《金属固态相变原理》考试试卷(B卷)(word文档良心出品)

贵州大学2014—2015学年第一学期
《金属固态相变原理》考试试卷（B卷）班级姓名学号
题号一二三四五总得分评卷人审核人
得分
一、名词解释（每题3分，共15分）
1、同素异构转变：
2、回火抗力:
3、本质晶粒度:
4、奥氏体稳定化:
5、化学热处理:
二、填空题（每空1分，共15分）
1、奥氏体是溶于中所形成的固溶体。

2、共析钢淬火后在回火过程中，由于组织发生了变化，钢的也随之发生改变。

其基本趋势是随回火温度升高，钢的和下降，和提高。

3、正火的冷却速度比退火，故正火的组织比较，它的强、硬度比退火。

4、淬火钢的回火，本质上是分解以及析出、聚集长大的过程。

广义的回火概念应当是指将淬火后合金固溶体加热到低于相变临界点温度，保温一段时间后再冷却到室温的工艺方法。

回火转变是典型的型转变。

三、判断题（每题3分，共12分）
1、珠光体形成时一般在奥氏体晶内形核。

2、钢中的合金元素和碳一样，在贝氏体转变时会发生重新分布。

3、共析钢和过共析钢的连续冷却转变中无贝氏体转变区。

4、等温淬火后的组织不需要再进行回火。

四、论述题（共34分）
1、若按所有的八面体间隙位置均填满碳原子计算，单位晶胞中应含20%的碳原子，但实际上碳在 -Fe中的最大溶解度仅为2.11%，为什么？（6分）
●试分析马氏体转变与贝氏体转变有哪些主要异同点？（8分）
●简述片状珠光体的形成机理。

（10分）
●淬火的目的是什么？亚共析钢和过共析钢的淬火加热温度应如何选择？试从
获得的组织及性能等方面加以说明。

（10分）
五、分析题（每题12分，共24分）
1、高速钢（高碳高合金工具钢）有时采用分级淬火法，即工件从分级浴槽中取出后常常置于于空气中冷却，但如果当工件尚处于100~200℃时使用水清洗，将会发生什么问题？为什么？
2、试分析φ10mm的45钢（退火状态），经下列温度加热并水冷后所获得的组织：
①700℃
②760℃
③840℃
贵州大学2014—2015学年第一学期
《金属固态相变原理》考试试卷（B卷）答案
一、名词解释（每题3分，共15分）
1、同素异构转变：纯金属（1分）在温度和压力变化（1分）时，由某一种晶体结构转变为另一种晶体结构（1分）的过程。

2、回火抗力：指在回火过程中（1分）随着回火温度的升高钢抵抗硬度下降的能力（2分）。

3、本质晶粒度：在一定条件下奥氏体晶粒长大（1分）的倾向性（2分）。

4、奥氏体稳定化：由于外界条件的变化而引起奥氏体向马氏体转变呈现迟滞现象称为奥氏体稳定化。

（3分）。

5、化学热处理：钢件在特定的介质中加热保温（1分），以改变其表层化学成分和组织（1分），从而获得所需机械或化学性能的工艺（1分）的总称。

二、填空题（每空1分，共15分）
1、奥氏体是碳溶于γ-Fe 中所形成的间隙固溶体。

2、共析钢淬火后在回火过程中，由于组织发生了变化，钢的性能也随之发生改变。

其基本趋势是随回火温度升高，钢的强度和硬度下降，塑性和韧性提高。

3、正火的冷却速度比退火快，故正火的组织比较细小，它的强、硬度比退火高。

4、淬火钢的回火，本质上是淬火马氏体分解以及碳化物析出、聚集长大的过程。

广义的回火概念应当是指将淬火后合金过饱和固溶体加热到低于相变临界点温度，
保温一段时间后再冷却到室温的工艺方法。

回火转变是典型的扩散型转变。

三、判断题（每题3分，共12分）
1、珠光体形成时一般在奥氏体晶内形核。

答：错误（1分）。

一般在奥氏体晶界形核，可满足三个条件。

（2分）
2、钢中的合金元素和碳一样，在贝氏体转变时会发生重新分布。

答：错误（1分）。

不发生重新分布，可根据试验测定。

（2分）
3、共析钢和过共析钢的连续冷却转变中无贝氏体转变区。

答：正确（1分）。

含碳量较高，使得B转变的C曲线大大向右延迟。

（2分）
4、等温淬火后的组织不需要再进行回火。

答：错误（1分）。

等温淬火产生贝氏体，贝氏体转变同样具有不完全性，在随后的转变中有马氏体和残余奥氏体存在，同样需要回火。

（2分）
四、论述题（共34分）
1、若按所有的八面体间隙位置均填满碳原子计算，单位晶胞中应含20%的碳原子，但实际上碳在γ-Fe 中的最大溶解度仅为2.11%，为什么？
答：γ-Fe 为面心立方晶体结构，碳原子融入正八面体的间隙位置（1分），间隙半径为0.053nm ，而碳原子的地半径为0.077nm （1分），因此碳原子是挤入间隙位置，因此会造成结构畸变，使得周围的八面体的间隙尺寸更小，碳原子很难融入（3分），因此并不是所有的正八面体间隙位置都会融入碳原子，造成碳在γ-Fe 中的最大溶解度仅为2.11%（1分）。

2、试分析马氏体转变与贝氏体转变有哪些主要异同点？（8分）
答：①两者转变都有一个转变温度区，M 转变对应于Ms~Mf ，B 转变对应于Bs~Bf （1分）；
②B 转变可等温进行，而M 转变是非恒温性的，即M 转变是在不断降温的条件下才能进行（1分）；
③M 转变只有点阵改组而无成分变化—无扩散转变，Fe 、C 均不可扩散，而B 转变C 原子可扩散（1分）；
④都有表面浮凸，M ：呈“N”形，B ：“∨或∧”形，B 的晶体学特征与M 接近（2分）； ⑤二者转变均存在不完全性，即转变不能进行到终了，M 转变还有可逆性（1分）； ⑥内部亚结构：贝氏体和板条马氏体的亚结构为位错，而片状马氏体的亚结构主要为孪晶（2分）。

3、简述片状珠光体的形成机理。

（10分）
答：1）交替形核长大机制：（6分） Fe3C 薄片（形核）→纵向长大
横向长大→两侧ωc ↓ →F 片形成→纵向长大
横向长大→侧面ωc ↑ →新Fe3C 薄片
F 和Fe3C 相间的片层
2）纵向长大机制（4分）
C γ/α--与F 相接处A 的碳含量 C γ/Fe3C --与Fe 3C 相接处A 的碳含量
C γ/α>C γ/Fe3C →C 原子扩散→ C γ/α↓ 、C γ/Fe3C ↑ →平衡被破坏→为了恢复平衡→析出F(C γ/α ↑ ) 析出Fe 3C(C γ/Fe3C ↓) 此过程反复进行，F 和Fe 3C 向A 晶粒内部纵
向长大
4、淬火的目的是什么？亚共析钢和过共析钢的淬火加热温度应如何选择？试从获得的组织及性能等方面加以说明。

（10分）
答：淬火的目的：①提高硬度和耐磨性；②提高强韧性；③提高硬磁性；④提高弹性；⑤提高耐蚀性和耐热性。

（2.5分）
亚共析钢的淬火加热温度为：Ac 3+30~50℃（0.5分）。

原因：可得到均匀细小的奥氏体晶粒，淬火后即可得到细小的马氏体组织（1分）。

但若加热温度低于Ac 3 ，组织中将会保留一部分铁素体，使淬火后强度、硬度都较低；而加热温度过高，又易引起奥氏体晶粒粗化，从而使淬火钢的机械性能变坏（1分）。

过共析钢的淬火加热温度为：Ac1+30~50℃（1分）。

原因：过共析钢在淬火之前需要进行球化退火，使之得到球化体组织，再加热到上述温度时便得到奥氏体和粒状渗碳体，而淬火后为马氏体和粒状渗碳体。

由于有粒状渗碳体存在，不但不降低钢的硬度，反而提高耐磨性（1分）；同时，又因加热温度较低，奥氏体晶粒很细，淬火后可得到隐针马氏体组织（1分），使钢具有较好的机械性能。

但若将加热温度提高到以上，则会带来许多不良后果①渗碳体全部熔入奥氏体中，淬火后钢的耐磨性下降；②是奥氏体中碳含量显著粗化，淬火后得到粗大马氏体，显微裂纹的形成倾向增加；③奥氏体中含碳量增高，Ms点降低，淬火后Ar大大增加，钢的硬度降低；④加热温度高，使钢的氧化、脱碳加剧，淬火变形和开裂倾向增大，同时还缩短炉子的使用寿命（2分）。

五、分析题（每题12分，共24分）
1、高速钢（高碳高合金钢）有时采用分级淬火法，即工件从分级浴槽中取出后常常置于空气中冷却，但如果工件尚处于100~200℃时便用水清洗，将会发生什么问题？为什么？
答：由于高速钢中碳和合金元素的含量很高，因此高速钢的Ms和Mf点较低，Mf 点甚至低于室温或0℃（3分）。

当高速钢采用分级淬火时，若工件尚处于100~200℃时便用水清洗，由于此时还有很多过冷奥氏体没有转变（3分），此时用水清洗，冷却速度快，工件很容易发生开裂（4分）。

一般必须冷到40℃以下才允许清洗（2分）。

2、试分析φ10mm的45钢（退火状态），经下列温度加热并水冷后所获得的组织：
①700℃
②760℃
③840℃
答：退火状态下的45钢的组织为先共析F+P（2分）
①700℃：该温度尚未达到相变转变温度Ac1，因此在该温度下加热并水冷后组织不发生变化（1分），仍然为：先共析F+P（1分）；
②760℃；该加热温度处于Ac1~Ac3之间，属于亚温淬火（1分）。

加热后所得到的组织为A+F（1分），淬火后的组织为：M+F+Ar（2分）；
③840℃：该加热温度在Ac3以上，完全奥氏体化（2分），淬火后的组织为：M+Ar （2分）。