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对《汽车渗碳齿轮金相检验》标准中“马氏体级别”的探讨董秦铮(爱协林工业炉工程(北京)有限公司,北京 100086)摘要:通过生产中的试验例证和检验结果,针对《汽车渗碳齿轮金相检验》标准中“马氏体级别”的概念和评级方法进行了分析和讨论。
认为不宜将“马氏体级别”作为一项独立的质量指标。
关键词:马氏体级别;残留奥氏体;奥氏体晶粒度QC/T262—1999《汽车渗碳齿轮金相检验》是我国汽车行业中长期使用的一项覆盖面较广、影响较大的标准。
在该标准中,“马氏体级别”被作为一项重要的、不可缺少的质量指标。
标准中规定:马氏体等级按其针体大小确定,共分8个级别,评定马氏体级别和评定残留奥氏体级别一样,共同使用一套残留奥氏体、马氏体级别的标准图片(400倍,8张),所评定的结果均在1～5级内为合格。
但是,汽车零部件生产者对“马氏体级别”这一概念一直是有争议的。
争议的焦点集中在马氏体级别的实质概念,马氏体级别超差或合格的依据以及它对产品性能和质量的影响。
在实际生产中,除渗碳淬火工艺外,影响马氏体级别的还有哪些主要因素,如何防止马氏体级别超差,试样的马氏体级别超差后,如何处理等,也常常使人们感到困惑。
本文通过一些试验例证和检验结果,对这些问题进行分析和讨论,并对该标准中将马氏体级别作为一项独立的质量指标的必要性提出质疑。
1渗碳试块和工件的金相检验实例1.1试验工艺表1列举了实际生产中经不同炉次渗碳的试块和工件的金相检验结果。
工件和试块的材料均为20CrMnTi钢。
试验过程如下:①工件与试块同炉,930℃×(6～8)h渗碳,降温至840℃淬油,180℃×2.5h回火。
用金相显微镜按标准图片分别对试块的残留奥氏体和马氏体评级并检查表层奥氏体晶粒度。
将样品浸入80℃的苦味酸+少量洗涤剂混合液,于80℃浸泡腐蚀。
按YB/T5148-1993《金属平均晶粒度测定方法》评定表层奥氏体晶粒度。
②上述试验完成后,对同一试块进行冷处理(干冰+酒精,-40℃～-60℃×0.5h)。
材料科学基础习题⼀、解释下列名词1、奥⽒体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。
2、奥⽒体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。
3、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4、⼆次珠光体转变由于贝⽒体转变的不完全性，当转变温度较⾼时，未转变的奥⽒体在随后的保温过程中有可能会发⽣珠光体转变，此时的珠光体转变称为⼆次珠光体转变。
5、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。
6、形变马⽒体由形变诱发马⽒体转变⽣成的马⽒体称为形变马⽒体。
7、马⽒体异常正⽅度“新形成的马⽒体”，正⽅度与碳含量的关系并不符合公式给出的关系，这种现象称为马⽒体的异常正⽅度。
8、马⽒体相变塑性相变塑性:⾦属及合⾦在相变过程中塑性增长，往往在低于母相屈服极限的条件下即发⽣了塑性变形，这种现象称为相变塑性。
钢在马⽒体转变时也会产⽣相变塑性现象，称为马⽒体的相变塑性。
9、相变冷作硬化马⽒体形成时的体积效应会引起周围奥⽒体产⽣塑性变形，同时马⽒体相变的切变特性，也将在晶体内产⽣⼤量微观缺陷，如位错、孪晶、层错等。
这些缺陷在马⽒体逆转变过程中会被继承，结果导致强度明显升⾼，⽽塑性韧性下降，这种现象被称为相变冷作硬化。
10、位向关系在固态相变母相与新相之间所保持的晶体学空间取向关系称为位向关系。
11、K-S关系在固态相变母相与新相之间所保持的晶体学位向关系，例如：奥⽒体向马⽒体转变时新旧两相之间就维持这种位向关系（111）γ∥（110）α，〈110〉γ∥〈111〉α12、组织遗传；指⾮平衡组织重新加热淬⽕后，其奥⽒体晶粒⼤⼩仍然保持原奥⽒体晶粒⼤⼩和形状的现象。
13、相遗传；母相将其晶体学缺陷遗传给新相的现象称为相遗传。
14、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。
固态相变By Dong大魔王固态相变：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：①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。
②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：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。
基本特点是：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；新相和母相得成分往往不同；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。
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。
一般特征是：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；相变不需要通过扩散，新相和母相的化学成分相同；新相和母相之间存在一定的晶体学位向关系；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。
18.金属的塑性变形是在切应力作用下，主要通过滑移来进行的；金属中的位错密度越高，则其强度越高，塑性越差。
19.金属结晶的必要条件是一定的过冷度，金属结晶时晶粒的大小主要决定于其形核率。
20.用于制造渗碳零件的钢称为渗碳钢，零件渗碳后，一般需要经过淬火+低温回火才能达到表面硬度高而且耐磨的目的。
21.珠光体是铁素体和渗碳体组成的机械混合物22.冷变形金属在加热时随加热温度的升高，其组织和性能的变化分为3个阶段，即回复、再结晶、晶粒长大。
23.在实际生产中，常采用加热的方法使金属发生再结晶，从而再次获得良好塑性，这种工艺操作称为再结晶退火。
24.从金属学的观点来看，冷加工和热加工是以再结晶温度为界限区分的25.随着变形量的增加，金属的强度和硬度显著提高，塑性和韧性明显下降，这种现象叫做加工硬化。
26.实验室里开了六个电炉，温度分别为910℃、840℃、780℃、600℃、400℃、200℃，现有材料15钢、45钢、T12钢。
问：若要制作轴，一般选用45钢；进行调质处理（淬火+高温回火）；获得回火索氏体；淬火为了获得马氏体，提高钢的强度、硬度和耐磨性，高温回火是为了去除淬火应力，得到稳定的组织，提高综合力学性能，保持较高强度的同时，具有良好的塑性和韧性。
27.Fe-Fe3C相图ECF、PSK的含义，亚共析钢从液态缓慢冷却到室温时发生的组织转变过程：L、L+A、A、A+F、P+F 塑性变形阻力增强，强度、硬度提升，固溶强化。
低碳钢的拉伸曲线：实际结晶温度低于理论结晶温度的现象称为过冷。
理论结晶温度与实际结晶温度之差为过冷度。
冷却速度越大，过冷度越大。
第二章铸造1.灰铸铁的组织是钢的基体加片状石墨。
它的强度比σb比钢低得多，因为石墨的强度极低，可以看作是一些微裂纹，裂纹不仅分割了基体，而且在尖端处产生应力集中，所以灰铸铁的抗拉强度不如钢。
2.灰铸铁为什么在生产中被大量使用？灰铸铁抗压强度较高，切削加工性良好，优良的减摩性，良好的消振性，低的缺口敏感性，优异的铸造性能。
铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、贝氏体、魏氏组织、马氏体、莱氏体.钢铁由铁矿石提炼而成，来源丰富，价格低廉。
钢铁又称为铁碳合金，是铁（Fe）与碳（C）、硅（Si）、锰（Mn）、磷（P）、硫（S）以及其他少量元素（Cr、V等）所组成的合金。
通过调节钢铁中各种元素的含量和热处理工艺（四把火：淬火、退火、回火、正火），可以获得各种各样的金相组织，从而使钢铁具有不同的物理性能。
将钢材取样，经过打磨、抛光，最后用特定的腐蚀剂腐蚀显示后，在金相显微镜下观察到的组织称为钢铁的金相组织。
钢铁材料的秘密便隐藏在这些组织结构中。
在Fe-Fe3C系中，可配制多种成分不同的铁碳合金，他们在不同温度下的平衡组织各不相同，但由几个基本相（铁素体F、奥氏体A和渗碳体Fe3C）组成。
这些基本相以机械混合物的形式结合，形成了钢铁中丰富多彩的金相组织结构。
常见的金相组织有下列八种：1. 铁素体碳溶于α-Fe晶格间隙中形成的间隙固溶体称为铁素体，属bcc结构，呈等轴多边形晶粒分布，用符号F表示。
其组织和性能与纯铁相似，具有良好的塑性和韧性，而强度与硬度较低（30-100 HB）。
在合金钢中，则是碳和合金元素在α-Fe中的固溶体。
碳在α-Fe中的溶解量很低，在AC1温度，碳的最大溶解量为0.0218%，但随温度下降的溶解度则降至0.0084%，因而在缓冷条件下铁素体晶界处会出现三次渗碳体。
随钢铁中碳含量增加，铁素体量相对减少，珠光体量增加，此时铁素体则是网络状和月牙状。
2. 奥氏体碳溶于γ-Fe晶格间隙中形成的间隙固溶体称为奥氏体，具有面心立方结构，为高温相，用符号A表示。
奥氏体在1148℃有最大溶解度2.11%C，727℃时可固溶0.77%C；强度和硬度比铁素体高，塑性和韧性良好，并且无磁性，具体力学性能与含碳量和晶粒大小有关，一般为170~220 HBS、 =40~50%。
TRIP钢（变塑钢）即是基于奥氏体塑性、柔韧性良好的基础开发的钢材，利用残余奥氏体的应变诱发相变及相变诱发塑性提高了钢板的塑性，并改善了钢板的成形性能。
工程材料及成形技术作业题库一. 名词解释1.间隙固溶体：溶质原子分布于溶剂的晶格间隙中所形成的固溶体。
2.过冷度：实际结晶温度Tn及理论结晶温度下Tm的差值称为过冷度3.再结晶：金属发生重新形核和长大而不改变其晶格类型的结晶过程。
4.同素异构性：同一金属在不同温度下具有不同晶格类型的现象。
5.晶体的各向异性：晶体由于其晶格的形状和晶格内分子间距的不同，使晶体在宏观上表现出在不同方向上各种属性的不同。
6.枝晶偏析：金属结晶后晶粒内部的成分不均匀现象。
7.本质晶粒度：指奥氏体晶粒的长大倾向。
8.淬透性：指钢淬火时获得马氏体的能力。
9.淬硬性：指钢淬火后所能达到的最高硬度。
10.临界冷却速度：钢淬火时获得完全马氏体的最低冷却速度。
11.热硬性：指金属材料在高温下保持高硬度的能力。
12.共晶转变：指具有一定成分的液态合金,在一定温度下,同时结晶出两种不同的固相的转变。
13.时效强化：固溶处理后铝合金的强度和硬度随时间变化而发生显著提高的现象。
14.固溶强化：因溶质原子溶入而使固溶体的强度和硬度升高的现象。
15.形变强化：着塑性变形程度的增加，金属的强度、硬度提高，而塑性、韧性下降的现象。
16.调质处理：指淬火及高温回火的热处理工艺。
17.过冷奥氏体：将钢奥氏体化后冷却至A1温度之下尚未分解的奥氏体。
18.变质处理：在金属浇注前添加变质剂来改变晶粒的形状或大小的处理方法。
19.C曲线：过冷奥氏体的等温冷却转变曲线。
20.孕育处理：在浇注前加入孕育剂，促进石墨化，减少白口倾向，使石墨片细化并均匀分布，改善组织和性能的方法。
21.孕育铸铁：经过孕育处理后的灰铸铁。
22.冒口：作为一种补给器，向金属最后凝固部分提供金属液…23.熔模铸造：熔模铸造又称"失蜡铸造"，通常是在蜡模表面涂上数层耐火材料，待其硬化干燥后，将其中的蜡模熔去而制成型壳，再经过焙烧，然后进行浇注，而获得铸件的一种方法，由于获得的铸件具有较高的尺寸精度和表面光洁度，故又称"熔模精密铸造"。
金属热处理选择习题库+答案一、单选题（共100题，每题1分，共100分）1、工件淬火回火的目的是（）。
A、改变金属组织获得所需性能B、获得强度很高的淬火马氏体C、提高合金元素在固溶体中的溶解度D、通过淬火使表层处于受压状态,再通过回火消除内层的拉应力正确答案：A2、纯铁在不同的温度下,有原子排列紧密程度不同的晶格,其中排列紧密的是（）晶格。
A、密排六方B、四面体C、面心立方D、体心立方正确答案：C3、在某一具体加热条件下,所得到的奥氏体晶粒称为（）。
A、本质晶粒B、起始晶粒C、实际晶粒D、原始晶粒正确答案：C4、加热坯料时,出现烧化的缺陷,一般这样的钢（）。
A、不能挽救B、可以挽救C、正常流通D、轧制后检验确定正确答案：B5、金属发生结构改变的温度称为（）。
A、过冷度B、临界点C、凝固点D、熔点正确答案：B6、一般工程图样上常标注材料的（），作为零件检验和验收的主要依据。
A、塑性B、硬度C、强度D、延伸性正确答案：B7、凸轮轮廓曲线没有凹槽,要求机构传力很大,效率要高,从动杆应选（）。
A、叶子式B、半圆式C、尖顶式D、平底式正确答案：A8、低合金高强度钢加入的主要合金元素有Mn、Si、V、Nb和Ti等，它们大多小能在热轧或（）状态下使用，一般要进行热处理后方可使用。
A、正火B、回火C、淬火D、退火正确答案：A9、（）载荷：在短时间内以较高速度作用于零件的载荷。
A、应力B、交变C、冲击D、静正确答案：C10、拉伸试验时，试样拉断前所能承受的最大应力称为材料的（）。
A、抗拉强度B、抗弯强度C、弹性极限D、屈服点正确答案：A11、（）会引起感应淬火件出现淬硬层深度不足的缺陷。
A、加热时间过长B、连续淬火加热时工件与感应器之间的相对运动速度过慢C、加热时间过短D、频率过低导致涡流透入深度过深正确答案：C12、钢材中某些冶金缺陷,如结构钢中的带状组织、高碳合金钢中的碳化物偏析等,会加剧淬火变形并降低钢的性能,需通过（）来改善此类冶金缺陷。
“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。
