钢的热处理(原理和工艺)第3版 胡光立 谢希文

第二章钢的加热转变2、奥氏体晶核优先在什么地方形成? 为什么?答：奥氏体的形核球状珠光体中：优先在F/Fe3C 界面形核片状珠光体中：优先在珠光体团的界面形核也在F/Fe3C 片层界面形核奥氏体在F/Fe3C 界面形核原因：(1) 易获得形成A所需浓度起伏，结构起伏和能量起伏.(2) 在相界面形核使界面能和应变能的增加减少。

△G = -△Gv + △Gs + △Ge△Gv—体积自由能差，△Gs —表面能，△Ge —弹性应变能6、钢的等温及连续加热TT A图是怎样测定的，图中的各条曲线代表什么?答：等温TTA图将小试样迅速加热到Ac1以上的不同温度，并在各温度下保持不同时间后迅速淬冷，然后通过金相法测定奥氏体的转变量与时间的关系，将不同温度下奥氏体等温形成的进程综合表示在一个图中，即为钢的等温TTA图。

四条曲线由左向右依次表示：奥氏体转化开始线，奥氏体转变完成线，碳化物充全溶解线，奥氏体中碳浓度梯度消失线。

连续加热TTA图将小试样采用不同加热速度加热到不同温度后迅速淬冷，然后观察其显微组织.，配合膨胀试验结果确定奥氏体形成的进程并综合表示在一个图中，即为钢的连续加热TTA图。

Acc加热时Fe3CII →A终了温度Ac3加热时α→A终了温度Ac1加热时P→A开始温度13、怎样表示温度、时间、加热速度对奥氏体晶粒大小的影响?答：奥氏体晶粒度级别随加热温度和保温时间变化的情况可以表示在等温TTA图中加热速度对奥氏体晶粒度的影响可以表示在连续加热时的TTA图中随加热温度和保温时间的增加晶粒度越大加热速度越快I↑由于时间短，A晶粒来不及长大可获得细小的起始晶粒度补充1、阐述加热转变A的形成机理，并能画出A等温形成动力学图(共析钢)？答：形成条件ΔG=Ga-Gp<0形成过程形核：对于球化体，A优先在与晶界相连的α/Fe3C界面形核对于片状P, A优先在P团的界面上形核长大：1 ）Fe原子自扩散完成晶格改组2 ）C原子扩散促使A晶格向α、Fe3C相两侧推移并长大Fe3C残留与溶解：A/F界面的迁移速度> A/Fe3C界面的迁移速度，当P中F完全消失，Fe3C残留Fe3C→AA均匀化：刚形成A中，C浓度不均匀。

C扩散，使A均匀化。

A等温形成动力学图（共析钢）见课本P22 图2-162、用Fe-Fe3C相图说明受C在A中扩散所控制的A晶核的长大。

答：①Tl温度，A晶核在F/Fe3C界面形成，A晶核中C分布不均匀②A中C发生扩散左侧升为C1，右侧降为C2③有相图T1温度下，A/F, A/Fe3C两相共存保持平衡，分别保持④为恢复平衡，左侧F变成A消耗C原子，使界面浓度降为C2；右侧，A溶解提供C原子，使界面浓度升为C1。

相界面的平衡破坏又建立又破坏又建立……A长大Fe-Fe3C相图见课本P18图2-103、生产上细化奥氏体晶粒的方法答：1 ）利用AlN颗粒细化A晶粒2 ）利用过渡族金属的碳化物（TiC、NbC）细化晶粒3 ）快速加热，利用T和t对A晶粒长大的影响来细化晶粒。

第三章珠光体转变与钢的退火和正火4、为什么说珠光体转变足以扩散为基础并受扩散所控制?答：因为珠光体转变是由含0.77%C的奥氏体分解为碳含量很高（6.69%）的渗碳体和碳含量很低（0.0218%）的铁素体，转变中同时完成了原子扩散和点阵重构两个过程。

5、什么是珠光体的纵向长大和横向长大? 为什么说珠光体的纵向长大受碳原了在奥氏体中的扩散所控制?答：珠光体长大的基本方式是沿着片得长轴方向长大，称为纵向长大。

同时还可以进行横向形核，纵向长大，称为横向长大。

因为当P晶核在A晶界形成，A、F、Fe3C三相共存，过冷A中存在碳浓度不均匀。

C 原子扩散破坏该浓度下的相界面碳浓度平衡，为了恢复平衡，与F相接的A形成F排出C 使碳浓度升为C1，与Fe3C相接A形成Fe3C消耗C使碳浓度降为C2，如此反复，使P晶核纵向长入A晶内。

16、试用Hultgren外推法说明伪共析体的形成条件。

答：Hultgren外推法认为相图上各条相界（即相区交界线）的延长线仍具有物理意义。

GS 线的延长线SG’是奥氏体对铁素体的饱和线，ES线的延长线SE’仍可看作是奥氏体对渗碳体的饱和线。

奥氏体只有当快冷到Ar1以下、SE’线以左或Ar1以下、SG’线以右范围内时，才能有先共析相析出。

如果将奥氏体快冷到SE’线和SG’线以下的影线区时，则会因同时对铁素体和渗碳体所过饱和而直接进行珠光体转变。

这种非共析成分的奥氏体不经过先共析转变而直接进行珠光体转变得到的珠光体，在显微组织上也是由片层状的铁素体和渗碳体组成，但两个相的相对含量以及片层相对厚度都不同于共析成分的珠光体，这种珠光体又称为伪共析体。

17、说明先共析相的不同形态及其形成条件。

答：1 ) 网状F、块状F先共析F靠非共格界面迁移完成，当转变温度较高，奥氏体较易变形，δe不是主要阻力，δs是主要阻力，如果原A含C量高，网状F；如果原A含碳量低，块状F2 ）片状F先共析F靠A共格界面迁移完成，当转变温度较低，A不易变形，δe是主要阻力，F核通过共格界面迁移形成片状F3 ）网状Fe3C碳含量靠近共析成分，奥氏体晶粒较粗大、冷却速度较慢补充1、珠光体的TTT图为什么会出现“鼻子”答：因为该曲线表明，在转变开始前需要一段孕育期，随转变温度从高到低变化时，孕育期先缩短，转变加速；随后，孕育期又增长，转变过程也减慢。

故曲线的形状呈字母“C”形，在C曲线的拐弯处，通称为“鼻子”。

2、试述共析钢（片状珠光体和粒状珠光体）的形成机理。

答：片状珠光体1 ）形核①A晶界②A晶内2 ）长大以Fe3C为领先相当P晶核在A晶界形成，A、F、Fe3C三相共存，过冷中存在碳浓度不均匀C1不等于C2 C原子扩散破坏该浓度下的相界面浓度平衡，为恢复平衡，与F相接的A形成F派出C使碳浓度升为C1，与Fe3C相接的A生成Fe3C，消耗C使碳浓度降为C2，如此反复，P晶核纵向长入A晶内。

粒状珠光体1.直接球化机制不均匀的A或未溶的渗碳体2.间接球化机制A→片状P→粒状P从能量上讲片状P自发的转化为粒状P第四章马氏体转变2、马氏体转变有哪些主要特点?答：1 ）马氏体转变产生表现浮凸，是不变平面应变，且切变共格。

2 ）马氏体转变时母相与马氏体之间存在位相关系。

3 ）马氏体转变的非恒温性与不完全性。

4 ）马氏体转变具有无扩散性。

5 ）马氏体转变的可逆性4、简述钢中板条马氏体和片状马氏体的形貌特征、晶体学特点、亚结构以及其机械性能的差异。

答：板条状马氏体：由束、块、板条等组织单元构成，亚结构为高密度的位错，晶体学取向关系符合K-S关系，惯习面为（111）r 有较高的强度、硬度，韧性好片状马氏体：相邻马氏体片一般互不平行，而是呈一定的交角排列，空间形态呈双凸透镜片状，亚结构为孪晶，晶体学取向关系符合K-S或西山关系，惯习面为﹛225﹜r或{259}r 有高强度、高硬度，但韧性差%C﹤0.3% 板条状0.3~1.0%C 板条状+片状马氏体混合组成〉1.0%C 片状马氏体5、影响Ms点的主要因素有哪些?答: 1 ）奥氏体化学成分2 ）应力和塑性形变3 ）奥氏体化条件4 ）存在先马氏体的组织转变5 ）磁场9、影响钢中马氏体强韧性的主要因索有哪些?答：钢中马氏体的强度主要取决于M的含碳量。

随碳含量的增加强度、硬度增加，当碳含量大于0.6%时，强度、硬度接近最大值。

韧性主要取决于M的亚结构。

板条M韧性优于片状M。

10、何谓热弹性马氏体、伪弹性和形状记忆效应?答：马氏体片可随温度降低而长大，随温度升高而缩小。

具有这种特性的马氏体称为热弹性马氏体。

外加应力的改变引起M片的消长，外力增加，马氏体片长大；外力减小，马氏体片缩小。

伴随材料宏观形状而改变称由应力诱发的M定向转变而引起的弹性现象叫伪弹性。

将某些金属材料在马氏体状态下进行塑性变形后加热至某一特定温度以上能自动回复原来形状的效应，称为形状记忆效应。

补充1、简述形变诱发马氏体的原因？Md点物理意义是什么?答：马氏体的比容大，转变时要产生体积膨胀。

因而拉应力状态必然会促进马氏体形成，从而表现为使Ms点升高，而多向压应力则会阻止马氏体形成。

：在Md点以上对奥氏体进行塑性形变，少量的塑性形变能促进随后冷却时的马氏体转变，而超过一定限度的塑性形变则起着相反的作用，甚至使奥氏体完全稳定化。

2、为什么板条M韧性优于片状M？答：M的韧性主要取决于M的亚结构片状M韧性差：①亚结构是孪晶滑移系统少，变形以孪生方式进行，位错不易运动，易造成应力集中形成显微裂纹。

②片状M含C量高，点阵中C原子多，造成点阵不对称，畸变程度大，对韧性破坏大。

③片状M内部有显微裂纹板条M韧性好：①位错亚结构变形以滑移方式进行，不易诱发裂纹②含C量低，点阵不对称，畸变小，对韧性损害小③板条单元平行排列，不互相冲撞，无显微裂纹。

3、钢中马氏体具有高强度、高硬度的本质原因。

答：①间隙固溶体强化过饱和C引起强烈的固溶强化，C原子间隙固溶在α—Fe的扁八面体中心，不仅使点阵发生膨胀还使点阵发生不对称畸变，在点阵内造成强烈的应力场，阻碍位错运动，使M强度、硬度显著提高。

②M中亚结构引起的强化%C <0.3 板条M 主要靠C钉扎位错引起强化%C>0.3 出现片状M 孪晶量增加，孪晶界阻碍位错运动产生附加强化。

%C>0.8 硬度不再增加③时效强化过饱和固溶体本身存在一个分解趋势，M是α—Fe中的过饱和固溶体，C原子有自发从M中脱溶出来的趋势。

④相变强化M相变造成晶体内产生大量的微观缺陷使M强化⑤形变强化由于M相变产生塑性变形产生加工硬化使M强化4、形状记忆合金共备的条件？答：具有形状记忆效应的合金称为形状记忆合金，而形状记忆效应是马氏体转变的热弹性行为及伪弹性行为引起的，所以形状记忆合金应具备：①必须具有热弹性马氏体转变②亚结构是孪晶或层错③母相具有有序化结构5、M转变动力学的方式、各种方式的特点？（一)变温（或降温）转变①变温形成②瞬间形核③高速长大④M单晶长大到一定后不再长大，M转变的继续进行依靠不断降温形成新核，新核长大成新M。

（二）等温转变①等温孕育形核，瞬间长大②随等温时间增长，M转变量不断增多③动力学曲线仍是S型，TTT曲线仍是C型。

（三）爆发式转变①自促发形核，瞬间长大②爆发时间短，转变量大③惯习面{259}r，金相特征闪电状或Z字型。

（四）表面转变①等温孕育形核②条状，长大速度慢，惯习面{111}r或{112}r，西山关系；内部等温形成M，长大速度快，片状，惯习面{225}r，K-S关系。

第五章马氏体转变1、试简述贝氏体组织的分类、形貌特征及其形成条件？答：无碳贝氏体形貌特征从A晶界生长的板条状F,，BF中%C接近平衡含C量形成条件低、中碳钢及低合金钢,，B形成溢度最上部略小于P温度上贝氏体形貌特征(光镜)呈韧条状(电镜)一束大致平行自A的晶界长入A晶内的F条，条间有碳化物形成条件低、中、高C钢，一般在350度以上粒状贝氏体形貌特征条状亚单元组成的板条状F，在其中有呈一定方向分布的富碳A 形成条件低碳、低合金钢，稍高于典型上贝氏体形成温度反常贝氏体形貌特征在先共析Fe3C条间生长的束状贝氏体形成条件过共析钢，上贝氏体温度下贝氏体形貌特征A中%C低呈板条状A中%C高呈透镜状形成条件贝氏体转变的低温度(<350度)2、试比较贝氏体转变与珠光体转变和马氏体转变的异同答：一、转变温度珠光体转变A1—550度贝氏体转变550度—Ms马氏体转变Ms—Mf二，转变产物珠光体转变F、Fe3C层片状的机械混合物马氏体转变M单相组织贝氏体转变F与Fe3C非层片状混合物三、转变动力学珠光体转变需孕育期可以等温形成、贝氏体转变需孕育期可以等温形成、马氏体转变不需孕育期不可等温形成、四、都具有转变不完全性五、扩散性珠光体转变扩散型相变Fe.、C扩散贝氏体转变半扩散型相变C扩散马氏体转变无扩散型相变六、品体学特征表面浮凸M N型浮凸B ∧或V型浮凸5、试简述几种主要的贝氏体的转变机理？答：B转变的切变机制：受C的扩散所控制的切变过程，C成分的A被过冷至高于Ms点的某一温度下①降低系统的自由能，A中C发生再分解形成贫C区A和富C区A②贫C区A%C < C1，t >其Ms，进入Ms线以左发生A→M 即BF③BF过饱和的（C1>>C平均）要排碳（或排入A或α相内部以crd析出），排碳过程决定了B转变过程（B形态、温度）无碳贝氏体形成温度高初形成的F过饱和度小上贝氏体形成温度较低，C在A中扩散困难下贝氏体形成温度更低，初形成的BF中%C高，由板条状→透镜状C原子难以在A扩散，也难以在F中长距离扩散B转变的台阶机制台阶+相间析出机制相间析出是指先共析F/A界面的析出，相间析出条件：一定的ΔT台阶：A/F界面上有许多台阶，是窄面侧向推移的结果BF长大，多余的碳原子向A纵深方向排出，排碳充分得到无crd贝氏体，排碳不充分得到下贝氏体，排碳介于两者之间得到上贝氏体补充1、简述B转变的特点？1）形核与长大过程；B形核需要一定的孕育期，转变的领先相是F；B转变速度远比M慢；2）B形成时会产生表面浮凸；3）B转变有一上限温度Bs和下限温度Bf；4）B转变具有不完全性，随转变温度升高，不完全性愈强；5）B转变时新相与母相A间存在一定的晶体学关系；6）转变过程中有C的扩散。