金属热处理原理与工艺相关习题讲解

• 应用范围:
• 1.预备热处理:调整低、中碳钢的硬
•
度;消除过共析钢中的Fe3CⅡ（除网
）。
• 2.最终热处理:用于力学性能要求不
•
高的普通零件。
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4-1 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？为何出现反常正方度？
1. 马氏体的晶体结构类型有两种： 体心立方结构（WC<0.2%） 体心正方结构（WC>0.2%）
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2. 那些因素构成相变阻力？ • 界面能和应变能均是相变的阻力
应变能（由共格应变能和比容差应变能构成）
3.那些因素构成相变驱动力？ 均匀形核：新旧相的体积自由能差ΔGv 非均匀形核：ΔGv和ΔGd（缺陷消失释放能）
1-4-1 固态相变均匀形核的驱动力是（ c ）
（A）界面能差；
（B）应变能差；
金属热处理原理与工艺
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1-3 固态相变时形成新相的形状与过冷度大小有何 关系？
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1-3-1 固态相变时形成新相的形状与过冷度大小关系 是（b ）
（A）过冷度大时容易出现球状； （B）过冷度大时容易出现薄片状； （C）过冷度大时容易出现针状； （D）过冷度大时容易出现几何形态
1-3-2 固态相变时形成新相的形状与过冷度大小有 很大的关系，一般过冷度大时新相的形态呈现出( 盘 )状；而过冷度比较小时，当新旧两相的比容 差小时，新相的形态是（ 球状 ） ；当新旧两相 的比容差大时，新相的形态是（ 针状 ）。
（a）C原子在马氏体的晶胞中可能存在的位置； （b）C原子在马氏体的晶胞中一组扁八面体间隙位置 可能存在的情况； 2。马氏体正方度与含碳量呈直线关系，含碳量愈高，正方度 愈大。
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4-2 马氏体传变有哪些特点？
• 马氏体转变的非恒温性 • 马氏体转变的切变共格性和表面浮凸现象 • 马氏体转变的无扩散性 • 马氏体转变具有一定的位向关系和惯习面 • 马氏体转变的可逆性
界面上原子排列不规则，位错等晶体学缺陷密度 较大，处于能量较高的状态，比较容易满足能量 起伏；
同时新相晶核形成时，可以使部分晶体学缺陷消 失，使系统的能量进一步下降，因此在相界面处 是奥氏体形核的首选位置。
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2-2-1 珠光体奥氏体化时奥氏体晶核优 先形核的部位是( c )
（A）在铁素体内 ；
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2-10 为什么对奥氏体晶粒长大及控制的研究 对于热处理生产具有重要的意义？
奥氏体晶粒的大小对钢的力学性能有至关 重要的影响，奥氏体的晶粒越细小，冷却 后奥氏体的转变产物的室温组织也越小， 钢的强度和韧性也越好；
确定热处理的加热方式； 确定热处理的加热温度和保温时间
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3-2 试对珠光体片层间随转变温度的降低而减 少做出定性的解释。
珠光体型相变为扩散型相变，是受碳、铁原子的扩 散控制的。 当珠光体的形成温度下降时，过冷度ΔT增加，扩 散变得较为困难，从而层片间距必然减小（以缩短 原子的扩散距离），所以片层间距离S与ΔT成反比 关系。 原子所需扩散的距离就要增大，这使转变发生困难 ； 若S过小，则由于相界面面积增大，而使表面能增 大小，，这而使时相Δ变GV不不变易，进△行G。S增可加见，，必S与然Δ使T相必变然驱存动在力一过 定的定量关系。
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3-23 说明球化退火的目的，并解释常用的三 种球化退火工艺。
共析钢和过共析钢球化退火得到球状珠光体组织， 具有低的硬度和高的塑用范围。为了获得最佳的切削加 工性，为什么对不同碳含量钢要选用不同的热处理工艺？
• 目的: 消除应力;调整硬度;细化晶粒;均匀成 分;为最终热处理作好组织准备。
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3-17 说明先共析铁素相不同形态及形成条件
1. 先共析相为块状组织：长大受扩散控制，新旧相的界面 是非共格界面，含碳量远离共析成分；
2. 先共析相为片状组织（魏氏组织）：先共析相与奥氏体 的界面时共格或半共格界面，中低碳钢，冷却速度适中 ；
3. 先共析相为网状组织：碳含量靠近共析成分，奥氏体晶 粒粗大，冷却速度慢。
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4-4 简述钢中马氏体结构特征、晶体学特点和 力学性能
板条马氏 体
片状 马氏
体
形貌 特 征
晶体 学 特 征
亚结
构
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4-5 影响Ms点的主要因素有哪些？
1-3-3 改错题 3
1-4 金属固态相变有哪些主要特征？那些因素构成 相变阻力？那些因素构成相变驱动力？
1. 金属固态相变有哪些主要特征 新相和母相间存在不同的界面（相界面特殊） 新相晶核与母相间的晶体学关系（有一定的位
向关系、存在惯习面） 相变阻力大（应变能的产生） 母相晶体缺陷的促进作用 易出现过渡相 原子迁移率低
（B
）在渗碳体内；
（C）在铁素体和渗碳体相界上；（D
）在珠光体团边界
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2-5 为什么铁素体和渗碳体不能同时消失，而总有部 分渗碳体剩余？
按相平衡理论，从Fe-Fe3C相图可以看出，在高 于AC1温度，刚刚形成的奥氏体，靠近Cem的C浓度 高于共析成分较少，而靠近F处的C浓度低于共析成 分较多（即ES线的斜率较大，GS线的斜率较小）。 所以，在奥氏体刚刚形成时，即F全部消失时，奥氏 体的平均C浓度低于共析成分，这就进一步说明，共 析钢的P刚刚形成的A的平均碳含量降低，低于共析 成分，必然有部分碳化物残留，只有继续加热保温， 残留碳化物才能逐渐溶解。
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3-4 为什么说珠光体转变是以扩散为 基础并受扩散所控制？
碳含量C% 晶格类型
γ → α+
0.77
0.0218
面心立方 体心立方
Fe3C 6.69
复杂斜方
珠光体的形成过程，包含着两个同时进行的过 程：
一个是碳的扩散，以生成高碳的渗碳体和低碳的 铁素体；
另一个是晶体点阵的重构，由面心立方的奥氏体 转变为体心立方点阵的铁素体和复杂单斜点阵的渗 碳体。
（C）新旧相的体积自由能差；（D）体系自由能差
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2-2 奥氏体晶核在什么地方优先形核？为什么？
在铁素体和渗碳体相界上优先形核的原因，可做如 下的解释：
界面两侧两相的碳含量相差很大（0.0218%和 6.69%），因此在界面上碳浓度分布很不均匀， 比较容易满足成分起伏；
界面两侧晶体结构相差较大，原子排列不规则， 原子的活动能力较强，比较容易满足结构起伏；