固态相变考试题

名称解释（10分，每题2分）问火马氏体答：淬火钢在低温回火口寸得到的组织。回火脆性答：随问火温度升高，一般是钢的强度、硬度降低，塑性升高，但冲击韧性不一定总是随回火温度升高而升高，有些钢在某些温度回火时，朝性反而显著下降的现象。组织遗传答：合金钢构件在热处理0寸，常出现由于锻压、轧制、铸造、焊接等工艺而形成的原始有序粗晶组织。这些非平衡的粗品有序组织（马氏体、贝氏体、魏氏组织等）在一定加热条件下所形成的奥氏体晶粒继承或恢复原始粗大晶粒的现象，称为组织遗传。时效答：过饱和的固溶体在室温放^或加热到一定温度下保持一段时间，使得溶质原子在同溶体点阵中的一定区域内析山、聚集、形成新相，引起合金的组织和性能的变化称为口寸效。形状记忆效应答：将某些金属材料进行变形后加热到某一特定温度以上时，能自动回复到原来的形状的效应。二次硬化现象当M中K形成元素含量足够多时，500°C以上回火会析出合金碳化物，细小的弥散分布的合金K将使己经因回火温度升高而下降的硬度重新升高，故称二次硬化。晶粒度设n为放大10（）倍时每645mm2（lin2）而积P、j的晶粒数，则下式中的N被用来表示晶粒大小的级别，被称为晶粒度。N=2N-1二、填空：（20分，每空0.5分）马氏体转变时K-S关系是指{110}a’I{111}y（晶面关系），<111>u’| <110〉y（晶向关系）o奥氏体是碳溶于丫一Fe固溶体，碳原子位于八面体中心位置，钢中马氏体是碳溶于aFe过饱和固溶体，具有体心正方点阵点阵。相界面根据其共格性有选搔，半共格，非共格，其巾非共格界面的弹性应变能最小。M回火加热时，回火转变过程依次为M碳原子的偏聚和聚集,M的分解，残余A分解，碳化物类型变化,a相回复与PJ结晶。 _由淬火口寸造成的三类内应力在回火0，随着回火温度的升高，三类应力消失或减小的顺序和原因为笫H类应力，原因是M分解，造成碳原子析出；第X类应力，原因是碳化物的析出;第二类应力，原因是a相再结晶6T时效硬化机制有内应变强化，切过颗粒强化，绕过析出相（Orowan机制）。A转变时，转变温度与临界点A1之差称为过热度，它随加热速度的增人而增人。奥氏体转变的叫个阶段是A形核,A长大，渗碳体溶解，A均匀化。影响钢的Ms点的最主要因素是含碳量，Ms随含碳量升高而降低。高碳钢为了改善其切削加工性能「淬火后进行高温回火，工业中也称为调质处理。一般退火采取的冷却方式为史遗，正火的冷却方式为窒遗，正火后强度略直于退火后的强度。分析物相组成的手段主要有三种，请举出其中的两种：中了衍射，X射线衍射。M转变的切变模型有Bain模型，K-S模型，G-T模常用的淬火介质中，淬火时伴随有物态变化的介质有：水，水溶液（汕）等；没有物态变化的介质有熔盐，碱（熔融金属）等。三、选择题(20分，每题1分)由铁碳相图可知，奥氏体转变时，CA-F_(a)_CA-C,碳原子向F一侧扩散，有利于A的长大。(a) < (b) 〉 (c) <(d)=珠光体的片层间距随着过冷度的增加而_(a) _。a)减小 (b)不变 (c)增大 (d)无规律合金时效时随时间的延长硬度发生下降是发生了_ (b)_。(a)冷时效 (b)过时效 (c)温时效 (d)自然时效亚共析钢的先共析铁素体是在—((0一以上向奥氏体转变的。(a)AC1 (b)TO (c) A1 (d) AC3球化处理由R状向粒状转变，可_ (c)_,属自发过程。(a)降低结合能(b)降低体积(c)降低表面能(d)降低碳浓度淬火钢在(b)温度之间出现的回火脆性称为第二类回火脆性。(a)250400°C(b)450600°C(c)100300°C (d)350650°C发生P转变时，Fe3C形核于_(c)_或人晶内末溶Fe3C粒子。(a)P晶界(b)珠光体团交界处 (c)A晶界(d)Fe3C/P界面共析成分的奥氏体发生珠光体转变时，会发生碳在00和_中的扩散。(a)F和A(b)F和P(c)P和A(d)F和Fe3C在入1温度以下发生的P转变，奥氏体与铁素体界面上的碳浓度化)_奥氏体与渗碳体界面上碳浓度，从而引起了奥氏体中的碳的扩散。⑸低于(b)高于 (c)等于 (d)小于等于随着贝氏体形成温度的降低，强度逐渐(b)，初性 。(a)降低，降低 (b)增加，增加(c)降低，增加(d)增加，降低与上贝氏体相比，下贝氏体具有(b)的强度和的初性。(a)较低，较高⑹较高，较高(c)较低，较高 ⑻较高，较低珠光体转变的形核率T及长大速度V随过冷度的增加—(心_。(ei)先减后增 (b)不变化 (c)增加(d)先增后减亚共析钢在AC3下加热后的转变产物为—((0 _。(a)E (b)A(c)E+A(d)P+F珠光体等温转变动力学图有一鼻尖，鼻尖对应了形核率和转变速度的_G)_。(a)最大处 (b)最小处(c)平均值处 (d)次大处选出过冷奥氏体向马氏体转变时的相变阻力_(1))((:)_ 。(a)新相和母相的自由能差(b)两相间的表而能(c)弹性应变能(d)塑性应变能亚(过)共析钢的TTT曲线左上方有一_(d)_。U)等温线 (b)共析线(c)Al(d)先共析线奥氏体化温度越高，保温时间越长，珠光体的形核率和长大速匣(a)。U)越小 (b)越大(c)不变 (d)先增后减在Ms点以上由变形产生的马氏体为(b)。U)应力促发马氏体(b)形变诱发马氏体(c)淬火马氏体(d)热弹性马氏体几乎所有的钢均存在第一类回火脆性。第一类回火脆性山现温度范围(a)450600°C (b)250400°C(c)200°C以下(d)Ms点以下在成分相同的情况下，粒状珠光体的强度和硬度比片状的（d）_，塑性___。U）较高，较好 （b）较低，较低（c）较高，较低 （d）较低，较好要想改善碳钢在加工过程中的切削加工性能，宜采取的中间热处理工艺为a。U）退火（b）淬火（c）回火（d）正火由于形成F与Fe3C的二相平衡时，体系自由能最低，所以A只要在A1下保持足够长时间，就会得到_c_的二相混合物P。（a）A+P（b）A+Fe3C（c）F+Fe3C（d）A+F19.上贝氏体转变的形成温度范围是b。（a）550°C以上（b）350550°C （c）350°C以下（d）Ms点以下要想获得综合力学性能好的钢，最适宜且经济的热处理方式为—<1_。U）淬火加低温回火 （b）退火（c）正火（d）贝氏体等温淬火球化处理由片状向粒状转变，可_0_，属自发过程。（a）降低结合能（b）降低体积（c）降低表面能（d）降低碳浓度发生P转变时，Ee3C形核于_c—或A晶A末溶Ee3C粒子。（a）P晶界（b）珠光体团交界处 （c）A晶界（d）Fe3C/P界面四、简答题（20分，每题5分）说明钢的淬火、回火的目的。淬火主要的目的提高强韧性、弹性、耐蚀性和耐热性及硬度和耐磨性回火的目的：提高钢塑性、韧性，达到硬度强度、塑性韧性的配合；消除淬火后内应力，防止变形、开裂；改善钢的切削加工性简述影响Ms点的因素有哪些？1） 奥氏体的化学成分；2） 加热规程的影响；3） 冷却速度的影响；4） 弹性应力的影响；5） 塑性变形的影响试分析弹簧钢丝经“派登”处理后具有高强度、高塑性的原因。答：当珠光体中Fe3C很薄时，在外力的作用下可以滑移产生塑性变形，也可产生弯曲，使塑性升高。将高碳钢丝经铅浴等温处理得到片间距极小的索氏体，然后利用薄渗碳体片付以弯曲和产生塑性变形的特性进行深度冷拔以增加F片闪的位错，而使强度得到显著提商，生产中称为派登处理（铅浴处理）。M转变需要很大的过冷度，为什么？答：发生M转变时，自由能的变化可表示为AG=-（AGV+AGD）+Sg+E+ST其中，AGV表示M与A的化学自由焓差，AGD表示A晶体缺陷所提供的能量，过冷度越大，△GV越大，这两部份即为M转变的驱动力。当t=Ms时，（AGV+AGD）即为M转变所需的驱动力AGag’,而陞力包括三个方面，分别是界面能Sg、弹性能E,还有XT（包括晶格改组需要消耗能量所作的功、位错和孪晶形成导致的能量升高以及M形成口寸发生的塑性变形而消耗的能量），只有当^G<0时M转变才能发生，由于该转变耑要克服的阻力较大，因此匕，巾于M转变时需要增加能:以较多，故阻力较大，使转变必须在较大过冷度下才能进行。简述珠光体中球状碳化物形成的途径。（1） 由淬火马氏体在高亚临界温度（A1以下附近的温度）分解而形成。即：淬火+高温回火（调质处理）；（2） 由片状P在高亚临界温度长时间保温，使渗碳体变成球状；（3） 巾A在A1以上较低温度加热，冷却时在A1以下较岛温度等温保持，使其转变为铁素体+球状渗碳体。3-简述相间析出与珠光体转变的异同点。形核位置：相间析出在u/Y界面处析出碳、氮化物；珠光体在Y晶界形核；位相关系：相间析出的K和a之间有位相关系；珠光体三相之间有位相关系碳化物分布：相间析出碳化物平行与相界而呈极细颗粒；珠光体未片状或颗粒装形成温度范围:均有一范围成分：相间析出含有强碳、氮化物形成元素的低碳合金钢；珠光体在（亚、过）共析钢影响因素：相间析出受温度、碳含量冷却速度影响；珠光体转变受碳含量、加热温度、保温条件、原始组织等影响。4.过共析钢一般应该在什么温度下淬火？为什么？答：过共析钢含碳量较高，一般加热温度在A1+305CTC条件下进行淬火。如果淬火温度过高（〉Acm）时，碳化物会全部溶于A,从而导致耐磨性下降，同时A晶粒粗大，显微裂纹倾向提高，同时易造成钢的氧化，脱碳加剧，变形开裂倾向加剧。同时对于过共析钢淬火前应进行球化退火，然后再加热到A1+3050°C得到A和颗粒状的Fe3C然后淬火，这样得到M和颗粒状的Fe3C,从而使耐磨性提商。巾于淬火温度低，因此得到细小的A,这样淬火后得到的细小的M（隐针），这称为不完全淬火。五、论述题（30分，1和2题为必做题；3、4和5题中任选W题）1.（10分）试从转变热力学，动力学，组织，性能方而论述钢中珠光体转变和马氏体转变的异同点。项目 珠光体（P） 马氏体（M）转变温度转高温（开始温度A1）变产物组织F和Fe3C的机械混合物 C溶于a-Fe中的过饱和故容体形态晶体学 低温（Ms）特征转变动片状、颗粒状 板条状、透镜片状、蝶状薄板状、薄片状力学终了。无表面浮凸有表面浮等温转变动力学曲线呈“S”，等温转变动力学图呈“C”，等温条件卜可进行到变温瞬时形核，瞬时长大；等温形核、瞬时长大；自触发形核，瞬时长大。等温条件下不可进行完全。转变热力学驱动力为自巾焓差，通过扩散形成驱动力也为自由焓差，基本无扩散，性能塑形、韧性较好，强度、硬度略低具有高的强度和硬度，但塑形、初性较差（8分）试画山共析钢过冷奥氏体等温转变动力学图。并标出：1）各相区的组织和临界点（线）代表的意义；（2）临界冷却曲线；（3）分别获得M,P,B下，P+B,B下+M组织的冷却速度曲线。（6分）碳钢在进行不同热处理工艺后会具有不同硬度。在进行以下热处理后请画出其硬度随含碳量的变化的曲线示意图，并说明其原因。1）完全淬火冷却到室温，2）不完全淬火冷却至室温，3）完全淬火后深冷处理。答：首先，随着淬火钢碳含量的增加，其中残余奥氏体的量会随之增加，尤其是当碳含量大于0.6%以后。同时，残余奥氏体的U与淬火温度密切相关，随着淬火温度的提高，马氏体中的碳含量增加，但残余奥氏体的量也随之增加。采用完全淬火0寸，随着碳含量的增加，淬火得到M硬度有所增加，但溶入奥氏体当中的碳含量较高，淬火到室温是其内残余奥氏体的量也较高，此时钢的硬度反而有所下降；采用不完全淬火时，随着碳含量的增加，淬火得到的M硬度有所增加，同时，由于淬火温度较低，溶入A中的碳含U也较低，因此冷却到室温时的残余奥氏体的W:比完全淬火时少，所以此时硬度儿乎没有变化；如果采用完全淬火，随着碳含量的增加，冷却到室温里然残余奥氏体的量较多，但如果进行深冷处理，此时会有相当一部分残余奥氏体发生向M的转变，从而使碳钢的硬度升高。（6分）30#钢齿轮在工作时发生了开裂，现要对其开裂原因进行失效分析。据了解，其热处理工艺为850°C淬火，35CTC回火，根据你所学的固态相变研宄的方法的基本知识，请提出失效分析的方案，并分析其失效的具体原因。答：1.了解相关情况，包括服役条件、时间等；查阅相关资料，包括30#钢的强度、屈服极限、TTT图CCT图等，叵|火处理的相关工艺等；2.进行相关实验，做对照分析，包括：（1） 测定成分及金相组织观察，判定是否为成分原因；（2） 测定强度及屈服极限等，看是否与资料显示一致，判断是否为操作不当或材料老化造成的正常断裂；（3） 进行断口分析，判断是否在回火的过程中发生了回火脆性，一般在350°C回火时多会发生第一类回火脆性。判定方法是将材料全部加热到350°C以上，再进行冷却。1.（8分）某电站汽轮发电机转子，巾30Cr