第五章马氏体转变(141)
工程材料第三章作业参考答案
1、解释下列名词：奥氏体化，过冷奥氏体，残余奥氏体；奥氏体的起始晶粒度、实际晶粒度、本质晶粒度。 答：奥氏体化：在临界点以上加热，目的是获得均匀的奥氏体组织，称为奥氏体化奥氏体化也是形核和长大的过程，分为四步：第一步奥氏体晶核形成、第二步奥氏体晶核长大、第三步残余Fe3C溶解、第四步奥氏体成分均匀化。 过冷奥氏体：处于临界点A1以下的奥氏体称过冷奥氏体。过冷奥氏体是非稳定组织，迟早要发生转变。随过冷度不同，过冷奥氏体将发生珠光体转变、贝氏体转变和马氏体转变三种类型转变。 残余奥氏体：即使冷却到Mf 点，也不可能获得100%的马氏体，总有部分奥氏体未能转变而残留下来，称残余奥氏体，用A’ 或g’ 表示。 奥氏体的起始晶粒度：奥氏体化刚结束时的晶粒度称起始晶粒度,此时晶粒细小均匀。 实际晶粒度：在给定温度下奥氏体的晶粒度称实际晶粒度。 本质晶粒度：加热时奥氏体晶粒的长大倾向称本质晶粒度。 2、过冷奥氏体转变时所形成的珠光体类、贝氏体类、马氏体类组织有哪几种 ? 它们在形成条件、组织形态和性能方面有何特点 ? 答：过冷奥氏体在 A1~ 550℃间将转变为珠光体类组织，为铁素体与渗碳体片层相间的机械混合物。根据片层厚薄不同,又细分为珠光体、索氏体和屈氏体。⑴珠光体：形成温度为A1-650℃，片层较厚，500倍光镜下可辨，用符号P表示。⑵索氏体：形成温度为650-600℃,片层较薄，800-1000倍光镜下可辨，用符号S 表示。⑶屈氏体：形成温度为600-550℃，片层极薄，电镜下可辨，用符号T 表示。珠光体、索氏体、屈氏体三种组织无本质区别，只是形态上的粗细之分，因此其界限也是相对的。片间距越小，钢的强度、硬度越高，而塑性和韧性略有改善。 过冷奥氏体在550℃- 230℃ (Ms)间将转变为贝氏体类型组织，贝氏体用符号B表示。根据其组织形态不同，贝氏体又分为上贝氏体(B上)和下贝氏体(B下)。⑴上贝氏体形成温度为550-350℃。在光镜下呈羽毛状.在电镜下为不连续棒状的渗碳体分布于自奥氏体晶界向晶内平行生长的铁素体条之间。⑵下贝氏体形成温度为350℃-Ms。在光镜下呈竹叶状。在电镜下为细片状碳化物分布于铁素体针内，并与铁素体针长轴方向呈55-60o角。上贝氏体强度与塑性都较低，无实用价值。下贝氏体除了强度、硬度较高外，塑性、韧性也较好，即具有良好的综合力学性能，是生产上常用的强化组织之一。 当奥氏体过冷到Ms以下将转变为马氏体类型组织。马氏体的形态分板条和针状两类。⑴板条马氏体：立体形态为细长的扁棒状在光镜下板条马氏体为一束束的细条组织。每束内条与条之间尺寸大致相同并呈平行排列，一个奥氏体晶粒内可形成几个取向不同的马氏体束。在电镜下，板条内的亚结构主要是高密度的位错，r=1012/cm2,又称位错马氏体。⑵针状马氏体立体形态为双凸透镜形的片状。显微组织为针状。在电镜下，亚结构主要是孪晶，又称孪晶马氏体。高硬度是马氏体性能的主要特点。马氏体的硬度主要取决于其含碳量。含碳量增加，其硬度增加。 3、作图并说明共析碳钢 C 曲线上各个区、各条线以及临界冷却速度 V k 的物理意义。答：
第三章 奥氏体在冷却时的转变
第六节钢在冷却时的转变 一、共析钢的过冷奥氏体转变 由铁碳相图可知，共析钢从奥氏体状态冷却到临界点A1点以下时将要发生珠光体转变。实际上，迅速冷却到A1点以下温度时，转变并不是立即开始的，在A1点以下未转变的奥氏体称为过冷奥氏体。 1．过冷奥氏体转变曲线 (1)过冷奥氏体等温转变曲线图10—38是通过实验测定的共析钢过冷奥氏体等温转变 动力学曲线，又称过冷奥氏体等温转变 等温图(又称TTT图或C曲线)。图中 左边的曲线是转变开始线，右边的曲线 是转变完了线。它的上部向A1线无限 趋近，它的下部与Ms线相交。Ms点是 奥氏体开始向马氏体转变的温度。由图 可以看出，过冷奥氏体开始转变需要经 过一段孕育期，在550～500℃等温时孕 育期最短，转变最快，称为C曲线的 “鼻子”。在鼻温以上的高温阶段，随过冷 度的增加，转变的孕育期缩短，转变加 快；在鼻温以下的中温阶段，随过冷度的 增加，转变的孕育期变长，转变变慢。这 是因为共析转变是扩散型相变，转变速 率是由相变驱动力和扩散系数D两个 因素综合决定的(参看第三节)。 过冷奥氏体在不同的温度区间会发 生三种不同的转变。在A1～500~C区间 发生珠光体转变，转变的产物是珠光体(P)，其硬度值较低，在11～40HRC之间；550~C～
Ms点区间发生贝氏体转变，产物是贝氏体(B)，硬度值较高在40～55HRC之间；在Ms点 以下将发生马氏体转变，得到马氏体(M)，马氏体的硬度很高，可达到60HRC以上。碳素 钢的贝氏体转变温度区间与珠光体、马氏体转变的温度区间没有严格的界限，相互之间有重叠。 一般认为过冷奥氏体有了1％的转变即为转变的开始，转变已完成99％即为转变完了。在转变开始线和转变完了线之间，还可以划出转变量为10％、50％、90％等等几条大体平行的曲线(图中以虚线表示)。转变开始线、终止线与A。线、Ms线之间将等温转变图划分成几个区域，各个区域表示组织状态及转变量与温度和时间之间的关系。从等温转变图右侧的纵坐标，还可以看出各温度下转变产物的硬度值。例如，过冷奥氏体在600~C进行等温转变，若等温时间只有1s，钢仍然处在过冷奥氏体状态；如果等温了3s，这时已有50％的奥氏体转变成珠光体，组织状态是奥氏体加珠光体各占50％；若在600~C等温7s以上，过冷奥氏体早已全部转变成珠光体，珠光体的硬度值是38HRC。如果在600~C等温3s后立即淬火，将得到50％马氏体加珠光体的组织。 (2)过冷奥氏体连续冷却转变曲线在绝大多数情况下奥氏体转变是在连续冷却的条件下进行的。如铸造、锻轧、焊接之后，一般都是采用在空气中冷却，或在坑中堆放冷却等连续冷却方式。从奥氏体状态经炉内冷却退火。或空气中冷却正火，或水中急冷淬火等热处理工艺也都是连续冷却过程。因此，研究过冷奥氏体连续冷却转变图(CCT图)，有更大的实际意义。实验测定的不同冷却条件下共析碳钢的CCT图如图10—39所示。由图可以看出，不同冷却速度下，过冷奥氏体开始转变的时间和温度不同，冷却速度越快，开始转变所需的时间越短，转变温度越低。图中还划出该钢的c曲线。与c曲线相比较，CCT图中同样性质的曲线(转变开始线，转变终了线)均位于C曲线的下方。在连续冷却条件下，共析碳钢不发生贝氏体转变。若冷却速度小于33．4~C．s叫(图中的曲线3)时，奥氏体将全部转变成珠光 一、
第三章 改变材料性能的主要途径
1.练习题 一、填空题 1.钢加热时奥氏体形成是由【A 晶核的形成】，【A 晶核的长大】，【剩余C Fe 3的溶解】和【A 成分的均匀化】四个基本过程所组成。 2.在过冷奥氏体等温转变产物中，珠光体与屈氏体的主要相同点是【都是由F 和C Fe 3组成的机械混合物】，不同点是【T 的片层间距比P 的片层间距小、强度硬度比P 高】 3.用光学显微镜观察，上贝氏体的组织特征呈【羽毛】状，而下贝氏体则呈【针】状。 4.与共析钢相比，非共析钢C 曲线的特征是【亚共析钢多一条铁素体析出线，过共析钢多一条渗碳体析出线】。 5.马氏体的显微组织形态主要有【板条状】、【针状】两种，其中【板条状】的韧性较好。 6.钢的淬透性越高，则其C 曲线的位置越【靠右】，说明临界冷却速度越【小】。 7.钢的热处理工艺是由【加热】、【保温】、【冷却】三个阶段组成。一般来讲，它不改变被处理工件的【形状】，但却改变其【组织与性能】。 8.利用C Fe Fe 3-相图确定钢完全退火的正常温度范围是【3Ac 以上20~30C 0】，它只适应于 【亚共析】钢。 9.球化退火的主要目的是【使P 中的C Fe 3球化，降低硬度，便于加工】，它主要适用于【高碳钢】。 10.钢的正常淬火温度范围，对亚共析钢是【3Ac 以上30~50C 0】，对过共析钢是【1Ac 以上30~50C 0 】。 11.当钢中发生奥氏体向马氏体的转变时，原奥氏体中碳含量越高，则Ms 点越【低】，转变后的残余奥氏体量就越【多】 12.在正常淬火温度下，碳素钢中共析钢的临界冷却速度比亚共析钢和过共析钢的临界冷却速度都 【小】。 13.钢热处理确定其加热温度的依据是【C Fe Fe 3-相图】。而确定过冷奥氏体冷却转变产物的依据是【C 曲线】 14.淬火钢进行回火的目的是【获得所要求的力学性能、消除内应力、稳定组织和尺寸】回火温度越高，钢的硬度越【低】 15.钢在回火时的组织转变过程是由【碳的偏聚】、【马氏体的分解】、【残余奥氏体的转变】和 【渗碳体的聚集长大和铁素体再结晶】。 16.化学热处理的基本过程包括【分解】、【吸收】和【扩散】三个阶段。 17.索氏体和火花索氏体在形态上的区别是【S 中C Fe 3呈片状，而回火S 中的C Fe 3呈粒状】，在性能上的区别是【在强度、硬度相同时，回火S 的塑性、韧性比正火S 的好】。 二、不定项选择题 1.钢在淬火后获得的马氏体组织的粗细主要取决于【b .奥氏体的实际晶粒度 d.奥氏体的最终晶粒度】 2.奥氏体向珠光体的转变是【a.扩散型转变 d.高温转变】 3.钢经调质处理后获得的组织是【c.回火索氏体】 4.过共析钢的正常淬火加热温度是【b.C A o c )50~30(1+】 5.影响碳钢淬火后残余奥氏体量的主要因素是【b.钢中奥氏体的碳含量 d.钢的淬火加热温度】 6.共析钢过冷奥氏体在550~350的温度区间等温转变时，所形成的组织是【c.上贝氏体】 7.若合金元素能使C 曲线右移，则钢的淬透性将【b.提高】 8.马氏体的硬度取决于【c.奥氏体的碳含量】 9.淬火时，零件易变形、干裂的形状可能有【b. 有尖角d.壁厚不均匀】 10.对形状复杂，截面变化大的钢件进行淬火时，应选用【a.高淬透性钢】 11.对形状复杂，截面变化大的零件进行淬火时，应采用【c.盐浴中淬火】 12.若要提高淬火时的淬硬层深度，应采取【a.选择高淬透性钢】
马氏体转变
马氏体转变 马氏体转变的发展过程 早在战国时代人们已经知道用淬火(即将钢加热到 高温后淬入水或油中急冷) 的方法可以提高钢的硬度， 经过淬火的钢制宝剑可以“削铁如泥”。 十九世纪末期，人们才知道钢在“加热和冷却”过 程中内部相组成发生了变化，从而引起了钢的性能的 变化。为了纪念在这一发展过程中做出杰出贡献的德 国冶金学家Adolph Martens 法国著名的冶金学家 Osmond 建议将钢经淬火所得高硬度相称为“马氏体” 并因此将得到马氏体相的转变过程称为马氏体转变。 Martensite M—马氏体
十九世纪末到二十世纪初主要局限于研究钢中的马氏 体转变及转变所得产物—马氏体。 二十世纪三十年代，人们用X 射线结构分析的方法测 得钢中马氏体是碳溶于α-Fe 而形成的过饱和固溶体，马 氏体中的固溶碳即原奥氏体中的固溶碳，因此，曾一度认 为“所谓马氏体即碳在α—Fe 中的过饱和固溶”。 曾经有人认为“马氏体转变与其它转变不同，是一个由 快冷造成的内应力场所引起的切变过程”。 四十年代前后，在Fe—Ni 、Fe—Mn 合金以及许多有 色金属及合金中也发现了马氏体转变。不仅观察到冷却过 程中发生的马氏体转变；同时也观察到了在加热过程中所 发生的马氏体转变。由于这一新的发现，人们不得不把马 氏体的定义修定为：“在冷却过程中所发生马氏体转变所 得产物统称为马氏体”。
近年来，由于实验技 术的进一步发展，使人们 对马氏体的结构以及马转 变的特征又有了进一步的 了解，对许多现象的认识 也有了很大的进步，并因 此而推动了热处理新工艺 及新材料的发展，其中最 为脍炙人口的是在热弹性 马氏体基础上发展起来的 形状记忆合金。
马氏体转变
第四章马氏体转变 4-1 M转变的主要特征 1．M转变属于非扩散相变，具有无扩散性 实验依据 (1)M的化学成分与转变钱A的化学成分完全相同 (2)穆斯堡尔谱测定的结果表明，在发生M转变时原来A中碳原子所处的位置，直接遗传给M (3)M转变速度极快，即使在下，M长大速度为，每一片M形成约需 上述三点证明M转变过程未发生原子的扩散，非扩散机制 无扩散含义：（a）相变时原子的位移量小于一个原子间距 （b）在M转变前的原子的相对位置不变 （c）转变过程原子协同移动（军队式转变） 2．M转变的共格切变性 在发生M相变时，原来磨光的表面上会出现浮凸，原来划在表面上的直线变成折线，而且即不断开也不弯折，因而说明： （1）发生倾动的表面一直保持为一个平面，即发生了均匀的切变 均匀切变：晶胞的变形和晶体的宏观变形相似 （2）A/M界面为共格或半共格 （3）M转变时有一个惯习面，M与A之间有一定的位向关系、 惯习面：M总是在母相A的一定晶面上形成，这一定的晶面称之为惯习面。以母相的晶面指数表示。M的惯习面随钢中的含碳量不同而不同，例如 马氏体的惯习面尺寸不变，也不转动，所以称为不变平面，M转变时发生共格切变，总是保持惯习面为不变平面，因为M转变时的应变又称为不变平面应变。 位向关系：M与原A为共格或半共格，故存在位向关系，现以观测到的有 定义：M转变：在冷却过程中发生无扩散，共格切变方式的固态相变。称之为M转变。其转变产物为M。 马氏体：是无扩散，共格切变式的固态转变的产物，M是非平衡相变的产物，因而是非平衡组织是亚稳组织，有向稳定组织转变的自发趋势。 3 M相变属一级相变，有体积效应。（V=0）;热效应（H 0），M转变形核长大过程。属于有核相变。 4 M转变动力学具有多样性，变温形成。等温形成，爆发形成等。 5 M转变具有不完全性。组织中总含有残余A，且钢的含碳量越高，Ar量也越多。 6 M的转变的可逆性，A M。As~~Af。As高于Ms，Au—ed，Ag—cu， As与Ms仅差20~50.C，Fe—Ni大400。C。Fe—C合金未发现逆变。 7 M转变具有普遍性，黑色，有色，陶瓷都有M转变。 4—2M的晶体结构 1M点阵常数。 早在20年代人们用X射线的方法测定室温下，常用碳钢点阵常数a和c，计算c/a（正方度）发生它们和M的含碳量呈线性关系，并可导出一组公式 A1=2.861A0 A-FD点阵常数c/a~正方度由此可见由于c原子强制溶入使c/a不等于1a-Fe
工程材料与成形技术基础第三章答案(机械工业出版社)
庞国星主编 工程材料作业第三章答案 3-1、比较下列名词 （2）比较索氏体和回火索氏体 , 马氏体和回火马氏体的主要区别。 正火组织：索氏体S:属于细珠光体， 其中渗碳体呈片状。回火组织,淬火后高温回火,碳化物从过饱和F中析出,称为回火索氏体S回，呈粒状渗碳体，塑、韧性更好 淬火组织:马氏体:过饱和F 回火组织:淬火后低温回火，碳化物开始从M中析出，成为M 回。保持高硬度，消除内应力，改善脆性。 3-2、判断下列说法是否正确： （1）钢在奥氏体化后，冷却时形成的组织主要取决于钢的加热温度。 错误，钢在奥氏体化后，冷却时形成的组织主要取决于钢的冷却速度。 （2）低碳钢与高碳钢工件为了便于切削加工，可预先进行球化退火。 错误，低碳钢工件为了便于切削加工，预先进行热处理应进行正火（提高硬度）或完全退火。而高碳钢工件则应进行球化退火（若网状渗碳体严重则在球化退火前增加一次正火），其目的都是为了将硬度调整到HB200左右并细化晶粒、均匀组织、消除网状渗碳体。 （3）钢的实际晶粒度主要取决于钢在加热后的冷却速度。 错误，钢的实际晶粒度主要取决于钢的加热温度。 （4）过冷奥氏体冷却速度快，钢冷却后的硬度越高 错误，钢的硬度主要取决于含碳量。 （5）钢中合金元素越多，钢淬火后的硬度越高 错误，钢的硬度主要取决于含碳量。 （6）同一钢种在相同加热条件下，水淬比油淬的淬透性好，小件比大件的淬透性好。 正确。同一钢种，其C曲线是一定的，因此，冷速快或工件小容易淬成马氏体。（7）钢经过淬火后是处于硬脆状态。 基本正确，低碳马氏体韧性要好些，而高碳马氏体硬而脆。 （8）冷却速度越快，马氏体的转变点Ms和Mf越低。 正确。 （9）淬火钢回火后的性能主要取决于回火后的冷却速度。 错误，淬火钢回火后的性能主要取决于回火温度。 （10）钢中的含碳量就等于马氏体的含碳量 错误，钢中的含碳量是否等于马氏体的含碳量，要看加热温度。完全奥氏体化时，钢的含碳量等于奥氏体含碳量，淬火后即为马氏体含碳量。如果是部分奥氏体化，钢的含碳量一部分溶入奥氏体，一部分是未溶碳化物，从而可以减轻马氏体因含碳量过高的脆性，也能细化晶粒，此时马氏体含碳量要低于钢的含糖碳量。 3-4、什么是钢的回火？钢的回火有哪些过程？。。。 淬火碳钢回火过程中的组织转变对于各种钢来说都有代表性。回火过程包括马氏体分解，碳化物的析出、转化、聚集和长大，铁素体回复和再结晶，残留奥氏体分解等四类
机械制造工艺学第三版王先逵第五章习题解答答案教学文稿
机械制造工艺学习题解答 第五章：机械加工表面质量及其控制（第3版P267） 5-1机械加工表面质量包括哪些具体内容？ 答：（P229）机械加工表面质量，其含义包括两个方面的内容：A．加工表面层的几何形貌，主要由以下几部分组成：⑴表面粗糙度； ⑵波纹度；⑶纹理方向；⑷表面缺陷。 B．表面层材料的力学物理性能和化学性能，主要反映在以下三个方面：⑴表面层金属冷作硬化；⑵表面层金属的金相组织变化；⑶表面层金属的残余应力。 5-2为什么机器零件一般总是从表面层开始破坏的？加工表面质量对机器使用性能有哪些影响？ 答：（P231）(1)由于表面是零件材料的边界，常常承受工作负荷所引起的最大应力和外界介质的侵蚀，表面上有着引起应力集中而导致破坏的微小缺陷，所以这些表面直接与机器零件的使用性能有关。(2)加工表面质量对机器的耐磨性、耐疲劳性、耐蚀性、零件配合质量都有影响。 5-3车削一铸铁零件的外圆表面，若进给量f=0.40mm/r，车刀刀尖圆弧半径re=3mm，试估算车削后的表面粗糙度。
5-6为什么提高砂轮速度能减小磨削表面的粗糙度数值，而提高工件速度却得到相反的结果？ 答：（P224）砂轮速度越高，单位时间内通过被磨表面的磨粒数就越多，工件材料来不及变形，因而工件表面粗糙度值越小。而工件速度增大，单位时间内通过被磨表面的磨粒数减少，塑性变形增加，表面粗糙度值将增大。 5-7为什么在切削加工中一般都会产生冷作硬化现象？ 答：（P240）机械加工过程中产生的塑性变形，使晶格扭曲、畸变，晶粒间产生滑移，晶粒被拉长，进一步变形受到阻碍，这些都会使表面层金属的硬度增加，统称为冷作硬化（或称为强化）。