固态相变合金固态相变.docx

固态相变合金固态相变.docx

《固态相变合金固态相变.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《固态相变合金固态相变.docx（20页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

固态相变合金固态相变

2007～2008学年第二学期期末考试试卷《合金固态相变》A卷答案

一、名称解释（10分，每题2分）

1．珠光体：

由高温转变得到的由铁素体与渗碳体片所组成的层状组织，经过抛光与腐蚀后呈珠母色泽，称为珠光体。

2．回火脆性：

随回火温度升高，一般是钢的强度、硬度降低，塑性升高，但冲击韧性不一定总是随回火温度升高而升高，有些钢在某些温度回火时，韧性反而显著下降的现象。

3．相间析出：

低碳合金钢中，含有强碳化物形成元素（V、Mo、W、Cr、Nb、Ti），冷却时可能首先发生碳化物的析出。

由于析出是在g/a相界面上，所以叫相间析出。

4．伪共析转变：

非共析成分的Ａ被过冷到E’SG’区后，可以不先析出先共析相而直接分解为F与Fe3C混合物—与共析转变相似。

5．形变诱发马氏体：

在Md以下进行塑性变形可诱发M转变，形成的M就称为形变诱发马氏体。

二、填空：

（20分，每空0.5分）

1．固相界面根据其共格性有　①　，②　，　③　，其中　④　界面的弹性应变能最小。

①共格界面，②半共格界面，③非共格界面，④非共格界面

2．奥氏体是　①　固溶体，碳原子位于　②　位置，钢中马氏体是　③　固溶体，具有　④　点阵。

①碳溶于γ－Fe所形成的固溶体，②γ－Fe八面体中心，　③碳溶于a－Fe所形成的过饱和固溶体，④体心立方点阵

3．奥氏体转变的四个阶段是　①　，　②　，　③　，　④　。

　①　A形核，　②　A长大，　③　渗碳体溶解，　④A的均匀化　

4．A转变时，转变温度与临界点A1之差称为　①　，它随加热速度的增大而　②　。

①过热度，②增大

5．影响钢的Ms点的最主要因素是　①　，Ms随　②　升高而　③　。

　①　碳含量，　②　碳含量　③　降低。

6．M转变的切变模型有　①　，　②　，　③　。

①　Bain模型，②K-S模型，③G-T模型

7．M回火加热时，回火转变过程依次为　①　，　②　，　③　，　④　，　⑤　。

①M中碳原子的偏聚和聚集，　②　M的分解，　③　残余A分解，④碳化物类型变化，　⑤　a相回复与再结晶。

8．由淬火时造成的三类内应力在回火时，随着回火温度的升高，三类应力消失或减小的顺序和原因为：

第　①　类应力，原因是　②　；第　③　类应力，原因是　④　；第　⑤　类应力，原因是　⑥　。

第　①三　类应力，原因是　②M分解，造成碳原子析出　；第　③二　类应力，原因是　④碳化物的析出　；第　⑤一　类应力，原因是　⑥　。

9．高碳钢为了改善其切削加工性能，淬火后进行　①　，工业中也称为　②　处理。

　①　高温回火，工业中也称为　②　调质处理

10．时效硬化机制有 ①  ， ② ， ③ 。

 ①内应变强化  ， ②切过颗粒强化， ③绕过析出相（Orowan机制） 

11．通常亚共析钢的淬火加热温度是在 ① ，过共析钢为了减少变形开裂，其淬火加热温度通常是在 ② 。

12．马氏体转变时K-S关系是指  ①  （晶面关系）， ② （晶向关系）。

 ①  ｛110｝α’||｛111｝γ，②﹤111﹥α’||﹤110﹥γ

三、选择（20分，每题1分）

1．（a）由铁碳相图可知,CA-F__a__CA-C,碳原子向F一侧扩散,有利于A的长大.

（）<   （b）>   （c）≤   （d）=

2．（c）奥氏体的长大速度随温度升高而____.

（a）减小   （b）不变   （c）增大   （d）无规律

3．（c）亚共析钢在AC3下加热后的转变产物为___.

（a）F   （b）A   （c）F+A   （d）P+F

4．（d）亚共析钢的先共析铁素体是在____以上向奥氏体转变的.

（a）AC1    （b）T0   （c）A1    （d）AC3

5．（b）（c）选出过冷奥氏体向贝氏体转变时的相变阻力

（a）新相和母相的自由能差，（b）两相间的表面能，（c）弹性应变能，（d）塑性应变能

6．（c）由于形成F与Fe3C的二相平衡时，体系自由能最低，所以A只要在A1下保持足够长时间，就会得到____的二相混合物P。

（a）A+P   （b）A+Fe3C   （c）F+Fe3C   （d）A+F

7．（a）一般认为共析钢的珠光体转变的领先相是____。

（a）渗碳体   （b）铁素体   （c）奥氏体   （d）渗碳体和铁素体

8．（c）发生P转变时，Fe3C形核于____或A晶内未溶Fe3C粒子。

（a）P晶界   （b）珠光体团交界处   （c）A晶界   （d）Fe3C/P界面

9．（a）共析成分的奥氏体发生珠光体转变时，会发生碳在___和__中的扩散。

（a）F和A   （b）F和P   （c）P和A   （d）F和Fe3C

10．（a）在A1温度以下发生的P转变，奥氏体与铁素体界面上的碳浓度___奥氏体与渗碳体界面上碳浓度，从而引起了奥氏体中的碳的扩散。

（a）低于   （b）高于   （c）等于   （d）小于等于

11．（b）随着贝氏体形成温度的降低，强度逐渐　　　，韧性　　。

（a）降低，降低，（b）增加，增加， （c）降低，增加，（d）增加，降低

12．（c）球化处理由片状向粒状转变，可____，属自发过程。

（a）降低结合能  （b）降低体积  （c）降低表面能   （d）降低碳浓度

13．（d）珠光体转变的形核率I及长大速度V随过冷度的增加____。

（a）先减后增   （b）不变化   （c）增加   （d）先增后减

14．（a）要想改善碳钢在加工过程中的切削加工性能，宜采取的中间热处理工艺为　　　。

（a）退火   （b）淬火　（c）回火   （d）正火

15．（a）珠光体等温转变动力学图有一鼻尖，鼻尖对应了形核率和转变速度的 _____。

（a）最大处   （b）最小处   （c）平均值处   （d）次大处

16．（d）亚（过）共析钢的TTT曲线左上方有一___。

（a）等温线   （b）共析线   （c）A1   （d）先共析线

17.（a）奥氏体化温度越高，保温时间越长，珠光体的形核率和长大速度____

（a）越小   （b）越大   （c）不变   （d）先增后减

18．（b）上贝氏体转变的形成温度范围是：

（a）550℃以上，（b）350~550℃，（c）350℃以下，（d）Ms点以下

19．（d）在成分相同的情况下，粒状珠光体的强度和硬度比片状的___，塑性___。

（a）较高，较好   （b）较低，较低  

（c）较高，较低   （d）较低，较好

20．（b）在Ms点以上由变形产生的马氏体为  。

（a） 应力促发马氏体 （b）形变诱发马氏体 （c）淬火马氏体 （d）热弹性马氏体

四、简答题：

（20分，每题4分）

1．说明钢的淬火、回火的目的。

珠光体中球状碳化物形成的途径。

答：

（1）由淬火马氏体在高亚临界温度（A1以下附近的温度）分解而形成。

即：

淬火＋高温回火（调质处理）

（2）由P在高亚临界温度长时间保温，使渗碳体变成球状

（3）由A转变为铁素体＋球状渗碳体

3．简述派登处理在高碳钢强韧化方面的应用。

答：

当珠光体中答：

当珠光体中Fe3C很薄时，在外力的作用下可以滑移产生塑性变形，也可产生弯曲，使塑性升高。

将高碳钢丝经铅浴等温处理得到片间距极小的索氏体，然后利用薄渗碳体片可以弯曲和产生塑性变形的特性进行深度冷拔以增加F片内的位错，而使强度得到显著提高，生产中称为派登处理（铅浴处理）。

4．M转变需要很大的过冷度，为什么？

答：

发生M转变时，自由能的变化可表示为ΔG＝－（ΔGV+ΔGD）+Sg+E+ΣT，当t=Ms时，（ΔGV+ΔGD）即为M转变所需的驱动力ΔGa®g’，而阻力包括三个方面，分别是界面能Sg、弹性能E，还有ΣT（包括晶格改组需要消耗能量所作的功、位错和孪晶形成导致的能量升高以及M形成时发生的塑性变形而消耗的能量），由此可见，由于M转变时需要增加能量较多，故阻力较大，使转变必须在较大过冷度下才能进行。

五、论述题（30分）：

1.（10分）试从转变热力学，动力学，组织，性能方面论述钢中珠光体转变和马氏体转变的异同点。

项目

珠光体（P）

马氏体（M）

转变温度

高温（开始温度A1）

低温（Ms）

转变产物

F和Fe3C的机械混合物

C溶于α-Fe中的过饱和故容体

组织形态

片状、颗粒状

板条状、透镜片状、蝶状

薄板状、薄片状

晶体学特征

无表面浮凸

有表面浮凸，成“N”型

转变动力学

等温转变动力学曲线呈“S”，等温转变动力学图呈“C”，等温条件下可进行到终了。

变温瞬时形核，瞬时长大；等温形核、瞬时长大；自触发形核，瞬时长大。

等温条件下不可进行完全。

转变热力学

驱动力为自由焓差，通过扩散形成

驱动力也为自由焓差，基本无扩散，

性能

塑形、韧性较好，强度、硬度略低

具有高的强度和硬度，但塑形、韧性较差

2.（8分）试画出共析钢过冷奥氏体等温转变动力学图。

并标出：

1）各相区的组织和临界点（线）代表的意义；

（2）分别获得M，P，B下，P＋B组织的冷却速度曲线。

3.（6分）30＃钢齿轮在工作时发生了开裂，现要对其开裂原因进行失效分析。

据了解，其热处理工艺为850℃淬火，350℃回火，根据你所学的固态相变研究的方法的基本知识，请提出失效分析的方案，并分析其失效的具体原因。

答：

一、了解相关情况，包括服役条件、时间等；

一、查阅相关资料，包括30＃钢的强度、屈服极限、TTT图CCT图等，回火处理的相关工艺等；

二、进行相关实验，做对照分析，包括：

   a） 测定成分及金相组织观察，判定是否为成分原因；

   b） 测定强度及屈服极限等，看是否与资料显示一致，判断是否为操作不当或材料老化造成的正常断裂；

   c） 进行断口分析，判断是否在回火的过程中发生了回火脆性，一般在350℃回火时多会发生第一类回火脆性。

判定方法是将材料全部加热到350℃以上，再进行冷却，则第一类回火脆性会消失。

   d） 判断是否加热环节出现问题，如果A化温度过高，淬火速度过快，则易造成晶粒粗大、内应力大，造成变形开裂等。

提出如下改进方案：

1）调整回火温度，使回火温度避开第一类和第二类回火脆性温度范围；2）添加少量的合金元素如：

钼、钨、钛、铝等，使第一类回火脆性被减弱；3）改善加热规程，使奥氏体晶粒细化，同时降低淬火后的残余奥氏体的量，从而减弱第一类回火脆性。

4.（6分）碳钢在进行不同热处理工艺后会具有不同硬度。

在进行以下热处理后请画出其硬度随含碳量的变化的曲线示意图。

并说明其原因。

1）完全淬火冷却到室温，2）不完全淬火冷却至室温，3）完全淬火后深冷处理。

5.下图为两类相图，a）为匀晶相图，两组元无限互溶，b）为有共晶转变的相图，两组元有限互溶。

说明成份为B0的合金分别可以通过什么方式进行强化，为什么

2007～2008学年第二学期期末考试试卷《合金固态相变》B卷答案

一、名称解释（10分，每题2分）

1．珠光体：

由高温转变得到的由铁素体与渗碳体片所组成的层状组织，经过抛光与腐蚀后呈珠母色泽，称为珠光体。

2．回火脆性：

随回火温度升高，一般是钢的强度、硬度降低，塑性升高，但冲击韧性不一定总是随回火温度升高而升高，有些钢在某些温度回火时，韧性反而显著下降的现象。

3．相间析出：

低碳合金钢中，含有强碳化物形成元素（V、Mo、W、Cr、Nb、Ti），冷却时可能首先发生碳化物的析出。

由于析出是在g/a相界面上，所以叫相间析出。

4．伪共析转变：

非共析成分的Ａ被过冷到E’SG’区后，可以不先析出先共析相而直接分解为F与Fe3C混合物—与共析转变相似。

5．形变诱发马氏体：

在Md以下进行塑性变形可诱发M转变，形成的M就称为形变诱发马氏体。

二、填空：

（20分，每空0.5分）

1．固相界面根据其共格性有　①　，②　，　③　，其中　④　界面的弹性应变能最小。

①共格界面，②半共格界面，③非共格界面，④共格界面

2．奥氏体是　①　固溶体，碳原子位于　②　位置，钢中马氏体是　③　固溶体，具有　④　点阵。

/div>

①碳溶于γ－Fe所形成的固溶体，②γ－Fe八面体中心，　③碳溶于a－Fe所形成的过饱和固溶体，④体心立方点阵

3．奥氏体转变的四个阶段是　①　，　②　，　③　，　④　。

　①　A形核，　②　A长大，　③　渗碳体溶解，　④A的均匀化　

4．A转变时，转变温度与临界点A1之差称为　①　，它随加热速度的增大而　②　。

①过热度，②增大

5．影响钢的Ms点的最主要因素是　①　，Ms随　②　升高而　③　。

　①　碳含量，　②　碳含量　③　降低。

6．M转变的切变模型有　①　，　②　，　③　。

①　Bain模型，②K-S模型，③G-T模型

7．M回火加热时，回火转变过程依次为　①　，　②　，　③　，　④　，　⑤　。

①M中碳原子的偏聚和聚集，　②　M的分解，　③　残余A分解，④碳化物类型变化，　⑤　a相回复与再结晶。

8．由淬火时造成的三类内应力在回火时，随着回火温度的升高，三类应力消失或减小的顺序和原因为：

第　①　类应力，原因是　②　；第　③　类应力，原因是　④　；第　⑤　类应力，原因是　⑥　。

第　①三　类应力，原因是　②M分解，造成碳原子析出　；第　③二　类应力，原因是　④碳化物的析出　；第　⑤一　类应力，原因是　⑥　。

9．高碳钢为了改善其切削加工性能，淬火后进行　①　，工业中也称为　②　处理。

　①　高温回火，工业中也称为　②　调质处理

10．时效硬化机制有 ①  ， ② ， ③ 。

 ①内应变强化  ， ②切过颗粒强化， ③绕过析出相（Orowan机制） 

11．通常亚共析钢的淬火加热温度是在 ① ，过共析钢为了减少变形开裂，其淬火加热温度通常是在 ② 。

12．马氏体转变时K-S关系是指  ①  （晶面关系）， ② （晶向关系）。

 ①  ｛110｝α’||｛111｝γ，②﹤111﹥α’||﹤110﹥γ

三、选择（20分，每题1分）

1．（a）由铁碳相图可知,CA-F__a__CA-C,碳原子向F一侧扩散,有利于A的长大.

（）<   （b）>   （c）≤   （d）=

2．（c）奥氏体的长大速度随温度升高而____.

（a）减小   （b）不变   （c）增大   （d）无规律

3．（c）亚共析钢在AC3下加热后的转变产物为___.

（a）F   （b）A   （c）F+A   （d）P+F

4．（d）亚共析钢的先共析铁素体是在____以上向奥氏体转变的.

（a）AC1    （b）T0   （c）A1    （d）AC3

5．（b）（c）选出过冷奥氏体向贝氏体转变时的相变阻力

（a）新相和母相的自由能差，（b）两相间的表面能，（c）弹性应变能，（d）塑性应变能

6．（c）由于形成F与Fe3C的二相平衡时，体系自由能最低，所以A只要在A1下保持足够长时间，就会得到____的二相混合物P。

（a）A+P   （b）A+Fe3C   （c）F+Fe3C   （d）A+F

7．（a）一般认为共析钢的珠光体转变的领先相是____。

（a）渗碳体   （b）铁素体   （c）奥氏体   （d）渗碳体和铁素体

8．（c）发生P转变时，Fe3C形核于____或A晶内未溶Fe3C粒子。

（a）P晶界   （b）珠光体团交界处   （c）A晶界   （d）Fe3C/P界面

9．（d）共析成分的奥氏体发生珠光体转变时，会发生碳在___和__中的扩散。

（a）F和A   （b）F和P   （c）P和A   （d）F和Fe3C

10．（a）在A1温度以下发生的P转变，奥氏体与铁素体界面上的碳浓度___奥氏体与渗碳体界面上碳浓度，从而引起了奥氏体中的碳的扩散。

（a）低于   （b）高于   （c）等于   （d）小于等于

11．（b）随着贝氏体形成温度的降低，强度逐渐　　　，韧性　　。

（a）降低，降低，（b）增加，增加， （c）降低，增加，（d）增加，降低

12．（c）球化处理由片状向粒状转变，可____，属自发过程。

（a）降低结合能  （b）降低体积  （c）降低表面能   （d）降低碳浓度

13．（d）珠光体转变的形核率I及长大速度V随过冷度的增加____。

（a）先减后增   （b）不变化   （c）增加   （d）先增后减

14．（a）要想改善碳钢在加工过程中的切削加工性能，宜采取的中间热处理工艺为　　　。

（a）退火   （b）淬火　（c）回火   （d）正火

15．（a）珠光体等温转变动力学图有一鼻尖，鼻尖对应了形核率和转变速度的 _____。

（a）最大处   （b）最小处   （c）平均值处   （d）次大处

16．（d）亚（过）共析钢的TTT曲线左上方有一___。

（a）等温线   （b）共析线   （c）A1   （d）先共析线

17.（d）奥氏体化温度越高，保温时间越长，珠光体的形核率和长大速度____

（a）越小   （b）越大   （c）不变   （d）先增后减

18．（b）上贝氏体转变的形成温度范围是：

（a）550℃以上，（b）350~550℃，（c）350℃以下，（d）Ms点以下

19．（d）在成分相同的情况下，粒状珠光体的强度和硬度比片状的___，塑性___。

（a）较高，较好   （b）较低，较低  

（c）较高，较低   （d）较低，较好

20．（b）在Ms点以上由变形产生的马氏体为  。

（a）       应力促发马氏体 （b）形变诱发马氏体 （c）淬火马氏体 （d）热弹性马氏体

四、简答题：

（20分，每题4分）

1．说明钢的淬火、回火的目的。

淬火：

提高强韧性、弹性、耐蚀性和耐热性及硬度和耐磨性

回火：

1）提高钢塑性、韧性，达到硬度强度、塑性韧性的配合；2）消除淬火后内应力，防止变形、开裂；3）改善钢的切削加工性

2． 珠光体中球状碳化物形成的途径

2008～2009学年第二学期期末考试试卷《合金固态相变》A卷答案

一、名称解释（10分，每题2分）

1． 回火马氏体

答：

淬火钢在低温回火时得到的组织。

2． 回火脆性

答：

随回火温度升高，一般是钢的强度、硬度降低，塑性升高，但冲击韧性不一定总是随回火温度升高而升高，有些钢在某些温度回火时，韧性反而显著下降的现象。

3． 组织遗传

答：

合金钢构件在热处理时，常出现由于锻压、轧制、铸造、焊接等工艺而形成的原始有序粗晶组织。

这些非平衡的粗晶有序组织（马氏体、贝氏体、魏氏组织等）在一定加热条件下所形成的奥氏体晶粒继承或恢复原始粗大晶粒的现象，称为组织遗传。

4． 时效

答：

过饱和的固溶体在室温放置或加热到一定温度下保持一段时间，使得溶质原子在固溶体点阵中的一定区域内析出、聚集、形成新相，引起合金的组织和性能的变化称为时效。

5． 形状记忆效应

答：

将某些金属材料进行变形后加热到某一特定温度以上时，能自动回复到原来的形状的效应。

二、填空：

（20分，每空0.5分）

1. 马氏体转变时K-S关系是指｛110｝α’||｛111｝γ（晶面关系），﹤111﹥α’||﹤110﹥γ（晶向关系）。

2. 奥氏体是　碳溶于γ－Fe所形成的固溶体　固溶体，碳原子位于γ－Fe八面体中心位置，钢中马氏体是碳溶于a－Fe所形成的过饱和固溶体固溶体，具有 体心正方点阵  点阵。

3. 固相界面根据其共格性有　共格，半共格，非共格，其中非共格界面的弹性应变能最小。

4. M回火加热时，回火转变过程依次为M中碳原子的偏聚和聚集 ，　M的分解 ，　残余A分解 ，碳化物类型变化 ，　a相回复与再结晶 。

5. 由淬火时造成的三类内应力在回火时，随着回火温度的升高，三类应力消失或减小的顺序和原因为：

第三类应力，原因是M分解，造成碳原子析出；第二类应力，原因是碳化物的析出；第　一　类应力，原因是　a相再结晶　。

6. 时效硬化机制有 内应变强化  ，切过颗粒强化，绕过析出相（Orowan机制）。

7. A转变时，转变温度与临界点A1之差称为过热度，它随加热速度的增大而增大。

8. 奥氏体转变的四个阶段是　A形核　，　A长大　，　渗碳体溶解　，　A均匀化。

9. 影响钢的Ms点的最主要因素是　含碳量　，Ms随　含碳量升高而　降低　。

10.高碳钢为了改善其切削加工性能，淬火后进行  高温回火，工业中也称为　调质　处理。

11.一般退火采取的冷却方式为 炉冷，正火的冷却方式为空冷，正火后强度略 高于退火后的强度。

12.分析物相组成的手段主要有三种，请举出其中的两种：

中子衍射　，　X射线衍射　。

三、选择题（20分，每题1分）

1．由铁碳相图可知，奥氏体转变时，CA-F_（a）___CA-C,碳原子向F一侧扩散，有利于A的长大。

（a）<   （b）>   （c）≤   （d）=

2．珠光体的片层间距随着过冷度的增加而___（a）  _。

（a）减小   （b）不变   （c）增大   （d）无规律

3．合金时效时随时间的延长硬度发生下降是发生了_（b）__。

（a）冷时效   （b）过时效   （c）温时效   （d）自然时效

4．亚共析钢的先共析铁素体是在__（d）__以上向奥氏体转变的。

（a）AC1    （b）T0   （c）A1    （d）AC3

5．球化处理由片状向粒状转变，可_ （c）___，属自发过程。

（a）降低结合能  （b）降低体积  （c）降低表面能   （d）降低碳浓度

6．淬火钢在   （b） 温度之间出现的回火脆性称为第二类回火脆性。

（a）250～400℃   （b）450～600℃   （c）100～300℃   （d）350～650℃

7．发生P转变时，Fe3C形核于__（c）__或A晶内未溶Fe3C粒子。

（a）P晶界   （b）珠光体团交界处   （c）A晶界   （d）Fe3C/P界面

8．共析成分的奥氏体发生珠光体转变时，会发生碳在_（a）_和_    _中的扩散。

（a）F和A   （b）F和P   （c）P和A   （d）F和Fe3C

9．在A1温度以下发生的P转变，奥氏体与铁素体界面上的碳浓度（b）__奥氏体与渗碳体界面上碳浓度，从而引起了奥氏体中的碳的扩散。

（a）低于   （b）高于   （c）等于   （d）小于等于

10．随着贝氏体形成温度的降低，强度逐渐　（b）　，韧性　   　。

（a）降低，降低  （b）增加，增加  （c）降低，增加  （d）增加，降低

11．与上贝氏体相比，下贝氏体具有   （b）   的强度和       的韧性。

（a）较低，较高  （b）较高，较高  （c）较低，较高  （d）较高，较低

12．珠光体转变的形核率I及长大速度V随过冷度的增加_（d）___。

（a）先减后增   （b）不变化