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一、名词解释1、回火脆性：淬火钢回火时冲击韧性并不总是随回火温度的升高单调地增大，有些钢在一定温度范围内回火时，其冲击韧度显著下降，这种脆化现象叫做钢的回火脆性。A2、钢的退火：退火是将钢加热至临界点Ac1以上或以下温度，保温以后随炉缓慢冷却以获得近于平衡状态组织的热处理工艺。3、钢的正火：正火是将钢加热到Ac3(或Accm)以上适当温度，保温以后在空气中冷却得到珠光体类组织的热处理工艺。A4、淬火：将钢加热到临界点Ac3或Ac1以上温度获得奥氏体组织，保温后以大于临界冷却速度的速度冷却得到马氏体（或下贝氏体）的热处理工艺。5、淬透性：钢的淬透性是指奥氏体化后的钢在淬火时获得马氏体的能力，其大小以钢在一定条件下淬火获得的淬透层深度和硬度分布来表示。A6、淬硬性：表示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7、调质：将淬火和随后的高温回火相结合的热处理工艺称为调质处理。A8、隐晶马氏体：片状马氏体的最大尺寸取决于原始奥氏体晶粒大小，奥氏体晶粒越大，则马氏体片越粗大。当最大尺寸的马氏体片细小到光学显微镜下不能分辨时，便称为“隐晶马氏体”。二、简答题1、金属固态相变有哪些主要特征？（1）相变阻力大，除了界面能外，还有比体积应变能和共格应变能等；（2.5分）（2）新相晶核与母相之间存在一定的晶体学位相关系；（2.5分）（3）母相中的晶体缺陷对相变起促进作用；（2.5分）（4）易于出现过渡相。（2.5分）2、试说明奥氏体晶粒大小对钢的性能的影响。A奥氏体晶粒大小对冷却转变后钢的组织和性能有着重要的影响。奥氏体晶粒越细小，钢热处理后的强度越高，塑性越好，冲击韧度越高。（2.5分）但是奥氏体化温度过高或在高温下保持时间过长，将使钢的奥氏体晶粒长大，显著降低钢的冲击韧度、减少裂纹扩展功和提高韧脆转变温度。（2.5分）奥氏体晶粒粗大的钢件，淬火变形和开裂倾向增大。（2.5分）当晶粒大小不均匀时，显著降低钢的结构强度，引起应力集中，易于产生脆性断裂。（2.5分）3、简述片状珠光体的形成过程。首先在奥氏体晶界上形成渗碳体核心，核刚形成时可能与奥氏体保持共格关系，为减少应变能而呈片状。渗碳体不仅向奥氏体晶粒纵深方向发展，而且还侧向长大。（2.5分）渗碳体长大的同时，使其两侧的奥氏体出现贫碳区，从而为铁素体在渗碳体两侧形核创造条件，（2.5分）在渗碳体两侧形成铁素体片后，也随渗碳体一起向前发展，同时也侧向长大。（2.5分）铁素体侧向长大的同时必然在其两侧形成新的渗碳体片。铁素体与渗碳体如此交替形核并长大形成一个片层相间并大致平行的珠光体领域，当其与其他部位形成的各个珠光体领域相遇并占据整个奥氏体时，珠光体相变结束，得到片状珠光体组织。（2.5分）4、简述钢中板条马氏体的形貌特征和亚结构。A板条马氏体是在低碳钢、中碳钢等铁基合金中形成的一种典型的马氏体组织。其显微组织是由成群的板条组成的，一个奥氏体晶粒可以形成几个位向不同的板条群，板条群可以两种板条束组成，也可以由一种板条束组成，一个板条群内的两种板条束之间由大角度晶界分开，而一个板条束内包括很多近于平行排列的细长的马氏体板条。（4分）每一个板条马氏体为一个单晶体，立体形状为扁条状，这些密集的板条之间通常由含碳量较高的残余奥氏体隔开。（3分）板条马氏体内有大量的位错，因此，板条马氏体又称为位错马氏体。（3分）5、简述钢中片状马氏体的形貌特征和亚结构。高碳钢及一些有色金属和合金，淬火时形成片状马氏体组织。片状马氏体的空间形态呈凸透镜状，由于试样磨面与其相截，因此在光学显微镜下呈针状或竹叶状，故片状马氏体又称针状马氏体或竹叶状马氏体。（3分）片状马氏体的显微组织特征是马氏体片相互不平行，在一个奥氏体晶粒内，第一片形成的马氏体往往贯穿整个奥氏体晶粒并将其分割成两半，使以后形成的马氏体长度受到限制，所以片状马氏体大小不一，越是后形成的马氏体片尺寸越小。马氏体周围往往存在残留奥氏体。（3分）片状马氏体的最大尺寸取决于原始奥氏体晶粒大小，奥氏体晶粒越大，则马氏体片越粗大。当最大尺寸的马氏体片细小到光学显微镜下不能分辨时，便称为“隐晶马氏体”。片状马氏体的亚结构主要为孪晶。因此，片状马氏体又称孪晶马氏体。孪晶通常分布在马氏体片的中部，不扩展到马氏体片的边缘区，在边缘区存在高密度的位错。6、示意画出共析钢片状珠光体中奥氏体的形成过程。A2.5分2.5分2.5分2.5分7、为什么过冷奥氏体的转变曲线呈C形？A这是由于过冷奥氏体转变速度与形核率和生长速度有关，而形核率和生长速度又取决于过冷度。（2.5分）过冷度较小时，由于相变驱动力较小，转变速度也很小。随过冷度增加，相变驱动力增加，而原子扩散系数减小。（2.5分）在温度降至某一确定值之前，转变速度受相变驱动力控制，随过冷度增加而增加；（2.5分）之后，转变速度受原子扩散速度控制，随过冷度增加而减小。相变驱动力和原子扩散系数D两个因素综合作用的结果，导致转变速度在鼻温附近达到一个极大值。这就使得过冷奥氏体等温转变曲线具有C形曲线的特征。（2.5分）8、怎样由过冷奥氏体直接形成粒状珠光体？A要由过冷奥氏体直接形成粒状珠光体，必须使奥氏体晶粒内形成大量均匀弥散的渗碳体晶核。这只有通过非均匀形核才能实现。（4分）如果控制钢加热时的奥氏体化程度，使奥氏体中残存大量未溶的渗碳体颗粒；同时，使奥氏体的碳浓度不均匀，存在许多高碳区和低碳区。（3分）此时将奥氏体过冷到A1以下，在过冷度较小时就能在奥氏体晶粒内形成大量均匀弥散的渗碳体晶核，每个渗碳体晶核在独立长大的同时，必然使其周围母相奥氏体贫碳而形成铁素体，从而直接形成粒状珠光体。（3分）9、试简述马氏体高强度高硬度的原因。马氏体高强度、高硬度的原因是多方面的，其中主要包括碳原子的固溶强化、相变强化以及时效强化。（1）间隙原子碳处于体心正方相晶格的扁八面体间隙中，造成晶格的正方畸变并形成一个应力场。该应力场与位错发生强烈的交互作用，从而提高马氏体的强度。这就是碳对马氏体晶格的固溶强化。（2.5分）（2）马氏体转变时在晶体内造成密度很高的晶格缺陷，无论板条状马氏体中的高密度位错还是片状马氏体中的孪晶都阻碍位错运动，从而使马氏体强化，这就是所谓的相变强化。例如，无碳马氏体的屈服强度为284MPa，接近于形变强化铁素体的屈服强度，而退火铁素体的强度仅为98—137MPa。这表明，相变强化使强度提高了147—186MPa。（2.5分）（3）时效强化也是一个重要的强化因素。马氏体形成以后，碳及合金元素的原子向位错或其他晶体缺陷处扩散偏聚或析出，钉扎位错，使位错难以运动，从而造成马氏体强化。（2.5分）（4）马氏体板条群或马氏体片尺寸越小，则马氏体强度越高。这是由于马氏体相界面阻碍位错运动而造成的。所以，原始奥氏体晶粒越细，马氏体强度越高。（2.5分）10、简述马氏体形成的条件。A马氏体是高温奥氏体快速冷却，在抑制其扩散性分解的条件下形成的。因此，要形成马氏体，第一，过冷奥氏体必须以大于临界淬火速度的速度冷却，以避免发生奥氏体向珠光体和贝氏体转变。（5分）第二，过冷奥氏体必须过冷到一定温度Ms点以下才能开始发生马氏体转变，以获得足够的相变驱动力，这是马氏体转变的热力学条件决定的。（5分）11、简述第一类回火脆性产生原因及消除方法。钢在250一400℃温度范围内出现的回火脆性叫第一类回火脆性；也叫低温回火脆性；低温回火脆性几乎在所有的工业用钢中都会出现。一般认为，低温回火脆性是由于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，使之成为裂纹扩展的路径，因而导致脆性断裂。如果提高回火温度，由于析出的碳化物聚集和球化，改善了脆化界面状况而使钢的韧性又重新恢复或提高。（6分）到目前为止，还没有一种有效地消除低温回火脆性的热处理或合金化方法。为了防止低温回火脆性，通常的办法是避免在脆化温度范围内回火。（4分）12、简述第二类回火脆性的产生原因及消除方法。钢在450—650℃温度范围内出现的回火脆性叫做第二类回火脆性，也叫高温回火脆性。高温回火脆性产生的原因有许多说法。目前比较引人注意的是晶界偏聚机制。Sb、Sn、P、As等杂质元素在回火处理时向原奥氏体晶界偏聚，减弱了奥氏体晶界上原子间的结合力，降低晶界断裂强度是产生高温回火脆性的主要原因。（4分）防止或减轻高温回火脆性的方法很多。采用高温回火后快冷的方法可抑制回火脆性，但这种方法不适用于对回火脆性敏感的较大工件。（2分）在钢中加入Mo、W等合金元素阻碍杂质元素在晶界上偏聚，也可以有效地抑制高温回火脆性。（2分）此外，对亚共析钢采用在A1—A3临界区亚温淬火方法，使P等杂质元素溶入残留的铁素体中，减轻P等杂质元素在原奥氏体晶界上的偏聚，也可以减小高温回火脆性倾向。（1分）还有，选择含杂质元素极少的优质钢材以及采用形变热处理等方法都可以减轻高温回火脆性。（1分）13、简述常用退火工艺的种类及用途。退火工艺种类很多，根据加热温度可分为在临界温度(Ac1或Ac3)以上或以下的退火。前者包括完全退火、均匀化退火、不完全退火和球化退火；后者包括再结晶退火及去应力退火。。按照冷却方式，退火可分为等温退火和连续冷却退火。各个退火工艺的主要目的分别是均匀钢的化学成分及组织，细化晶粒，调整硬度，消除内应力和加工硬化，改善钢的成形及切削加工性能，并为淬火作好组织准备。14、简述正火工艺的应用范围。A正火工艺是较简单、经济的热处理方法，主要应用于以下几方面：1．改善低碳钢的切削加工性能碳含量Wc0.25％的碳素钢和低合金钢，退火后硬度较低，切削加工时易于“粘刀，通过正火处理，可以减少自由铁素体，获得细片状珠光体，使硬度提高至140～190HBW，可以改善钢的切削加工性，提高刀具的寿命和工件的表面光洁程度。2．消除中碳钢的热加工缺陷中碳结构钢铸件、锻、轧件以及焊接件在热加工后易出现魏氏组织、粗大晶粒等过热缺陷和带状组织。通过正火处理可以消除这些缺陷组织，达到细化晶粒、均匀组织、消除内应力的目的。3．消除过共析钢的网状碳化物，便于球化退火过共析钢在淬火之前要进行球化退火，以便于机械加工，并为淬火作好组织准备。但当过共析钢中存在严重网状碳化物时，将达不到良好的球化效果。通过正火处理可以消除网状碳化物。为此，正火加热时要保证碳化物全部溶入奥氏体中，要采用较快的冷却速度抑制二次碳化物的析出，获得伪共析组织。4．提高普通结构件的力学性能一些受力不大、性能要求不高的碳钢和合金钢结构件采用正火处理，可获得一定的综合力学性能，可以代替调质处理，作为零件的最终热处理。15、图中所示为常用的淬火工艺的示意图，指出图中1、2、3、4分别表示那一种淬火工艺。A（1）单液淬火（2）双液淬火（3）分级淬火（4）等温淬火16、为什么回火索氏体比正火索氏体的力学性能优越？同一钢件经淬火加回火处理后，可以得到回火索氏体组织；由过冷奥氏体直接分解可得到索氏体组织。它们都是铁素体加碳化物的珠光体类型组织，但是回火托氏体和回火索氏体中的碳化物是呈颗粒状的，而托氏体和索氏体中的碳化物是片状的。碳化物呈颗粒状的组织使钢的许多性能得到改善。在相同硬度时，两类组织的抗拉强度相近，但回火索氏体组织的屈服强度和塑性等均比索氏体高。尤其是硬度在25—30HRC范围内，屈服强度和塑性的差别最大。可见，硬度为25—30HRC的回火索氏体组织综合力学性能远比索氏体好得多。这是由于片状碳化物受力时会使基体产生很大的应力集中，易使碳化物片产生脆断或形成微裂纹。而粒状碳化物造成的应力集中小，微裂纹不易产生，故钢的塑性、韧性好。因此，工程上凡是承受冲击并要求优良综合力学性能的工件都要进行淬火加高温回火处理，即调质处理，以得到具有优良综合力学性能的回火索氏体组织。17、将下列各种钢号按所给的钢的种类进行归类：AQ255Q19545钢08钢T10T740Cr60Si2Mn20Cr2Ni435CrMo40MnBCr12W6M05Cr4V24Cr5MoSiV3Cr2W8V普通碳素结构钢：Q255Q195优质碳素结构钢：45钢08钢碳素工具钢：T1