热处理考点1课案

§1、金属固态相变基础

1．什么是金属热处理？什么是金属固态相变？二者有什么关系？

金属热处理：是将固态金属通过特定的加热和冷却方法，使之得到工程技术上所需要性能的一种工艺过程的总称。

固态相变：固态金属在温度和压力改变时其组织和结构会发生变化的通称。热处理就是利用金属固态相变的原理来得到相应的特性。

2．金属固态相变分为平衡相变与非平衡相变两大类，它们各包括哪些常见的固态相变类型？在这些固态相变类型中，哪些相变只有结构的变化？哪些相变既具有结构的变化也具有成分的变化？

平衡相变：同素异晶转变多形性转变平衡脱溶转变共析转变调幅分解有序化转变

非平衡相变：伪共析转变、马氏体转变、贝氏体转变、非平衡脱溶沉淀只有结构变化：同素异晶转变、多形性转变、马氏体转变兼有结构成分的变化：共析转变、伪共析转变、平衡脱溶转变、非平衡脱溶转变、贝氏体转变

只有成分的变化：调幅分解

3．简述固态相变的一般特点

1.相变阻力大，相变需要较大的过冷度。

2.新相与母相之间存在一定的晶体学位向关系，导致母相对新相的组织有一定的遗

传性。

3.母相的晶体缺陷对相变起促进作用。

4.扩散过程是固态相变的控制因素，在温度较低时还可能改变转变的类型，如从扩

散型改变为协同型。

5.易出现过渡相，有些反应不能进行到底，过渡相可以长期保留。

§2、热处理原理之加热转变

1.简述珠光体奥氏体化的一般过程，在这个过程中耗时最多的是那些阶段？奥氏体晶核

的形成奥氏体的长大

残余渗碳体的溶解奥氏体成分的均匀化

2.简述奥氏体晶核在a /Fe3C界面上优先形核的原因

①在a /Fe3C界面处的浓度起伏较大，有利于达到奥氏体形核所需要的碳浓度；

②在a /Fe3C 界面处，原子排列不规则，有利于铁原子通过短程扩散实现晶体结构

的转变；

③在a /Fe3C界面处，存在着其它晶体缺陷及杂质等，能量起伏较大，有利于形

核。

3.钢中含碳量越高，奥氏体的形成速度越快，为什么？

①含碳量增高，渗碳体增多，a /Fe3C的相界面积增加奥氏体的形核率提高

②含碳量增高，碳原子的扩散能力增大以上两方面导致奥氏体形成速度增加，所

以钢中含碳量越高，奥氏体的形成速度越快。

4.简述奥氏体等温形成的动力学特点。

①奥氏体形成需要一定的孕育期

②等温转变开始阶段，转变速度逐渐增大，在转变量约为50％时达到最快，然后

逐渐减慢。

③转变温度越高，奥氏体的形成速度越快。

5.什么是奥氏体起始晶粒度、奥氏体实际晶粒度和奥氏体本质晶粒度？

奥氏体起始晶粒度：将钢加热至临界温度以上，奥氏体转变刚刚完成、其晶粒边界刚刚相互接触时的晶粒大小，称为奥氏体起始晶粒度。

奥氏体实际晶粒度：在一定热处理加热、焊接或热加工制度下，所获得的奥氏体晶粒大小，称为奥氏体实际晶粒度。

奥氏体本质晶粒度：根据标准试验方法规定，将钢材加热至930土10 C，保温3?8小时，然后冷却至室温，测得的奥氏体晶粒大小，称为奥氏体本质晶粒度。

6.简述生产中控制奥氏体晶粒度的方法。

①利用AlN 颗粒细化晶粒

②利用过渡族金属的碳化物或氮化物来细化晶粒

③采用加热制度和保温时间的影响来细化晶粒

④采用预先热处理工艺细化晶粒

7.什么是组织遗传，消除组织遗传的方法和具体措施。组织遗传：钢过热后冷却，得到的原始组织为马氏体、贝氏体等组织时，在再次正常加热后，形成的奥氏体仍然保留原

来的粗大晶粒、甚至原来的晶体学取向关系和晶界，这种现象称为组织遗传消除组织遗传的方法：

破坏第二次转变中新相、母相之间严格的晶体学取向关系。具体措施：

①避免由不平衡组织直接加热 A 化，先进行一次高温回火或中间退火；

②避免新的A 以无扩散机理形成，可控制加热速度和加热温度，以防止

M 逆转变的发生；

③通过加热- 冷却的多次循环，来破坏新旧相间的取向关系。

§3、热处理原理之冷却转变

1 ?简述共析碳钢C-曲线的建立步骤

①把具有相同组织、相同尺寸(? 10X 1.5mm)的试样，分成若干组，每组有多个

试样；

②将各组试样都在相同条件下奥氏体化，以获得比较均匀的奥氏体；

③迅速将奥氏体化后的各组试样过冷到Ari点以下不同温度(如650C、600

C、500C、350C、230C等)的等温盐浴炉中、保温一系列时间，

进行等温转变；

④每隔一定时间取出其中一个试样淬于水中，将不同时刻的等温状态固定到室温；

⑤将各个试样用硝酸酒精刻蚀，在显微镜下观察组织变化并测定组织转

变量；

2．简述碳浓度对过冷奥氏体等温转变的影响规律。

①亚共析钢的C-曲线上多出一条Y —a转变的开始线，过共析钢的C-曲线上多

出一条Y—Fe3C转变的开始线；

②P转变区域：共析碳浓度的A最稳定，碳浓度离共析成分越远，则A—P 的转变越

快；

③B转变区域：A碳浓度越小，A—B转变越快；

④随着碳浓度的增高，Ms点逐渐降低。

3.试说明亚共析钢C—曲线中Ms线右端下斜、而过共析钢C—曲线中Ms线右端上翘

的原因。

亚共析钢Ms线右端下斜的原因：由于铁素体析出和贝氏体转变都使周围奥氏体富碳，因而使Ms点降低。铁素体和贝氏体的形成量越多，则奥氏体富碳越多，因而Ms点降低越多。

过共析钢Ms线右端上翘的原因：这是由于二次渗碳体的析出，使周围奥氏体贫

碳，奥氏体贫碳越多，Ms点升高越厉害。

4.试说明过冷奥氏体转变曲线在工业生产中有哪些应用。

①制定热处理工艺②分析转变产物③选用焊接方法并分析产生裂纹的倾向

§4、热处理原理之珠光体转变

1.什么是珠光体？珠光体分类的依据是什么？珠光体分为哪几类珠光体？其中最常见的

珠光体是哪两类？这两类珠光体的性能各有什么特点？

珠光体是渗碳体和铁素体片层相间、交替排列形成的机械混合物。

珠光体分类的依据是渗碳体形态不同，

分为三类：片状珠光体粒状珠光体针状珠光体，其中最常见的是片状珠光体和粒状珠光体。

片状珠光体的强度、硬度较高，但塑性较差；粒状珠光体的强度、硬度稍低，但塑性较好。

2.什么是珠光体的片层间距？珠光体片间距S o与过冷度△ T之间存在怎样的定量

关系？简要说明珠光体片间距S o与过冷度△ T之间必然存在一定定量关系的理由。

珠光体的片层间距：在片状珠光体中，一片铁素体和一片渗碳体的总厚度或相邻两片渗碳体或铁素体中心之间的距离，称为珠光体的片间距离。

So=C/ △T

S 和厶T存在一定定量关系的理由：

①一方面，珠光体型相变为扩散型相变，铁素体片和渗碳体片的长大是受碳、铁原

子的扩散控制的。

②另一方面，在过冷度△ T一定的情况下S不可能过小。

3.什么是珠光体的片层间距？根据珠光体片间距S o的大小可把珠光体分为哪几类？

它们的强度与硬度有何特点，并说明理由。

普通珠光体P、索氏体S和屈氏体T

P : S0>0.25卩m能清晰分辨出片层结构；

S : S0=0.25~0.08卩m很难分辨出片层结构；

T : S0V0.08卩m无法分辨片层结构

随着珠光体片间距离的减小，珠光体的强度、硬度和塑性均升高。理由:由于铁素体与渗碳体片薄时，相界面增多，阻碍位错运动；需要协调的具有同位向的晶粒越多，在外力作用下，抵抗塑性变形的能力增高；

4.在共析钢中，渗碳体和铁素体作领先相的趋势是相同的，为什么一般认为其珠光体形

成时的领先相是渗碳体？

①珠光体中的渗碳体与从奥氏体中析出的先共析渗碳体具有相同的晶体位向

②珠光体中的渗碳体与从奥氏体中析出的先共析渗碳体具有组织连续性

③奥氏体中未溶解的渗碳体有促进珠光体形成的作用，而先共析铁素体的

存在，对珠光体的形成则无明显的影响。

5.在共析钢的珠光体转变过程中，领先相是什么组织及领先相形核的位置？领先相形核

时呈什么形态并说明理由。

领先相是渗碳体，

形核位置：母相成分均匀时，优先在原A相界面上形核；

母相成分不均匀时，则可能在晶粒内的亚晶界或缺陷处形核

呈片状形核：新相产生时引起的应变能较小；片状伸展时获得碳原子的面

积增大; 碳原子的扩散距离相对缩短。

6．简述粒状珠光体中的粒状渗碳体通过片状珠光体中片状渗碳体的球状化而得的机理。

根据胶态平衡理论，第二相颗粒的溶解度，与其曲率半径有关。靠近非球状渗碳体的尖角处（曲率半径小的部分）的固溶体具有较高的C浓度，而靠近平面处（曲率半径大的部分）的固溶体具有较低的C浓度，这就引起了C

的扩散，因而打破了碳浓度的胶态平衡。结果导致尖角处的渗碳体溶解，而在平面处析出渗碳体（为了保持C浓度的平衡）。如此不断进行，最后形成了各处曲率半径相近的球状渗碳体。

7．合金元素对珠光体转变有怎样的影响规律？合金元素是从哪些方面对珠光体转变产生影响的？