相变原理作业和答案考试重点.docx
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相变原理作业和答案考试重点
第一章作业:
1.奥氏体形成机理,分为几个阶段?
答:
1,A的形核2,A的长大3,A中残余碳化物的溶解4,A的均匀化
2.为什么亚共析钢在加热过程中也会有残余碳化物的形成?
答:
随着温度的升高,长大速度比n>7.5时,就会有残余碳化物产生
3.影响奥氏体形成动力学的因素?
(形成动力学即指形成速度
答:
1,加热温度T越高A形成速度越快2,钢的原始含碳量C%越高A形成速度越快3,原始组织越细A形成速度越快4,加热速度越快A形成速度越快5,合金元素存在即减弱A形成速度。
(①影响临界点,降低临界点的加速,提高临界点的减速②影响C元素的扩散,A形成速度降低③自身扩散不易,使A形成速度降低
4.什么是起始晶粒度,实际晶粒度,本质晶粒度和他们的决定因素。
答:
起始晶粒度:
在临界温度以上,A转变刚完成,A晶粒边界刚刚相互接触时的晶粒大小。
影响因素:
形核率和长大速度之比,形核率越大,长大速度越小,起始晶粒度越小
实际晶粒度:
在某一加热条件下得到实际A晶粒的大小。
影响因素:
加热和保温条件。
本质晶粒度:
将钢加热到930℃±10℃保温3-8小时测得的A晶粒的大小,表征钢加热过程中A晶粒长大的倾向或趋势。
决定因素:
炼钢工艺
5.影响A晶粒长大的因素:
答:
1,加热温度和保温时间:
温度越高长大越容易,时间越长长大越充分。
温度主要影响。
2,加热速度:
加热速度越高A转变温度越高。
形核率和长大速度越高,晶粒越细小
3,含碳量:
一定温度下C%越高越容易长大,超过一定C%晶粒会越细小。
4,合金元素:
于C形成强或中碳化物的元素抑制长大,P,O,Mn等促进,,Ni,Si无影响。
5,原始组织:
原始组织越细,A晶粒越细。
第二章
1.什么是珠光体片层间距?
答:
一片铁素体F和一片渗碳体的厚度之和,用S0表示。
2.珠光体类型组织有哪几种?
它们在形成条件,组织形态和性能方面有哪些不同?
答:
分为片状P和粒状P两种。
①片状P渗碳体呈片状,是由A以接近平衡的缓慢冷却条件下形成的渗碳体和F组成的片层相间的机械混合物,还可以细分为珠光体P,索氏体S和屈氏体T。
性能主要取决于层片间距S0,强度和硬度随S0减小而增加,S0越小则塑性越好,过小则塑性较差。
②粒状P是渗碳体呈粒状分布在连续的F基体上,可由过冷A直接分解而成,也可由片状P球化而成。
还可由淬火组织回火而成,于片状P相比,硬度强度较低但塑性和韧性较好。
3.片状和粒状P的转变机理。
答:
片状是形核长大的过程,有先共析相,(亚共析钢为F,过共析钢为Fe3C,在A晶界和相界处形核,交替长大。
粒状是由片状P球化退火产生。
4.亚共析钢和过共析钢的先共析钢相和性能特点。
答:
网状组织:
沿A晶界呈网状分布。
(尤其是网状Fe3C使强度下降,脆性上升,工艺性能很差,加工性能下降
块状组织(亚共析钢:
等轴块状。
随铁素体增多强度硬度下降,塑性升高。
晶内片状组织(魏氏组织:
针片状由晶界向晶内分布。
使钢的韧性降低。
5.影响P转变动力学的因素。
①碳含量:
对于亚共析钢随C%升高,孕育期增长,C曲线右移;对过共析钢,孕育期缩短,C曲线左移2.奥氏体状态:
A晶粒越细小,P转变速度越快;A均匀度:
越均匀P转变速度越慢3.A化加热温度和保温时间:
T越高时间越长,P转变速度越慢4.应力和塑性变形:
拉
应力有利于A转化成P,多向压应力不利于A转化;A状态下塑性变形有利于A转化5.合金元素的影响:
除Co外,其他所有的常用合金元素皆使珠光体转变的孕育期增长。
6.合金元素对P转变影响规律
答:
大多数合金元素都降低形核率和转变速度。
1,凡是使A1升高的都会促进P转变,反之则阻碍2,C化物形成元素会延缓P转变3,合金元素本身扩散不易,延缓P转变4,强碳化物形成元素:
加热时溶入A中,延缓P转变;不溶解则促进P转变5,使Dac(C在A中的扩散系数上升的元素,加速P转变6,微量的B会强烈推迟P转变。
当B含量上升则作用消失。
共析转变:
由一种固相转变成完全不同的两种相互关联的固相的过程。
第三章作业
1.什么是马氏体相变,说明其转变特点?
答:
凡是相变特征属于切变共格型的非扩散型相变都称为马氏体相变,特点:
无扩散性,切变共格,浮凸现象,具有特定的位向关系和惯习面,变温性
2.Ms点和Md点的物理意义?
答:
Ms:
A,M两相自由能差达到相变所需要的最小驱动力时的温度。
Md:
可以获得形变M的最高温度。
3.说明(板条和片状马氏体的组织形态特点?
答:
板条马氏体空间形态为扁长条状,金相形态为相互平行排列的条状,片状马氏体立体形态为双凸透镜片状,金相形态为针状或竹叶状,且片与片之间互成一定角度。
4.说明(板条和片状马氏体的机械性能和产生这些性能的原因?
答:
一律都是高强度高硬度,板条马氏体塑性好,片状脆性大塑性差。
板条M韧性高,塑性好是由于板条M的亚结构为高密度位错,位错可运动,则塑性好。
片状M韧性差,塑性差是由于亚结构是孪晶,阻碍位错的滑移,淬火时内应力较大产生微裂纹。
高强度高硬度是由于相变强化和固溶强化。
5.什么是相变塑性?
相变塑性:
金属及合金在相变过程中塑性增加,往往在低于母相屈服强度时发生塑性变形的情况
6.40钢和40Cr钢相比,那种需要更长的奥氏体化时间?
答:
40Cr钢需要更长的奥氏体化时间。
原因:
Cr可以提高临界点,使A形成速度下降。
Cr有很强的金属性,阻止C的扩散,使A形成速度下降。
合金元素本身扩散不易,导致A形成速度下降,则奥氏体化时间边长。
7什么是奥氏体的稳定化现象?
说明其产生的原因。
答:
A的内部结构由于外界的影响而发生某种转变从而使A向M转变呈现迟滞的现象。
原因:
热稳定化:
由缓慢冷却或冷却过程中停留引起,机械稳定化:
由于M的产生,造成未转变的A的稳定化
第四章作业
1根据贝氏体中铁素体和碳化物的形态与分布特点不同,贝氏体可以分为哪几类?
具体说明上贝氏体和下贝氏体的组织形态特征及其力学性能特点?
答:
上贝氏体:
平行分布的条状铁素体和夹杂于条间的断续条状碳化物的混合物(或称羽毛状B强度低塑性韧性差,具有弓向性,分布不均匀
下贝氏体:
片状的B-ɑ(贝氏体铁素体片中分布着排列成行的细片状或粒状碳化物,以组成55-60度角与铁素体针长轴相交;强度硬度高塑性韧性好,无显微裂纹,无回火脆性,内应力小。
粒状贝氏体:
等轴(块状B-ɑ和岛状物
无碳化物贝氏体:
平行条状的B-ɑ和条间残余A
2说明上下贝氏体的形成机理?
答:
上:
在奥氏体的贫碳区切变形成B-ɑ,B-ɑ中的C原子向晶界扩散,在边界富集C,在边界析出Fe3C,Fe3C长大使两侧C%下降,B-ɑ易形成。
下:
在奥氏体的贫碳区切变形成B-ɑ,由于温度低导致C的扩散不易,C原子在B-ɑ内沉淀形成ε-C化物。
3影响贝氏体转变动力学的因素?
答:
含碳量:
C%上升B形成速度降低。
合金元素:
除CoAl其余合金元素均使B转变速度下降。
奥氏体化温度和时间:
温度升高时间延长,B转变速度降低,C曲线右移。
奥氏体晶粒大小:
奥体晶粒增大,B形成速度下降;应力和塑性变形:
拉应力促进转变;高温时塑变阻止B转变,中温促进转变。
4为了在钢中获得贝氏体组织,通常采取的措施是什么?
为什么?
答:
用等温淬火,是将钢件奥氏体化,使之快冷到贝氏体转变温度区间(260~400℃等温保持,使奥氏体转变为贝氏体的淬火工艺
第六章作业
1回火过程中(随着温度升高淬火钢的组织变化?
答:
准备阶段20-80度M中的C原子偏聚和聚集的过程。
第一阶段80-250是M分解阶段,第二阶段200-300度是残余A转变,第三阶段250-400碳化物类型变化,第四阶段400-A1以下是ɑ相状态变化及碳化物聚集长大。
2什么是二次淬火?
其产生原因如何?
在回火冷却过程中发生的残余A向M的转变
原因:
回火过程中可能从残余A中析出碳化物使残余A中的含碳量降低使Ms点上升,使M的转变容易;回火过程中出现了反稳定化,相硬化消失,使残余A回复了重新向M转变的能力。
3按照回火温度和组织分,回火可以分为哪几类?
说明他们的回火温度,所得组织为何?
答:
低温回火(150~250℃得到的是回火马氏体组织;
中温回火(350~500℃得到的是回火屈氏体组织;
高温回火(500~650℃得到的是回火索氏体组织。
4什么是二次硬化?
说明其产生原因?
答:
高合金钢淬火后在一定温度下回火时,硬度反而升高的现象。
原因:
析出特殊碳化物,所产生的弥散强化效应;回火冷却过程中残余A变成M,硬度上升。
5说明淬火钢回火时(随温度升高机械性能的变化?
答:
随回火温度的升高,硬度和强度降低,塑性升高。
6什么是回火脆性?
分为哪几类?
它们的特点和产生原因?
如何预防?
答:
淬火钢在一定温度下回火时,韧性降低的现象。
分类:
第一类回火脆性:
250度-400度,第二类回火脆性,出现温度450-600度
特点:
第一类,与回火后的冷却速度无关;不可逆;工件断口呈晶间断口或沿晶断口;第二类,有可逆性;脆性断口为晶间断口;对回火后的冷却速度敏感,在脆化温度区间回火短时间保温快冷不脆,慢冷脆。
长时间保温,脆。
原因:
第一类,沿着板条M的条间或片状M的边界析出了片状渗碳体;残余A转变成M,析出碳化物;钢中的杂质元素沿A晶界偏聚,使晶界弱化。
第二类,回火冷却过程中,从ɑ相中析出脆性渗碳体;杂质元素沿A晶界偏聚,使晶界弱化
预防方法:
第一类,降低钢中杂质含量,减少A偏聚;细化晶粒;加入W,Mo元素;采用等温淬火的办法,获得下B;避开脆性温度区回火。
第二类,回火后快冷;降低钢中杂质含量;
细化晶粒;加入W,Mo元素;避开脆性温度区回火。
第七章作业。
1什么叫做脱溶、固溶、与时效?
什么叫做自然时效和人工时效?
何为时效强化?
答:
脱溶是指在过饱和固溶体中,析出第二相或形成溶质原子聚集区,以及亚稳定过渡相的过程。
固溶是指将双相组织加热到固溶线以上,保温足够时间后快冷,得到单一过饱和固溶体的处理。
时效:
合金在脱溶过程中,其机械性能物理性能化学性能和组织性能等均随之发生变化的现象。
室温下产生的时效是自然时效;高于室温的(人工加热的时效是人工时效。
时效强化是指过饱和固溶体在一定温度和时间时效时,使材料的强度和硬度提高的现象。
第八章作业
1金属加热方式有哪几种?
他们的加热速度相比如何?
随炉加热,预热加热,到温入炉加热和高温入炉加热。
加热速度第一种最慢,逐渐递增,高温入炉加热最快。
2什么是钢加热时的氧化、脱碳?
过热和过烧?
答:
氧化:
材料中的金属元素与氧化性气氛反应,形成金属氧化物。
脱碳:
钢中的碳和脱碳气氛作用使表面失去一部分碳,含碳量降低的现象
过热:
是指热处理时由于加热温度过高和保温时间过长,使奥氏体粗大而引起的力学性能恶化现象,常用正火工艺弥补;
过烧:
由于加热温度过高,出现晶界氧化,甚至晶界局部融化,造成工件报废。
第九章作业
1.什么是完全退火?
不完全退火?
等温退火?
球化退火?
去应力退火?
扩散退火?
它们分别适用于哪些钢种?
他们的加热温度为多少?
冷却方式如何?
答:
完全退火:
将钢件加热到AC3以上使之完全奥氏体化再缓慢冷却,获得接近于平衡组织的热处理工艺成为完全退火。
适用于含碳0.3%-0.6%的中碳钢,一般在AC3点以上20-30度。
随炉冷却
不完全退火:
是将钢加热到Ac1与Ac3或Ac1与Acm之间某一温度,保温后缓慢冷却下来,以获得接近平衡的组织。
不完全退火可用于亚共析钢,也可用于过共钢。
特点是退火后珠光体的渗碳体成球状,这种不完退火又称为球化退火。
随炉冷却。
等温退火:
将钢件加热到AC3以上使之完全奥氏体化再快速冷却。
适用于合金钢。
采用空冷。
球化退火:
将钢加热到Ac1以上20~30℃,保温一段时间,然后缓慢冷却到略低于Ar1的温度,并停留一段时间,使组织转变完成,得到在铁素体基体上均匀分布的球状或颗粒状碳化物的组织。
适用于共析钢和过共析钢,加热温度为Ac1+(20~40℃或Acm-(20~30℃,随炉缓慢冷却,冷到500℃左右出炉空冷。
去应力退火:
将工件加热至较低温度,保温一定时间后冷却,使工件发生回复,从而消除残余内应力的工艺称为去应力退火。
Ac1以下的适当温度。
低碳钢500度,中碳钢500-600度。
随炉缓慢冷却,冷到500℃左右出炉空冷。
扩散退火:
在略低于固相线的温度下,长时间保温,然后缓慢冷却以消除化学成分不均匀现象的热处理工艺。
温度通常选择AC3或ACCM以上150-300度。
钢种为中高合金钢,随炉冷却至600度出炉空冷。
2.什么是正火?
正火的目的和作用?
正火得到的组织?
应用钢种?
加热温度范围?
冷却方式为何?
答:
将钢加热到Ac3(或Acm以上的某温度,完全A化后,保温,空冷以得到珠光体类
型的组织,称为正火。
目的和作用:
细化晶粒,均匀组织,消除应力。
适用钢种:
碳钢,低、中合金钢;加热温度:
Ac3(或Acm+30~50℃对一些合金钢,Ac3+100~150℃;
冷却:
空冷、风冷、
第10章作业
1.不同成分的钢,淬火温度如何选择?
亚共析钢:
Ac3+30~50℃
共析钢,过共析钢:
Ac1+30~50℃
合金钢:
适当提高
2.常用的淬火介质(水、盐水和油的特点如何?
水:
稳定性好,冷却速度快,冷却能力与水温,水中杂质有关
盐水:
冷却能力强,盐水温度越高,冷却能力越低;浓度越高,冷却能力先升后降;对工件有一定的腐蚀
油:
比水更接近理想介质;冷却能力小;易污染易沾污;长期用已老化,冷却能力下降;随温度和流动性的上升,冷却能力升高
3.什么是淬透性?
其影响因素包括哪些?
钢淬火时获得马氏体的能力;
主要取决于A的稳定性,C曲线的位置或Vc
4.什么是淬硬性?
什么是淬透层深度?
钢淬火时达到的最高硬度;工件淬火时获得马氏体层的深度
5.常用的淬火方法有哪些?
等温淬火工艺的作用及其工艺特点(等温温度、等温时间?
等温淬火:
钢在A化后,淬入温度高于Ms的盐浴当中,等温使A转变成下B。
目的:
减小变形开裂,使钢不但具有一定的强度,而且还有一定的韧性。
优点:
相同硬度下,韧性好,变形开裂的倾向小,可不经回火,且无第二类回火脆性。
缺点:
时间长,效率低,成本高,大件不易淬透
6.什么是化学热处理?
目的和特点?
概念:
将工件置于一定介质中家加热保温,使介质中活性原子渗入工件表面,从而改变工件表面的化学成分及组织性能。
目的:
(1提高工件表面的硬度、强度、耐磨性,保持心部的高韧性(2提高工件表面的疲劳强度(3提高工件表面的抗咬卡性和抗擦伤性(4提高工件表面的耐腐蚀性及抗氧化性。
特点:
工件表面化学成分改变
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