材料相变原理总复习题

1、08年工大材料系材料相变原理总复习题 (貌似考研也能用 题:材料相变原理复习题第一章:1说明成分、相、结构和组织四个概念的含义,并讨论 45#钢室温平衡状态下的成分、相、 结构和组织。2 试述金属固态相变的主要特征。3 哪些基本变化可以被称为固态相变?4 简述固态相变过程中界面应变能产生的原因。5 简述固态相变形成新相的形状与界面能和界面应变能的关系,6 扩散型相变和无扩散型相变各有哪些主要特点?第二章:1 试述钢中奥氏体和铁素体的晶体结构、 碳原子可能存在的部位以及碳原子在奥氏体和铁素 体中的最大理论含量和实际含量。2 以共析钢为例说明奥氏体的形成过程, 并说明为什么在铁素体消失的瞬间还有部

2、分渗碳体 未溶解。3 试述影响奥氏体晶粒长大的因素。4 解释下列概念:惯习面,非均匀形核,奥氏体的起始晶粒度、 实际晶粒度和本质晶粒度,钢在加热时的过热 现象,钢的组织遗传和断口遗传。第三章:1 试述影响珠光体转变动力学的因素。2 试述钢中相间沉淀长生条件和机理。3 概念解释:伪共析组织,魏氏组织,“派敦”处理。第四章:1 试述马氏体的晶体结构及其产生原因。2 简述马氏体异常正方度的产生原因。3 试述马氏体转变的主要特点。4 试述钢中板条状马氏体和片状马氏体的形貌特征和亚结构并说明它们的性能差异。5 Ms点的定义和物理意义。6 试述影响 Ms 点的主要因素。7 试述引起马氏体高强度的原因。8

3、概念解释:奥氏体的热稳定化,奥氏体的机械稳定化,马氏体的逆转变,伪弹性,相变冷 作硬化,形状记忆效应。第五章:1 试述贝氏体转变的基本特征。2试述钢中上贝氏体和下贝氏体的形貌特征和亚结构并说明它们的性能差异。3 试述影响贝氏体性能的基本因素。4 试比较贝氏体转变与珠光体转变和马氏体转变的异同。第七章:1 什么是回火?回火的目的是什么?2 试述淬火钢回火转变的基本过程。3 简述第一类回火脆性的特点及产生原因。4简述第二类回火脆性的特点及产生原因。5 简述预防和减轻第二类回火脆性的方法。6 概念解释:二次硬化,二次淬火,回火脆性敏感度,回火脆度。第八章:1 概念解释:固溶处理,脱溶,时效,时效合金

4、的回归现象,调幅分解。2 以 Al-Cu 合金为例,说明时效合金的脱溶过程及各种脱溶物的特征。一女生做的答案:1说明成分、相、结构和组织四个概念的含义,并讨论 45#钢室温平衡状态下的成分、相、 结构和组织。答:成分元素的组成和含量; 相具有相同物理化学性质且与其他部分以界面分开的 局晕部分;结构原子的排列;组织各相的大小形状。 45#钢 0.45%C+99.55%Fe a-Fe+Fe3C a-Fe体心立方点阵 片状或层状2 试述金属固态相变的主要特征。答:相界面:金属固态相变时,新相和母相的界面分为两种。位相关系:两相界面为共格或 半共格时新相和母相之间必然有一定位相关系, 两项之间没有位相

5、关系则为非共格界面。 惯 习面:新相往往在母相一定晶面上形成, 这个晶面称为惯习面。应变能:圆盘型粒子所导致 的应变能最小, 其次是针状,球状最大。 固态相变阻力包括界面能和应变能。晶体缺陷的影 响:新相往往在缺陷处优先成核。 原子的扩散:收扩散控制的固态相变可以产生很大程度的 过冷。 无扩散型的相变形成亚稳定的过度相。 过度相的形成:固态相变的过程往往先形成亚 稳相以减少表面能,因而常形成过度点阵。3 哪些基本变化可以被称为固态相变?答:1、晶体结构的变化; 2、化学成分的变化; 3、固溶体有序化程度的变化。4 简述固态相变过程中界面应变能产生的原因。答:新相和母相的比容不同, 新相形成时的

6、体积变化将受到周围母相的约束而产生弹性应变。 两项界面不匹配也引起弹性应变能,以共格界面为最大,半共格次之,非共格为 0.5 简述固态相变形成新相的形状与界面能和界面应变能的关系。答:圆盘形粒子所导致的应变能最小,其次是针状,球形粒子最大。界面不共格时,盘状应 变能最低,界面能较高,球形界面能最低,但应变能最大。6 扩散型相变和无扩散型相变各有哪些主要特点?答:扩散型:a 有原子扩散运动,转变速率决定于扩散速度。 B 新相和母相成分往往不同。 C 只有因比容不同引起的体积变化,没有形状改变。 D 位相关系可有可无。无扩散形:a 存 在由于均匀切变引起的形状改变, 相变过程中原子为集体的协同运动

7、, 所以使晶体外形发生 变化。 B 新相和母相化学成分相同 c 新相和母相之间存在一定的位相关系 d 相界面移动速度 极快,可接近声速。1 试述钢中奥氏体和铁素体的晶体结构、 碳原子可能存在的部位以及碳原子在奥氏体和铁素 体中的最大理论含量和实际含量。 答:奥氏体为 c 在 r-Fe 中的固溶体, c 原子在面心立方的 中心或棱边的中点。 理论含量为 20%, 实际最大为 2.11%。 铁素体 c 原子在体心立方晶胞的 八面体间隙处, c 理论含量为 39.1% 实际含量为 0.02%(重量百分浓度2 以共析钢为例说明奥氏体的形成过程, 并说明为什么在铁素体消失的瞬间还有部分渗碳体 未溶解。答

8、:1奥氏体晶核的形成:奥氏体晶核易于在铁素体与渗碳体相界面形成 2奥氏体的长大:奥氏体中的碳含量是不均匀的,与铁素体相接处碳含量较低,与渗碳体相接处碳含量较高, 引起碳的扩散, 破坏了原先碳浓度的平衡, 为了恢复碳浓度的平衡, 促使铁素体向奥氏体转 变以及 fe3c 的溶解, 直至铁素体全部转变为奥氏体为止。 3残余渗碳体的溶解:铁素体比奥 氏体先消失,因此还残留未溶解的渗碳体,随时间的延长不断融入奥氏体,直至全部消失。 4奥氏体均匀化:残余渗碳体全部溶解时,奥氏体中的碳浓度依然是不均匀的,继续延长保 温时间,通过碳的扩散, 可使奥氏体碳含量逐渐趋于均匀。渗碳体残余的原因:相界面向铁 素体中的

9、推移速度比向渗碳体中推移速度快 14.8倍, 但是铁素体片厚度仅比渗碳体片大 7倍, 所以铁素体先消失,还有相当数量的剩余渗碳体未完全溶解。3 试述影响奥氏体晶粒长大的因素。答:受到加热速度、保温时间,钢的成分,沉淀析出粒子性质、数量,大小和分布,以及原 始组织和加热速度的影响。 1加热温度和保温时间的影响:加热温度越高,保温时间越长, 奥氏体晶粒将越粗大。 低温时保温时间影响较小, 高温时保温时间影响开始较大, 随后减弱。 2加热速度的影响:加热速度越快,奥氏体起始晶粒度越细小。 3钢的碳含量:在一定碳含 量范围内奥氏体晶粒大小随钢中碳含量增加而增大, 超过限度时, 碳含量进一步增加, 奥氏

10、 体晶粒反而减小。 4合金元素的影响:钢中加入适量形成难熔化合物的合金元素,强烈阻碍 奥氏体晶粒长大,使奥氏体晶粒粗化温度显著提高。4 解释下列概念:惯习面,非均匀形核,奥氏体的起始晶粒度、 实际晶粒度和本质晶粒度,钢在加热时的过热 现象,钢的组织遗传和断口遗传。答:固态相变时,新相往往在母相的一定界面上开始形成,这个晶面即称为惯习面。非均匀 成核:新相核心主要是在母相的晶界、层错、位错等晶体缺陷处形成。奥氏体起始晶粒度:奥氏体形成刚结束, 其晶粒边界刚刚相互接触时晶粒的大小。 实际晶粒度:钢经热处理后获 得的实际奥氏体晶粒大小。本质晶粒度:根据标准实验方法,在 930+10度,保温 38小时

11、 后测定的奥氏体晶粒大小。 钢在加热时的过热现象:钢在热处理时, 由于加热工艺不当而引 起的奥氏体实际晶粒度粗大, 以至在随后淬火成正火时得到十分粗大的组织, 从而使钢的机 械性能显著恶化。 钢的组织遗传:在原始奥氏体晶粒粗大的情况下若钢以非平衡组织加热奥 氏体化, 则在一定的加热条件下, 新形成的奥氏体化晶粒会继承和恢复原始粗大的奥氏体晶 粒。钢的断口遗传:原始奥氏体晶粒粗大的非平衡组织钢,再次以中等加热速度加热到 ac3以上,奥氏体晶粒会明显细化,但细晶粒纤维组织出现了粗晶断口。1 试述影响珠光体转变动力学的因素。珠光体的转变决定于成核和长大的速度影响因素可以分为两类:钢本身内在的因素:1

12、、化学成分 2、组织结构的状态。外界因素: 1、加热因素,保温时间。一、温度。温度太低 c 原子无法扩散,很难形成珠光体。二、碳含量的影响。三、奥氏体成分的均匀性和过剩相溶解情况的影响。四、奥氏体晶粒度的影响。 五、 奥氏体化温度和时间 的影响。六、应力和塑性变形的影响。2 试述钢中相间沉淀长生条件和机理。答:1、低碳。 2、强碳化合物合金元素。 3、适当的奥氏体化条件。 4、转变条件:温度、 冷却速度。 5、应力和索性形变。3 概念解释:伪共析组织,魏氏组织,“派敦”处理。答:伪共析组织:在 A1点以下,随着过冷奥氏体转变温度的降低,亚共析钢中先共析铁素 体的数量和过共析钢中先共析渗碳体析出

13、数量都减少,当过冷到 T2温度转变时,将不再析 出铁素体和渗碳体在这种情况下过冷奥氏体全部转变为珠光体型组织, 但因合金的成分并非 共析成分魏氏组织:工业上将具有先共析片状铁素体或针状渗碳体加珠光体的组织, 都成为魏氏组织。 前者为阿尔法 -Fe 魏氏组织,后者为渗碳体魏氏组织派顿处理:使高碳钢获得细珠光体,再经过深度冷拔,获得高强度钢丝、1 试述马氏体的晶体结构及其产生原因。答:晶体结构:马氏体是由 fe 元素和 c 元素组成的单向结构, 其中 fe 原子构成了体心立方, c 原子分布在八面体间隙中。产生原因:c 原子在马氏体点阵中可能位置为由 fe 原子组成的 扁八面体空隙中, c 原子有

14、效半径 >扁八面体孔隙在短轴方向上的半径, 故在平衡状态下, C 的溶解度极小,然而一般钢中马氏体碳含量远远超过这个数值,引起点阵畸变, C 溶入点阵 扁八面体空隙后,力图使其变为正八面体,结果使短轴伸长, 另外两个方向收缩, 从而使体 心立方转向体心正方点阵。2 简述马氏体异常正方度的产生原因。答:正方度 =c/a异常低正方度产生原因:正方度是由 c 原子在同一个亚点阵间隙中分布而 造成的,所以在快冷的情况下,本来分布均匀的 c 原子要跑到同一亚点阵中需要运动时间, 所以钢新生成时, c 原子还没有运动分布到同一亚点阵中就开始测量, 因而出现异常正方度。 偏高:钢形成时,若全部跑到同一

15、亚点阵中,结果就偏高,但是,计算发现即使全部 c 原子 占据第三亚点阵, 马氏体正方度也不能达到实验中测量的, 因此, 异常高正方度还与合金元 素的有序分布有关。3 试述马氏体转变的主要特点。答:1切变共格和表面浮凸现象, (1马氏体形成以切变的方式实现的,同时马氏体和奥氏 体之间界面上的原子是共有的,切变共格界面,且新相与母相之间永远共格(2相变区和 未相变区表面上的浮凸现象 2马氏体转变的无扩散性, (1原子不发生扩散,只发生整体运 动,每个原子的相邻关系和环境不变。 (2成分不发生变化(3转变温度低,转变速度高, 低温下扩散速度极小转变不能以扩散方式进行。 3具有一定的位向关系和惯习面

16、(1马氏体转 变新相母相之间存在一定的位相关系。 KS 关系,西山关系, GT 关系。 (2马氏体是在 母 相的一定晶面上开始形成的。随马氏体形成温度下降惯习面有向高指数变化的趋势。 4马氏 体转变是在一个 温度范围内形成的。 5 马氏体 转变具有可逆性, 一般将马氏体直接向奥氏 体转变称为逆转变, 但是逆转变很难, 形状记忆功能是存在于有可逆性的马氏体中, 马氏体 相变区别于其他相变的 最基本特点(1 相变以共格切变方式进行(2相变无扩散型4 试述钢中板条状马氏体和片状马氏体的形貌特征和亚结构并说明它们的性能差异。 答:形貌特征:板条:惯习面为(111 r 。板条体常自奥氏体晶界向晶内平行排

17、列成群,一个奥氏体晶粒内包含几个板条群，板条体之间为小晶界，板条群之间为大晶界。片状：凸透 镜片状中间较厚，初生者较厚较长，横贯奥氏体晶粒，次生者尺寸较小。在初生片与奥氏体 晶界之间，片间交角较大，互相撞击，形成显微裂纹。亚结构：板条状：位错网络，位错密 度随 c 含量升高而增大，有时亦可见到少量细小孪晶。片状：细小孪晶以中脊为中心组成相 变孪晶区， 随 ms 点阵低， 相变孪晶区增大， 片的边缘部分为复杂的位错组列， 孪晶面为 （112） a'，孪晶方向为111a'。性能差异：屈服强度相同的条件下，位错形马氏体比孪晶形的韧性 好得多。板条状马氏体有相当高的强度，片状马氏体有高

18、的强度。 5 Ms 点的定义和物理意义。 答： 定义为奥氏体和马氏体的两项自由能之差达到相变所需的最小驱动力值时的温度。 物理 意义为马氏体的切变阻力大，需要足够大的驱动力才能使相变发生，随着温度下降，马氏体 驱动力上升，当 T 下降到可以克服相变阻力的时候，马氏体可以发生转变，此时对应的温 度就是 ms 点 6 试述影响 Ms 点的主要因素。 答：1化学成分：c 含量上升，ms 点下降，合金元素：取代了 fe 的位置，使完美的形态受 到破坏，使 ms 点下降，但是 al 与 co 使 ms 上升。2形变与应力：形变量越大，转变的 m 越多，形变温度越低形成的 m 量也越多。拉应力或单向压应力

19、使 ms 上升，多向压缩应力 使 ms 下降。 3奥氏体化条件对 ms 点的影响： 加热温度和时间的增加会使 ms 点下降。 但是， 加热温度继续上升，抑制了形核，使阻力变小了，ms 上升。另一角度，所有影响 a 晶核完 美的条件都会阻碍 m 的形成。4淬火速度：ms 点随淬火速度上升而升高。冷却慢时，易形 成 c 原子气团，使 ms 下降，冷却速度很快时，c 原子气团来不及形成，使 ms 上升5磁场对 ms 的影响：加磁场只使 ms 点升高，对 ms 点一下的转变行为并无影响。 7 试述引起马氏体高强度的原因。 答：1相变强化：马氏体相变的切变特征造成晶体内产生大量微观缺陷，是马氏体强化。

20、2 固溶强化：能否形成畸变偶极应力场是决定固溶强化的强度的标志。3时效强化：要靠 c 原 子的扩散，温度越高越好。4M 的形变强化特征：马氏体本身比较软，但在外力作用下因塑 性变形而急剧加工硬化，所以 M 的形变强化指数很大，加工硬化率高。5孪晶对 M 强度的 贡献6原始奥氏体晶粒大小和板条马氏体束大小对马氏体强度的影响：原始 A 晶粒越细小， 半条马氏体束越小，则马氏体的强度越高。 8 概念解释：奥氏体的热稳定化，奥氏体的机械稳定化，马氏体的逆转变，伪弹性，相变冷 作硬化，形状记忆效应。 答：奥氏体的热稳定化：淬火时因缓慢冷却或在冷却过程中停留引起的奥氏体稳定性提高， 而使马氏体转变迟滞的现

21、象。奥氏体的机械稳定化：在 md 点以上的温度下对奥氏体进行塑 性变形，会使随后的马氏体转变发生困难，ms 点降低，引起奥氏体稳定化。马氏体的逆转 变：在某些合金中奥氏体冷却转变成马氏体，重新加热时，已形成的马氏体又可以通过逆向 马氏体转变机构转化为奥氏体。伪弹性：具有热弹性马氏体相变的合金在 ms 点以上，md 点以下加应力，会诱发马氏体相变，并产生宏观应变，而当应力减少或撤除时，立即发生逆 转变，同时宏观应变恢复。相变冷作硬化：在非弹性马氏体可逆转变过程中，当经过一正一 反相变后，由马氏体转变来的逆转变奥氏体与原始状态奥氏体相比，已经有很大变化，其中 微观缺陷密度大大升高并产生了内应力等逆

22、转变， 奥氏体的性能与原始状态比较， 强度明显 升高，而塑性韧性下降的现象。形状记忆效应：完全或部分马氏体相变的试样加热到 Af 点 以上时，则其回复到原来母相状态下所给予的形状。 1 试述贝氏体转变的基本特征。 答：1、贝氏体转变需要一定的孕育期。2、贝氏体转变是一种成核和长大的过程。3、贝氏 体转变有一上限温度，也有一下限温度。4、钢中贝氏体德碳化物分布状态随形成温度的不 同而异。5、贝氏体转变时，Fe 和金属元素的原子不发生扩散，C 原子发生扩散。6、贝氏 体中铁素体有一定的惯习面并与母相奥氏体之间保持一定的晶体学位向关系 2试述钢中上贝氏体和下贝氏体的形貌特征和亚结构并说明它们的性能差

23、异。 答：形貌特征:上贝氏体:在光学显微镜下观察时呈羽毛状。 在扫描电镜观察为一群由奥氏体晶界内平行长大的板条状或针状铁素体，在相邻铁素体条 （针）之间夹杂着断续的短杆状碳化物。 下贝氏体: 在光学显微镜下观察时呈竹叶状。 铁素体呈片状，片与片之间以一定角度相交。 （大部分呈60度和120度） ，在铁素体片内部分 布碳化物。碳化物排列大部分与铁素体片的长轴约成60度角。 亚结构：上：位错缠结。下：缠结位错。 性能差异：下贝氏体具有高的强度和韧性，高的耐磨性，冲击韧性比上贝氏体好的多。 3 试述影响贝氏体性能的基本因素。 答：一、阿尔法Fe 的影响1、贝氏体中的阿尔法Fe 呈块状具有较高的硬度和

24、强度，随 转变温度的下降，贝氏体中的阿尔法Fe 由块状向条状、针状或片状转化。2、贝氏体中的 阿尔法Fe 晶粒越小，强度越高，而韧性不仅不降低，甚至还有所提高。3、贝氏体中阿尔 法Fe 晶粒尺寸受 A 晶粒大小和转变温度的影响。4、贝氏体中的阿尔法Fe 的亚结构主 要为缠结位错，这些位错主要是由相变产生的，随转变温度的降低，位错密度降低，强度韧 性增高，虽贝氏体中铁素体基元的尺寸的减小，强度和韧性也增高。 渗碳体的影响1、在渗碳体尺寸和大小相同的情况下，贝氏体中渗碳体数量越多，硬度和强 度越高，韧性、塑性越低。2、当钢的成分一定时，随着转变温度的降低，渗碳体的尺寸减 小，数量增多，硬度和强度增

25、高，但韧性和塑性均较少，3、渗碳体是粒状的韧性高，细小 片状的强度较高，断续杆状或层状的脆性较大4、渗碳体等向均匀分布是，强度较高，韧性 较大。若不均匀分布，强度较低且脆性较大。 4 试比较贝氏体转变与珠光体转变和马氏体转变的异同。 答： 马氏体转变 较低温度 切变共格 发生形变有表面浮凸现象 新相和母相之间 存在一定的位相关系和惯习面 新相和母相化学成分不同 界面移动的速度极快， 接近 声速 无扩散性 贝氏体转变 上贝：形成温度高；下贝：较低 C：扩散 Fe：切变 不一定共格 只有应新相合母相比容不同引起的体积变化， 没有形状及表面浮凸 有一 定的位相关系和惯习面 新相和母相化学成分不同 转

26、变的不完全性 长大速度很慢，转变速度取决于 C 的扩散速度 扩散性 珠光体转变 不一定共格 新相和母相化学成分不同 取决于原子的 扩散速度 扩散性 马氏体转变 较低温度 切变共格 发生形变有表面浮凸现象 新相和母相之间 存在一定的位相关系和惯习面 新相和母相化学成分不同 界面移动的速度极快， 接近 声速 无扩散性 贝氏体转变 上贝：形成温度高；下贝：较低 C：扩散 Fe：切变 不一定共格 只有应新相合母相比容不同引起的体积变化， 没有形状及表面浮凸 有一 定的位相关系和惯习面 新相和母相化学成分不同 转变的不完全性 长大速度很慢，转变速度取决于 C 的扩散速度 扩散性 珠光体转变 不一定共格 新相和母相化学成分不同 取决于原子的 扩散速度 扩散性 1 什么是回火？回火的目的是什么？ 答：回火，淬火后将零件加热到低于临界点的某一温度，保持一定时间，然后以适当的冷却 方式冷却到室温的一种热处理操作