胡赓祥《材料科学基础》(第3版)配套题库(章节题库 材料的亚稳态)【圣才出品】

第

9章　材料的亚稳态

一、简答题

1．亚共析钢TTT 图如图9-1所示，按图中所示的不同冷却和等温方式热处理后，分析其形成的组织并作显微组织示意图。

图9-1

答：（1）α＋珠光体（α先形成于γ晶界处）；

（2）细片珠光体（屈氏体）；

（3）屈氏体＋马氏体（屈氏体先形成于γ晶界处）；

（4）上贝氏体＋马氏体（贝氏体呈羽毛状，从晶界向晶内生长）；

（5）马氏体组织。

2．w （C ）为1.2％钢淬火后获得马氏体和少量残留奥氏体组织，如果分别加热至180℃，300℃和680℃保温2h ，各将发生怎样的变化？说明其组织特征并解释之。

答：180℃回火：马氏体针叶中开始分解出微细碳化物，易浸蚀，呈暗色。

300℃回火：残留奥氏体发生分解，转变成α＋细碳化物，马氏体也分解成α＋细

碳化物，原马氏体形态不太明显。

680℃回火：碳化物呈粒状分布于铁素体基体中，组织为粒状珠光体。

3．共析钢的奥氏体化有几个主要过程？合金元素对奥氏体化过程有什么影响？

答：共析钢奥氏体化有四个主要过程：奥氏体形成、渗碳体溶解、奥氏体均匀化、晶粒长大。合金元素的主要影响通过碳的扩散体现，碳化物形成元素阻碍碳的扩散，降低奥氏体形成、渗碳体溶解、奥氏体均匀化速度。

4．何谓钢的冷脆性？是怎样产生的？如何防止？

答：（1）随着温度的降低，大多数钢材的强度会有所增加，而韧性下降。金属材料在低温下呈现的脆性称为冷脆性。值得一提的是，具有面心立方晶格结构的奥氏体不会发生低温脆性，而体心立方晶格的铁素体会发生低温脆性。钢材中磷含量的增加会显著增加钢材的冷脆性。

（2）产生原因：磷在纯铁中溶解度高，强度升高，塑韧性降低，钢的脆性转变温度急剧降（低温脆性）。

（3）防止措施：炼钢时控制磷的含量。

5．简述金相显微试样制备步骤。

答：金相显微试样的制备步骤主要包括取样、镶样、磨制、抛光、侵蚀等工序。

（1）取样。显微试样的选取应根据研究的目的，取其具有代表性的部位。确定好部位后就可把试样截下，试样的尺寸通常采用直径Φ12～15mm，高12～15mm的圆柱体或边长12～15mm的方形试样。

试样的截取方法视材料的性质不同而异，软的金属可用手锯或锯床切割，硬而脆的材料（如白口铸铁）则可用锤击打下，对极硬的材料（如淬火钢）则可采用砂轮片切割或电脉冲加工。不论采用那种方法，在切取过程中均不宜使试样的温度过于升高，以免引起金属组织的变化，影响分析结果。

（2）镶样。当试样的尺寸太小（如金属丝、薄片等）时，直接用手来磨制很困难，需要使用试样夹或利用样品镶嵌机，把试样镶嵌在低熔点合金或塑料（如胶木粉、聚乙烯及聚合树脂等）中。

（3）磨制。试样的磨制一般分粗磨和细磨两道工序。粗磨的目的是为了获得一个平整的表面。经粗磨后试样表面虽较平整，但仍还存在有较深的磨痕。细磨的目的就是为了消除这些磨痕，以得到平整而光滑的磨面，为下一步的抛光作好准备。

（4）抛光。细磨后的试样还需进一步抛光。抛光的目的是去除细磨时遗留下来的细微磨痕而获得光亮的镜面。抛光方法一般分为机械抛光、电解抛光和化学抛光三种。

（5）侵蚀。经抛光后的试样若直接放在显微镜下观察，只能看到一片亮光，除某些非金属夹杂物（如MnS及石墨等）外，无法辨别出各种组成物及其形态特征。必须使用浸蚀剂对试样表面进行浸蚀，才能清楚地显示出显微组织的真实情况。

浸蚀方法是将试样磨面浸入浸蚀剂中，或用棉花沾上浸蚀剂擦拭表面。浸蚀时间要适

当，一般试样磨面发暗时即可，如果浸蚀不足可重复浸蚀。浸蚀完毕后立即用清水冲洗，

接着用酒精冲洗，最后用吹风机吹干。这样制得的金相试样即可在显微镜下进行观察和分析研究。

6．为什么共析钢过冷奥氏体转变为珠光体的形核率和长大速度具有极大值的特征。答：因为过冷奥氏体转变为珠光体是受过冷度和原子扩散两个因素控制的。随着转变温度的降低，过冷度增加，过冷奥氏体转变珠光体的相变驱动力增大，孕育期减小，珠光体转变的形核率增加，长大速度增大；但随着过冷度增大，转变温度降低，原子扩散能力减弱，因而导致过冷奥氏体转变珠光体的孕育期变大，又使珠光体转变的形核率减小，长大速度减小，故过冷奥氏体转变为珠光体的形核率和长大速度具有极大值。

7．分别论述过冷奥氏体产生热稳定化和机械稳定化的机理及影响因素。

答：（1）奥氏体的热稳定化。淬火时因缓慢冷却或在冷却过程中停留引起过冷奥氏体稳定性提高，使马氏体转变迟滞现象称为过冷奥氏体的热稳定化。

产生机理：C 、N 原子在适当温度下（热稳定化温度）向点阵位错处偏聚，钉扎位错，不仅强化奥氏体，使马氏体相变切变阻力增大，同时钉扎马氏体核坯，阻碍其长大，使过冷奥氏体转变马氏体产生迟滞现象，导致过冷奥氏体的热稳定化，因此发生必须附'γ→α加化学驱动力以克服溶质原子钉扎力。

影响热稳定化的因素：①等温温度。等温温度升高，C 、N 原子偏聚速度增大，达到最大稳定化时间缩短，稳定化速度增大；②等温时间。等温时间延长，C 、N 原子偏聚量增加，奥氏体稳定化程度增加；③化学成分。C 、N 原子影响最重要，无C 的Fe-Ni 合金无热稳定化现象，C 、N 原子总量大于0.01%就产生稳定化现象。C%增加，稳定化作用增加。强碳化物形成元素Cr 、Mo 、V 促进热稳定化作用；Ni 、Si 等非碳化物形成元素对热稳定化无影响。

（2）奥氏体的机械稳定化。在M s 点以上温度对过冷奥氏体进行塑性变形，会使随后的马氏体转变发生困难，M s 点下降，引起过冷奥氏体稳定化称为机械稳定化。

产生机理：由于塑性变形引入缺陷（或使缺陷增加），破坏了母相与新相（或其核坯）之间的共格关系，使马氏体转变时原子运动发生困难。

影响机械稳定化因素：①已转变马氏体量。已转变马氏体量增加，对周围奥氏体机械作用增强，奥氐体切变阻力增大，机械稳定化程度增加；②马氏体相变会造成母相塑性变形引入缺陷（或使缺陷增加），破坏了母相与新相（或其核坯）之间的共格关系，因而产生机械稳定化。M s 点以下等温停留，热稳定化和机械稳定化往往同时产生。

8．何谓高聚物的玻璃化转变温度？简述其影响因素。

答：非晶态的线性高聚物在不同温度下按力学性质分为玻璃态、高弹态和黏流态3种。