热处理复习.docx

热处理复习.docx

《热处理复习.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《热处理复习.docx（8页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

热处理复习

3.某晶体的原子位于正方晶格的节点上，其晶格常数a=b≠c，c=2/3a。

今有一晶面在X、Y、Z坐标轴上的截距分别是5个原子间距，2个原子间距和3个原子间距，求该晶面的晶面参数。

解：

设X方向的截距为5a，Y方向的截距为2a，则Z方向截距为3c=3X2a/3=2a，取截距的倒数，分别为

1/5a，1/2a，1/2a

化为最小简单整数分别为2,5,5

故该晶面的晶面指数为（255）

10.已知铁和铜在室温下的晶格常数分别为0.286nm和0.3607nm，求1cm3中铁和铜的原子数。

解：

室温下Fe为体心立方晶体结构，一个晶胞中含2个Fe原子，Cu为面心立方晶体结构，一个晶胞中含有4个Cu原子

1cm3=1021nm3

令1cm3中含Fe的原子数为NFe，含Cu的原子数为NCu，室温下一个Fe的晶胞题解为VFe，一个Cu晶胞的体积为VCu，则

NFe=1021/VFe=1021/（0.286）3=3.5x1018

NCu=1021/VCu=1021/（0.3607）3=2.8X1018

15.有一正方形位错线，其柏式矢量如图所示，试指出图中各段线的性能，并指出任性位错额外串排原子面所在的位置。

DC

b

AB

AD、BC段为刃型位错；

DC、AB段为螺型位错

AD段额外半原子面垂直直面向里

BC段额外半原子面垂直直面向外

3.为什么金属结晶时一定要有过冷度，影响过冷度的因素是什么，固态金属融化时是否会出现过热，为什么？

答：

由热力学可知，在某种条件下，结晶能否发生，取决于固相的自由度是否低于液相的自由度，即?

G=GS-GL<0；只有当温度低于理论结晶温度Tm时，固态金属的自由能才低于液态金属的自由能，液态金属才能自发地转变为固态金属，因此金属结晶时一定要有过冷度。

影响过冷度的因素：

影响过冷度的因素：

1）金属的本性，金属不同，过冷度大小不同；2）金属的纯度，金属的纯度越高，过冷度越大；3）冷却速度，冷却速度越大，过冷度越大。

固态金属熔化时会出现过热度。

原因：

由热力学可知，在某种条件下，熔化能否发生，取决于液相自固态金属熔化时会出现过热度。

原因：

由度是否低于固相的自由度，即?

G=GL-GS<0；只有当温度高于理论结晶温度Tm时，液态金属的自由能才低于固态金属的自由能，固态金属才能自发转变为液态金属，因此金属熔化时一定要有过热度。

4.试比较均匀形核和非均匀形核的异同点。

相同点：

均匀形核与非均匀形核具有相同的临界晶核半径，非均匀形核的临界形核功也等于三分之一.

不同点：

非均匀形核要克服的位垒比均匀形核的小得多，在相变的形核过程通常都是非均匀形核优先进行。

核心总是倾向于以使其总的表面能和应变能最小的方式形成，因而析出物的形状是总应变能和总表面能综合影响的结果。

5.说明晶体成长形状与温度梯度的关系

（1）、在正的温度梯度下生长的界面形态：

光滑界面结晶的晶体，若无其它因素干扰，大多可以成长为以密排晶面为表面的晶体，具有规则的几何外形。

粗糙界面结构的晶体，在正的温度梯度下成长时，其界面为平行于熔点等温面的平直界面，与散热方向垂直，从而使之具有平面状的长大形态，可将这种长大方式叫做平面长大方式。

（2）、在负的温度梯度下生长的界面形态粗糙界面的晶体在负的温度梯度下生长成树枝晶体。

主干叫一次晶轴或一次晶枝。

其它的叫二次晶或三次晶。

对于光滑界面的物质在负的温度梯度下长大时，如果杰克逊因子α不太大时可能生长为树枝晶，如果杰克逊因子α很大时，即使在负的温度梯度下，仍有可能形成规则形状的晶体

1.在正温度梯度下，为什么纯金属凝固时不能呈树枝状生长，而固溶体合金却能呈树枝状成长？

纯金属凝固时，要获得树枝状晶体，必需在负的温度梯度下；在正的温度梯度下，只能以平面状长大。

而固溶体实际凝固时，往往会产生成分过冷，当成分过冷区足够大时，固溶体就会以树枝状长大。

4.何谓成分过冷？

成分过冷对固溶体结晶时晶体长大方式和铸锭组织有何影响？

在固溶体合金凝固时，在正的温度梯度下，由于固液界面前沿液相中的成分有所差别，导致固液界面前沿的熔体的温度低于实际液相线温度，从而产生的过冷称为成分过冷。

这种过冷完全是由于界面前沿液相中的成分差别所引起的。

温度梯度增大，成分过冷减小。

　　成分过冷必须具备两个条件：

第一是固~液界面前沿溶质的富集而引起成分再分配；第二是固~液界面前方液相的实际温度分布，或温度分布梯度必须达到一定的值。

对合金而言，其凝固过程同时伴随着溶质再分配，液体的成分始终处于变化当中，液体中的溶质成分的重新分配改变了相应的固液平衡温度，这种关系有合金的平衡相图所规定。

利用“成分过冷”判断合金微观的生长过程。

1.分析分析ωc=0.2%,wc=0.6%,wc=1.2%的铁碳合金从液态平衡冷却到室温的转变过程。

ωc=0.2%:

L---L+δ---δ→γ（1495度）---γ+L---γ----α+γ----γ→α（727度）---α+Fe3C;（γ=A,α=F;下同）

ωc=0.6%:

L---γ+L---γ----α+γ----γ→α（727度）---α+Fe3C;

ωc=1.2%:

L---γ+L---γ----Fe3C+γ----γ→α（727度）---α+Fe3C;

室温下相组成物的相对含量:

ωc=0.2%，渗碳体相对含量=（0.2-0.02）/6.67%,余量铁素体

ωc=0.6%，渗碳体相对含量=（0.6-0.02）/6.67%,余量铁素体

ωc=1.2%渗碳体相对含量=（1.2-0.02）/6.67%,余量铁素体

室温下组织组成物的相对含量:

ωc=0.2%，珠光体相对含量=（0.2-0.02）/0.77%,余量铁素体

ωc=0.6%，珠光体相对含量=（0.6-0.02）/0.77%,余量铁素体

ωc=1.2%,渗碳体相对含量=（1.2-0.77）/6.67%,余量珠光体

3.计算铁碳合金中二次渗碳体和三次渗碳体最大可能含量。

答：

铁碳合金中二次渗碳体即Fe3CⅡ的最大可能含量产生在2.11%C的铁碳合金中，因此

（Fe3CⅡ）max=（2.11-0.77）/（6.69-0.77）x100%=22.64%

三次渗碳体即Fe3CⅢ的可能最大含量在0.0218%C的铁碳合金中，因此

（Fe3CⅢ）max（0.0218-0.006）/（6.69-0.006）x100%=0.24%

4.分别计算莱氏体中共晶渗碳体、二次渗碳体、共析渗碳体的含量。

解：

在莱氏体中，

Fe3C共晶%=（4.3-2.11）/（6.69-2.11）*100%=47.8%

Fe3CⅡ%=[（6.69-4.3）/（6.69-2.11）]*[（2.11-0.77）/（6.69-0.77）]*100%=11.8%

Fe3C共析%=[（6.69-4.3）/（6.69-2.11）-11.8%]*[（0.77-0.0218）/（6.69-0.0218）]*100%=4.53%

5.为了区分两种弄混的钢，工人分别将A、B两块碳素钢试样加热至850℃保温后缓冷，金相组织分别为：

A试样的先共析铁素体面积为41.6%，珠光体面积为58.4%；B试样的二次渗碳体面积为7.3%，珠光体面积为92.7%；设铁素体和渗碳体的密度相同,铁素体的含碳量为零，求A、B两种碳素钢的含碳量。

解：

这两个试样处理后都是得到的平衡态组织，首先判断A试样为亚共析钢，根据相图杠杆原理列出方程如下：

（0.77-X）/（0.77-0.0218）=41.6%      这样得到X=45.0%，大概是45钢的成分范围。

同理B试样为过共析钢（6.69-X）/（6.69-0.77）=92.7%；X=1.2%，大概是T12钢的范围，当然相应地还可以利用杠杆的另外一端来求了。

4.试用多晶体的塑性变形过程说明金属晶粒越细强度越高、塑性越好的原因是什么？

答：

由Hall-Petch公式可知，屈服强度σs与晶粒直径平方根的倒数dv2呈线性关系。

在多晶体中，滑移能否从先塑性变形的晶粒转移到相邻晶粒主要取决于在已滑移晶粒晶界附近的位错塞积群所产生的应力集中能否激发相邻晶粒滑移系中的位错源，使其开动起来，从而进行协调性的多滑移。

由τ=nτ0知，塞积位错数目n越大，应力集中τ越大。

位错数目n与引起塞积的晶界到位错源的距离成正比。

晶粒越大，应力集中越大，晶粒小，应力集中小，在同样外加应力下，小晶粒需要在较大的外加应力下才能使相邻晶粒发生塑性变形。

在同样变形量下，晶粒细小，变形能分散在更多晶粒内进行，晶粒内部和晶界附近应变度相差较小，引起的应力集中减小，材料在断裂前能承受较大变形量，故具有较大的延伸率和断面收缩率。

另外，晶粒细小，晶界就曲折，不利于裂纹传播，在断裂过程中可吸收更多能量，表现出较高的韧性。

6.滑移和孪生有何区别，试比较它们在塑性变形过程的作用。

答：

区别：

1）滑移：

一部分晶体沿滑移面相对于另一部分晶体作切变，切变时原子移动的距离是滑移方向原区别：

区别子间距的整数倍；孪生：

一部分晶体沿孪生面相对于另一部分晶体作切变，切变时原子移动的距离不是孪生方向原子间距的整数倍；

2）滑移：

滑移面两边晶体的位向不变；孪生：

孪生面两边的晶体的位向不同，成镜面对称；

3）滑移：

滑移所造成的台阶经抛光后，即使再浸蚀也不会重现；孪生：

由于孪生改变了晶体取向，因此孪生经抛光和浸蚀后仍能重现；

4）滑移：

滑移是一种不均匀的切变，它只集中在某些晶面上大量的进行，而各滑移带之间的晶体并未发生滑移；孪生：

孪生是一种均匀的切变，即在切变区内与孪生面平行的每一层原子面均相对于其毗邻晶面沿孪生方向位移了一定的距离。

作用：

晶体塑性变形过程主要依靠滑移机制来完成的；孪生对塑性变形的贡献比滑移小得多，但孪生改变了部分晶体的空间取向，使原来处于不利取向的滑移系转变为新的有利取向，激发晶体滑移。

7.试述金属塑性变形后组织结构与性能之间的关系，阐明加工硬化在机械零构件生产和服役过程中的重要试述金属塑性变形后组织结构与性能之间的关系，意义。

答：

关系：

随着塑性变形程度的增加，位错密度不断增大，位错运动阻力增加，金属的强度、硬度增加，而关系：

关系塑性、韧性下降。

重要意义：

1）提高金属材料的强度；

2）是某些工件或半成品能够加工成形的重要因素；

3）提高零件或构件在使用过程中的安全性

8.金属材料经塑性变形后为什么会保留残留内应力？

研究这部分残留内应力有什么实际意义？

金属材料经塑性变形后为什么会保留残留内应力？

研究这部分残留内应力有什么实际意义？

答：

残余内应力存在的原因

1）塑性变形使金属工件或材料各部分的变形不均匀，导致宏观变形不均匀；

2）塑性变形使晶粒或亚晶粒变形不均匀，导致微观内应力；

3）塑性变形使金属内部产生大量的位错或空位，使点阵中的一部分原子偏离其平衡位置，导致点阵畸变内应力。

实际意义：

可以控制材料或工件的变形、开裂、应力腐蚀；可以利用残留应力提高工件的使用寿命。

1.用冷拔铜丝制成导线，冷拔之后应如何处理，为什么？

答：

冷拔之后应该进行退火处理。

因为冷拔是在再结晶温度以下进行加工，因此会引起加工硬化，所以要通过回复再结晶，使金属的强度和硬度下降，提高其塑性。

7.一块纯锡板被枪弹击穿，经再结晶退火后，大孔周围的晶粒大小有何特征，并说明原因。

答：

晶粒异常长大，因为受子弹击穿后，大孔周围产生了较大的变形度，由于变形度对再结晶晶粒大小有着重大影响，而且在受击穿空洞的周围其变形度呈现梯度变化，因此当变形度达到某一数值的时候，就会得到特别粗大的晶粒了。

10.金属材料在热加工时为了获得较小的晶粒组织，应该注意什么问题？

答：

应该注意其变形度避开金属材料的临界变形度；提高再结晶退火温度；尽量使原始晶粒尺寸较细；一般采用含有较多合金元素或杂志的金属材料，这样不仅增加变形金属的储存能，还能阻碍晶界的运动，从而起到细化晶粒的作用。

2.何谓上坡扩散和下坡扩散?

试举几个实例说明之。

上坡扩散是沿着浓度升高的方向进行扩散，即由低浓度向高浓度方向扩散，使浓度发生两级分化。

例如奥氏体向珠光体转变的过程中，碳原子由浓度较低的奥氏体向浓度较高的渗碳体扩散，就是上坡扩散。

下坡扩散就是沿着浓度降低的方向进行的扩散，使浓度趋于均匀化，例如铸件的均匀化退火、渗碳等过程都是下坡扩散。