材料固态相变终极倾力吐血总结版(考试宝典)
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绪论一、相:是成分相同、结构相同、有界面同其他部分分隔的物质均匀组成部分; 相变:相变是当外界约束(温度或压强)作连续变化时,在特定条件(温度或压强达到某定值)下,物相所发生质突变。
二、物相的突变体现在那些方面?(1)从一种结构变化为另一种结构,例如:液相——固相;固相中不同晶体结构之间的转变奥氏体(A )(2)化学成分的不连续变化:例如固溶体的脱溶分解(3)某种物理性质的跃变:金属——非金属转变;顺磁体——铁磁体转变三、相变解决什么问题?(1)相变为何会发生?(热力学、动力学问题)(2)相变是如何进行的?(相变机理——与扩散、切变、位错等相关的理论)四、相变采取的措施和意义4.1、常用措施热处理-加热:温度、速度,保温时间-冷却:速度、方式--环境:磁场、电场、力场原理:解决有哪些相变,相变条件、机理、特征工艺:解决如何实现这些相变从而达到预期的性能4.2、研究相变的意义掌握金属材料固态相变的规律,就可以采取措施(如特定的加热和冷却工艺)控制相变过程以获得所预期的组织和性能,从而使之具有所预期的性能,最大限度地发挥现有金属材料的潜力,并可以根据性能要求开发出新型材料第一章扩散基础第二章固态相变基本规律一、基本概念1、界面 根据界面上新旧两相原子在晶体学上匹配程度不同,两相界面分为: 共格…δ≤0.05界面类型半共格…0.05~0.25之间非共格…δ≥0.252.1、扩散型相变相变时,相界面的移动是通过原子近程或远程扩散而进行的相变称为扩散型相变。
只有温度足够高,原子活动能力足够强时,才能发生扩散型相变。
同素异构转变、多型性转变、脱溶型转变、共析型转变、调幅分解和有序化转变均属于扩散型相变扩散型相变特点2.1.1、相变过程有原子扩散运动,相变速率受原子扩散所控制2.1.2、新相与母相的成分往往不同2.1.3、只有因新相和母相比容不同而引起的体积变化,没有宏观形状的变化2.2、非扩散型相变相变过程中原子不发生扩散,参与转变的所有原子的运动是协调一致的相变称为非扩散型相变,非扩散型相变时原子仅作有规则的迁移以使晶体点阵发生改组。
相变部分自测题判断题(1)1、Ac3表示加热时,珠光体向奥氏体转变的实际温度。
2、本质细晶粒钢在任何加热条件下都可以获得细小的晶粒。
3、固态相变时,旧相中的空位、位错等晶体缺陷对相变时的形核会产生阻...相变部分自测题判断题(1)1、Ac3表示加热时,珠光体向奥氏体转变的实际温度。
2、本质细晶粒钢在任何加热条件下都可以获得细小的晶粒。
3、固态相变时,旧相中的空位、位错等晶体缺陷对相变时的形核会产生阻碍作用。
4、临界冷却速度是指得到全部马氏体(含少量残余奥氏体)的最小冷却速度。
5、同一钢件,水淬比油淬得到的淬透层深,所以水淬时钢的淬透性好。
6、合金钢与碳钢比较,既具有良好的淬透性,又具有高的淬硬性。
7、在奥氏体向贝氏体转变过程中,碳原子能扩散,而铁原子不能扩散。
8、为改善过共析钢的切削加工性,可采用完全退火。
9、铸铁在浇注后快速冷却,不利于石墨化,容易得到白口。
10、一种或多种单体发生加聚反应时,除生成高分子化合物外,还会析出低分子化合物。
判断题(2)1、Ac1表示加热时,珠光体向奥氏体转变的平衡温度。
2、钢在热处理时所获得的奥氏体晶粒大小主要取决于冷却速度。
3、共析碳钢奥氏体,连续冷却时不发生贝氏体转变。
4、片状珠光体的性能主要取决于片层间距,片层间距越小,强度,硬度越高,塑性越差。
5、同种钢,片状珠光体和粒状珠光体比较,片状珠光体的强度、硬度高,而塑性、韧性差。
6、上贝氏体和下贝氏体比较,硬度、强度、塑性、韧性都比较差。
7、片状马氏体和板条马氏体都是脆性很大,只不过硬度高低不同。
8、玻璃钢是玻璃和钢丝组成的复合材料。
9、用粘土、长石和石英为原料,经配料、成型、烧结而制成的陶瓷称为陶瓷。
10、塑料是指在室温下处于玻璃态的高聚物。
判断题(3)1、合金元素只有溶入奥氏体中,才能提高钢的淬透性。
2、时效强化是指由于形成固溶体而使强度、硬度升高的现象。
3、ZGMn13是耐磨钢,在各种摩擦条件下都会表现出良好的耐磨性。
固态相变原理考试试题一、(20分)1、试对固态相变地相变阻力进行分析固态相变阻力包括界面能和应变能,这是由于发生相变时形成新界面,比容不同都需要消耗能量.(1)界面能:是指形成单位面积地界面时,系统地赫姆霍茨自由能地变化值.与大小和化学键地数目、强度有关.共格界面地化学键数目、强度没有发生大地变化,最小;半共格界面产生错配位错,化学键发生变化,次之;非共格界面化学键破坏最厉害,最大.(2)应变能①错配度引起地应变能(共格应变能):共格界面由错配度引起地应变能最大,半共格界面次之,非共格界面最小.②比容差引起地应变能(体积应变能):和新相地形状有关,,球状由于比容差引起地应变能最大,针状次之,片状最小.2、分析晶体缺陷对固态相变中新相形核地作用固相中存在各种晶体缺陷,如空位、位错、层错、晶界等,如果在晶体缺陷处形核,随着核地形成,缺陷将消失,缺陷地能量将给出一供形核需要,使临界形核功下降,故缺陷促进形核.(1)空位:过饱和空位聚集,崩塌形成位错,能量释放而促进形核,空位有利于扩散,有利于形核.(2)位错:①形成新相,位错线消失,会释放能量,促进形核②位错线不消失,依附在界面上,变成半共格界面,减少应变能.③位错线附近溶质原子易偏聚,形成浓度起伏,利于形核.④位错是快速扩散地通道.⑤位错分解为不全位错和层错,有利于形核.Aaromon总结:刃型位错比螺型位错更利于形核;较大柏氏矢量地位错更容易形核;位错可缠绕,割阶处形核;单独位错比亚晶界上位错易于形核;位错影响形核,易在某些惯习面上形成.(3)晶界:晶界上易形核,减小晶界面积,降低形核界面能二、(20分)已知调幅分解1、试分析发生调幅分解地条件只有当R(λ)>0,振幅才能随时间地增长而增加,即发生调幅分解,要使R(λ)>0,得且. 令R(λ)=0得λc—临界波长,则λ<λc时,偏聚团间距小,梯度项很大,R(λ)>0,不能发生;λ>λc时,随着波长增加,下降,易满足,可忽略梯度项,调幅分解能发生.2、说明调幅分解地化学拐点和共格拐点,并画出化学拐点、共格拐点和平衡成分点在温度——成分坐标中地变化轨迹化学拐点:当G”=0时.即为调幅分解地化学拐点;共格拐点:当G”+2η2Y=0时为共格拐点,与化学拐点相比共格拐点地浓度范围变窄了,温度范围也降低了.3、请说明调幅分解与形核长大型相变地区别调幅分解与形核长大型相变地区别调幅分解形核长大型变形成分连续变化,最后达到平衡始终保持平衡,不随时间变化相界面开始无明显相界面,最后才变明显始终都有明显地相界面组织形态两相大小分布规则,组织均匀,不呈球状大小不一,分布混乱,常呈球状,组织均匀性差结构结构与母相一致,成分与母相不同结构、成分均不同三、(20分)1、阐明建立马氏体相变晶体学表象理论地实验基础和基本原理(1)实验基础1 / 32 /3 ① 在宏观范围内,惯习面是不应变面(不转变、不畸变);② 在宏观范围内,马氏体中地形状变形是一个不变平面应变;③ 惯习面位向有一定地分散度(指不同片、不同成分地马氏体);④在微观范围内,马氏体地变形不均匀,内部结构不均匀,有亚结构存在(片状马氏体为孪晶,板条马氏体为位错).(2)基本原理在实验基础上,提出了马氏体晶体学表象理论,指出马氏体相变时所发生地整个宏观应变应是下面三种应变地综合:① 发生点阵应变(Bain 应变),形成马氏体新相地点阵结构.但是Bain 应变不存在不变平面,不变长度地矢量是在圆锥上,所以要进行点阵不变切变.② 简单切边,点阵不变非均匀切变,在马氏体内发生微区域变形,不改变点阵类型,只改变形状,通过滑移、孪生形成无畸变面.③ 刚体转动,①②得到地无畸变地平面转回到原来地位置去,得到不畸变、不转动地平面.用W-R-L 理论来表示:P 1=RPB,P 1为不变平面应变地形状变形,B 为Bain 应变、用主轴应变来表示,R 为刚体转动、可以用矩阵来表示,P 为简单应变.2、阐明马氏体相变热力学地基本设想和表达式地意义答:基本设想:马氏体相变先在奥氏体中形成同成分地体心核胚,然后体心核胚再转变为马氏体M.所以马氏体相变自由能表达式为:M M G G G γγαα→→→∆=∆+∆,式中:① M G γ→∆表示奥氏体转变为马氏体地自由能差.,此时温度为Ms 温度.② G γα→∆表示母相中形成同成分地体心核胚时地自由能变化,定义为T 0温度γ与α地平衡温度,,为T<T 0时,产生核胚地温度.③ M G α→∆表示体心核胚转变为马氏体M 而引起地自由能变化.消耗于以下几个方面:切变能(进行不变平面切变、改变晶体结构和形状地能量);协作形变能(周围地奥氏体产生形变地能量);膨胀应变能(由于比容变化而致);存储能(形成位错地应变能、形成孪晶地界面能);其他(表面能、缺陷能、能量场地影响等).四、(20分)1、试解释沉淀相粒子地粗化机理由Gibbs-Thompson 定理知,在半径为r 地沉淀相周围界面处母相成分表达式: 2()()(1)m V C r C RTr αασ=∞-当沉淀相越小,其中每个原子分到地界面能越多,因此化学势越高,与它处于平衡地母相中地溶质原子浓度越高. 即:C (r 2)> C(r 1) .由此可见在大粒子r 1和小粒子r 2之间地基体中存在浓度梯度,因此必然有一个扩散流,在浓度梯度地作用下,大粒子通过吸收基体中地溶质而不断长大,小粒子则要不断溶解、收缩,放出溶质原子来维持这个扩散流.所以出现了大粒子长大、小粒子溶解地现象. 需要画图辅助说明!2、根据沉淀相粒子粗化公式:,分析粒子地生长规律(奥斯瓦尔德熟化)①当时,r=r ,rt ∂∂=0粒子不长大;②当时,r <r ,rt ∂∂<0小粒子溶解;③当时,r>r ,rt ∂∂>0粒子长大;④当时,r=2r ,rt ∂∂最大,长大最快;⑤长大过程中,小粒子溶解,大粒子长大,粒子总数减小,r 增加,更容易满足②,小粒子溶解更快;⑥温度T 升高,扩散系数D 增大,使rt ∂∂增大.所以当温度升高,大粒子长大更快, 小粒子溶解更快.五、(20分)已知新相地长大速度为:1、 试分析过冷度对长大速度地影响过冷度很小,∆gv 很小,∆gv 随过冷度地增加而增加,∆gv 越小长大速率越大,表明:长大速度u 与过冷度或者成正比,也就是当T 下降,过冷度增大,上升,长大速度u 增大.(1) 过冷度很很大,∆gv/kT 很大,exp(-∆gv/kT)→0,此时,温度越高长大速率越大,2、 求生长激活能过冷度很大时,exp(-∆gv/kT)→0,公式转化为0e x p ()Q kT μλν=-3 / 3 两边取对数,0exp()Q kT μλν=-则(ln )(1/)d Q K d T μ=-则为单个原子地扩散激活能,再乘以阿伏加德罗常数N 0,得生长激活能.。
复习提纲及考试题型1 选择题(大约10个左右,20分)2 名次解释(大约5个,20分)固态相变TTT曲线,CCT曲线奥氏体的起始晶粒度\奥氏体实际晶粒度\奥氏体的本质晶粒度二次硬化\二次淬火形变硬化\时效硬化Ms点及其物理意义As点及其物理意义回火屈氏体\回火马氏体\回火索氏体第一类回火脆性,第二类回火脆性魏氏体组织3问答题或者分析比较题(大约2-3个,20分左右)请分析钢中马氏体高强度和高硬度的主要原因。
说明钢中板条状马氏体和片状马氏体的形态特征,以及亚结构特点及其类型,并指出它们的性能差异。
试比较上贝氏体和下贝氏体的组织形态特征,以及碳化物分布特点和形态,并指出它们的性能差异。
试比较连续脱溶和非连续脱溶机制、组织形态特征,并指出它们的性能差异。
试比较胞状脱溶和珠光体相变之间的差异。
4 综合题(1个,考通过基本原理分析问题的能力,15分左右)初始奥氏体化和淬火冷却速度等对过共析钢混合组织(马氏体、残余渗碳体、残余奥氏体)的影响规律?混合组织(马氏体、残余铁素体、残余奥氏体)对性能的影响规律?重点是会分析问题知识点固态相变导论固态相变概念,平衡相变与非平衡相变的分类,固态相变特点,弹性应变能及其影响因素,界面种类及其特点,固态相变临界晶核和临界形核功,界面/界隅/界棱对临界晶核尺寸和固态相变的影响。
JMA方程,Avrami方程,TTT/CCT曲线,临界淬火速度,合金元素对TTT曲线影响。
扩展●无成分变化/有成分变化的固态相变中,新相长大速度的模型及其影响因素。
●试通过推导固态相变临界晶核尺寸(假设球形晶核),分析各种影响因素的作用,并在此基础上讨论固态相变与液态凝固之间的异同。
奥氏体化奥氏体化四个阶段,连续加热奥氏体化的特点,奥氏体晶粒度,奥氏体的起始晶粒度/本质晶粒度/实际晶粒度,控制晶粒尺寸的方法。
扩展试示意画出亚共析钢/共析钢/过共析钢奥氏体化过程的阶段。
请利用铁碳平衡相图和新相长大速度模型分析为什么共析钢奥氏体化过程中,铁素体的消失速度远大于渗碳体的消失速度。
“材料科学基础(下)”试题(A)适用于金属材料工程、材料成型与控制工程专业一、解释下列名词(每个名词2分,共10分)1、马氏体转变是一种固态相变,是通过母相宏观切变,原子整体有规律迁移完成的无扩散相变。
2、TTT曲线是过冷奥氏体等温转变图,是描述过冷奥氏体等温转变形为,即等温温度、等温时间和转变产物的综合曲线。
3、反稳定化在热稳定化上限温度M C以下,热稳定程度随温度的升高而增加;但有些钢,当温度达到某一温度后稳定化程度反而下降的现象。
4、时效硬化时效合金随第二相的析出,强度硬度升高而塑性下降的现象称为时效硬化。
5、珠光体晶粒在片状珠光体中,片层排列方向大致相同的区域称为珠光体团二、说出下符号的名称和意义(6分)1、M S马氏体点,马氏体转变的开始温度,母相与马氏体两相的体积自由能之差达到相变所需最小驱动值时的温度。
2、S0片状珠光体的片间距离,即一片铁素体和一片渗碳体的总厚度,或相邻两片铁素体或渗碳体之间的中心距离。
3、M C奥氏体热稳定化的上限温度,超过此温度奥氏体将出现热稳定化现象。
三、简答下各题(每题8分,共40分)1、何谓奥氏体的本质晶粒度、起始晶粒度和实际晶粒度。
钢中弥散析出的第二相对奥氏体晶粒的长大有何影响。
起始晶粒度:指临界温度以上奥氏体形成刚刚完成,其晶粒边界刚刚互相接触时的晶粒大小。
实际晶粒度:指在某一热处理加热条件下,所得到的晶粒尺寸。
本质晶粒度:是根据标准实验条件,在930±10℃,保温足够时间(3~8小时)后,测定的钢中奥氏体晶粒的大小。
晶粒的长大主要表现为晶界的移动,高度弥散的、难熔的非金属或金属化合物颗粒对晶粒长大起很大的抑制作用,为了获得细小的奥氏体晶粒,必须保证钢中有足够数量和足够细小难熔的第二相颗粒。
2、片状珠光体可分为几类,片间离不同的珠光体在光学显微镜和电子显微镜下的形态特征。
通常所说的珠光体是指在光学显微镜下能清楚分辨出片层状态的一类珠光体,而当片间距离小到一定程度后,光学显微镜就分辨不出片层的状态了。
相变动力学取决于新相的形核率和长大速率。
在500℃以上回火时将会析出细小的特殊碳化物导致回火温度升高,θ-碳化物粗化而软化的钢再度硬化,这种现象称为二次硬化。
奥氏体形成机制的四个过程1.奥氏体形核:在平均碳浓度很低的铁素体中,存在着高碳微区,其碳浓度可能达到该温度下奥氏体能够稳定存在的成分(由GS线决定)。
如果这些高碳微区因结构起伏和能量起伏而具有面心立方点阵结构和足够高的能量时,就有可能转变成该温度下稳定存在的奥氏体临界晶核。
但是,这些晶核要保持下来并进一步长大,必须要有碳原子继续不断的供应。
2.奥氏体晶核长大:当奥氏体在铁素体和渗碳体两相界面上形核后,便形成了γ/α和γ/Fe3C两个新的相界面。
奥氏体的长大过程即为这两个相界面向原来的铁素体和渗碳体中推移的过程;同时在铁素体中也进行着碳的扩散。
3.剩余碳化物溶解:在奥氏体晶体长大过程中,由于γ/Fe3C相界面出的碳浓度差远远大于γ/α相界面处的碳浓度差,所以只需溶解一小部分渗碳体就可以使其相界面处的奥氏体达到饱和,而必须溶解大量的铁素体才能使其相界面处奥氏体的碳浓度趋于平衡。
4.奥氏体均匀化:在铁素体全部转变为奥氏体,且残留Fe3C全部溶解之后,碳在奥氏体中的分布仍然是不均匀的。
原来为渗碳体的区域浓度较高,而原来为铁素体的区域碳浓度较低。
而且,这种碳浓度的不均匀性随加热速度增大而愈加严重。
因此,只有继续加热或保温,借助于碳原子的扩散,才能使整个奥氏体中碳的分布趋于均匀。
奥氏体晶粒度有三种1.起始晶粒度:在临界温度以上,奥氏体刚刚完成,其晶粒边界刚刚相互接触时的晶粒度大小。
2.实际晶粒度:在某一加热条件下所得的实际奥氏体晶粒大小。
3.本质晶粒度:根据标准试验方法,在930±10℃保持足够温度得到的奥氏体晶粒大小。
经上述试验,奥氏体晶粒度在5-8级者称为本质细晶粒钢,而奥氏体晶粒度在1-4级者称为本质粗晶粒钢。
马氏体相变的主要特征1.切变共格和表面浮突现象:马氏体相变时在预先磨光的试样表面可出现倾动,形成表面浮突,这表明马氏体相变是通过奥氏体均匀切变进行的。
1. 从热力学角度分析固态相变的主要特征并与液固相变进行比较。
答:从热力学角度来说,固态相变与液固相变相比,一些规律是相同的,其共同点是:相变驱动力都是新旧两相之间的自由能差;相变都包含形核与长大两个基本的过程。
而二者在相变特点上的区别在于固态相变的母相为固体,其具有确定形状、有较高切变强度、内部原子按点阵规律排列,并且不同程度地存在着成分不均匀的结构缺陷。
相变以晶体为母相,必然与液固相变相比存在一系列新的特征。
具体变现在以下几方面:(1) 相变驱动力来源于两相自由能之差,差值越大,越有利于转变的进行。
相变阻力大 固态相变与固液相变相比,相变阻力更大是因为多出了一项应变能和扩散更难进行。
(2) 新相晶核与母相之间存在一定的晶体学位向关系;新相的某一晶面和晶向分别与母相的某一晶面、晶向平行。
(3) 惯习现象:新相沿特定的晶向在母相特定晶面上形成( 沿应变能最小的方向和界面能最低的界面 )。
通过降低界面能和应变能而减小相变阻力是惯习现象出现的原因。
(4) 母相晶体缺陷促进相变:固态金属中存在各种晶体缺陷,如位错、空位、晶界和亚晶界等。
母相中存在缺陷,由于缺陷周围有晶格畸变,自由能较高,在此处形成同样大小的晶核比其他区域获得更大的驱动力,新相晶核往往优先在这些缺陷处形成。
母相晶粒越细小,晶界越多,晶内缺陷越多,形核率越高,转变速度越快。
(5) 易出现过渡相:过渡相是一种亚稳定相,其成分和结构介于新相和母相之间。
因为固态相比阻力大,原子扩散困难,尤其是当转变温度较低,新、旧相成分相差较远时,难以形成稳定相。
过渡相是为了克服相变阻力而形成的一种协调性的中间转变产物。
通常是现在母相中形成与母相成分接近的过渡相,然后在一定条件下由过渡相逐渐转变为自由能最低的稳定相。
界面能增加额外弹性应变能:比体积差 扩散困难(新、旧相化学成分不同时)2. 结合综合转变动力学曲线,从进行条件,组织形态特征,精细结构,相变机制,力学性能及其实际应用等方面,对比性的分析钢中的固态相变。
金属固态相变1.固态相变的特点:具有确定的形状,较高的切变强度,内部原子按点阵规律排列并且总是不同程度存在着各种分布很不均匀的结构缺陷。
(1). 与液态相变一样,驱动力是新旧两相的自由能差。
(2). 新相与母相界面上原子排列易保持一定的匹配,根本原因在于有力于相变阻力的降低,固态相变产生的相界面的分类:a.共格界面:当界面上的原子所占据的位置恰好是两相点阵共有的位置时,两相在界面上的原子可以一对一的相互匹配,这种界面叫共格界面。
b.半共格界面:界面上两相原子部分地保持匹配。
c.非共格界面:当两相界面的原子排列差异很大,即错配度很大时,原子间的匹配关系不再维持。
(3).新相与母相之间存在一定的晶体学位相关系当两相界面为共格或半共格时,新相和母相之间必然有一定的位相关系。
若两相间没有确定的位相关系,则界面肯定为非共格界面。
(4).新相习惯于在母相的一定晶面上形成固态相变时,新相往往以特定的晶向在母相的特定晶面上形成,这个晶面称为惯习面,晶向为惯习方向,这种现象称为惯习现象,是由于降低界面能和应变能以致减小相变阻力所造成的。
(5).母相晶体缺陷对相变起促进作用。
(6).易于出现过渡相。
2. 固态相变的基本类型:按相变过程中的形核与长大的特点分为:扩散型,非扩散型,半扩散型相变。
a.扩散型相变:新相的形核和长大主要依靠原子进行长距离的扩散,或者说依靠相界面的扩散移动进行(非共格的)b.非扩散型相变:新相的成长通过类似塑性变形过程的滑移和孪生那样,孪生切变和转动而进行,相界面共格c.半扩散型相变:(贝氏体的转变)块状转变。
2.马氏体转变特点:1.马氏体转变是在无扩散的情况下进行的.由于马氏体转变是在较大的过冷度条件下进行的,铁原子,碳原子及其它合金元素活动能力较低,因此点阵重构是由原子集体有规律的近程性的完成.2.马氏体的转变过程中会在表面产生浮凸.3.马氏体转变具有一定的位向关系和惯习面.马氏体是在奥氏一定的结晶面上形成的,此面称为惯习面,它在相变过程中不变形,也不转动.由于马氏体转变时新相和母相始终保持切变共格性,因此马氏体转变后新相和母相之间存在一定的结晶学位向关系.主要在K-S位向关系和西山位向关系.4.降温转变及马氏体转变的高速特点.马氏体转变是在一定的温度范围内进行的,马氏体转变动力学的主要形式有变温转变和等温转变两种.降温形成的马氏体其转变速度极快.5.马氏体转变具有可逆性.6.合金元素无扩散.马氏体力学性能:1.马氏体最主要的特点就是具有高强度和高硬度。
选择题1 根据扩散观点,奥氏体晶核的形成必须依靠系统内的 BA相起伏、浓度起伏、结构起伏;B能量起伏、浓度起伏、结构起伏;C能量起伏、价键起伏、相起伏;D能量起伏、价健起伏、结构起伏2 连续冷却转变曲线CCT曲线都处于同种材料等温转变TTT曲线的 BA左上方;B右下方;C右上方;D左下方3 消除网状碳化物的方法有 AA淬火和正火;B淬火和回火;C球化退火和正火;D正火和回火4 在A1温度以下发生P转变,奥氏体与铁素体相界面上的碳浓度 A 奥氏体与渗碳体界面上碳浓度从而引起了奥氏体的碳的扩散。
A低于; B小于等于; C等于; D高于5 关于马氏体相变的特点,下列哪项的说法是错误的 AA马氏体转变有孕育期(等温马氏体除外);B马氏体可以发生可逆性转变;C表面浮突和界面共格;D马氏体转变有转变开始和终了温度6 针状马氏体的亚结构主要是 AA孪晶;B空位;C孪晶和位错;D位错7 在贝氏体形成过程中通常 B 是领先相A渗碳体;B铁素体;C奥氏体;D渗碳体和铁素体8 对于某些尺寸较大而采用表面淬火的工件,或者有特殊要求的工件如凿子、扁铲等,可以利用淬火冷却后的余热进行回火,这种方法叫做 DA局部回火;B带温回火;C电热回火;D自回火9 淬火钢在回火时的力学性能是如何变化的? CA强度硬度下降,塑性韧性也下降;B强度硬度提高,塑性韧性下降;C强度硬度下降,塑性韧性提高;D强度硬度提高,塑性韧性也提高10超过极大值后硬度下降称为 BA温时效;B过时效;C冷时效;D自然时效判断题1·一般情况下,在体积相同时,新相呈球状体积应变能最小。
(×)2·1-4级为本质细晶粒钢,5~8级为本质粗晶粒钢。
(×)3·奥氏体晶粒长大在一定条件下是一个自发过程。
(√)4·奥氏体实际晶粒度是在某一热处理加热条件下得到的晶粒尺寸。
(√) 5·在钢的各种组织中,奥氏体的比容最小。
固态相变:金属和陶瓷等固态材料在温度和压力改变时,其内部组织或结构会发生变化,即发生从一种状态到另一种状态的改变,这种转变称为固态相变。
按热力学分类:一级相变:相变时新旧两相的化学势相等,但化学势的一级偏微熵不等的相变称为一级相变; 二级相变:相变时新旧两相的化学势相等,且化学势的一级偏微熵也相等,但化学势的二级偏微熵不相等的相变称为二级相变。
按平衡状态图分类:平衡相变指在缓慢加热或冷却过程中所发生的能获得的符合平衡状态相图的平衡组织的相变。
主要有同素异构转变、多形性转变、平衡脱溶沉淀、共析相变、调幅分解、有序化转变。
非平衡相变:伪共析相变、马氏体相变、贝氏体相变、非平衡脱溶相变按原子迁移情况分类:扩散型相变:相变时,相界面的移动是通过原子近程或远程扩散而进行的相变称为扩散型相变。
基本特点是:①相变过程中有原子扩散运动,相变速率受原子扩散速度所控制;②新相和母相得成分往往不同;③只有因新相和母相比容不同而引起的体积变化,没有宏观形状改变。
非扩散型相变:相变过程中原子不发生扩散,参与转变的所有原子的运动是协调一致的相变称为非扩散型相变。
一般特征是:①存在由于均匀切变引起的宏观形状改变,可在预先制备的抛光试样表面上出现浮突现象;②相变不需要通过扩散,新相和母相的化学成分相同;③新相和母相之间存在一定的晶体学位向关系;④某些材料发生非扩散相变时,相界面移动速度极快,可接近声速。
试述金属固态相变的主要特征1相界面:金属固态相变时,新相和母相的界面分为两种。
2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,两项之间没有位相关系则为非共格界面。
3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。
4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。
5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。
6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。
共格界面:若两相晶体结构相同、点阵常数相等、或者两相晶体结构和点阵常数虽有差异,单存在一组特定的晶体学平面使两相原子之间产生完全匹配。
此时,界面上原子所占位置恰好是两相点阵的共有位置,界面上原子为两相所共有,这种界面称为共格界面。
当两相之间的共格关系依靠正应变来维持时,称为第一类共格;而以切应变来维持时,成为第二类共格。
半共格界面:半共格界面的特点:在界面上除了位错核心部分以外,其他地方几乎完全匹配。
在位错核心部分的结构是严重扭曲的,并且点阵面是不连续的。
非共格界面:当两相界面处的原子排列差异很大,即错配度δ很大时,两相原子之间的匹配关系便不在维持,这种界面称为非共格界面;一般认为,错配度小于0.05时两相可以构成完全的共格界面;错配度大于0.25时易形成非共格界面;错配度介于0.05~0.25之间,则易形成半共格界面。
金属固态相变时的相变阻力包括界面能和弹性应变能。
当界面共格时,可以降低界面能但使弹性应变能增大。
当界面不共格时,盘状新相的弹性应变能最低,但界面能较高;而球状新相的界面能最低,但弹性应变能却最大。
固态相变时究竟是界面能还是弹性应变能起主导作用取决于具体条件。
晶体缺陷的影响:金属固态相变时新相晶核总是优先在晶体缺陷处形成。
因为晶体缺陷是能量起伏、结构起伏和成分起伏最大的区域。
在这些区域形核时:1原子扩散激活能低,扩散速度快。
2相变应力容易被松弛。
3位错消失释放的部分能量可作为克服形成新相界面和相变应变所需的能量。
4位错依附在新相界面上,构成半共格界面中位错的一部分,结果也会使系统自由能降低。
为什么固态相变中出现过渡相?晶体缺陷对固态相变形核有什么影响?1.当稳定的新相与母相的晶体结构差异较大时,母相往往不直接转变为自由能最低的稳定新相,而是先形成晶体结构或成分与母相比较接近,自由能比母相稍低些的亚稳定的过渡相。
此时,过渡相往往具有界面能较低的共格界面或半共格界面,以降低形核功,使形核容易进行。
2.晶体缺陷是能量起伏、结构起伏和成分起伏最大的区域,在这些区域形核时,原子扩散激活能低,扩散速度快,相变应力容易被松弛。
在固态相变中,从能量的观点来看,均匀形核的形核功最大,空位形核次之,位错形核更次之,晶界非均匀形核的形核功最小。
为什么新相形成的时候,常常呈薄片状或针状?如果新相呈球状,新相与母相之间是否存在位相关系?①属固态相变时,因新相与母相恶比容不同,可能发生体积变化,但由于受到周围母相的约束,新相不能自由膨胀产生弹性应变能。
而片状或针状的弹性应变能最小,所以新相形成时常常呈片状或针状②存在位相关系。
许多情况下,金属固态相变时,新相与母相之间往往存在一定的位相关系,且新相呈球状时与母相的弹性应变能最大,是由新、母相的比容不同或两相界面共格或半共格关系造成的,所以必然存在一定的位相关系。
共格、半共格界面的长大机制为台阶机制、切变机制;非共格界面的长大机制为界面原子的扩散或者台阶机制。
新相的长大速度取决于相界面的移动速度,即向母相的迁移速度。
新相的长大分为两种:一是新相形成时无成分变化,只有原子的近程扩散;二是新相形成时有成分变化,新相长大需要溶质原子的长程扩散。
临界冷却速度:在连续冷却中,使过冷奥氏体不析出先共析铁素体(亚共析钢)或先共析渗碳体(过共析钢高于Acm点的奥氏体化)以及不转变为珠光体或贝氏体的最低冷却速度分别成为抑制先共析铁素体或先共析碳化物析出以及抑制珠光体或贝氏体转变的临界冷却速度。
临界淬火速度:在连续冷却时,使过冷奥氏体不发生分解,完全转变为马氏体(包括残余奥氏体)的最低冷却速度。
代表钢件淬火冷却形成马氏体的能力,是决定钢件淬透层深度的重要因素,也是选取钢材和正确热处理工艺的重要依据之一。
凡是使CCT曲线右移的各种因素,都将降低临界淬火速度,提高形成马氏体的能力,容易获得完全的马氏体组织奥氏体化:为了使钢件经热处理后获得所需要的组织和性能,大多数热处理工艺都需要将钢件加热至相变临界点以上,形成奥氏体组织,称之为奥氏体化。
完全奥氏体化温度在Acm以上,不完全在A1以上Acm以下。
奥氏体的组织(各相大小形状)和结构(原子排列):奥氏体的组织通常是等轴状的多边形晶粒所组成,晶内常可出现相变孪晶。
碳原子在奥氏体点阵中处于由Fe原子所组成的八面体中心间隙位置,即面心立方晶胞的中心或棱边中点。
C 原子呈统计性均匀分布,存在浓度起伏,C原子的存在,使奥氏体点阵发生等称膨胀,因而点阵常数随碳含量升高而增大。
奥氏体的性能;奥氏体的硬度和屈服强度均不高。
因面心立方点阵滑移系较多,奥氏体的塑性很好,易于变形,即加工成型性好;又面心立方点阵是一种最密排的点阵结构,致密度高,故其比容最小;因其自扩散激活能小,扩散系数小,所以热强性好;奥氏体具有顺磁性,而转变产物均为铁磁性;奥氏体的线膨胀系数大;导热性差(故加热速度不能过快,以免因热应力过大而引起工件变形。
奥氏体的形成过程可以分为四个阶段1奥氏体形核2奥氏体晶核向铁素体及渗碳体两个方向长大;3剩余碳化物的溶解4奥氏体的均匀化奥氏体形成机制的四个过程1. 奥氏体形核:由于浓度起伏,在平均碳浓度很低的铁素体中,存在着高碳微区,其碳浓度可能达到该温度下奥氏体能够稳定存在的成分(由GS线决定)。
如果这些高碳微区因结构起伏和能量起伏而具有面心立方点阵结构和足够高的能量时,就有可能转变成该温度下稳定存在的奥氏体临界晶核。
但是,这些晶核要保持下来并进一步长大,必须要有碳原子继续不断的供应。
2. 奥氏体晶核长大:当奥氏体在铁素体和渗碳体两相界面上形核后,便形成了γ/α和γ/Fe3C两个新的相界面。
奥氏体的长大过程即为这两个相界面向原来的铁素体和渗碳体中推移的过程;同时在铁素体中也进行着碳的扩散。
3. 剩余碳化物溶解:在奥氏体晶体长大过程中,由于γ/Fe3C相界面出的碳浓度差远远大于γ/α相界面处的碳浓度差,所以只需溶解一小部分渗碳体就可以使其相界面处的奥氏体达到饱和,而必须溶解大量的铁素体才能使其相界面处奥氏体的碳浓度趋于平衡。
所以,长大中的奥氏体溶解铁素体的速度始终大于溶解渗碳体的速度,故在共析钢中总是铁素体先消失,有剩余渗碳体残留下来。
关于渗碳体溶入奥氏体中的机制,一般认为是通过渗碳体中的碳原子向γ中扩散和铁原子向贫碳渗碳体扩散,以及渗碳体向γ晶体点阵改组来完成的。
4. 奥氏体均匀化:在铁素体全部转变为奥氏体,且残留Fe3C全部溶解之后,碳在奥氏体中的分布仍然是不均匀的。
原来为渗碳体的区域浓度较高,而原来为铁素体的区域碳浓度较低。
而且,这种碳浓度的不均匀性随加热速度增大而愈加严重。
因此,只有继续加热或保温,借助于碳原子的扩散,才能使整个奥氏体中碳的分布趋于均匀。
奥氏体的晶粒度有三种;A起始晶粒度;在临界温度以上,奥氏体形成刚刚完成,其晶粒边界刚刚接触时的晶粒大小。
B实际晶粒度;在某一加热条件下所得到的实际奥氏体晶粒的大小。
C本质晶粒度:在930+—10摄氏度下保温足够时间后测得的奥氏体晶粒大小。
本质晶粒度只表示钢在一定条件下奥氏体晶粒长大的倾向性。
影响奥氏体形成速度的因素:①加热温度的影响,即加热温度越高,奥氏体形成速度就越快,而且随着奥氏体形成温度的提高,奥氏体的起始晶粒细化,同时,相变的不平衡程度增大,在铁素体相消失的瞬间,剩余渗碳体量增多,因而奥氏体基体的平均含碳量降低。
②碳含量的影响,钢中碳含量越高,奥氏体形成速度就越快。
但是,在过共析钢中由于碳化物数量过多,随碳含量增加会引起剩余碳化物溶解和奥氏体均匀化的时间延长。
③原始组织的影响,在钢的成分相同的情况下,原始组织中碳化物的分散度越大,则相界面就越多,形核率也就越大,刚的原始组织也越细,奥氏体的形成速度就越快。
原始组织中碳化物的形状对奥氏体的形成速度也有一定的影响。
与粒状珠光体相比,由于片状珠光体的相界面较大,渗碳体呈薄片状,易于溶解,所以加热时奥氏体容易形成。
④合金元素的影响,强碳化物形成元素降低碳在奥氏体中的扩散系数,并形成特殊碳化物且不易溶解,所以显著减慢奥氏体的形成速度。
非碳化物则加速奥氏体的形成速度。
另外加入合金元素可能会改变相变临界点的位置,济改变过热度,从而影响奥氏体的形成速度。
钢中加入合金元素还可影响珠光体片层间距和碳在奥氏体中的溶解度,从而影响相界面浓度差和奥氏体中的浓度梯度以及形核功等,从而影响哦啊尸体的形成速度。
钢在连续加热时珠光体奥氏体转变有何特点?在一定的加热速度范围内,相变临界点随加热速度增大而升高;相变是在一个温度范围内完成的;奥氏体起始金粒度大小随加热速度增大而细化;钢中原始组织的不均匀使连续加热时的奥氏体化温度升高;奥氏体成分的不均匀性随加热速度增大而增大;奥氏体的形成速度随加热速度的增大而增大,加热速度越快,奥氏体转变温度范围就越大。