钢的热处理 习题解答

第二章钢的加热转变2.奥氏体晶核优先在什么地方形成？为什么？答：奥氏体晶核优先在α/Fe3C界面上形成原因：①能量起伏条件易满足（相界面能的增加减少，也是应变能的增加减少）②结构起伏条件易满足③成分起伏条件易满足6.钢的等温及连续加热TTA图是怎样测定的，图中的各条曲线代表什么？答：等温TTA图将小试样迅速加热到Ac1以上的不同温度，并在各温度下保持不同时间后迅速淬冷，然后通过金相法测定奥氏体的转变量与时间的关系，将不同温度下奥氏体等温形成的进程综合表示在一个图中，即为钢的等温TTA图。

四条曲线由左向右依次表示：奥氏体转化开始线，奥氏体转变完成线，碳化物完全溶解线，奥氏体中碳浓度梯度消失线。

连续加热TTA图将小试样采用不同加热速度加热到不同温度后迅速淬冷，然后观察其显微组织，配合膨胀试验结果确定奥氏体形成的进程并综合表示在一个图中，即为钢的连续加热TTA图。

Acc 加热时Fe3CⅡ→A 终了温度Ac3 加热时α→A 终了温度Ac1 加热时P→A 开始温度13.怎样表示温度、时间、加热速度对奥氏体晶粒大小的影响？答：奥氏体晶粒度级别随加热温度和保温时间变化的情况可以表示在等温TTA图中加热速度对奥氏体晶粒度的影响可以表示在连续加热时的TTA图中随加热温度和保温时间的增加晶粒度越大加热速度越快I↑由于时间短，A晶粒来不及长大可获得细小的起始晶粒度补充2.阐述加热转变A的形成机理，并能画出A等温形成动力学图（共析钢）答：形成条件ΔG=Ga-Gp<0形成过程形核：对于球化体，A优先在与晶界相连的α/Fe3C界面形核对于片状P, A优先在P团的界面上形核长大：1 ）Fe原子自扩散完成晶格改组2 ）C原子扩散促使A晶格向α、Fe3C相两侧推移并长大Fe3C残留与溶解：A/F界面的迁移速度> A/Fe3C界面的迁移速度，当P中F完全消失，Fe3C残留Fe3C→AA均匀化：刚形成A中，C浓度不均匀。

C扩散，使A均匀化。

A等温形成动力学图（共析钢）见课本P22 图2-163.用Fe-Fe3C相图说明受C在A中扩散所控制的A晶核的长大。

答：①T1温度，A晶核在F/Fe3C界面形成，A晶核中C分布不均匀②A中C发生扩散左侧升为C1，右侧降为C2③由相图知T1温度下，A/F, A/Fe3C两相共存保持平衡，分别保持④为恢复平衡，左侧F变成A消耗C原子，使界面浓度降为；右侧，A溶解提供C原子，使界面浓度升为。

相界面的平衡破坏又建立又破坏又建立…A长大Fe-Fe3C相图见课本P18 图2-104.生产上细化奥氏体晶粒的方法答：1 ）利用AlN颗粒细化A晶粒2 ）利用过渡族金属的碳化物（TiC、NbC）细化晶粒3 ）快速加热，利用T和t对A晶粒长大的影响来细化晶粒。

第三章珠光体转变与钢的退火和正火4.为什么说珠光体转变是以扩散为基础并受扩散所控制？答：因为珠光体转变是由含0.77%C的奥氏体分解为碳含量很高（6.69%）的渗碳体和碳含量很低（0.0218%）的铁素体，转变中同时完成了原子扩散和点阵重构两个过程。

5.什么是珠光体的纵向长大和横向长大？为什么说珠光体的纵向长大受碳原子在奥氏体中的扩散所控制？答：珠光体长大的基本方式是沿着片得长轴方向长大，称为纵向长大。

同时还可以进行横向形核，纵向长大，称为横向长大。

因为当P晶核在A晶界形成，A、F、Fe3C三相共存，过冷A中存在碳浓度不均匀。

C 原子扩散破坏该浓度下的相界面碳浓度平衡，为了恢复平衡，与F相接的A形成F排出C 使碳浓度升为C1，与Fe3C相接A形成Fe3C消耗C使碳浓度降为C2，如此反复，使P晶核纵向长入A晶内。

16.试用Hultgren外推法说明伪共析体的形成条件。

答：Hultgren外推法认为相图上各条相界（即相区交界线）的延长线仍具有物理意义。

GS 线的延长线SG’是奥氏体对铁素体的饱和线，ES线的延长线SE’仍可看作是奥氏体对渗碳体的饱和线。

奥氏体只有当快冷到Ar1以下、SE’线以左或Ar1以下、SG’线以右范围内时，才能有先共析相析出。

如果将奥氏体快冷到SE’线和SG’线以下的影线区时，则会因同时对铁素体和渗碳体所过饱和而直接进行珠光体转变。

这种非共析成分的奥氏体不经过先共析转变而直接进行珠光体转变得到的珠光体，在显微组织上也是由片层状的铁素体和渗碳体组成，但两个相的相对含量以及片层相对厚度都不同于共析成分的珠光体，这种珠光体又称为伪共析体。

17.说明先共析相的不同形态及其形成条件。

答：1 ) 网状F、块状F先共析F靠非共格界面迁移完成，当转变温度较高，奥氏体较易变形，δe不是主要阻力，δs是主要阻力，如果原A含C量高，网状F；如果原A含碳量低，块状F2 ）状F先共析F靠A共格界面迁移完成，当转变温度较低，A不易变形，δe是主要阻力，F核通过共格界面迁移形成片状F3 ）网状Fe3C碳含量靠近共析成分，奥氏体晶粒较粗大、冷却速度较慢补充1.共析钢片状珠光体的形成机理答：1 ）形核①A晶界②A晶内2 ）长大以Fe3C为领先相当P晶核在A晶界形成，A、F、Fe3C三相共存，过冷中存在碳浓度不均匀C1不等于C2 C原子扩散破坏该浓度下的相界面浓度平衡，为恢复平衡，与F相接的A形成F派出C使碳浓度升为C1，与Fe3C相接的A生成Fe3C，消耗C使碳浓度降为C2，如此反复，P晶核纵向长入A晶内。

2.共析钢粒状珠光体的形成机理答：1.直接球化机制不均匀的A或未溶的渗碳体2.间接球化机制A→片状P→粒状P 从能量上讲片状P自发的转化为粒状P3.珠光体的TTT图为什么会出现“鼻子”答：因为该曲线表明，在转变开始前需要一段孕育期，随转变温度从高到低变化时，孕育期先缩短，转变加速；随后，孕育期又增长，转变过程也减慢。

故曲线的形状呈字母“C”形，在C曲线的拐弯处，通称为“鼻子”。

第四章马氏体转变1.试说明钢中马氏体的晶体结构，马氏体的正方度取决于什么？为何会出现反常正方度？答：马氏体的晶体结构和正方度取决于其碳含量马氏体是碳在α—Fe中的过饱和间隙固溶体具有体心立方或体心正方点阵。

马氏体碳含量越高，其点阵中被充填的碳原子数量越多，则正方度便越大。

C原子在三个亚点阵上分布的几率相等（C原子无序分布，马氏体点阵应为体心立方结构）。

但马氏体为体心正方结构，碳原子在三个亚点阵上分布几率必然不相等。

C原子优先占据第三亚点阵而呈有序分布。

80%第三亚点阵（C原子为无序分布）+20%第一、第二亚点阵，C原子在马氏体中是部分有序的。

异常低正方度是马氏体在第一或第二亚点阵的碳原子增加的结果2.马氏体转变有哪些主要特点？答：1 ）马氏体转变产生表现浮凸，是不变平面应变，且切变共格。

2 ）马氏体转变时母相与马氏体之间存在位相关系。

3 ）马氏体转变的非恒温性与不完全性。

4 ）马氏体转变具有无扩散性。

5 ）马氏体转变的可逆性3马氏体转变的切变模型主要有哪些？试说明它们的基本原理。

按K-S关系和西山关系，马氏体与母相奥氏体间在取向关系上有何差别？是作图说明。

答：1 ）Bain模型奥氏体点阵只要通过适当变形（沿Z’轴压缩，沿X’,Y’轴膨胀），调整一下轴比，使之达到与其碳含量相应的轴比值时，即可由奥氏体转变为马氏体。

2 ）K-S模型转变不靠原子的扩散，而是靠同孪生变形相似的、由母相中的许多原子对其相邻晶面作协同的、有规律的、小于一个原子间距（近程）的迁移，即切变过程来实现。

两次切变①沿（111）A [-211]切变15度15分②沿（1-21）A [1-10]切变10度32分3 ）G-T模型两次切变:第一次切变沿﹛259﹜r进行的均匀切变造成表面浮凸，得到一种过渡点阵（复杂点阵）第二次切变在（112）α’[11-1] α’方向发生不均匀切变（微观切变）最终得到马氏体点阵4 ）K-N-V模型面心立方全位错可分解为滑移型的不全位错，其间形成的堆垛层错区域可作为六方点阵相的平面核胚。

层错存在部位的堆垛次序与密排六方的堆垛次序相同可作为ε相的核胚，与相邻面扩展和点阵调整可使六方点阵马氏体形核。

西山关系与K-S关系相比，两者的晶面平行关系相同，但晶向平行关系却相差5度16分图见课本P80 图4-74.简述钢中板条马氏体和片状马氏体的形貌特征、晶体学特点、亚结构以及其机械性能的差异。

答：板条状马氏体：由束、块、板条等组织单元构成，亚结构为高密度的位错，晶体学取向关系符合K-S关系，惯习面为（111）r 有较高的强度、硬度，韧性好片状马氏体：相邻马氏体片一般互不平行，而是呈一定的交角排列，空间形态呈双凸透镜片状，亚结构为孪晶，晶体学取向关系符合K-S或西山关系，惯习面为﹛225﹜r或{259}r 有高强度、高硬度，但韧性差%C﹤0.3% 板条状0.3~1.0%C 板条状+片状马氏体混合组成〉1.0%C 片状马氏体5.影响Ms点的主要因素有哪些？答: 1 ）化学成分2 ）应力和塑性形变3 ）奥氏体化条件4 ）先马氏体的组织转变5 ）磁场6.Md点物理意义是什么？应力诱发马氏体转变在什么条件下发生？在Md点以上对奥氏体进行塑性变形对随后冷却时的马氏体转变有何影响？答：产生应变诱发马氏体的最高限温度称为Md点在Ms点以上一定温度范围内进行塑性形变会促使奥氏体在形变温度下发生马氏体转变，即应力诱发马氏体转变。

在Md点以上对奥氏体进行塑性形变，少量的塑性形变能促进随后冷却时的马氏体转变，而超过一定限度的塑性形变则起着相反的作用，甚至使奥氏体完全稳定化。

9.影响钢中马氏体强韧性的主要因素有哪些？答：钢中马氏体的强度主要取决于M的含碳量。

随碳含量的增加强度、硬度增加，当碳含量大于0.6%时，强度、硬度接近最大值。

韧性主要取决于M的亚结构。

板条M韧性优于片状M。

10.何谓热弹性马氏体、伪弹性和形状记忆效应？答：马氏体片可随温度降低而长大，随温度升高而缩小。

具有这种特性的马氏体称为热弹性马氏体。

外加应力的改变引起M片的消长，外力增加，马氏体片长大；外力减小，马氏体片缩小。

伴随材料宏观形状而改变称由应力诱发的M定向转变而引起的弹性现象叫伪弹性。

将某些金属材料在马氏体状态下进行塑性变形后加热至某一特定温度以上能自动回复原来形状的效应，称为形状记忆效应。

补充1.简述形变诱发马氏体的原因。

答：马氏体的比容大，转变时要产生体积膨胀，因而拉应力状态必然会促进马氏体形成，从而表现为使Ms点升高，而多向压应力则会阻止马氏体形成。

2.为什么板条M韧性优于片状马氏体答：M的韧性主要取决于M的亚结构片状M韧性差：①亚结构是孪晶滑移系统少，变形以孪生方式进行，位错不易运动，易造成应力集中形成显微裂纹。

②片状M含C量高，点阵中C原子多，造成点阵不对称，畸变程度大，对韧性破坏大。

③片状M内部有显微裂纹板条M韧性好：①位错亚结构变形以滑移方式进行，不易诱发裂纹②含C量低，点阵不对称，畸变小，对韧性损害小③板条单元平行排列，不互相冲撞，无显微裂纹。