金属固态相变原理考试复习思考题.doc

复习思考题1.复习思考题1固态相变和液固相变有何异同点？相同点：（1）都需要相变驱动力 （2）都存在相变阻力 （3）都是系统自组织的过程不同点：（1）液固相变驱动力为自由焓之差G 相变，阻力为新相的表面能G表，基本能连关系为：G = G 相变+G表，而固态相变多了一项畸变能G畸，基本能连关系为：G = G 相变+G界面+G畸 （2）固态相变比液固相变困难，需要较大的过冷度。2金属固态相变有那些主要特征？ 相界面；位向关系与惯习面；弹性应变能；过渡相的形成；晶体缺陷的影响；原子的扩散。3. 说明固态相变的驱动力和阻力？ 在固态相变中，由于新旧相比容差和晶体位向的差异，这些差异产生在一个新旧相有机结合的弹性的固体介质中，在核胚及周围区域内产生弹性应力场，该应力场包含的能量就是相变的新阻力畸变自由焓G畸。则有：G = G 相变+G界面+G畸 式中G 相变一项为相变驱动力。它是新旧相自由焓之差。 当：G 相变=G 新 - G 旧 0.2%时，晶体结构都是体心正方的。 2.中碳钢马氏体亚结构主要是高密度位错 ,有时含形变挛晶.3.高碳钢马氏体内的孪晶是相变孪晶，而且是大量的精细而规则的， 4.随着碳含量的提高，从低碳钢的板条状马氏体变为中碳钢的板条状+片状有机结合型马氏体，高碳钢的片状，凸透镜状马氏体。 7马氏体中的位向关系有那些？141页新相和母相界面始终保持着切变共格。因此，相变完成后，两相之间的位向关系仍然保持着。位向关系有：如K-S关系、G-T关系、西山关系等。（1）K-S关系 （2）G-T关系（3）西山关系8 0.2%C钢淬火马氏体的物理本质？见第5题9钢中马氏体中的亚结构？见第5题10马氏体表面浮凸的特征和成因？139页近来，有人研究FeNiC合金259f型马氏体的表面浮凸为帐篷型（）；557f马氏体和225f马氏体的表面浮凸均为若干个小“N”型台阶构成。 11说明K-S模型、G-T模型的切变过程，指出其缺点。163页12. 试讨论马氏体切变机制的正确性。5复习思考题1扩散学派和切变学派给贝氏体的定义有那些？试分析这些定义的正确性。切变学派的R.F.Hehemann们认为：贝氏体是指中温转变时形成的针状分解产物。有三点特征：（1）针状组织形貌；（2）浮凸效应；（3）有自己的TTT图和Bs点。并将贝氏体定义为“铁素体和碳化物的非层片状混合组织”。此定义不正确。理由有2： 不是混合系统，不是混合物，而是整合系统。 铁素体和碳化物的非层片状组织不一定全是贝氏体，贝氏体组织中也不仅仅只有铁素体和碳化物。扩散学派的H.I.Aaronson们则反驳说：Bs点和TTT图是合金元素对共析分解动力学的一种影响表现，表面浮凸也不能作为切变的依据。他们只承认贝氏体是“扩散的、非协作的两种沉淀相竞争的台阶生长的共析分解产物”。 这一观点把贝氏体相变看成是共析分解，很不妥当。珠光体分解和贝氏体转变二者转变性质不同，不能混为一谈。2阐述钢中贝氏体相变的过渡性特征？（1）共析分解到贝氏体相变的过渡在“鼻温”附近等温后生成珠光体和上贝氏体两种产物。说明珠光体与上贝氏体转变不同，但有着密切的联系。从图还可以看出过渡性，如在400以上等温时，先形成珠光体，经过一段时间后，再形成贝氏体。而在350400等温时，则先形成贝氏体，而后形成珠光体。再降低温度，直到珠光体停止分解，只有上贝氏体形成。这是一个明显的过渡过程。（2）贝氏体组织形貌的过渡性 珠光体只有两相（铁素体碳化物）。 马氏体是单相组织。 贝氏体组织中铁素体相+渗碳体、碳化物、 残留奥氏体、马氏体或所谓M/A岛等。 上贝氏体的组成相有时与珠光体相同，即只含有铁素体和渗碳体两相，因此，上贝氏体组织打上了珠光体组织的烙印。 下贝氏体组织中存在铁素体马氏体残留奥氏体等相，说明它打上了淬火马氏体组织的烙印。 从上贝氏体组织过渡到下贝氏体组织，表现了从珠光体到马氏体的过渡性和复杂的交叉性。3贝氏体相变与共析分解有那些区别？203页 贝氏体相变具有扩散性质，首先碳原子是扩散的，故有人称其为“半扩散型相变”。上贝氏体在奥氏体晶界上形成贝氏体铁素体晶核；共析分解在奥氏体晶界形核，两者有相似性。 贝氏体相变与共析分解有重叠性、交叉性。4试述典型的上贝氏体和下贝氏体的组织形貌。上贝氏体是在贝氏体转变温度区的上部形成的，形貌各异，典型的上贝氏体呈羽毛状，羽毛状上贝氏体是由板条状铁素体和条间分布不连续碳化物所组成。 贝氏体铁素体条间的碳化物是片状形态的细小的渗碳体，组织形貌呈现羽毛状。 下贝氏体在贝氏体C曲线鼻温以下温度区间形成。下贝氏体有经典下贝氏体、柱状贝氏体、准贝氏体等。192页5试述贝氏体转变与马氏体相变的异同点。204页涨落形成贫碳区，下贝氏体可以在晶界形核，也可以在晶内的位错、层错等缺陷处形核。 下贝氏体组织形貌与马氏体相似。下贝氏体中位错密度也较高，也有残留奥氏体。6. 什么是块状转变？块状转变的机制与贝氏体相变的关系。216页7. 贝氏体表面浮凸的特征和成因？8.贝氏体铁素体的形核及长大机制。而贝氏体相变的形核可在晶界也可在晶内。209-210页贝氏体相变是介于马氏体相变和共析分解之间的相变，相变机制、组织、结构更为复杂。相变过程和产物在质上和量上均具有过渡性。9.贝氏体相变时原子的位移特征，界面原子非协同跃迁的机理？ 213页，26页10.试述钢中贝氏体的亚结构特征。贝氏体铁素体是由更小的“亚单元”组成。下贝氏体近似圆片状，由亚片条组成，亚片条又由亚单元组成，亚单元由更小的超亚单元组成。贝氏体中的孪晶有人认为，贝氏体铁素体片条由530nm细小孪晶组成，贝氏体铁素体亚片条就是细小的精细孪晶，各亚片条之间存在孪晶关系。扩散学派不承认贝氏体中存在孪晶。较高密度的位错亚结构11.名词解释：贝氏体；钢中的贝氏体是过冷奥氏体的中温过渡性转变产物，它以贝氏体铁素体为基体、同时可能存在渗碳体或碳化物、残留奥氏体、马氏体等相，贝氏体铁素体由亚片条、亚单元、较高密度位错等亚结构组成，这种整合组织称为贝氏体贝氏体相变；奥氏体过冷到中温区，在珠光体与马氏体转变温度区间转变，形成以贝氏体铁素体为基体，其上分布着渗碳体或碳化物、残留奥氏体等组织形貌的转变。粒状贝氏体；191页无碳贝氏体；上贝氏体组织中只有贝氏体铁素体和残留奥氏体而不存在碳化物时，这种贝氏体就是无碳化物贝氏体，或称无碳贝氏体。羽毛状贝氏体；191页魏氏组织：实际上是一种先共析转变的组织。亚共析钢的魏氏组织是先共析铁素体在奥氏体晶界形核呈方向性片状长大，即沿着母相奥氏体的晶面（惯习面）析出。6复习思考题1熟悉如下概念：回火；将钢加热到以下某一温度，保温一定时间后，使马氏体或残余奥氏体进行某种程度的转变，再冷却到室温的过程。回火托氏体；马氏体的中温回火产物，是由已发生了回复的铁素体基体与极细小的碳化物所构成的整合组织。回火马氏体；马氏体的低温回火产物，是由碳的过饱和相基体与-Fe2C或- 碳化物或原子偏聚团组成的整合组织。回火索氏体；马氏体的高温回火产物，是由铁素体基体上弥散均匀分布着较大颗粒状的碳化物或特殊碳化物所构成，铁素体已发生再结晶，变成等轴晶粒，这种整合组织叫回火索氏体。回火脆性；某些钢在回火过程中随回火温度的升高，出现塑韧性降低，脆性升高的现象。二次硬化；大多数钢在回火过程中随回火温度的升高，强度和硬度降低，但在某一温度范围内会出现强度和硬度增加的现象。2在回火初期淬火马氏体中的碳原子在什么地方偏聚？偏聚对钢的性能有什么影响？（1）含碳量小于0.08%C时，在40至100区间内，（ 2 1 ）0,表明电阻率升高，说明此时没有碳化物析出。应当考虑此时马氏体中形成了类似于G.P区的溶质原子的均匀偏聚过程。（2） 马氏体中的碳原子选择性地占据同一晶向（如001），处于同一晶向八面体间隙的碳原子进一步发生偏聚，可以形成小片状的碳原子团。称为弘津气团。两种偏聚都会使钢的强度和硬度增大。3过冷奥氏体和残留奥氏体有什么区别？残留奥氏体在回火时的转变特征。除了晶体结构均为面心立方外，区别有：1）残余奥氏体中碳含量较高；2）残余奥氏体储存能量较高，不稳定，容易转变；3）残余奥氏体中位错密度较高；4）残余奥氏体受胁迫，第2、3类内应力较大；5）奥氏体晶粒为等轴状；残余奥氏体被马氏体片分割，形貌各异，有薄膜状、颗粒状、片状、块状等形态；高碳钢淬火后于250300之间回火时，将发生残余奥氏体分解。随回火温度升高，残余奥氏体量减少。1）残余奥氏体向珠光体及贝氏体的转变加热到250300范围内时将发生分解，即所谓碳钢回火时的第二个转变。加入合金元素将使第二个转变的温度范围上移。合金元素含量足够多时，残余奥氏体在加热过程中可能先不发生分解，而是在加热到较高温度时在等温过程中发生转变。2）残余奥氏体向马氏体的转变 一般情况下，低于200回火，残留奥氏体不分解，但可能转变为等温马氏体。将淬火钢在低于Ms点的某一温度回火，则残余奥氏体有可能等温转变为马氏体。 如GCr15钢经1100淬火，残余奥氏体量为17，Ms点为159。至室温后再重新加热到低于159的各个温度等温。残余奥氏体能等温转变为马氏体。 4高碳钢、中碳钢、低碳钢淬火马氏体回火时，碳化物的析出贯序？（1）低碳的板条状马氏体的脱溶贯序 200以下回火时不析出碳化物，只有碳原子偏聚团。200以上，直接析出平衡相Fe3C。说明析出过渡相-Fe2C或- Fe2.4C，需要扩散富集较高的含碳量,这对于低碳马氏体来说较为困难。同时也说明，Dc碳原子的位错气团可以吸纳大量碳原子，较为稳定，难以再提供多余的碳原子来析出过渡相。（2）中碳钢淬火马氏体析出贯序： 从碳原子气团Hc,Dc状态于100即开始析出过渡相-Fe2C或-Fe2.4C，温度高 于200时，即有Fe3C的析出。即在位错气团基础上直接析出平衡相。 100300范围内析出的-Fe2C或-Fe2.4C则是孪晶型马氏体贯序的环节。（3）高碳片状孪晶马氏体的脱溶贯序： 温度高于100即开始析出过渡相-Fe2C或-Fe2.4C，呈极细小的片状； 温度高于200时，-Fe2C（或- Fe2.4C）开始回溶，同时析出另一个过渡相XFe5C2，并且迅即开始平衡相Fe3C的析出。在一个相当宽的温度范围内，X Fe5C2与Fe3C共存，直到450以上XFe5C2消失,全部转变为Fe3C。5为什么要摒弃“两相式分解”的学说？马氏体回火时相的变化规律？近年来的研究测定表明，在100以下，高碳马氏体和中碳马氏体中均形成了碳原子偏聚气团DC 、HC 。试验证明，此回火温度下尚未析出碳化物，只有碳原子气团。弘津气团趋向于在同一晶面上出现，并形成若干个小片组成的碳原子片状畴，畴的尺寸约为几个nm，已经为透射电子束的点阵条纹所证实。在100以下,组织结构为：相+ DC 、HC不存在两个相在100及100以上才有-Fe2C, - Fe2.4C碳化物的析出。在100以上，为相+ DC 、HC -Fe2C或 - Fe2.4C随着回火温度升高，正方度越来越小。说明随着-Fe2C, - Fe2.4C碳化物的析出，马氏体中的碳含量连续的不断降低，而且只有一个正方度。碳化物的析出过程中，碳原子来得及远程扩散，马氏体进行单相分解过程。因此在-Fe2C, - Fe2.4C碳化物的析出时不应当存在两个相。据研究测定9，碳原子的扩散速度足以跟得上马氏体长大速度，那么，在-Fe2C, - Fe2.4C碳化物的析出时，碳原子能够进行远距离的扩散，即相中的碳含量不断连续降低，不可能形成两个相，即不存在双相分解。因此，双相分解的学说不正确。所以要摒弃“两相式分解”的学说。 相的变化规律：随着回火温度的提高和时间的延长，碳原子富集区中的碳原子将发生有序化，然后转变为碳化物。由于马氏体中碳化物的析出，马氏体中的含碳量则不断降低，使得马氏体的正方度不断下降。1马氏体分解。2相物理状态的变化 1） 亚结构的变化马氏体中的高密度位错、精细孪晶等亚结构在回火时将降低或消除。 2） 相中内应力的消除 6合金马氏体回火转变与碳素钢马氏体回火有何区别？碳化物析出贯序怎样？ 232-234页7.复习思考题1熟悉如下概念： 脱溶：经过固溶处理而得到的固溶体或新相大多是亚稳的，在室温保持一段时间或者加热到一定温度，过饱和相将脱溶分解，析出沉淀相，故有的文献中称其为沉淀。共格脱溶；脱溶产物与母相保持共格关系。固溶处理：固溶处理是将钢或合金加热到一定温度，使溶质（碳或合金元素）溶入固溶体 中，然后以较快的速度冷却下来，得到过饱和状态的固溶体或过饱和的新相。时效：沉淀将引起组织、性能、内应力的改变等，这种热处理工艺，称为时效2试述Al-Cu合金的时效过程，写出析出贯序。254页 1） G.P区的形成 G.P区大多在过饱和度较大或过冷度较大的条件下形成， 2）