金屬學(xué)及熱處理習(xí)題解

1、金屬學(xué)與熱處理總結(jié)一、金屬的晶體結(jié)構(gòu)重點(diǎn)內(nèi)容： 面心立方、體心立方金屬晶體結(jié)構(gòu)的配位數(shù)、致密度、原子半徑，八面體、四面體間隙個(gè)數(shù)；晶向指數(shù)、晶面指數(shù)的標(biāo)定；柏氏矢量具的特性、晶界具的特性?；緝?nèi)容：密排六方金屬晶體結(jié)構(gòu)的配位數(shù)、致密度、原子半徑，密排面上原子的堆垛順序、晶胞、晶格、金屬鍵的概念。晶體的特征、晶體中的空間點(diǎn)陣。晶格類型晶胞中的原子數(shù)原子半徑配位數(shù)致密度體心立方2868%面心立方41274%密排六方61274%晶格類型fcc(A1)bcc(A2)hcp(A3)間隙類型正四面體正八面體四面體扁八面體四面體正八面體間隙個(gè)數(shù)84126126原子半徑rA間隙半徑rB晶胞：在晶格中選取一個(gè)能

2、夠完全反映晶格特征的最小的幾何單元，用來(lái)分析原子排列的規(guī)律性，這個(gè)最小的幾何單元稱為晶胞。金屬鍵：失去外層價(jià)電子的正離子與彌漫其間的自由電子的靜電作用而結(jié)合起來(lái)，這種結(jié)合方式稱為金屬鍵。位錯(cuò)：晶體中原子的排列在一定范圍內(nèi)發(fā)生有規(guī)律錯(cuò)動(dòng)的一種特殊結(jié)構(gòu)組態(tài)。位錯(cuò)的柏氏矢量具有的一些特性：用位錯(cuò)的柏氏矢量可以判斷位錯(cuò)的類型；柏氏矢量的守恒性，即柏氏矢量與回路起點(diǎn)及回路途徑無(wú)關(guān)；位錯(cuò)的柏氏矢量個(gè)部分均相同。刃型位錯(cuò)的柏氏矢量與位錯(cuò)線垂直；螺型平行；混合型呈任意角度。晶界具有的一些特性：晶界的能量較高，具有自發(fā)長(zhǎng)大和使界面平直化，以減少晶界總面積的趨勢(shì)；原子在晶界上的擴(kuò)散速度高于晶內(nèi)，熔點(diǎn)較低；相變時(shí)新

3、相優(yōu)先在晶界出形核；晶界處易于發(fā)生雜質(zhì)或溶質(zhì)原子的富集或偏聚；晶界易于腐蝕和氧化；常溫下晶界可以阻止位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，提高材料的強(qiáng)度。二、純金屬的結(jié)晶重點(diǎn)內(nèi)容：均勻形核時(shí)過(guò)冷度與臨界晶核半徑、臨界形核功之間的關(guān)系；細(xì)化晶粒的方法，鑄錠三晶區(qū)的形成機(jī)制。基本內(nèi)容：結(jié)晶過(guò)程、阻力、動(dòng)力，過(guò)冷度、變質(zhì)處理的概念。鑄錠的缺陷；結(jié)晶的熱力學(xué)條件和結(jié)構(gòu)條件，非均勻形核的臨界晶核半徑、臨界形核功。相起伏：液態(tài)金屬中，時(shí)聚時(shí)散，起伏不定，不斷變化著的近程規(guī)則排列的原子集團(tuán)。過(guò)冷度：理論結(jié)晶溫度與實(shí)際結(jié)晶溫度的差稱為過(guò)冷度。變質(zhì)處理：在澆鑄前往液態(tài)金屬中加入形核劑，促使形成大量的非均勻晶核，以細(xì)化晶粒的方法。過(guò)冷度與

4、液態(tài)金屬結(jié)晶的關(guān)系：液態(tài)金屬結(jié)晶的過(guò)程是形核與晶核的長(zhǎng)大過(guò)程。從熱力學(xué)的角度上看，沒(méi)有過(guò)冷度結(jié)晶就沒(méi)有趨動(dòng)力。根據(jù) 可知當(dāng)過(guò)冷度為零時(shí)臨界晶核半徑Rk為無(wú)窮大，臨界形核功（）也為無(wú)窮大。臨界晶核半徑Rk與臨界形核功為無(wú)窮大時(shí)，無(wú)法形核，所以液態(tài)金屬不能結(jié)晶。晶體的長(zhǎng)大也需要過(guò)冷度，所以液態(tài)金屬結(jié)晶需要過(guò)冷度。細(xì)化晶粒的方法：增加過(guò)冷度、變質(zhì)處理、振動(dòng)與攪拌。鑄錠三個(gè)晶區(qū)的形成機(jī)理：表面細(xì)晶區(qū)：當(dāng)高溫液體倒入鑄模后，結(jié)晶先從模壁開(kāi)始，靠近模壁一層的液體產(chǎn)生極大的過(guò)冷，加上模壁可以作為非均質(zhì)形核的基底，因此在此薄層中立即形成大量的晶核，并同時(shí)向各個(gè)方向生長(zhǎng)，形成表面細(xì)晶區(qū)。柱狀晶區(qū)：在表面細(xì)晶區(qū)形

5、成的同時(shí)，鑄模溫度迅速升高，液態(tài)金屬冷卻速度減慢，結(jié)晶前沿過(guò)冷都很小，不能生成新的晶核。垂直模壁方向散熱最快，因而晶體沿相反方向生長(zhǎng)成柱狀晶。中心等軸晶區(qū)：隨著柱狀晶的生長(zhǎng)，中心部位的液體實(shí)際溫度分布區(qū)域平緩，由于溶質(zhì)原子的重新分配，在固液界面前沿出現(xiàn)成分過(guò)冷，成分過(guò)冷區(qū)的擴(kuò)大，促使新的晶核形成長(zhǎng)大形成等軸晶。由于液體的流動(dòng)使表面層細(xì)晶一部分卷入液體之中或柱狀晶的枝晶被沖刷脫落而進(jìn)入前沿的液體中作為非自發(fā)生核的籽晶。三、二元合金的相結(jié)構(gòu)與結(jié)晶重點(diǎn)內(nèi)容：杠桿定律、相律及應(yīng)用?；緝?nèi)容：相、勻晶、共晶、包晶相圖的結(jié)晶過(guò)程及不同成分合金在室溫下的顯微組織。合金、成分過(guò)冷；非平衡結(jié)晶及枝晶偏析的基本概

6、念。相律：f = c p + 1其中，f 為 自由度數(shù)，c為 組元數(shù)，p為 相數(shù)。偽共晶：在不平衡結(jié)晶條件下，成分在共晶點(diǎn)附近的亞共晶或過(guò)共晶合金也可能得到全部共晶組織，這種共晶組織稱為偽共晶。合金：兩種或兩種以上的金屬，或金屬與非金屬，經(jīng)熔煉或燒結(jié)、或用其它方法組合而成的具有金屬特性的物質(zhì)。合金相：在合金中，通過(guò)組成元素（組元）原子間的相互作用，形成具有相同晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，并以明確界面分開(kāi)的成分均一組成部分稱為合金相。四、鐵碳合金重點(diǎn)內(nèi)容：鐵碳合金的結(jié)晶過(guò)程及室溫下的平衡組織，組織組成物及相組成物的計(jì)算。基本內(nèi)容：鐵素體與奧氏體、二次滲碳體與共析滲碳體的異同點(diǎn)、三個(gè)恒溫轉(zhuǎn)變。鋼的含碳量對(duì)平衡

7、組織及性能的影響；二次滲碳體、三次滲碳體、共晶滲碳體相對(duì)量的計(jì)算；五種滲碳體的來(lái)源及形態(tài)。奧氏體與鐵素體的異同點(diǎn)：相同點(diǎn)：都是鐵與碳形成的間隙固溶體；強(qiáng)度硬度低，塑性韌性高。不同點(diǎn)：鐵素體為體心結(jié)構(gòu)，奧氏體面心結(jié)構(gòu)；鐵素體最高含碳量為0.0218%， 奧氏體最高含碳量為2.11%，鐵素體是由奧氏體直接轉(zhuǎn)變或由奧氏體發(fā)生共析轉(zhuǎn)變得到，奧氏體是由包晶或由液相直接析出的；存在的溫度區(qū)間不同。二次滲碳體與共析滲碳體的異同點(diǎn)。相同點(diǎn)：都是滲碳體，成份、結(jié)構(gòu)、性能都相同。不同點(diǎn)：來(lái)源不同，二次滲碳體由奧氏體中析出，共析滲碳體是共析轉(zhuǎn)變得到的；形態(tài)不同二次滲碳體成網(wǎng)狀，共析滲碳體成片狀；對(duì)性能的影響不同，片

8、狀的強(qiáng)化基體，提高強(qiáng)度，網(wǎng)狀降低強(qiáng)度。成分、組織與機(jī)械性能之間的關(guān)系：如亞共析鋼。亞共析鋼室溫下的平衡組織為FP，F(xiàn)的強(qiáng)度低，塑性、韌性好，與F相比P強(qiáng)度硬度高，而塑性、韌性差。隨含碳量的增加，F(xiàn)量減少，P量增加（組織組成物的相對(duì)量可用杠桿定律計(jì)算）。所以對(duì)于亞共析鋼，隨含碳量的增加，強(qiáng)度硬度升高，而塑性、韌性下降五、三元合金相圖重點(diǎn)內(nèi)容：固態(tài)下無(wú)溶解度三元共晶相圖投影圖中不同區(qū)、線的結(jié)晶過(guò)程、室溫組織?；緝?nèi)容：固態(tài)下無(wú)溶解度三元共晶相圖投影圖中任意點(diǎn)的組織并計(jì)算其相對(duì)量。三元合金相圖的成分表示法；直線法則、杠桿定律、重心法則。六、金屬及合金的塑性變形與斷裂重點(diǎn)內(nèi)容：體心與面心結(jié)構(gòu)的滑移系；

9、金屬塑性變形后的組織與性能?；緝?nèi)容：固溶體強(qiáng)化機(jī)理與強(qiáng)化規(guī)律、第二相的強(qiáng)化機(jī)理?；魻柵淦骊P(guān)系式；單晶體塑性變形的方式、滑移的本質(zhì)。塑性變形的方式：以滑移和孿晶為主?；疲壕w的一部分沿著一定的晶面和晶向相對(duì)另一部分作相對(duì)的滑動(dòng)。滑移的本質(zhì)是位錯(cuò)的移動(dòng)。體心結(jié)構(gòu)的滑移系個(gè)數(shù)為12，滑移面：110，方向<111>。面心結(jié)構(gòu)的滑移系個(gè)數(shù)為12，滑移面：111，方向<110>。金屬塑性變形后的組織與性能 ：顯微組織出現(xiàn)纖維組織，雜質(zhì)沿變形方向拉長(zhǎng)為細(xì)帶狀或粉碎成鏈狀，光學(xué)顯微鏡分辨不清晶粒和雜質(zhì)。亞結(jié)構(gòu)細(xì)化，出現(xiàn)形變織構(gòu)。性能：材料的強(qiáng)度、硬度升高，塑性、韌性下降；比電阻增加

10、，導(dǎo)電系數(shù)和電阻溫度系數(shù)下降，抗腐蝕能力降低等。七、金屬及合金的回復(fù)與再結(jié)晶重點(diǎn)內(nèi)容：金屬的熱加工的作用；變形金屬加熱時(shí)顯微組織的變化、性能的變化，儲(chǔ)存能的變化?；緝?nèi)容：回復(fù)、再結(jié)的概念、變形金屬加熱時(shí)儲(chǔ)存能的變化。再結(jié)晶后的晶粒尺寸；影響再結(jié)晶的主要因素性能的變化規(guī)律。變形金屬加熱時(shí)顯微組織的變化、性能的變化：隨溫度的升高，金屬的硬度和強(qiáng)度下降，塑性和韌性提高。電阻率不斷下降，密度升高。金屬的抗腐蝕能力提高，內(nèi)應(yīng)力下降。再結(jié)晶：冷變形后的金屬加熱到一定溫度之后，在原來(lái)的變形組織中重新產(chǎn)生了無(wú)畸變的新晶粒，而性能也發(fā)生了明顯的變化，并恢復(fù)到完全軟化狀態(tài)，這個(gè)過(guò)程稱之為再結(jié)晶。熱加工的主要作用

11、（或目的）是：把鋼材加工成所需要的各種形狀，如棒材、板材、線材等；能明顯的改善鑄錠中的組織缺陷，如氣泡焊合，縮松壓實(shí)，使金屬材料的致密度增加；使粗大的柱狀晶變細(xì)，合金鋼中大塊狀碳化物初晶打碎并使其均勻分布；減輕或消除成分偏析，均勻化學(xué)成分等。使材料的性能得到明顯的改善。影響再結(jié)晶的主要因素：再結(jié)晶退火溫度：退火溫度越高（保溫時(shí)間一定時(shí)），再結(jié)晶后的晶粒越粗大；冷變形量：一般冷變形量越大，完成再結(jié)晶的溫度越低，變形量達(dá)到一定程度后，完成再結(jié)晶的溫度趨于恒定；原始晶粒尺寸：原始晶粒越細(xì)，再結(jié)晶晶粒也越細(xì)；微量溶質(zhì)與雜質(zhì)原子，一般均起細(xì)化晶粒的作用；第二相粒子，粗大的第二相粒子有利于再結(jié)晶，彌散分布

12、的細(xì)小的第二相粒子不利于再結(jié)晶；形變溫度，形變溫度越高，再結(jié)晶溫度越高，晶粒粗化；加熱速度，加熱速度過(guò)快或過(guò)慢，都可能使再結(jié)晶溫度升高。塑性變形后的金屬隨加熱溫度的升高會(huì)發(fā)生的一些變化：顯微組織經(jīng)過(guò)回復(fù)、再結(jié)晶、晶粒長(zhǎng)大三個(gè)階段由破碎的或纖維組織轉(zhuǎn)變成等軸晶粒，亞晶尺寸增大；儲(chǔ)存能降低，內(nèi)應(yīng)力松弛或被消除；各種結(jié)構(gòu)缺陷減少；強(qiáng)度、硬度降低，塑性、韌度提高；電阻下降，應(yīng)力腐蝕傾向顯著減小。八、擴(kuò)散重點(diǎn)內(nèi)容：影響擴(kuò)散的因素；擴(kuò)散第一定律表達(dá)式?；緝?nèi)容：擴(kuò)散激活能、擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力?？驴线_(dá)爾效應(yīng)，擴(kuò)散第二定律表達(dá)式?？驴线_(dá)爾效應(yīng)：由置換互溶原子因相對(duì)擴(kuò)散速度不同而引起標(biāo)記移動(dòng)的不均衡擴(kuò)散現(xiàn)象稱為柯肯達(dá)

13、爾效應(yīng)。影響擴(kuò)散的因素：溫度：溫度越高，擴(kuò)散速度越大； 晶體結(jié)構(gòu)：體心結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散系數(shù)大于面心結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散系數(shù)； 固溶體類型：間隙原子的擴(kuò)散速度大于置換原子的擴(kuò)散速度； 晶體缺陷：晶體缺陷越多，原子的擴(kuò)散速度越快； 化學(xué)成分：有些元素可以加快原子的擴(kuò)散速度，有些可以減慢擴(kuò)散速度。擴(kuò)散第一定律表達(dá)式：擴(kuò)散第一定律表達(dá)式： 其中，J為擴(kuò)散流量；D為擴(kuò)散系數(shù)；為濃度梯度。擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力為化學(xué)位梯度，阻力為擴(kuò)散激活能九、鋼的熱處理原理重點(diǎn)內(nèi)容：冷卻時(shí)轉(zhuǎn)變產(chǎn)物（P、B、M）的特征、性能特點(diǎn)、熱處理的概念?；緝?nèi)容：等溫、連續(xù)C-曲線。奧氏體化的四個(gè)過(guò)程；碳鋼回火轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的性能特點(diǎn)。熱處理：將鋼在固態(tài)下加熱到預(yù)

14、定的溫度，并在該溫度下保持一段時(shí)間，然后以一定的速度冷卻下來(lái)，讓其獲得所需要的組織結(jié)構(gòu)和性能的一種熱加工工藝。轉(zhuǎn)變產(chǎn)物（P、B、M）的特征、性能特點(diǎn)：片狀P體，片層間距越小，強(qiáng)度越高，塑性、韌性也越好；粒狀P體，F(xiàn)e3C顆粒越細(xì)小，分布越均勻，合金的強(qiáng)度越高。第二相的數(shù)量越多，對(duì)塑性的危害越大；片狀與粒狀相比，片狀強(qiáng)度高，塑性、韌性差；上貝氏體為羽毛狀，亞結(jié)構(gòu)為位錯(cuò)，韌性差；下貝氏體為黑針狀或竹葉狀，亞結(jié)構(gòu)為位錯(cuò)，位錯(cuò)密度高于上貝氏體，綜合機(jī)械性能好；低碳馬氏體為板條狀，亞結(jié)構(gòu)為位錯(cuò)，具有良好的綜合機(jī)械性能；高碳馬氏體為片狀，亞結(jié)構(gòu)為孿晶，強(qiáng)度硬度高，塑性和韌性差。等溫、連續(xù)C-曲線。十、鋼的

15、熱處理工藝重點(diǎn)內(nèi)容：退火、正火的目的和工藝方法； 淬火和回火的目的和工藝方法。基本內(nèi)容：淬透性、淬硬性、熱應(yīng)力、組織應(yīng)力、回火脆性、回火穩(wěn)定性、過(guò)冷奧氏體的概念。淬火加熱缺陷及其防止措施。熱應(yīng)力：工件在加熱(或冷卻)時(shí)，由于不同部位的溫度差異，導(dǎo)致熱脹(或冷縮)的不一致所引起的應(yīng)力稱為熱應(yīng)力。組織應(yīng)力：由于工件不同部位組織轉(zhuǎn)變不同時(shí)性而引起的內(nèi)應(yīng)力。淬透性：是表征鋼材淬火時(shí)獲得馬氏體的能力的特性?？捎残裕褐复愠神R氏體可能得到的硬度?；鼗鸱€(wěn)定性：淬火鋼對(duì)回火時(shí)發(fā)生軟化過(guò)程的抵抗能力?；鼗鸫嘈裕轰撛谝欢ǖ臏囟确秶鷥?nèi)回火時(shí)，其沖擊韌性顯著下降，這種脆化現(xiàn)象叫做鋼的回火脆性。過(guò)冷奧氏體：在臨界溫度以下

16、處于不穩(wěn)定狀態(tài)的奧氏體稱為過(guò)冷奧氏體。退火的目的：均勻鋼的化學(xué)成分及組織；細(xì)化晶粒；調(diào)整硬度，改善鋼的成形及切削加工性能；消除內(nèi)應(yīng)力和加工硬化；為淬火做好組織準(zhǔn)備。正火的目的：改善鋼的切削加工性能；細(xì)化晶粒，消除熱加工缺陷；消除過(guò)共析鋼的網(wǎng)狀碳化物，便于球化退火；提高普通結(jié)構(gòu)零件的機(jī)械性能。十一、工業(yè)用鋼重點(diǎn)內(nèi)容：材料強(qiáng)化方法；鋼的分類和編號(hào)?；緝?nèi)容：常用合金元素在鋼中的主要作用。材料韌化的方法、鋼的化學(xué)成分、金相組織熱處理工藝和機(jī)械性能之間的關(guān)系。合金鋼：在碳鋼的基礎(chǔ)上有意地加入一種或幾種合金元素，使其使用性能和工藝性能得以提高的以鐵為基的合金即為合金鋼。金屬學(xué)與熱處理習(xí)題及參考解一、論述

17、四種強(qiáng)化的強(qiáng)化機(jī)理、強(qiáng)化規(guī)律及強(qiáng)化方法。1、 形變強(qiáng)化形變強(qiáng)化：隨變形程度的增加，材料的強(qiáng)度、硬度升高，塑性、韌性下降的現(xiàn)象叫形變強(qiáng)化或加工硬化。機(jī)理：隨塑性變形的進(jìn)行，位錯(cuò)密度不斷增加，因此位錯(cuò)在運(yùn)動(dòng)時(shí)的相互交割加劇，結(jié)果即產(chǎn)生固定的割階、位錯(cuò)纏結(jié)等障礙，使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力增大，引起變形抗力增加，給繼續(xù)塑性變形造成困難，從而提高金屬的強(qiáng)度。規(guī)律：變形程度增加，材料的強(qiáng)度、硬度升高，塑性、韌性下降，位錯(cuò)密度不斷增加，根據(jù)公式=bG1/2 ，可知強(qiáng)度與位錯(cuò)密度（）的二分之一次方成正比，位錯(cuò)的柏氏矢量（b）越大強(qiáng)化效果越顯著。方法：冷變形（擠壓、滾壓、噴丸等）。形變強(qiáng)化的實(shí)際意義（利與弊）：形變強(qiáng)化

18、是強(qiáng)化金屬的有效方法，對(duì)一些不能用熱處理強(qiáng)化的材料可以用形變強(qiáng)化的方法提高材料的強(qiáng)度，可使強(qiáng)度成倍的增加；是某些工件或半成品加工成形的重要因素，使金屬均勻變形，使工件或半成品的成形成為可能，如冷拔鋼絲、零件的沖壓成形等；形變強(qiáng)化還可提高零件或構(gòu)件在使用過(guò)程中的安全性，零件的某些部位出現(xiàn)應(yīng)力集中或過(guò)載現(xiàn)象時(shí)，使該處產(chǎn)生塑性變形，因加工硬化使過(guò)載部位的變形停止從而提高了安全性。另一方面形變強(qiáng)化也給材料生產(chǎn)和使用帶來(lái)麻煩，變形使強(qiáng)度升高、塑性降低，給繼續(xù)變形帶來(lái)困難，中間需要進(jìn)行再結(jié)晶退火，增加生產(chǎn)成本。2、 固溶強(qiáng)化隨溶質(zhì)原子含量的增加，固溶體的強(qiáng)度硬度升高，塑性韌性下降的現(xiàn)象稱為固溶強(qiáng)化。強(qiáng)化機(jī)

19、理：一是溶質(zhì)原子的溶入，使固溶體的晶格發(fā)生畸變，對(duì)滑移面上運(yùn)動(dòng)的位錯(cuò)有阻礙作用；二是位錯(cuò)線上偏聚的溶質(zhì)原子形成的柯氏氣團(tuán)對(duì)位錯(cuò)起釘扎作用，增加了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力；三是溶質(zhì)原子在層錯(cuò)區(qū)的偏聚阻礙擴(kuò)展位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)。所有阻止位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，增加位錯(cuò)移動(dòng)阻力的因素都可使強(qiáng)度提高。固溶強(qiáng)化規(guī)律：在固溶體溶解度范圍內(nèi)，合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大，則強(qiáng)化作用越大；溶質(zhì)原子與溶劑原子的尺寸差越大，強(qiáng)化效果越顯著；形成間隙固溶體的溶質(zhì)元素的強(qiáng)化作用大于形成置換固溶體的元素；溶質(zhì)原子與溶劑原子的價(jià)電子數(shù)差越大，則強(qiáng)化作用越大。方法：合金化，即加入合金元素。3、第二相強(qiáng)化鋼中第二相的形態(tài)主要有三種，即網(wǎng)狀、片狀和粒狀。網(wǎng)狀特別是

20、沿晶界析出的連續(xù)網(wǎng)狀Fe3C，降低的鋼機(jī)械性能，塑性、韌性急劇下降，強(qiáng)度也隨之下降；第二相為片狀分布時(shí)，片層間距越小，強(qiáng)度越高，塑性、韌性也越好。符合s=0KS0-1/2的規(guī)律，S0 片層間距。第二相為粒狀分布時(shí)，顆粒越細(xì)小，分布越均勻，合金的強(qiáng)度越高，符合的規(guī)律，粒子之間的平均距離。第二相的數(shù)量越多，對(duì)塑性的危害越大；片狀與粒狀相比，片狀強(qiáng)度高，塑性、韌性差；沿晶界析出時(shí)，不論什么形態(tài)都降低晶界強(qiáng)度，使鋼的機(jī)械性能下降。第二相無(wú)論是片狀還是粒狀都阻止位錯(cuò)的移動(dòng)。方法：合金化，即加入合金元素，通過(guò)熱處理或變形改變第二相的形態(tài)及分布。二、改善塑性和韌性的機(jī)理晶粒越細(xì)小，晶粒內(nèi)部和晶界附近的應(yīng)變度

21、差越小，變形越均勻，因應(yīng)力集中引起的開(kāi)裂的機(jī)會(huì)也越小。晶粒越細(xì)小，應(yīng)力集中越小，不易產(chǎn)生裂紋；晶界越多，易使裂紋擴(kuò)展方向發(fā)生變化，裂紋不易傳播，所以韌性就好。提高或改善金屬材料韌性的途徑： 盡量減少鋼中第二相的數(shù)量； 提高基體組織的塑性； 提高組織的均勻性； 加入Ni及細(xì)化晶粒的元素； 防止雜質(zhì)在晶界偏聚及第二相沿晶界析出。1. 舉例說(shuō)明成分、組織與機(jī)械性能之間的關(guān)系如亞共析鋼。亞共析鋼室溫下的平衡組織為FP，F(xiàn)的強(qiáng)度低，塑性、韌性好，與F相比P強(qiáng)度硬度高，而塑性、韌性差。隨含碳量的增加，F(xiàn)量減少，P量增加（組織組成物的相對(duì)量可用杠桿定律計(jì)算）。所以對(duì)于亞共析鋼，隨含碳量的增加，強(qiáng)度硬度升高，

22、而塑性、韌性下降。2. 說(shuō)出Fe -Fe3C相圖中室溫下的顯微組織工業(yè)純鐵(<0.0218C)室溫組織：亞共析鋼（0.02180.77C）室溫組織： P；共析鋼：0.77C；室溫組織：P過(guò)共析鋼：0.772.11C室溫組織：P Fe3C亞共晶白口鐵：2.114.30C；室溫組織：共晶白口鐵：4.30C；室溫組織：過(guò)共晶白口鐵：4.306.69C。室溫組織：七、鍛造或軋制的作用是什么？為什么鍛造或軋制的溫度選擇在高溫的奧氏體區(qū)？鍛造或軋制的作用是：把材料加工成形，通過(guò)鍛造或軋制使鑄錠中的組織缺陷得到明顯的改善，如氣泡焊合，縮松壓實(shí)，使金屬材料的致密度增加；粗大的柱狀晶變細(xì)；合金鋼中大塊狀碳

23、化物初晶打碎并較均勻分布；使成分均勻，使材料的性能得到明顯的改善。奧氏體穩(wěn)定存在是在高溫區(qū)，溫度升高材料的強(qiáng)度、硬度下降，塑性韌性升高，有利于變形；奧氏體為面心結(jié)構(gòu)，塑性比其它結(jié)構(gòu)好，塑性好，有利于變形；奧氏體為單相組織，單相組織的強(qiáng)度低，塑性韌性好，有利于變形；變形為材料的硬化過(guò)程，變形金屬高溫下發(fā)生回復(fù)與再結(jié)晶，消除加工硬化，即為動(dòng)態(tài)回復(fù)再結(jié)晶，適合大變形量的變形。九、影響擴(kuò)散的因素有哪些？溫度：溫度越高，擴(kuò)散速度越大； 晶體結(jié)構(gòu)：體心結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散系數(shù)大于面心結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散系數(shù)； 固溶體類型：間隙原子的擴(kuò)散速度大于置換原子的擴(kuò)散速度； 晶體缺陷：晶體缺陷越多，原子的擴(kuò)散速度越快； 化學(xué)成分：有些

24、元素可以加快原子的擴(kuò)散速度，有些可以減慢擴(kuò)散速度。十、寫出擴(kuò)散第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式，說(shuō)出各符號(hào)的意義。擴(kuò)散第一定律表達(dá)式： 其中，J為擴(kuò)散流量；D為擴(kuò)散系數(shù)；為濃度梯度。擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力為化學(xué)位梯度，阻力為擴(kuò)散激活能十一、寫出擴(kuò)散系數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，說(shuō)出各符號(hào)的意義及影響因素。擴(kuò)散系數(shù)D可用下式表示：式中，D0為擴(kuò)散常數(shù)，Q為擴(kuò)散激活能，R為氣體常數(shù)，T為熱力學(xué)溫度。由式上式可以看出，擴(kuò)散系數(shù)D與溫度呈指數(shù)關(guān)系，溫度升高，擴(kuò)散系數(shù)急劇增大。十二、固態(tài)金屬擴(kuò)散的條件是什么？溫度要足夠高，溫度越高原子熱振動(dòng)越激烈原子被激活而進(jìn)行遷移的幾率越大；時(shí)間要足夠長(zhǎng)，只有經(jīng)過(guò)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間才能造成物質(zhì)的宏觀遷移；擴(kuò)

25、散原子要固溶，擴(kuò)散原子能夠溶入基體晶格形成固溶體才能進(jìn)行固態(tài)擴(kuò)散；擴(kuò)散要有驅(qū)動(dòng)力，沒(méi)有動(dòng)力擴(kuò)散無(wú)法進(jìn)行，擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力為化學(xué)位梯度。十四、晶界具有哪些特性？晶界的能量較高，具有自發(fā)長(zhǎng)大和使界面平直化，以減少晶界總面積的趨勢(shì)；原子在晶界上的擴(kuò)散速度高于晶內(nèi)，熔點(diǎn)較低；相變時(shí)新相優(yōu)先在晶界出形核；晶界處易于發(fā)生雜質(zhì)或溶質(zhì)原子的富集或偏聚；晶界易于腐蝕和氧化；常溫下晶界可以阻止位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，提高材料的強(qiáng)度。十七、與滑移相比孿晶有什么特點(diǎn)？孿晶是一部分晶體沿孿晶面對(duì)另一部分晶體做切變，切變時(shí)原子移動(dòng)的距離不是孿晶方向原子間距的整數(shù)倍；孿晶面兩邊晶體的位相不同，成鏡面對(duì)稱；由于孿晶改變了晶體的取向，因此孿經(jīng)

26、晶拋光后仍能重現(xiàn)；孿晶是一種均勻的切變。十八、影響再結(jié)晶的主要因素有哪些？再結(jié)晶退火溫度：退火溫度越高（保溫時(shí)間一定時(shí)），再結(jié)晶后的晶粒越粗大；冷變形量：一般冷變形量越大，完成再結(jié)晶的溫度越低，變形量達(dá)到一定程度后，完成再結(jié)晶的溫度趨于恒定；原始晶粒尺寸：原始晶粒越細(xì)，再結(jié)晶晶粒也越細(xì)；微量溶質(zhì)與雜質(zhì)原子，一般均起細(xì)化晶粒的作用；第二相粒子，粗大的第二相粒子有利于再結(jié)晶，彌散分布的細(xì)小的第二相粒子不利于再結(jié)晶；形變溫度，形變溫度越高，再結(jié)晶溫度越高，晶粒粗化；加熱速度，加熱速度過(guò)快或過(guò)慢，都可能使再結(jié)晶溫度升高。十九、論述間隙原子、置換原子、位錯(cuò)、晶界對(duì)材料力學(xué)性能的影響。間隙原子、置換原子與

27、位錯(cuò)相互作用形成柯氏氣團(tuán)，柯氏氣團(tuán)增加位錯(cuò)移動(dòng)的阻力；溶質(zhì)原子造成晶格畸變，增加位錯(cuò)移動(dòng)的摩擦阻力，使強(qiáng)度提高，這就是固溶強(qiáng)化的機(jī)理。晶界越多，晶粒越細(xì)，根據(jù)霍爾配奇關(guān)系式s=0Kd-1/2 晶粒的平均直徑d越小，材料的屈服強(qiáng)度s越高。晶粒越細(xì)小，晶粒內(nèi)部和晶界附近的應(yīng)變度差越小變形越均勻，因應(yīng)力集中引起的開(kāi)裂的機(jī)會(huì)也越小，塑性越好。晶粒越細(xì)小，應(yīng)力集中越小，不易產(chǎn)生裂紋，晶界越多，易使裂紋擴(kuò)展方向發(fā)生變化，裂紋不易傳播，所以韌性就好。位錯(cuò)密度越高，則位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)時(shí)越易發(fā)生相互交割，形成割階，造成位錯(cuò)纏結(jié)等位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的障礙，給繼續(xù)塑性變形造成困難，從而提高金屬的強(qiáng)度。根據(jù)公式=abG1/2 ，位錯(cuò)密

28、度（）越大，強(qiáng)化效果越顯著。二十、什么是再結(jié)晶溫度？影響再結(jié)晶溫度的因素有哪些？再結(jié)晶溫度：經(jīng)過(guò)嚴(yán)重冷變形(變形度在70以上)的金屬，在約1小時(shí)的保溫時(shí)間內(nèi)能夠完成再結(jié)晶(>95轉(zhuǎn)變量)的溫度。再結(jié)晶溫度并不是一個(gè)物理常數(shù)，這是因?yàn)樵俳Y(jié)晶前后的晶格類型不變，化學(xué)成分不變，所以再結(jié)晶不是相變。影響再結(jié)晶溫度的因素：純度越高T再越低；變形度越大T再越低；加熱速度越小T再越高。二十一、塑性變形后的金屬隨加熱溫度的升高會(huì)發(fā)生的一些變化：顯微組織經(jīng)過(guò)回復(fù)、再結(jié)晶、晶粒長(zhǎng)大三個(gè)階段由破碎的或纖維組織轉(zhuǎn)變成等軸晶粒，亞晶尺寸增大；儲(chǔ)存能降低，內(nèi)應(yīng)力松弛或被消除；各種結(jié)構(gòu)缺陷減少；強(qiáng)度、硬度降低，塑性、

29、韌度提高；電阻下降，應(yīng)力腐蝕傾向顯著減小。二十三、什么是過(guò)冷度？為什么金屬結(jié)晶一定要有過(guò)冷度？過(guò)冷度：理論結(jié)晶溫度與實(shí)際結(jié)晶溫度的差稱為過(guò)冷度。液態(tài)金屬結(jié)晶的過(guò)程是形核與晶核的長(zhǎng)大過(guò)程。從熱力學(xué)的角度上看，沒(méi)有過(guò)冷度結(jié)晶就沒(méi)有趨動(dòng)力。根據(jù) 可知當(dāng)過(guò)冷度為零時(shí)臨界晶核半徑Rk為無(wú)窮大，臨界形核功（）也為無(wú)窮大。臨界晶核半徑Rk與臨界形核功為無(wú)窮大時(shí)，無(wú)法形核，所以液態(tài)金屬不能結(jié)晶。晶體的長(zhǎng)大也需要過(guò)冷度，所以液態(tài)金屬結(jié)晶需要過(guò)冷度。二十五、影響置換固溶體溶解度的因素有哪些？1、原子尺寸因素：尺寸差越小溶解度越大。2、負(fù)電性因素：在形成固溶體的情況下，溶解度隨負(fù)電性差的減小而增大。3、電子濃度因素

30、：電子濃度越小，越易形成無(wú)限固溶體。4、晶體結(jié)構(gòu)因素：晶格類型相同溶解度較大。二十六、退火與正火的目的是什么？退火的目的：均勻鋼的化學(xué)成分及組織；細(xì)化晶粒；調(diào)整硬度，改善鋼的成形及切削加工性能；消除內(nèi)應(yīng)力和加工硬化；為淬火做好組織準(zhǔn)備。正火的目的：改善鋼的切削加工性能；細(xì)化晶粒，消除熱加工缺陷；消除過(guò)共析鋼的網(wǎng)狀碳化物，便于球化退火；提高普通結(jié)構(gòu)零件的機(jī)械性能。二十七、固溶體與金屬化合物有何異同點(diǎn)？相同點(diǎn)：都具有金屬的特性；不同點(diǎn)：結(jié)構(gòu)不同，固溶體的結(jié)構(gòu)與溶劑的相同，金屬化合物的結(jié)構(gòu)不同于任一組元；鍵合方式不同，固溶體為金屬鍵，金屬化合物為金屬鍵、共價(jià)鍵、離子鍵混合鍵；性能不同，固溶體的塑性好

31、、強(qiáng)度、硬度低，金屬化合物，硬度高、熔點(diǎn)高、脆性大；在材料中的作用不同固溶體多為材料的基體，金屬化合物為強(qiáng)化相。二十八、合金元素Cr、Mn、Ni、強(qiáng)碳化物形成元素在鋼中的主要作用是什么？Cr在鋼中的主要作用有：溶入基體，提高淬透性，固溶強(qiáng)化；形成第二相提高強(qiáng)度、硬度；含量超過(guò)13%時(shí)提高耐腐蝕性；在表面形成致密的氧化膜，提高抗氧化能力。Cr促進(jìn)第二類回火脆性的發(fā)生。Mn在鋼中的主要作用有：溶入基體，提高淬透性，固溶強(qiáng)化；形成第二相提高強(qiáng)度、硬度；含量超過(guò)13%時(shí)形成奧氏體鋼，提高耐磨性；消除硫的有害作用。Mn促進(jìn)第二類回火脆性的發(fā)生，促進(jìn)奧氏體晶粒的長(zhǎng)大。Ni在鋼中的主要作用有：溶入基體，提高

32、淬透性，固溶強(qiáng)化；擴(kuò)大奧氏體區(qū)，提高鋼的韌性，降低冷脆轉(zhuǎn)變溫度。強(qiáng)碳化物形成元素（Ti、Nb、Zr，V）的主要作用有：形成碳化物提高硬度、強(qiáng)度、耐磨性，提高回火穩(wěn)定性，細(xì)化晶粒，防止晶間腐蝕。二十九、論述鋼材在熱處理過(guò)程中出現(xiàn)脆化現(xiàn)象的主要原因及解決方法。答：過(guò)共析鋼奧氏體化后冷卻速度較慢出現(xiàn)網(wǎng)狀二次滲碳體時(shí)，使鋼的脆性增加，脆性的網(wǎng)狀二次滲碳體在空間上把塑性相分割開(kāi)，使其變形能力無(wú)從發(fā)揮。解決方法，重新加熱正火，增加冷卻速度，抑制脆性相的析出。淬火馬氏體在低溫回火時(shí)會(huì)出現(xiàn)第一類回火脆性，高溫回火時(shí)有第二類回火脆性，第一類回火脆性不可避免，第二類回火脆性，可重新加熱到原來(lái)的回火溫度，然后快冷恢

33、復(fù)韌性。工件等溫淬火時(shí)出現(xiàn)上貝氏體時(shí)韌性降低，重新奧氏體化后降低等溫溫度得到下貝氏體可以解解。奧氏體化溫度過(guò)高，晶粒粗大韌性降低。如：過(guò)共析鋼淬火溫度偏高，晶粒粗大，獲得粗大的片狀馬氏體時(shí)，韌性降低；奧氏體晶粒粗大，出現(xiàn)魏氏組織時(shí)脆性增加。通過(guò)細(xì)化晶粒可以解決。三十、20CrMnTi 、40CrNiMo、60Si2Mn、T12屬于哪類鋼？含碳量為多少？鋼中合金元素的主要作用是什么？淬火加熱溫度范圍是多少？常采用的熱處理工藝是什么？最終的組織是什么？性能如何？20CrMnTi為滲碳鋼，含碳量為0.2%，最終熱處理工藝是淬火加低溫回火，得到回火馬氏體，表面為高碳馬氏體（滲碳后），強(qiáng)度、硬度高，耐磨

34、性好；心部低碳馬氏體（淬透）強(qiáng)韌性好。Mn與Cr 提高淬透性，強(qiáng)化基體，Ti阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大，細(xì)化晶粒。40CrNiMo為調(diào)質(zhì)鋼，含碳量為0.4%，最終熱處理工藝是淬火加高溫回火，得到回火索氏體，具有良好的綜合機(jī)械性能，Cr、Ni提高淬透性，強(qiáng)化基體，Ni提高鋼的韌性，Mo細(xì)化晶粒，抑制第二類回火脆性。60Si2Mn為彈簧鋼，含碳量為0.6%，最終熱處理工藝是淬火加中溫回火，得到回火托氏體（或回火屈氏體），具有很高的彈性極限，Si、Mn提高淬透性，強(qiáng)化基體，Si提高回火穩(wěn)定性。T12鋼為碳素工具鋼鋼，含碳量為1.2%，最終熱處理工藝是淬火加低溫回火，得到回火馬氏體粒狀Fe3C殘余奧氏體（&#

35、39;），強(qiáng)度硬度高、耐磨性高，塑性、韌性差。三十一、計(jì)算體心立與面心立方方結(jié)構(gòu)滑移面的原子密度及滑移方向上的線密度。體心立方結(jié)構(gòu)的滑移面為110，面密度滑移方向?yàn)?11，線密度面心立方結(jié)構(gòu)的滑移面為111，面密度滑移方向?yàn)?10，線密度三十二、比較下貝氏體與高碳馬氏體的主要不同點(diǎn)顯微組織特征不同，下貝氏體為黑針狀或竹葉狀，高碳馬氏體為片狀；亞結(jié)構(gòu)不同，下貝氏體亞結(jié)構(gòu)為位錯(cuò)，高碳馬氏體的亞結(jié)構(gòu)為孿晶；性能特點(diǎn)不同，下貝氏體具有良好的綜合機(jī)械性能，高碳馬氏體強(qiáng)度硬度高，塑性和韌性差；相變特點(diǎn)不同，下貝氏體為半擴(kuò)散型相變，高碳馬氏體非擴(kuò)散型相變。下貝氏體為復(fù)相組織，高碳馬氏體為單相組織。三十三、過(guò)

36、共析鋼淬火加熱溫度為什么不超過(guò)Accm？過(guò)共析鋼淬火加熱溫度為AC13050。加熱溫度超過(guò)Accm時(shí)，溫度高，容易發(fā)生氧化、脫碳；奧氏體晶粒容易粗大，淬火后馬氏體粗大，產(chǎn)生顯微裂紋，強(qiáng)度下降；滲碳體全部溶解，失去耐磨相，奧氏體中的含碳量高，淬火后殘余奧氏體量多，硬度降低、強(qiáng)度降低。三十四、亞共析鋼正火與退火相比哪個(gè)硬度高?為什么? 正火后硬度高。正火與退火相比，正火的珠光體是在較大的過(guò)冷度下得到的，因而對(duì)亞共析鋼來(lái)說(shuō)，析出的先共析鐵素體較少，珠光體數(shù)量較多(偽共析)，珠光體片間距較小。此外由于轉(zhuǎn)變溫度較低，珠光體成核率較大，因而珠光體團(tuán)的尺寸較小。三十五、用T12鋼（鍛后緩冷）做一切削工具，工

37、藝過(guò)程為：正火球化退火機(jī)加工成形淬火低溫回火。各熱處理工藝的目的是什么？得到什么組織？各種組織具有什么性能。 正火：消除網(wǎng)狀的二次滲碳體，同時(shí)改善鍛造組織、消除鍛造應(yīng)力，得到片狀的珠光體，片狀的珠光體硬度較高，塑性韌性較差。 球化退火：將片狀的珠光體變成粒狀珠光體，降低硬度，便于機(jī)械加工；組織為粒狀珠光體，這種組織塑性韌性較好，強(qiáng)度硬度較低。 淬火：提高硬度、強(qiáng)度和耐磨性；組織為馬氏體粒狀碳化物殘余奧氏體；這種組織具有高強(qiáng)度高硬度，塑性韌性差。 低溫回火：減少或消除淬火應(yīng)力，提高塑形和韌性；組織為回火馬氏體粒狀碳化物殘余奧氏體?；鼗鸾M織有一定的塑性韌性，強(qiáng)度、硬度高，耐磨性高。三十六、什么是淬

38、火？目的是什么？具體工藝有哪些？簡(jiǎn)述淬火加熱溫度的確定原則。把鋼加熱到臨界點(diǎn)（Ac1或Ac3）以上保溫并隨之以大于臨界冷卻速度（Vc)冷卻，以得到介穩(wěn)狀態(tài)的馬氏體或下貝氏體組織的熱處理工藝方法稱為淬火。淬火目的：提高工具、滲碳零件和其它高強(qiáng)度耐磨機(jī)器零件等的硬度、強(qiáng)度和耐磨性；結(jié)構(gòu)鋼通過(guò)淬火和回火之后獲得良好的綜合機(jī)械性能；此外，還有很少數(shù)的一部分工件是為了改善鋼的物理和化學(xué)性能。如提高磁鋼的磁性，不銹鋼淬火以消除第二相，從而改善其耐蝕性等。具體工藝有：?jiǎn)我捍慊鸱ǎ恢袛啻慊鸱?雙淬火介質(zhì)淬火法)；噴射淬火法；分級(jí)淬火法；等溫淬火法。淬火加熱溫度，主要根據(jù)鋼的相變點(diǎn)來(lái)確定。對(duì)亞共析鋼，一般選用淬

39、火加熱溫度為Ac3(3050)，過(guò)共析鋼則為Ac1(3050) ，合金鋼一般比碳鋼加熱溫度高。確定淬火加熱溫度時(shí)，尚應(yīng)考慮工件的形狀、尺寸、原始組織、加熱速度、冷卻介質(zhì)和冷卻方式等因素。在工件尺寸大、加熱速度快的情況下，淬火溫度可選得高一些。另外，加熱速度快，起始晶粒細(xì)，也允許采用較高加熱溫度。三十七、某車床主軸（45鋼）加工路線為：下料鍛造正火機(jī)械加工淬火（淬透）高溫回火花鍵高頻表面淬火低溫回火半精磨人工時(shí)效精磨。正火、淬火、高溫回火、人工時(shí)效的目的是什么？花鍵高頻表面淬火、低溫回火的目的是什么？表面和心部的組織是什么？正火處理是為了得到合適的硬度，以便切削加工，同時(shí)改善鍛造組織，消除鍛造應(yīng)力。淬火是為了得到高強(qiáng)度的馬氏體組織，高溫回火是為了得到回火索氏體，淬火高溫回火稱為調(diào)質(zhì)，目的是為使主軸得到良好的綜合力學(xué)性能。人工時(shí)效主要是為了消除粗磨削加工時(shí)產(chǎn)生的殘余應(yīng)力?；ㄦI部分用高頻淬火后低溫回火是為了得到回火馬氏體，增加耐磨性。表面為回火馬氏體，心部為回火