金属固态相变1.docx
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金属固态相变1
第一章金属固态相变基础
基本概念:
固态相变、惯习面、共析相变、伪共析相变、调幅分解、TTT曲线、CCT曲线
重点与难点:
1、固态相变分类、固态相变的驱动力和阻力。
2、C曲线为何呈C形?
影响C曲线的因素有哪些?
3、根据C曲线判断冷却转变产物。
第二章钢中奥氏体的形成
基本概念:
奥氏体、晶粒度、起始晶粒度、实际晶粒度、本质晶粒度
重点与难点:
1、熟悉Fe-C相图。
2、奥氏体形成过程,晶核长大过程中C原子扩散?
3、影响奥氏体形成速率的因素?
4、影响奥氏体晶粒长大的因素?
第3章珠光体转变
基本概念:
珠光体、片间距、珠光体团、索氏体、屈氏体、片状珠光体、粒状珠光体
重点与难点:
1、片状珠光体形成过程,晶核长大过程中C原子扩散?
2、影响珠光体转变动力学的因素?
3、珠光体的机械性能?
第四章马氏体转变
基本概念:
马氏体、切变共格相变、Ms点、奥氏体的热稳定化、奥氏体的机械热稳定化
重点与难点:
1、板条马氏体和片状马氏体的形貌特征、晶体学特点、亚结构及其力学性能的差异?
2、马氏体相变特征?
2、影响钢中Ms点的主要因素?
3、马氏体的机械性能?
马氏体高强度、高硬度的原因?
第五章贝氏体转变
基本概念:
贝氏体、切变共格相变、魏氏组织、上贝氏体、下贝氏体、粒状贝氏体、无碳化物贝氏体
重点与难点:
1、比较上贝氏体和下贝氏体的组织特征与性能特点。
2、贝氏体相变特征?
3、影响贝氏体相变动力学的主要因素?
第6章钢中的回火转变
基本概念:
回火、二次淬火、二次硬化、调质处理、回火马氏体、回火索氏体、回火屈氏体、第一类回火脆性、第二类回火脆性
重点与难点:
1、简述回火过程的几个阶段。
2、第一类回火脆性和第二类回火脆性产生原因?
如何避免?
3、比较索氏体与回火索氏体、屈氏体与回火屈氏体的组织及性能的区别。
第7章合金的脱溶沉淀与时效
基本概念:
脱溶(沉淀)、固溶处理、时效、淬火时效、回归
重点与难点:
1、以Al-Cu合金为例,说明时效过程中过渡相和平衡相的形成过程。
2、简述三种时效硬化机制。
第一部分整体热处理
基本概念:
退火、正火、球化退火、扩散退火、再结晶退火、完全退火、不完全退火、淬火、回火、淬透性、热应力、组织应力、等温淬火
重点与难点:
1、退火分类及各个退火工艺的加热温度和目的。
2、正火的目的。
3、淬火介质理想冷却曲线。
4、影响淬透性的因素?
5、根据CCT曲线和TTT曲线,几种淬火工艺及获得组织?
6、回火工艺哪几种,各获得何种组织?
第二部分表面及化学热处理
基本概念:
表面淬火、碳势、纯扩散、反应扩散、软氮化
重点与难点:
1、表面高频淬火材料选择、热处理工序及组织?
2、化学热处理(渗碳、渗氮)材料选择、热处理工序及组织?
3、何为碳势?
如何控制和测定碳势?
第一章习题
一、填空题
1)、固态相变是固态金属(包括金属与合金)在(温度)和(压力)改变时,其内部(组织结构或相状态)的变化。
2)、相的定义为(材料内部结构一致、成分相似,与其它部分有界面分开的均匀组成部分)。
3)、新相与母相界面原子排列方式有三种类型,分别为(共格)、(半共格)、(非共格),其中(共格)界面能最低,(非共格)应变能最低。
4)、固态相变的阻力为(界面能)及(应变能)。
5)、固态平衡相变分为(同素异晶或多形性转变)、(共析转变)、(脱溶转变)、(调幅分解)、(有序化转变)。
6)、固态非平衡相变分为(伪共析转变)、(马氏体相变)、(贝氏体相变)、(非平衡脱溶)。
7)、固态相变的分类,按热力学分类:
(一级相变)、(二级相变);按原子迁动方式不同分类:
(扩散型相变)、(非扩散型相变);按生长方式分类(非连续有核型相变)、(连续无核型相变)。
8)、对于一级相变,当1相转变为2相时,1相和2相的自由能和(化学位)相等,但其对温度或压力的(一级偏导数)不相等。
9)、一级相变点可以通过测量热分析曲线以及(膨胀)曲线获得。
10)、如果1相转变为2相时发生二级相变,写出两相转变时相等的那些量(
或),以及不相等的那些量
(,或)
11)与一级相变不同,二级相变时不仅没有自由能和化学位的变化,也没有熵和(体积)的改变,但两相的比热、(压缩系数)以及(膨胀系数)并不相同。
12)写出铁碳相图中包含的脱溶转变式(γ→Fe3CⅡ或α→Fe3CⅢ),多形性转变式(γ→α),以及共析转变式(γ→(α+Fe3C))。
这些都属于
(一)级相变。
13铁碳相图中A2温度代表(铁磁性和顺磁性)转变温度,属于
(二)级相变,再列出一种属于该级相变的转变(有序化转变或超导转变)。
14调幅分解属于连续的无核相变,其始于固溶体中的(成分)起伏,依靠(上坡)扩散使浓度差越来越大,最终使(均匀)固溶体变为(不均匀)固溶体,原固溶体以及新形成的两种固溶体的结构(相同);而钢中的相变大多属于(有核相变)型,始于(结构)起伏,相界面在相转变中具有极重要的作用。
15固态相变的驱动力力为(新旧两相之间的自由能差值)。
16固态相变时新相形核的位置在母相中并不是随机均匀地分布,而是在某些特定的位置上优先形核,这些特定的位置主要指(各类缺陷区),例如母相中的面缺陷(相界面、晶界、亚晶界以及层错)、线缺陷(位错)等;固态相变时新相长大机制与界面类型有关,其中半共格界面主要有(台阶式长大)、(切变)两种长大机制,而非共格界面主要以(扩散)机制长大。
17弹性应变能和界面能与界面结构有关,共格界面的(弹性应变能)能最大而(界面)能最小,非共格界面的(界面)能最大而(弹性应变能)能最小。
18.奥氏体是(C在γ-Fe中的间隙固溶体),它的晶体结构是(面心立方);
铁素体是(C在α-Fe中的间隙固溶体),它的晶体结构是(体心立方);
19珠光体是(铁素体)和(渗碳体)的机械混合物;莱氏体是(奥氏体)和(渗碳体)的机械混合物,而变态莱氏体是(珠光体)和(渗碳体)的机械混合物。
20在Fe—Fe3C相图中,有(一次渗碳体)、(二次渗碳体)、(三次渗碳体)、(共晶渗碳体)和(共析渗碳体)五种渗碳体,它们各自的形态特征是(粗大、规则的长条状)、(沿原奥氏体晶界呈网状)、(铁素体晶界或晶内呈小片状或点状)、(莱氏体中的连续基体)、(多为片状,球状珠光体中呈粒状或球状)。
二、选择题
(1)纯铁在912℃以下的晶格类型是C
A.密排六方晶格B面心立方晶格C体心立方晶格D.简单立方晶格
(2)奥氏体是(A)
A、C在γ-Fe中的间隙固溶体,塑性好;B、C在γ-Fe中的间隙固溶体,强度高;
C、.C在α-Fe中的间隙固溶体,塑性好;D、C在α-Fe中的间隙固溶体,强度高;
(3)铁素体的机械性能特点是C
A.具有良好的硬度与强度B硬度高,塑性较差
C具有良好的塑性,硬度较低D.具有良好的切削性和铸造性
(4)三次渗碳体是从B
A.钢液中析出的B.铁素体中析出的C奥氏体中析出的D.珠光体中析出的
(5)二次渗碳体是从C
A.钢液中析出的B铁素体中析出的C奥氏体中析出的D.莱氏体中析出的
(6)、在体积相同时,新相呈(A)体积应变能最小。
A.碟状(盘片状)B.针状 C.球状
三、问答题
1按热力学参数变化特征,固态相变可以分为一级相变和二级相变两类。
阐述发生一级相变和二级相变时热力学参数的变化特征及相关特性的变化特点。
2在二元系中,当两相(α、β)平衡时:
(1)热力学条件是什么?
(2)两相的成分如何确定?
3同素异晶转变、马氏体相变、脱溶转变有何主要区别?
4.与液相的结晶相比较,固态相变有哪些主要特点?
5新相核心形成的必要条件通常有哪些?
对于非扩散型相变,通常无需哪个条件?
6参考下面提供的示意图,画出按组织区分的Fe-Fe3C相图,并说明分别为1.0wt%C和3.0wt%C的铁碳合金经过缓慢冷却在相关三相反应完成后形成的各组织特点。
第二、三章习题
一、填空题
1)、钢热处理的第一步往往是加热()。
2)、A1为(),A3为()。
3)、相变时加热或冷却速度的不同会造成不同的热滞后或冷滞后,分别写出加热或冷却速度影响的热处理温度参数,前者有()。
后者有为()。
4)、亚共析钢实现完全奥氏体化需加热到高于()温度,过共析钢不完全奥氏体化往往可以通过加热到()温区。
5)、连续加热奥氏体化时,加热速度愈快,奥氏体实际形成温度(),转变速度()。
6)、加热中奥氏体形成的驱动力是(),奥氏体转变结束后继续长大的驱动力是()。
7)、当第二相微粒具备()、()、()等条件时,可以明显阻碍奥氏体晶粒长大。
当()或到达()温度时,奥氏体晶粒会发生异常长大。
9)、过冷奥氏体冷却转变产物根据转变温度由高到低分为()类型、()类型、和()类型,这三类产物依据变时原子的扩散特性分别属于()型、()型和()型。
10)、过冷奥氏体分解前孕育期的长短代表了()的稳定性,鼻点处孕育期越长,C曲线越靠(),意味着越容易避开()转变,而有利于()转变发生。
11)C曲线的实质是(),写出TTT曲线的英文全称(),CCT曲线的英文全称()。
12)成分对C曲线的影响主要包括碳和合金元素,其中奥氏体化后呈固溶状态的碳通常会使C曲线()移,并使Ms、Mf温度(),而呈未溶碳化物状态则会使C曲线()移;合金元素的影响除()和()外,与碳类似。
13通常用铝脱氧的钢或加入少量()等元素的钢是本质细晶粒钢,本质细晶粒钢的奥氏体实际晶粒()细小。
14在钢的各种组织中,马氏体的比容最(),而奥氏体的比容最(),因而钢加热发生奥氏体转变时,体积会(),而奥氏体快冷发生马氏体相变时体积会()。
15钢在加热时,只有珠光体中出现了()起伏、()起伏和()起伏时,才有了转变成奥氏体的条件,奥氏体晶核才能形成。
16共析钢加热至稍高于727℃时将发生()的转变,其形成过程包括()、()、()、()等几个步骤。
17根据共析钢转变产物的不同,可将C曲线分为()、()、()三个转变区。
18描述过冷奥氏体在A1点以下相转变产物规律的曲线有()和()两种;对比这两种曲线可看出,前者指示的转变温度比后者(),转变所需的时间前者比后者(),临界冷却速度前者比后者(),组织的均匀性前者比后者()。
二、选择题
(1)奥氏体是碳溶解在______a____中的间隙固溶体.
(a)γ-Fe(b)α-Fe(c)Fe(d)立方晶系
(2)奥氏体形成的热力学条件为奥氏体的自由能___a___珠光体的自由能.
(a)小于(b)等于(c)大于(d)小于等于
(3)由铁碳相图可知,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)=
(4)渗碳体转变结束后,奥氏体中碳浓度不均匀,要继续保温通过碳扩散可以使奥氏体__c__.
(a)长大(b)转变(c)均匀化(d)溶解
(5)碳钢奥氏体的形核与形核功和__a__的扩散激活能有关.
(a)碳(b)铁(c)铁和碳
(6)奥氏体的长大速度随温度升高而__c__.
(a)减小(b)不变(c)增大(d)无规律
(7)影响奥氏体转变速度的因素为__d__
(a)温度(b)原始组织转变(c)奥氏体晶粒度(d)温度及原始组织以及晶粒度.
(8)亚共析钢在AC1-AC3加热后的转变产物为__c_.(在AC3以上呢?
)
(a)F(b)A(c)F+A(d)P+F
(9)过共析钢在AC1-ACcm加热后的转变产物为__c__.(在ACcm以上呢?
)
(a)Fe3C(b)Fe3CII(c)Fe3CII+A(d)A
(10)亚共析钢的先共析铁素体是在__a__以上向奥氏体转变的.
(a)AC1(b)T0(c)A1(d)AC3
(11)连续加热的奥氏体转变温度与加热速度有关.加热速度逾大,转变温度____;加热速度逾小,转变温度范围越小,奥氏体_d_.
(a)愈低,愈均匀(b)愈高,愈不均匀(c)愈低,愈不均匀(d)愈高,愈均匀
(12)加热转变终了时所得A晶粒度为___a__.
(a)实际晶粒度(b)本质晶粒度(c)加热晶粒度(d).起始晶粒度
(13)在加热转变中,保温时间一定时,随保温温度升高,A晶粒不断长大,称为__a__.
(a)正常长大(b)异常长大(c)均匀长大(d)不均匀长大
(14)在加热转变中,保温时间一定时,必须当温度超过某定值后,晶粒才随温度升高而急剧长大,称为___b__.
(a)正常长大(b)异常长大(c)均匀长大(d)不均匀长大
(15)A晶粒的长大是通过晶界的迁移而实行的,晶界迁移的驱动力来自__c___.
(a)A与P的自由能差(b)界面能的降低(c)相变自由能差
(16)奥氏体晶粒半径逾小,长大驱动力_a__
(a)愈大(b)不变(c)逾小(d)无规律
(17)奥氏体晶粒异常长大的原因是__b__
(a)温度高(b)第二相粒子的溶解(c)驱动力增大(d)温度低
(18)提高起始晶粒的__a_与促使晶界平直化均能降低驱动力,减弱A长大.
(a)均匀性(b)温度(c)粒度(d)碳含量
(19)钢在奥氏体化时,温度越高,保温时间越长,则(c)
A.过冷奥氏体越稳定,C曲线向左移B.过冷奥氏体越不稳定,C曲线向右移
C.过冷奥氏体越稳定,C曲线向右移D.不确定
(20)钢的TTT曲线(等温转变曲线)是表明过冷奥氏体的转变的曲线,其形状和位置受C和合金元素的影响,下列各元素可使曲线右移,其中错误的是c
A.CrB.NiC.CoD.Mo
(21)能使碳钢C曲线(TTT)左移的合金元素是__c_,
A.CrB.MoC.CoD.Ni
(22)实际热处理工艺中,通常亚共析钢随碳含量上升,C曲线__b_,而过共析钢随碳含量上升,C曲线_
a.左移,右移b.右移,左移c.不变,右移d.右移,不变
三、问答题
1简述含碳量0.3%的铸态或热轧钢从室温加热至1000℃保温发生的组织转变。
2什么叫淬火临界速度?
影响淬火临界速度的因素有哪些?
3以共析成分的碳钢为例,说明过冷奥氏体冷却到不同温度时的等温转变产物,简单描述它们的显微形态和硬度变化。
4示意画出T8钢的过冷奥氏体等温转变曲线。
为获得以下组织,应采用什么冷却方式:
并在等温转变曲线上画出冷却曲线示意图。
(1)索氏体
(2)屈氏体+马氏体+残余奥氏体(3)全部下贝氏体
(4)屈氏体+马氏体+下贝氏体+残余奥氏体(5)马氏体+残余奥氏体
5.下图示意地给出了35CrMo钢的CCT图,说明按(a)、(b)、(c)、(d)各冷却曲线冷却后可能获得的室温组织,并比较它们的硬度的相对大小。
6某钢的等温转变曲线如图所示,试说明该钢在300℃经不同时间等温后,按(a)、(b)、(c)线冷却后得到的组织,并写出原因。
7共析钢加热奥氏体化后,按图中五种的方式冷却,其中实线为TTT曲线,虚线代表CCT曲线,请指出图中1-10各点处的组织
350℃
第四章习题
一、填空题
1)、钢中的珠光体转变是一种典型的共析转变,产物由()状态的()相和()相组成。
与贝氏体和马氏体转变相比,只有珠光体类型转变产物的相组成与组织构成可以依据()图和()定律进行计算。
2)、碳含量为0.4%的钢发生珠光体类型转变,其组织组成大致为(),而碳含量为1%的钢发生珠光体类型转变,其组织组成大致为()。
3)、珠光体类型产物根据其中碳化物形态不同可以分为()和()。
相同碳含量时,通常()的强硬度稍高,()的塑性较好。
4、片状珠光体根据片间距不同可以分为()、()和(),随片间距的减小,强硬度(),塑韧性()。
二、选择题
(1)片状珠光体的片层位向大致相同的区域称为____d__。
(a)亚结构(b)魏氏组织(c)孪晶(d)珠光体团
(2)珠光体团中相邻的两片渗碳体(或铁素体)中心之间的间距的距离称为珠光体的__b__。
(a)直径(b)片间距(c)珠光体团(d)点阵常数
(3)由于形成F与C的二相平衡时,体系自由能最低,所以A只要在A1温度以下保持足够长时间,就会得到__c__的二相混合物P。
(a)A+P(b)A+C(c)F+C(d)A+F
(4)一般认为共析钢的珠光体转变的领先相是__a__。
(a)渗碳体(b)铁素体(c)奥氏体(d)渗碳体和铁素体
(5)P相变时,Fe3C形核于__c__或A晶内未溶Fe3C粒子。
(a)P晶界(b)珠光体团交界处(c)A晶界(d)Fe3C/P界面
(6)共析成分的奥氏体发生珠光体转变时,会发生碳在_a__和__中的扩散。
(a)F和A(b)F和P(c)P和A(d)F和Fe3C
(7)在A1温度以下发生的P转变,奥氏体与铁素体界面上的碳浓度_a__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。
(a)低于(b)高于(c)等于(d)小于等于
(8)生产中广泛应用的球化处理,通过_a__A化温度,短的保温时间,以得到较多的未溶渗碳体粒子。
(a)低的(b)高的(c)很高的(d)中等的
(9)球化处理由片状向粒状转变,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
(10)珠光体转变的形核率I及长大速度V随过冷度的增加____。
(a)先减后增(b)不变化(c)增加(d)先增后减
(11)珠光体转变的形核率随转变时间的增长而_d__,珠光体的线长大速度随保温时间__d__。
(a)减少,减少(b)增大,增大
(c)不变,增大(d)先增加后减少,无明显变化
(12)珠光体等温转变动力学图有一鼻尖,鼻尖大致对应了形核率和转变速度的____a_。
(a)最大处(b)最小处(c)平均值处(d)次大处
(13)亚(过)共析钢的TTT曲线左上方有一__d_。
(a)等温线(b)共析线(c)A1(d)先共析线
(14)在A1温度以下,碳素钢中共析钢的A__b___。
(a)最不稳定(b)最稳定(c)转变最快(d)转变驱动力最大
(15)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度__a__
(a)越小(b)越大(c)不变(d)先增后减
(16)A原始组织细,奥氏体均匀化,冷却后珠光体转变的I,V均__c_。
(a)不变(b)先增后减(c)增大(d)下降
(17)当P片间距减小,渗碳体与铁素体___c_,相界面__c_,铁素体中位错不易滑动,故使塑变抗力增高。
(a)厚,增多(b)薄,减少(c)薄,增多(d)厚,减少
(18)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__d_。
(a)较高,较好(b)较低,较低
(c)较高,较低(d)较低,较好
(19)当P量少时,亚共析钢强度主要依赖于___,P量多时,依赖于_a___。
(a)F晶粒直径,P的片间距(b)P的片间距,F晶粒直径
(c)F体积分数,P的体积分数(d)P的体积分数,F的体积分数
三、问答题
1珠光体类型组织有哪几种?
它们在形成条件、组织形态、性能与应用方面有何不同?
2生产热轧低碳钢板,有时因W(C)偏低强度不够而不合标准,为了提高强度,可在热轧后采用吹风甚至喷雾冷却。
试解释其原因。
3试述片间距大小对片状珠光体机械性能的影响。
影响片层间距的主要因素是什么?
索氏体、屈氏体在显微组织及性能上的主要差别是什么?
实际生产中如何控制珠光体类型?
在什么条件下过冷奥氏体易转变为粒状珠光体,什么条件下易转变为片状珠光体?
4试述球化过程中,由片状向粒状转变的机制。
5试述块状、网状和片状先共析铁素体的析出原理。
6何谓相间沉淀?
对钢的性能有何影响?
7简述派登处理在高碳钢强韧化方面的应用。
第五章习题
一、填空题
1钢中马氏体多为α马氏体,随碳含量增加,其晶体结构逐渐由()转变为(),前者的正方度为()。
2写出马氏体与母相奥氏体的K-S关系(),当是()关系或G-T关系时,均较此关系有一定程度的偏差;马氏体总是在A一定的晶面上形成,该晶面叫(),具有不转动、不畸变等不变平面的特征。
3根据亚结构的不同,马氏体可以分为()和();根据单晶体的形态不同,马氏体可以分为()和()。
一般碳素钢随转变温度下降,马氏体亚结构趋向于从()向()转变,马氏体单晶粒形态趋向于从()向()转变。
4马氏体相变具有以下的四大特点()、()、()、()。
其中最基本的特点是()和()。
5造成马氏体相变具有大的过冷度的主要原因与其大的相变阻力有关,而其阻力项主要是();与此不同的是,珠光体转变的阻力项主要是()。
6马氏体相变的K-S与G-T模型的共同点是均包括以下三个过程:
()、()、()
7奥氏体的稳定化可以从两个方面得到体现,或者Ms(),或者AR数量();依造成稳定化的因素不同,可以分为()稳定化和()稳定化。
此外,()的改变也会引起奥氏体的稳定化,此称为化学稳定化。
8对于碳素钢而言,其马氏体的塑韧性主要取决于(),而强硬度水平主要取决于()。
二、选择题
1、下列有关马氏体转变的无扩散性的描述中不正确的是c
A.马氏体转变时发生晶格点阵改组B.马氏体转变时没有成分变化
C.马氏体转变时原子不发生移动D.马氏体转变时原子间保持着原有的近邻关系
2、下列有关马氏体转变的非恒温性的描述中,不正确的是(d)
A.温度低于MS点,马氏体转变才能开始
B.马氏体转变没有孕育期,且转变速度很大,但转变很快停止
C.必须进一步降低温度转变才能继续进行
D.冷却到室温时获得100%马氏体
3、马氏体转变的可逆性,指的是下述中那一种现象(c)
A.冷却过程中形成的马氏体,在重新加热过程中转变成贝氏体
B.冷却过程中形成的马氏体,在重新加热过程中转变成珠光体
C.冷却过程中形成的马氏体,在重新加热过程中转变成奥氏体
D.冷却过程中形成的马氏体,在重新加热过程中转变成回火索氏体
4、马氏体转变过程的研究中,人们发现了3种位相关系,下列名称中错误的是(b)
A.K-S关系B.贝茵关系C.西山关系D.G-T关系
5、马氏体转变的非恒温性是指(c)
A.马氏体转变具有上限温度Ms
B.马氏体转变量是时间的函数(即随着保温时间的延长转变量逐步增加)
C.马氏体转变量是温度的函数(即随着温度的下降转变量逐步增加)
D.马氏体转变存在表面浮凸
三、问答题
1.什么叫马氏体
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