金属固态相变原理

*本答案基本根据录音整理所得，课本有的标了页码*

金色固态相变原理

简答题

1．简述共析钢加热奥氏体化的过程。(P42)

答：（1）奥氏体形核奥斯体的形核是通过形核和长大完成的。奥氏体的晶核是依靠系统的能量起伏、浓度起伏和结构起伏形成的；(2 )奥氏体晶核长大奥氏体的长大过程是两个新旧界面向原来的铁素体和渗碳体中推移的过程，驱动力为奥氏体中的碳浓度差；（3）剩余碳化物的溶解奥氏体中铁素体的溶解速度大了渗碳体的溶解速度，使渗碳体过剩而逐渐溶入奥氏体中；（4）奥氏体的均匀化继续加热或保温，借助碳原子的扩散使碳原子的分布趋于均匀。

2．马氏体相变的主要特征有哪些？(P76)

答：（1）切变共格和表面浮突现象马氏体转变时奥氏体中的原子基集体有规则的向新相中迁移，形成切变共格界面，表面产生浮突效应；（2）无扩散性仅由面心立方点阵通过切边改组为体心立方点阵，而无成分的变化；（3）具有特定的位向关系和惯习面；（4）在一个温度范围内完成相变温度在Ms-Mf完成，但是转变不能完全进行，有一定量的残余奥氏体存在；（5）可逆性

3．什么是第一类回火脆性，避免其发生的方法有哪些？(P143)

答：在250-400°C之间出现的回火脆性称为第一类回火脆性，也称低温回火脆性，也称为不可逆回火脆性。

避免方法：（a）降低钢中杂质元素的含量；（b）用Al脱氧或加入Nb、V、Ti等合金元素以细化奥氏体晶粒；（c）加入Mo、W等能减轻第一类回火脆性的合金元素；（d）加入Cr、Si以调整发生第一类回火脆性的温度范围，使之避开所需的回火温度；（e）采用等温淬火工艺代替淬火加回火工艺。

4．板条马氏体和片状马氏体那种会出现显微裂纹，为什么？(根据录音所得)

答：片状马氏体。显微裂纹是片状马氏体形成是产生的，先形成的第一片马氏体贯穿整个晶粒，将奥氏体晶粒分成两个部分，而后形成的马氏体片大小受到限制，所以马氏体的大小是不同的。后形成的马氏体片不断的撞击先形成的马氏体。由于马氏体的形成速度非常快，所以相互撞击，同时还与奥氏体晶界撞击，产生较大的应力场，另外片状马氏体的含碳量比较高，不能通过滑移和孪晶等变形方式消除应力，所以片状马氏体容易出现显微裂纹。

板条马氏体之间的夹角比较小，基本上是平行的，相互撞击的几率较小，残余奥氏体的存在可以缓解应力，所以板条马氏体没有出现显微裂纹。

5．什么是材料的热处理？其目的是什么？常见的热处理工艺有哪些？（根据录音所得）答：材料的热处理是通过特定的加热保温和冷却方式来获得工程上所需的组织的一种工艺过程的总称。目的：改变金属及合金的内部组织结构使其满足服役条件所提出的性能要求。常见的热处理工艺有淬火、正火、退火和回火。

6．如何区别高碳钢中的回火马氏体与下贝氏体？（根据录音所得）

答：（1）高碳钢回火马氏体表面浮突呈锥字型，它的相变是通过共格切变机制完成的。而下贝氏体的表面浮突是不平行的相交成V字形，而且它的铁素体不是通过切变共格完成的；（2）高碳钢回火马氏体中存在位错和孪晶，而下贝氏体中的铁素体中只有位错盘结没有孪晶结构存在，其韧性较好。（3）下贝氏体中碳沿着与贝氏体长轴呈50-60°倾斜的直线规则排列与相间析出相似。回火马氏体中碳在铁素体中是均匀分布的。

7．奥氏体的晶核最容易在什么地方形成？为什么？（P40）

答：奥氏体晶核的形核位置通常在铁素体和渗碳体两相界面上。原因有三点：（1）在两相界面处，碳原子的浓度差较大，有利于获得形成奥氏体晶核所需的碳浓度；（2）在两相界面处，原子排列不规则，铁原子可能通过短程扩散由母相点阵向新相点阵转移，从而促使奥氏体形核，即形核所需的结构起伏较小；（3）在两相界面处，杂质几其他的晶体缺陷较多，具有较高的畸变能，新相形核是可消除部分的晶体缺陷而使系统的自由能降低。

论述题

一、贝氏体转变和珠光体转变有哪些异同点？(根据录音所得)

答：（1）贝氏体转变和珠光体转变都是在一定的上限温度下进行的，而且珠光体上限转变温度是Ａ1，贝氏体对应的温度是Ds；（2）两者转变的产物都是铁素体和碳化物所组成的两相混合物。珠光体是层片状的，而贝氏体是非层片状的；（3）贝氏体和珠光体都可以等温形成，都是通过形核和长大过程来完成的；（4）与珠光体不同，贝氏体的等温转变不能进行到终了，具有转变的不完全性；（5）珠光体转变时，铁原子和碳原子均可以扩散。贝氏体转变时只有碳原子能扩散，而铁原子不能进行扩散；（6）贝氏体的晶体学特征包括位向关系和惯习面均与珠光体不同。贝氏体中铁素体在形成的时候，抛光表面可以引起浮突效应，而珠光体中是没有的。

二、合金元素对钢中珠光体转变动力学有何影响？（根据录音所得课本P71）

答：（1）降低碳在奥氏体中的扩散速度；（2）降低铁原子的自扩散速度；（3）对相变临界点的影响，除了Mn、Ni之外均可使A1点升高，过冷度增大，孕育期缩短，TTT曲线左移；（4）对相界面的阻碍作用，对于亚共析钢合金元素Mn、Mo可以阻碍r/a相界面的移动，降低先析出铁素体的形成速度，使奥氏体转变为珠光体的孕育期增长；（5）强碳化物形成元素V、Ti、Zr、Nb可以溶入奥氏体中稳定奥氏体使“C“型曲线右移。

三、TTT图和CCT图表示的是什么？两者的区别是什么？(P34)

答：TTT图是过冷奥氏体等温转变动力学图，CCT图是过冷奥氏体连续冷却转变动力学图。区别：（1）连续冷却转变CCT曲线都是处于同种材料的等温转变TTT曲线的右下方；（2）从形状上看，CCT曲线不论是珠光体转变区还是贝氏体转变区都只有相当于TTT曲线的上半部；（3）碳钢连续冷却时可使中温的贝氏体转变被抑制；（4）合金钢连续冷却时可以有珠光体转变而无贝氏体转变，也可以有贝氏体转变而无珠光体转变，或者两者兼而有之。四、什么是过冷奥氏体？过冷奥氏体冷却时转变为那些不平衡组织？(根据录音所得)

答：奥氏体是钢中的高温稳定相，当钢冷至临界点以下奥氏体就不在稳定，一般称为过冷奥氏体。将奥氏体降至适当温度时可以发生高温珠光体转变、中温贝氏体转变和低温马氏体转变，分别得到的是珠光体、贝氏体和马氏体组织。珠光体是由铁素体和渗碳体组成的层片相间的机械混合物，随着过冷度的增大片层间距减小，性能逐渐变好。贝氏体是铁素体和碳化物组成的非层片状组织，典型的组织有上贝氏体和下贝氏体，下贝氏体的综合力学性能较好。典型的马氏体有平行板条状马氏体和透镜片状马氏体，其强度和硬度较高，塑性和韧性较差，多经过回火来改变其性能。