课后习题集(简答题).doc

-* 课后习题（简答题）整理 （注：此内容仅供参考，如有疑义请自行查证) 习题一：金属固态相变基础 1、 金属固态相变有哪些主要特征？ ①相界面特殊（不同类型，具有不同界面能和应变能）②新旧相之间存在一定位向关系与惯习面③相变阻力大（弹性应变能作用）4.易产生过渡相（降低形核功）5.晶体缺陷的影响（提供驱动力） 6.原子的扩散 2、哪些因素构成固态相变阻力？哪些构成相变驱动力？ 固态相变的阻力：弹性应变能和界面能；相变驱动力：新旧两相的自由能差和新相自由能较低 3、 金属固态相变主要有哪些变化？ 内部组织或结构；有序化程度 4、固态相变的过程中形核和长大的方式是什么？ 形核：均匀形核；非均匀形核：① 晶界形核②位错形核③空位形核。新相晶核的长大，实质是界面向母相方向的迁移。 5、固态相变的长大速度受什么控制？ 无扩散型相变受控于界面过程；扩散型相变成分不变时长大速度主要受控于界面过程，成分改变时长大速度取决于扩散过程 6、C曲线为何呈“C”型（存在鼻点）？ ①过冷奥氏体转变速度取决于转变驱动力和扩散能力，而△T↑， △G ↑ ，D↓。 ②在A1～550℃区间,随过冷度增大,原子扩散较快,转变速度较快。 ③550℃以下,随过冷度增大,原子扩散速度越来越慢,因而转变速度减慢。 7. 影响C曲线的因素有哪些？ 1.含碳量；2.合金元素；3.奥氏体晶粒尺寸；4.原始组织、加热温度和保温时间；5. 奥氏体塑性变形 习题二：钢中奥氏体的形成 1.热处理的条件：（1）有固态相变发生的金属或合金（2）加热时溶解度有显著变化的合金 为什么钢可以进行热处理？ ① α→ γ 固态相变﹄有相变重结晶 ② C溶解度显著变化﹄可固溶强化 2. 钢在加热和冷却时临界温度的意义？ Ac1——加热时珠光体向奥氏体转变的开始温度； Ar1——冷却时奥氏体向珠光体转变的开始温度； Ac3——加热时先共析铁素体全部转变为奥氏体的终了温度； Ar3——冷却时奥氏体开始析出先共析铁素体的温度； Accm加热时二次渗碳体全部溶入奥氏体的终了温度 Arcm——冷却时奥氏体开始析出二次渗碳体的温度。 3. 以共析钢为例，说明奥氏体的形成过程及碳的扩散？ 1.奥氏体形核2.奥氏体的长大3. 残余碳化物的溶解4.奥氏体的均匀化 4. 解释钢的本质晶粒度、起始晶粒度和实际晶粒度？ 起始晶粒度：在临界温度以上，奥氏体形成刚刚完成，其晶粒边界刚刚相互接触时的晶粒大小。 实际晶粒度：在某一加热条件下所得到的实际晶粒大小。 本质晶粒度：在保温足够时间（3-8小时）后测得奥氏体晶粒大小。 5.影响奥氏体形成速度的因素有那些？有何影响？ 1、加热温度的影响：T↗，I ↗，G↗，且I ↗> G↗；2、碳含量的影响：C％↗，A形成速度↗；3、原始组织的影响：片状P转变速度>粒状P；4、合金元素的影响：（1）对A形成速度的影响：改变临界点位置，影响碳在A 中的扩散系数，合金碳化物在A中溶解难易程度的牵制对原始组织的影响（2）对A均匀化的影响：合金钢需要更长均匀化时间 习题三：钢的珠光体转变 1. 以共析钢为例，试述片状珠光体的转变机制，并用铁碳相图说明片状珠光体形成时碳的扩散。 共析成分的奥氏体，在临界点以下发生如下转变： A → F + Fe3C 片状珠光体形成依赖于扩散，以得到所需要的浓度变化以及结构变化，转变也是一个形核和长大的过程。 由于各相间的碳浓度差，造成了如下扩散：（a）界面扩散（b）由远离P区扩散（c）铁素体中C的扩散 2. 片状珠光体和粒状珠光体生成条件有何不同？决定片层间距的主要因素是什么？ 片状珠光体生成条件是过冷奥氏体缓冷，粒状珠光体是通过片状珠光体中渗碳体的球状化而获得的；决定片层间距的主要因素是过冷度ΔT 3. 什么是伪共析组织？ 非共析成分的Ａ被过冷到ES延长线SE’与GS延长线SG’ ，可以不先析出先共析相而直接分解为F与Fe3C混合物,即为伪共析组织。 习题四：钢的马氏体转变 1. 试叙述马氏体相变的主要特征 ？ 切变共格性和表面浮凸现象；无扩散性；具有特定的位向关系和惯习面；非恒温性；可逆性 2. 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、亚结构及其力学性能的差异？ 板条马氏体：扁条状或薄片状，亚结构为位错；片状马氏体：呈针状或竹叶状，亚结构主要是孪晶 3. 钢中马氏体高强度高硬度（强化机制）的本质是什么？为什么钢中板条马氏体具有较好的强韧性，而片状马氏体塑韧性较差？ 本质：1.相变强化2.固溶强化3.时效强化4. 马氏体的形变强化特性5.孪晶对马氏体强度的贡献6.原始奥氏体晶粒大小和马氏体板条群大小对马氏体强度的影响。 马氏体的韧性主要取决于马氏体的亚结构：位错型马氏体具有良好的韧性 孪晶马氏体的韧性较差 4. 马氏体转变动力学的方式，各种方式的特点？ 1. 降温瞬时形核、瞬时长大，特点:①Ms以下必须不断降温，M核才能不断形成，形核速度极快，瞬时形成②长大速度极快，在极低温下仍能高速长大③M单晶长大到一定大小后不再长大；2. 等温形核、瞬时长大，特点：①M核可以等温形成，有孕育期，形核率随过冷度增加，先增后减②转变速度随过冷度的增加、时间的延长先增后减③快冷可抑制M转变④转变不能进行到底，只有部分A可以等温转变为M；3．自触发形核、瞬时长大，特点：当第一片M形成后，会激发出大量M而引起爆发式转变，爆发转变停止后，为使M转变继续进行，必须继续降低温度；4．表面马氏体相变，特点：①等温转变②有孕育期，长大速度极慢，惯习面 {112}γ，位向关系为西山关系，形态呈条状。 5. 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奥氏体稳定性提高，而使马氏体转变迟滞的现象称为奥氏体的热稳定化。 6. Ms点很低的原因？马氏体形成的两个条件？影响Ms点的主要因素有那些？ Ms点很低的原因：若To点一定，Ms点越低，则相变所需的驱动力就越大； 马氏体的形成条件：（1）快冷 V > Vc（Vc为临界淬火冷却速度）避免奥氏体向P、B转变（2）深冷 T < MS 提供足够的驱动力；影响Ms点的主要因素：（1）化学成分（最主要影响因素）（2）形变与应力的影响（3）奥氏体化条件的影响（4）淬火冷却速度的影响（5）磁场的影响 7. 什么是形变诱发马氏体，Md点的物理意义是？ 形变诱发马氏体：在温度以上，温度以下对奥氏体进行塑性变形将会诱发马氏体转变的现象。 Md称为形变诱发马氏体相变开始点，是可获得形变诱发马氏体的最高温度； 习题五：贝氏体转变 1. 比较比较上贝氏体和下贝氏体的组织特征（形态特征、立体特征、形成温度、组成、铁素体的形态及分布、碳化物的形态及分布、亚结构）与性能特点？ 上贝氏体：由铁素体和碳化物（主要为渗碳体）组成的二相非层片状混合物；在贝氏体转变的较高温度区域内形成，对于中、高碳钢，此温度约在550～350℃温度区间；铁素体呈大致平行的成束的板条状，自奥氏体晶界的一侧或两侧向奥氏体晶内伸展；渗碳体呈断续的、短杆状分布于铁素体板条之间，其主轴方向与铁素体板条方向平行，呈非层片状；显微镜下的特征呈羽毛状；亚结构为位错；铁素体的惯习面为{111}A，与奥氏体之间的位向接近K-S关系， 碳化物惯习面为{227} A，与奥氏体有确定位向关系。 下贝氏体：由铁素体和碳化物（为ε- FexC）组成的二相非层片状混合物；在贝氏体转变的低温转变区形成，大致在350℃（共析钢在350℃～Ms温度区间）；光学显微镜下的特征，在低碳钢（低碳低合金钢）中，下贝氏体呈板条状，在高碳钢中，大量的在奥氏体晶粒内部沿某些晶面单独的或成堆的长成竹叶状（黑色片状或针状），立体形态呈双凸透镜状；碳量低时铁素体呈板条状，碳量高时，呈片状；铁素体片内存在细小碳化物，碳化物为ε- FexC，上部为渗碳体＋ε- FexC，呈细片状或颗粒状分布于铁素体片内；亚结构为位错； 2. 分析贝氏体转变的动力学图，说明贝氏体转变的动力学特点和影响因素？ 动力学特点：等温转变动力学图也呈“C”，主要受碳的扩散所控制。影响贝氏体等温转变动力学的因素：化学成分，奥氏体晶粒大小和奥氏体化温度，应力和塑性变形，奥氏体冷却时在不同温度停留 3. 比较珠光体、贝氏体、马氏体转变的主要特征？ P 转 变 B 转 变 M 转 变 转变T（上限T) A1～550℃（A1） 550℃～Ms（Bs） Ms～Mf（Ms） 形成过程 形核与长大 形核与长大 形核与长大 领先相 F 或 Fe3C F 无 是否有孕育期？ 有 有 无 形核部位 晶界 晶界、晶内 晶体缺陷 转变速度 慢 快 极快 切变共格性、浮凸效应 无 有 有 C原子扩散 有 有 无 Fe与Me原子 有 无 无 等温转变的完全性 完全 不完全 不完全 转变产物及组成 P（F +Fe3C） B（ F +Cem ） M(单相） 转变产物形态 片状 羽毛、针叶状 板条、片状 转变产物的硬度 低 中 高 4.简述上贝氏体、下贝氏体形成过程。 上贝氏体形成过程如下：(1) 在奥氏体中贫碳区形成铁素体核；(2) 碳越过铁素体与奥氏体界面向奥氏体扩散；(3) 由于温度降低，碳不能进行远程扩散，而在奥氏体界面附近堆积， 形成渗碳体；(4) 同时铁素体长大，形成羽毛状上贝氏体。 下贝氏体形成过程如下：(1) 在贫碳区形成铁素体核，具有过饱和的碳；(2) 由于温度低，碳原子不能越过铁素体与奥氏体界面扩散至奥氏体中；(3) 碳原子在铁素体内扩散； (4) 在铁素体内一定晶面上析出碳化物，以降低能量,同时F长大。 习题六：钢的回火转变 1. 试述回火过程中钢的组织和性能的变化？ 回火过程中钢的组织变化：1．马氏体中碳原子偏聚2．马氏体分解3．残余奥氏体转变4．碳化物析出与转变5．α相状态变化及碳化物聚集长大。 回火过程中钢的性能变化：随着回火温度升高硬度和强度降低，塑性不断上升，冲击韧性下降。 2. 试比较索氏体和回火索氏体，屈氏体和回火屈氏体，马氏体和回火马氏体之间在形成条件、组织形态、性能上的主要区别。 索氏体 回火索氏体 形成条件 650～600℃ 淬火后高温回火500~650℃ 组织形态 细片状珠光体 由已再结晶的铁素体和均匀分布的细粒状渗碳体所组成。F失去原M形态，成为多边形颗粒状，同时渗碳体聚集长大 性 能 强度和硬度较高（25～30HRC），塑性和韧性较好 保持较高的强度和硬度（25～35HRC)同时具有更好的塑性和韧性。 马氏体 回火马氏体 形成条件 230～－50℃ 淬火后低温回火150～250℃以上 组织形态 碳在α－Fe中过饱和的固溶体，形态为片状或板条状 由过饱和的α相与其共格的ε－Fe2.4C组成，形态保留原M形状 性 能 高碳片状M，硬度（64～66HRC）、脆性大，塑性、韧性差。低碳板条状M，硬度（30～50HRC），塑性韧性较高 由于需低温回火的通常为高碳钢，故保持淬火M的高硬度（58～62HRC)高耐磨性，降低淬火应力和脆性。 屈氏体 回火屈氏体 形成条件 600～550℃ 淬火后中温回火（350～500℃） 组织形态 极细片状珠光体 由尚未发生再结晶的针状铁素体和弥散分布的极细小的片状或粒状渗碳体所组成。形态仍为淬火M的片状或板条状 性 能 强度和硬度高（30～40HRC），塑性和韧性好 获得较高的屈强比，硬度（35～45HRC)高的弹性极限，高的韧性。 3.第一类回火脆性和第二类回火脆性的定义、产生原因与消除方法？ 第一类回火脆性定义：在250～400℃温度范围内出现的回火脆性。产生原因：马氏体板条界上存在残余奥氏体薄膜，引起脆性降低；片状Fe3C在晶界处沉淀；杂质元素的偏聚引起晶界弱化而导致脆断。防止方法：(1)加入合金元素使回火脆性温度提高。如加入Mo、Si等(2)不在此温度区间回火(3)降低杂质元素含量(4)采用等温淬火，获得B下。 第二类回火脆性定义：在450～650℃温度范围内出现的回火脆性。Sb、Sn、P等杂质元素向原始奥氏体晶界的偏聚是产生第二类回火脆性的主要原因。防止方法：(1)降低杂质元素含量，减少合金元素Ni、Cr、Mn含量。(2)加入合金元素Mo、W等抑制杂质元素偏聚。(3)细化晶粒，奥氏体晶粒粗大，单位体积晶界数量减少，杂质在晶界处含量相对增加，第二类回火脆性增大。(4)回火快冷(对尺寸小的零件、形状不太复杂)。(5)采用形变热处理方法减少第二类回火脆性。(6)亚共析钢采用亚温淬火使P溶入到α相中，减少其在奥氏体晶界的偏聚。 习题七：合金脱溶沉淀与时效 1. 简述时效的一般过程和时效硬化机制。 经固溶处理后在室温放置或加热到溶解度曲线以下某一温度保温，使B组元从过饱固溶体中析出的过程。时效硬化机制：1）内应变强化；2）切过析出相颗粒强化；3）绕过析出相强化 2. 不连续脱溶与珠光体转变有何相同点和不同点。 非连续脱溶过程与珠光体转变相似，但二者本质不同。 非连续脱溶：α0 →α1 +β是析出强化相，且α0 、α1相结构相同；珠光体转变：γ → α+ Fe3C中γ、α相结构不相同。 3. 淬火时效、应变时效 淬火时效：含有W，Mo，V，Cu，Be等元素的铁基合金淬火后进行时效时产生失效硬化的现象。 应变时效：纯铁或低碳钢经形变后时效时产生的硬化现象。 习题一： 碳势：纯铁在一定温度下于加热炉气加热时达到既不增碳也不脱碳与炉气保持平衡时表面的碳含量。 碳势的测定（炉气成分含量测定）：用红外线CO2分析仪测定炉气中CO2含量；用露点表示炉气中 H2O含量；用氧探头来测定炉气中氧分压。 习题二： 1. 说明完全退火、不完全退火、正火的目的与应用。这三种工艺各如何选择加热温度？ 完全退火目的：细化晶粒,降低硬度,改善切削性能,消除内应力。加热到Ac3点以上20~30℃ 不完全退火目的:降低硬度,改善切削性能；经淬火,回火后获得良好的综合机械性能。加热至Ac1和Ac3之间，或Ac1与Accm之间 正火目的：提高硬度、细化晶粒，获得比较均匀的组织和性能。加热到Ac3（Accm)以上适当温度（30～50℃） 2. 有一20钢制造的轴，试问锻后采取什么样的热处理再进行切削加工？T8钢、T12钢切削加工前的预备热处理工艺是否相同，为什么？ 习题三： 1. 如果钢在淬火时冷却速度是可以任意控制的，那么它的理想冷却曲线应该怎样？为什么？在淬火工艺中必须重点考虑哪两方面的问题？ 2.常用的淬火方法有哪些？工艺曲线怎样表示？各适用什么情况？ 3.何为钢的淬透性和淬硬性？影响因素各是什么？淬透性好的钢淬硬性是否一定高？ （1）淬透性 概念：系指淬火时获得马氏体的难易程度； 影响因素：主要和钢的过冷奥氏体的稳定性有关或者说与钢的临界淬火冷却速度有关， （2）淬硬性 概念：是指淬成马氏体可得到的硬度， 影响因素：主要和钢中含碳量有关。 4. 试述钢的回火分类。举例说明各类回火有何应用？调质与正火产物在组织、性能上的差异和原因？ 5. 钢淬火时发生变形和开裂的原因是什么？何为热应力和组织应力？解释为什么分级淬火和等温淬火可以减小变形和开裂？ 6.有一45钢制造的齿轮，要求表面耐磨，其工艺流程为： 锻造——热处理1——切削加工（成型）——热处理2——成品， 试问热处理1、2各采取什么样的热处理工艺？说明原因？ 习题四： 1.化学热处理的基本过程:1.分解阶段：渗剂中的化学反应分解出渗入元素的活 性原子2.吸收阶段：活性原子被金属表面吸收3.扩散阶段：渗入原子在金属基体内达到一定浓度后从工件表面向内部扩散 2. 什么叫纯扩散？什么叫反应扩散？ 纯扩散：渗入元素原子在母相中形成固溶体，在扩散过程中不发生相变或者化合物形成与分解的扩散称为纯扩散。 组织扩散：由固溶度较低的固溶体转变为浓度更高的化合物的扩散行为。 3.某齿轮要求具有高的耐磨性，并承受一定的冲击载荷，拟采用下列材料和热处理工艺： （1）45钢的淬火和低温回火；（2）45钢的高频淬火和低温回火；（3）T8钢淬火和中温回火；（4）20钢渗碳淬火和低温回火。你认为哪种工艺比较合适？为什么？ 4.确定下列零件的热处理工艺，并制定简明的工艺路线： （1）某机床变速箱齿轮，要求齿面耐磨，心部强度和韧性要求不高，且选用45钢； （2）某机床主轴，要求有良好的综合机械性能，轴颈部要求耐磨（50～55HRC），材料选用45钢； （3）柴油机凸轮轴，要求凸轮表面有较高的硬度（HRC>60），心部有较好的韧性（Ak>50J),材料选用15钢； （4）镗床和镗杆，在重载荷作用下工作，并在滑动轴承中运转，要求镗杆表面有极高的硬度，心部有较高的综合力学性能，材料选用38CrMoAlA。 下列零件应选用何种热处理工艺： Wc=0.2%，要求适当提高硬度，改善切削加工性能。 Wc=1.2%，要求降低硬度，改善切削加工性能。 Wc=1.2%，要求提高硬度和耐磨性。 Wc=0.45%，要求具有好的综合力学性能。 Wc=0.6%，要求具有好的弹性。 钢丝冷拉后硬度高，要求降低硬度，消除内应力。