面上开始形成,这个晶面称为惯习面.3.相变阻力大（新相于母相之间必然存在弹性应变和应力，系统额外增加一项弹性应变能）相界面上原子强制匹配引起的弹性应变能共格＞半共格＞非共格新、旧相比容差弹性应变能4.易于形成过渡相5.母相晶体缺陷对相变起促进作用6.原子的扩散速度对固态相变起有显著影响阻力：界面能和弹性应变能驱动力：过冷度或过热度二、奥氏体晶核优先在什么地方形成？为什么？1.奥氏体的形核球状珠光体中：优先在F/Fe3C界面形核片状珠光体中：优先在珠光体团的界面形核,也在F/Fe3C片层界面形核奥氏体在F/Fe3C界面形核原因：(1)易获得形成A所需浓度起伏，结构起伏和能量起伏.(2)在相界面形核使界面能和应变能的增加减少。△G=-△Gv+△Gs+△Ge△Gv—体积自由能差，△Gs—表面能，△Ge—弹性应变能三、简述珠光体转变为奥氏体的基本过程。1.奥氏体的形核2.奥氏体的长大3.残余碳化物的溶解4.奥氏体a的均匀化四、什么是奥氏体的本质晶粒度、起始晶粒度和实际晶粒度，说明晶粒大小对钢的性能的影响。奥氏体本质晶粒度：根据标准试验方法，在930±10°C保温足够时间后测得的奥氏体晶粒大小。奥氏体起始晶粒度：在临界温度以上，奥氏体形成刚刚完成，其晶粒边界刚刚相互接触时的晶粒大小奥氏体实际晶粒度：在某一加热条件下所得的实际奥氏体晶粒大小。金属的晶粒越细小,晶界区所占的比例就越大，晶界数目越多（则晶粒缺陷越多，一般位错运动到晶界处即停），在金属塑变时对位错运动的阻力越大，金属发生塑变的抗力越大，金属的强度和硬度也就越高。晶粒越细，同一体积内晶粒数越多，塑性变形时变形分散在许多晶粒内进行，变形也会均匀些，虽然多晶体变形具有不均匀性，晶体不同地方的变形程度不同，位错塞积程度不同，位错塞积越严重越容易导致材料的及早破坏，晶粒越细小的话，会使金属的变形更均匀，在材料破坏前可以进行更多的塑性变形，断裂前可以承受较大的变形，塑性韧性也越好。所以细晶粒金属不仅强度高，硬度高，而且在塑性变形过程中塑性也较好。六、马氏体转变有哪些主要特点？答：1．马氏体转变的热力学特点奥氏体转变为马氏体有两个条件。第一是过冷奥氏体的冷却速度必须大于临界冷却速度，以抑制其发生珠光体或贝氏体转变；第二是奥氏体必须深度过冷，以获得足够的转变驱动力，所以只有低于Ms点以后才能发生马氏体转变（Ms点是开始发生马氏体转变的温度）。2．马氏休转变的晶体学特点（1）无扩散性马氏体转变为低温转变，此时铁原子和碳原子都已失去扩散能力。因此马氏体转变是以无扩散方式进行的。（2）切变性马氏体转变是晶格切变过程，在切变过程中完成晶格重组，由面心立方晶格变成体心立方晶格。（3）共格性马氏体转变时，新相和母相的点阵间保持了共格关系，即相界面上的原子既属于马氏体又属于奥氏体。而且整个界面是互相牵制的，这种界面叫“切变共格界面”。（4）严格的位向关系和习惯面由于马氏体转变时新相和母相之间始终保持着切变共格性，所以马氏体转变后的新相和母相之间存在着严格的晶体学位向关系。七、影响Ms点的主要因素有哪些？答：影响Ms点的因素主要有：1．化学成分钢的Ms点主要取决于它的奥氏体成分，其中碳是影响最强烈的因素，随着奥氏体中含碳量的增加，Ms和Mf点都不断下降。溶人奥氏体中的合金元素除Al.、Co提高Ms点，Si、B不影响Ms点以外，绝大多数合金元素均不同程度地降低Ms点。一般而言，凡是降低Ms点的合金元素，均会降低Mf点。2．奥氏体晶粒大小实践证明，奥氏体晶粒增大会使Ms点升高。3.奥氏体的强度随着奥氏体强度的提高，Ms点降低。4.冷却速度对于大多数工业用钢而言，连续冷却的冷却速度很大范围内不影响Ms点。八、什么是奥氏体稳定化现象？热稳定化和机械稳定化受哪些因素的影响？答：奥氏体稳定化是指奥氏体内部结构在外界因素作用下发生某种变化而使奥氏体向马氏体转变呈现迟滞现象。通常把奥氏体稳定化分为热稳定化和机械稳定化两类。1.热稳定化：淬火时因缓慢冷却或在冷却过程中停留而引起奥氏体的稳定性提高，使马氏体转变迟滞的现象。在Ms点以上点停留，使Ms升高，停留时间越长，Ms下降多；在Ms点以下点停留一段时间，继续冷却时，M转变并不立即进行，而是冷过一段温度后才继续转变，这种现象称“转变迟滞效应”。停留温度一定，随停留时间增长，稳定化程度越高，转变迟滞加强，M％减少，γ％增多；停留时间相同，随停留温度简短，稳定化程度增大；钢中C%增加，稳定化程度增大，金属元素中碳化物元素Cr,Mo,V等有促进稳定化程度增加，非碳化物形成元素，无影响。2.机械稳定化：奥氏体在淬火过程中受到较大塑性变形而引起的稳定化现象。变形温度越高，变形量越大，则奥氏体稳定化程度越大。九、Md点的物理意义是什么？应力诱发马氏体转变在什么条件下发生？答：Md是形变诱发马氏体相变开始点，即可获得形变诱发马氏体相变的最高温度。应力诱发马氏体相变条件：在Ms点以上Md点以下发生塑性变形。十、简述上贝氏体和下贝氏体的形貌特征，形成条件及性能差别。答：上B：羽毛状，条状或针状。形成条件：温度在马氏体转变温度以上、珠光体转变温度以下范围的稍高温度；转变温度高于下贝氏体。碳含量在低、中碳钢中，随碳含量增加，铁素体板条变薄、渗碳体量增加。下B：暗黑色针状或片状。形成条件：温度在马氏体转变温度以上、珠光体转变温度以下范围的稍低温度；转变温度低于上贝氏体。性能差别：下贝氏体强度和韧性高上贝氏体。十一、试述亚共析钢和过共析钢淬火加热温度的选择原则。为什么过共析钢淬火加热温度不能超过Accm线？答：亚共析刚Ac3+30～50°C；过共析钢Ac1+30～50°C若加热到Accm线以上，会带来一些不良后果：（1）由于渗碳体全部融入奥氏体，使淬火后钢的耐磨性降低（2）Ac1～Accm之间，存在未溶二次渗碳体，反而阻碍奥氏体晶粒长大，能够细化晶粒，从而使形成显微裂纹的倾向减小，（3）由于奥氏体中碳含量显著增高，使Ms点降低，淬火后残余奥氏体量增多，从而降低钢的硬度（4）加热温度高，使钢的氧化.脱碳加剧，也使淬火和开裂倾向增大，同时也缩短炉子的使用寿命。十二、有物态变化的淬火介质的冷却特性和冷却机理如何？答：有物态变化的淬火介质沸点都低于工件淬火加热温度，冷却特性和机理：第一阶段：蒸汽膜阶段。淬火介质因加热气化形成导热性能差的蒸汽膜，使工件冷却速度慢第二阶段：沸腾阶段。工件与介质直接接触，介质在工件表面激烈沸腾，通过介质气化不断带走大量热量，工件冷却速度快第三阶段：对流阶段。当工件冷却至低于介质沸点时，主要靠对流方式进行冷却，工件冷却速度比蒸汽膜阶段还要缓慢十三、热应力、组织应力和比容差造成的变形趋向如何？答：（1）热应力：由于工件心部和表面冷却速度不一致，其冷却收缩不同而造成内应力。热应力产生过程：冷却初期，表面冷速快，表面收缩，产生拉应力；心部冷速慢，不收缩，产生压应力；冷却结束，表面冷速慢，表面不收缩，产生压应力；心部冷速快，收缩，产生拉应力；最终的淬火热应力：表面压应力、心部拉应力。（2）组织应力：由于工件表层和心部发生马氏体转变的不同时性而造成的内应力。组织应力产生过程：冷却初期，表面发生马氏体相变，表面体积膨胀，产生压应力；心部冷速慢牵制表面膨胀，产生拉应力；冷却结束，心部发生马氏体相变，表面体积膨胀，产生压应力；表面牵制心部膨胀，产生拉应力；最终的淬火组织应力：表面拉应力、心部压应力。在发生相变前主要内应力为热应力；当发生相变后主要内应力为组织应力，热应力为辅。（3）比容差效应造成的变形趋向：由组织转变引起的比容变化，一般总是使工件的体积在各个方向上作均匀的胀大或缩小。如果热处理后组织中马氏体量越多，或马氏体含碳量越高，则其体积胀大就越多；而如果残余奥氏体量越多，则体积胀大就越少。因此，热处理时可以通过控制马氏体与残余奥氏体的相对量来控制体积变化。如果控制得当，可使体积既不胀大，也不缩小。十四、简述钢中板条马氏体和的形貌特征和亚结构，并说明它们在性能上的差异。答：板条马氏体：板条状，位错（又称位错马氏体），片状马氏体：片状，孪晶（又称孪晶马氏体），含碳量0.2%几乎全是条状马氏体，含碳量0.2%~0.4%时以条状马氏体为主，含碳量0.4%~0.8%时则是混合组织，含碳量1%完全为片状马氏体。片状马氏体强度比板条马氏体高（马氏体强度主要取决于含碳量），板条马氏体韧性好于片状马氏体（马氏体韧性主要取决于亚结构）。十五、试比较贝氏体转变与珠光体转变的异同点。对比项目珠光体贝氏体形成温度高温区（A1以下）中温区（Bs以下）转变过程形核长大形核长大领先相渗碳体铁素体转变共格性、浮凸效应无有共格、表面浮凸转变点阵切变无有转变时扩散Fe、C均扩散Fe不扩散、C均扩散转变合金分布通过扩散重新分布不扩散等温转变完全性可以不一定转变组织α+Fe3Cα+Fe3C（上贝氏体）α+ε—Fe3C（下贝氏体）转变产物硬度低中十六、简述碳钢在回火时的组织转变过程及相应性能变化。答：碳素钢淬火后在不同温度下回火时，组织将发生不同的变化。由于组织变化会带来物理性能的变化，而不同的组织变化，物理性能的变化也不同。通常根据物理性能的变化把回火转变分成四种类型。第一类回火转变：M分解为回火M，80~250℃；低碳马氏体发生碳原子向位错附近偏聚外，马氏体中析出碳化物，使马氏体碳含量降低；高碳马氏体发生分解，马氏体中过饱和碳不断以ε碳化物形式析出，使马氏体碳含量降低。产物：回火马氏体。性能：保留淬火后高硬度第二类回火转变：残余A分解为回火M或下B，200~300℃；淬火后的残余奥氏体是不稳定组织，在本阶段，残余奥氏体分解为低碳马氏体和ε碳化物，此组织为回火马氏体。第三类回火转变：碳化物析出与转变，250~400℃，回火M转变为回火T（亚稳碳化物转变为稳定碳化物），；250~400℃时，碳素钢M中过饱和的C几乎全部析出，将形成比ε-FeXC更稳定的碳化物。在回火过程中除ε-FeXC外，常见的还有两种：一种其组成与Mn5C2相近，称为χ碳化物，用χ-Mn5C2表示；另一种是渗碳体，称θ碳化物，用θ-Fe3C表示。这两种碳化物的稳定性均高于ε-FeXC通常在MS以下回火残余A转变为M，然后分解为回火M，而在B转变区回火，残余A转变为下B。第四类回火转变：回火T转变为回火S（碳化物聚集长大，α再结晶），400~700℃。铁素体发生回复和再结晶为等轴状、碳化物球化粗大——回火索体。主要发生如下变化：内应力消除：宏观区域性内应力（工件内外），550℃全部消除；微观区域性内应力（晶粒之间），500℃基本消除；晶格弹性畸变应力（碳过饱和），ε转变完即消除。（300℃马氏体分解完毕）回复与再结晶：回火使亚结构（位错、孪晶）消失；板条和片状马氏体特征保留（回复）、消失（再结晶）。碳化物聚集长大：原棒状、片状、粒状渗碳体消失、溶解，并逐渐球化长大，越来越粗大。十七、简述合金元素对于回火转变的影响。答：合金元素通过钢在回火时组织和碳化物的聚集长大的影响而影响其性能。（1）高回火稳定性（2）引起碳化物类型变化及二次硬化。十八、何为第一类回火脆性和第二类回火脆性?如何消除？回火脆性：在某些温度区间回火时随回火温度的升高，钢的韧性反而下降的现象，称为“回火脆性”。第一类（低温）回火脆性:是指淬火钢在250-350℃回火时出现的脆性。这种回火脆性是不可逆的，只要在此温度范围内回火就会出现脆性，目前尚无有效消除办法。没有一个有效的热处理方法能消除钢中这种回火脆性，除非不在这个温度范围内回火，也没有能够有效抑制产生这种回火脆性的合金元素。但可以采取以下措施减轻第一类回火脆性。（1）降低钢中杂质元素的含量；（2）用Al脱氧或加入Nb、V、Ti等合金元素细化A晶粒；（3）加入Mo、W等可以减轻；（4）加入Cr、