热处理习题整理

金属热处理原理与工艺习题及解答1.给出简化后的Fe-Fe3C相图，并标出各个区间的相的组成，根据Fe-Fe3C相图，回答下列现象的原因。

（1）含碳量1%的铁碳合金比含碳量0.5%的铁碳合金的硬度高。

含碳量1%的铁碳合金（过共析）与含碳量0.5%的铁碳合金（亚共析）硬度对比实际上是解释渗碳体和铁素体之间的的硬度区别。

（2）一般要把刚才加热到1000~1250°C高温下进行热轧加工。

奥氏体的塑性好（3）靠近共晶成分的铁碳合金的铸造性能好。

对铸造性来说，铸铁的流动性比钢好，易于铸造，特别是靠近共晶成分的铸铁，其结晶温度低，流动性也好，结晶温度范围小，更具有良好的铸造性能。

某度给的超长答案：（1）含碳量1%的铁碳合金比含碳量0.5%的铁碳合金硬度高。

答：因为铁碳合金是由比较软的相——铁素体和比较硬的相——渗碳体两相组成，渗碳体是铁与碳的化合物，含碳量越高，碳化物越多，硬度就越高，所以含碳量高的铁碳合金硬度高。

（2）一般要把钢材加热到1000~1250°C，在高温下进行锻轧加工。

答：铁碳合金中有3种独立的组织，铁素体、奥氏体和渗碳体（珠光体是由铁素体和共析渗碳体构成，莱氏体是由奥氏体和共晶渗碳体构成，都不是独立组织），其中，奥氏体是面心立方结构晶格，而面心立方结构滑移系最多，塑性最好，最容易塑性变形，而锻轧加工就是对钢材进行塑性变形的工艺，但是奥氏体一般室温下不存在，所以，为了得到奥氏体，必须把钢材加热到奥氏体状态，才容易进行塑性变形。

此外，如果只加热到奥氏体状态，在锻造或轧制过程中，温度会下降，故应该加热到温度比较高的奥氏体状态，所谓乘热打铁就是如此。

（3）接近共晶成分的铁碳合金的铸造性良好。

答：所有成分的铁碳合金熔点最低的就是共晶成分，当把铁碳合金加热到一定温度，比如1200度，其他成分的合金还没有熔化，而只有接近共晶成分（熔点1148度）的合金成为液体，故适合铸造。

2.金属加热过程中常见的缺陷有哪些？该采取什么措施予以防止？缺陷一：过热现象。

热处理过程中加热过热最易导致奥氏体晶粒的粗大，使零件的机械性能下降。

校正过热（此处参考教科书71页）缺陷二：过烧现象。

消除过热的方法（此处参考教科书72页）缺陷三：脱碳和氧化。

为了防止氧化和减少脱碳的措施有:1)降低氧在炉气中的分压。

2)工件表面涂敷防氧化涂层。

3)快速加热。

缺陷四;氢脆现象。

出现氢脆的工件通过除氢处理(如回火、时效等)也能消除氢脆，采用真空、低氢气氛或惰性气氛加热可避免氢脆。

3.分析时效铜合金具有高强度和高导电性的原因。

时效即固溶处理后冷却，高强度原因的用时效硬化，析出强化相解释；高导电性用时效处理中脱溶沉淀对电子散射作用解释4.提高钢的强度有哪些措施？提高钢的韧性有哪些措施？提高钢的强度参考教科书第5页四种强化机制；提高钢的韧性有细化晶粒、细化碳化物、提高钢的回火稳定性、改善基体（铁素体）的韧性（如加Ni）、消除回火脆性试（如加Mo）。

5.分析过共析碳钢奥氏体的形成过程，并讨论为什么奥氏体全部形成后还含有部分渗碳体未溶解？亚共析钢与过共析钢的奥氏体形成过程与共析钢有何区别？1.在奥氏体晶核长大过程中，由于渗碳体溶解提供的碳原子远多于同体积铁素体转变为奥氏体的需要，所以铁素体比渗碳体先消失，而在奥氏体全部形成之后，还残存一定量的未溶渗碳体。

他们只能在随后的保温过程中逐渐溶入奥氏体中，直至完全消失。

2.亚共析钢在形成奥氏体时会先析出先析出铁素体，使剩余部分含碳量相对提高以此达到共析水平；过共析钢在形成奥氏体时会先析出先析出渗碳体，使剩余部分含碳量相对降低以此达到共析水平。

6.试分析影响奥氏体形成速度的因素。

奥氏体形成是形核和长大的过程，是通过原子扩散而实现的。

因此凡是影响形核，长大和原子扩散的因素，都将影响奥氏体的形成速度，其中最主要的是加热条件、原始组织和钢的化学成分。

7.试分析钢在连续加热对奥式体形成的特点。

1)随加热温度提高，转变温度升高；2)随加热速率提高，完成转变所需要的时间变短。

8.何谓奥式体的起始晶粒度，影响起始晶粒度的主要因素是什么？（此处参考教科书66页，吐槽：为什么不是666页？）9.何谓奥氏体的本质晶粒度和实际晶粒度？本质晶粒度对钢的热处理有什么实际意义？本质晶粒度由什么因素决定？（此处参考教科书67页）10.何谓奥式体的实际晶粒度？它与什么因素有关？本质晶粒度钢总是获得较小的实际晶粒吗？（此处参考教科书67页，吐槽：上题不是问过了吗？)11.试述细化奥式体晶粒的主要方法。

（此处参考教科书68,69,70页)12.试述奥氏体晶粒的长大的过程及影响因素。

奥氏体长大的过程有四步：形核，长大，未溶渗碳体的溶解，奥氏体成分均匀化。

影响因素参考第5题。

13.分析共析碳钢的TTT图，回答以下问题：（1）最短孕育期是多少？最短孕育期对应的温度是多少？根据形核率与长大速率说明出现鼻尖的原因。

（2）过冷奥氏体在不同温度等温能得到哪三种类型的组织？它们的硬度范围是多少？（3）画出0~700°C充分等温，硬度与温度的关系，说明硬度随等温温度降低而变化的规律并进行简要解释。

（4）用T8钢加工成5、10、15、20mm的试样，经过奥氏体化后在水中进行冷却，得到的组织和硬度相同吗？为什么？1)共析钢C曲线鼻子大约在550°C。

因为体积自由能差ΔGv是相变驱动力，须有过冷度晶核才能形核与长大。

这就是出现鼻尖的原因。

2)珠光体，贝氏体，马氏体。

硬度范围自行解决。

（吐槽：这也考？）。

3)图略；硬度随温度的降低而增加。

简要解释：珠光体的片间距减小，相界面增多，对位错运动阻碍增大，故硬度提高。

；下贝氏体的铁素体内含有过饱和的碳，其固溶量比上贝氏体高，并随着温度降低而增大。

（固溶强化）。

随温度降低，马氏体增多，因其是碳的过饱和固溶体，具有高强高硬的特点，所以随着其含量增多，硬度增大。

4)得到的组织不同，因为试样心部和表面的冷却速度不同。

14.在T8、GCr15、40CrNiMo和6Cr2Ni3四种钢中，按淬透性由低到高进行排序。

在连续冷却条件下。

上述四种钢中哪一种钢是有可能得到贝氏体？淬透性排序：T8＜GCr15＜40CrNiMo＜6Cr2Ni3根据淬透性排序和6Cr2Ni3的TTT图珠光体转变区和贝氏体转变区是分离的，6Cr2Ni3最有可能得到贝氏体。

15.在40、40Cr和40CrNiMo三种钢中，按淬透性由低到高进行排序，如果用40Cr制造某零件，经过淬火后表面和心部的硬度完全相同（都是马氏体组织），用40代替40Cr有没有可能？用40CrNiMo 代替40Cr有什么问题？40＜40Cr＜40CrNiMo；有可能；心部组织和表面组织不同造成心部硬度和韧性与表面有差别16.何谓珠光体的片间距，影响珠光体片间距的因素有哪些？并分析片间距对珠光体力学性能的影响。

片间距：珠光体团中相邻的两片渗碳体（或铁素体）之间的距离称为珠光体的片间距。

影响因素主要取决于珠光体的形成温度。

随着冷却速度的加快，过冷度不断增大，珠光体的形成温度降低，转变所得的珠光体片间距也越小。

对力学性能的影响：1.韧性：当片间距大于150nm时，钢的塑性基本不变；当片间距小于150nm 时，随片间距减小，钢的塑性显著增加。

这是由于渗碳体片很薄时，更易发生塑性变形；此外珠光体中层片状渗碳体是不连续的，并未完全被渗碳体片隔离，因此塑性提高。

2.强度，硬度：由于片间距减小，相界面增多，对位错运动的阻碍增大，故强度、硬度提高。

17.珠光体型组织可分为哪几种？它们之间的组织和性能有什么区别？珠光体，索氏体，屈氏体；它们之间的组织没有差别，仅仅是片间距的大小不同而已；它们之间性能的区别，由于片间距的大小不同的影响。

（此处参考上一题）18.以Fe3C为领先相说明片状珠光体的形成过程，并说明奥式体向珠光体转变过程中碳的扩散规律。

若渗碳体为领先相，在奥氏体晶界上形成稳定的晶核后，就会依靠附近的奥氏体不断供应碳原子不断向纵深和横向长大，形成一小片渗碳体。

这样就为铁素体形核创造了有利条件。

就在渗碳体片的两侧形成铁素体片，，随渗碳体一起长大。

铁素体的长大又促进渗碳体的形核，如此不断进行，铁素体和渗碳体交替形核，形成珠光体团。

当各个珠光体团相遇时，奥氏体分解完全。

碳扩散规律：当珠光体刚刚出现时，此时的奥氏体中碳浓度分布不均，即与铁素体相接的奥氏体的碳浓度较高，与渗碳体相接的奥氏体的碳浓度较低，从而引起了碳的扩散。

扩散的结果破坏了该温度下奥氏体中碳浓度的平衡。

为了恢复平衡，铁素体界面附近的奥氏体中将析出铁素体，而渗碳体界面附近的奥氏体中必须析出渗碳体。

（此处参考教科书100，101页）19.试述粒状珠光体的形成过程（包括渗碳体的球化机理和片状渗碳体的断裂过程）。

（此处参考教科书101，102页，我认为考的可能性很小）20.试分析片状珠光体与粒状珠光体的形成条件。

提高奥氏体化温度、延长保温时间和降低等温退火温度将有助于得到片状珠光体；而降低奥氏体化温度、缩短保温时间和提高等温退火温度将有助于得到粒状珠光体。

同样，在连续冷却条件下，增大冷却速度有助于得到片状珠光体；降低冷却速度将有助于得到粒状珠光体。

21.什么是伪共析转变？亚共析钢中先共析铁素体的形态与哪些因素有关？若将亚（过）共析钢自奥氏体区以较快速度冷却下来，先共析铁素体（或渗碳体）将来不及析出，奥氏体将被过冷到ES（GS）线的延长线SE＇（SG＇）以下。

在该温度下保温一段时间，将自奥氏体中同时析出铁素体和渗碳体，即过冷奥氏体将发生珠光体转变。

但此时的珠光体与共析成分的珠光体不同，其中的铁素体与渗碳体的相对量与珠光体不同，这种转变称为伪共析转变。

亚共析钢中的铁素体形态影响因素：1.转变温度。

⑴转变温度较高时①奥氏体的碳质量分数较高时，先共析铁素体将成网状分布的组织形态。

②奥氏体中碳质量分数较低时，先共析铁素体将呈块状分布的组织形态。

另外如果奥氏体晶粒较大，冷却速度较快时，先共析铁素体可能沿奥式体晶界呈网状析出。

⑵转变温度较低时，铁素体将呈条片状沿奥氏体某一晶面向晶内伸展。

此外如果奥氏体成分均匀，晶粒粗大，冷却速度又比较适中，先共析铁素体有可能呈片状析出。

2.钢的成分。

当ωc＞0.4%时，主要形成网状铁素体；当ωc＜0.2%时，主要形成块状铁素体；当0.4%＞ωc＞0.2%时，主要形成魏氏铁素体。

22.何谓魏氏组织？简述魏氏组织的形成条件、对钢的性能的影响及其消除方法。

工业上先共析片状铁素体和先共析针（片）状渗碳体称为魏氏组织。

形成条件：过热的中碳钢或低碳钢在较快冷却速度下容易产生魏氏组织。

消除手段：可以通过控制轧制、降低终锻温度、控制锻（轧）后的冷却速度或者改进热处理工艺，如采用细化晶粒的正火、退火、调质等工艺来防止或消除魏氏组织。