2012材料科学基础复习题

一名词解释： 1、调质处理: 通常将淬火和随后的高温回火相结合的热处理工艺称为调质处理。 2、马氏体：碳溶于 -Fe 的过饱和的固溶体，是奥氏体通过无扩散型相变转变成的亚稳定 相。 3、季裂：普通黄铜的耐蚀性较好，与纯铜接近，但含锌量超过 7%的冷变形黄铜件，在湿 气、海水中或氨的作用下，易产生应力腐蚀，称为季裂。 4、惯习现象：新相沿特定的晶向（惯习方向）在母相特定晶面（惯习面）上形成。 5、冷脆：是指低碳钢随使用温度的降低，由微孔聚集的塑性断裂转变为脆性的解理断裂的 现象。 6、焊接性：是指在简单可行的焊接条件下，钢材焊接后不产生裂纹，并获得良好的焊缝区 的性能。 7、二次淬火：某些高合金钢( 如高速钢)中的残余奥氏体十分稳定，只有加热到 500600时才开始发生部分分解，使奥氏体稳定性下降，在随后快速冷却过程中转变 为马氏体，使钢硬度有较大提高，这种现象称“二次淬火” 。 8、固溶处理：铝合金经高温加热急冷固溶处理后获得过饱和固溶体的热处理工艺。 9、时效强化：过饱和固溶体随时间的延长而发生强度、硬度明显升高，塑性降低的现象。 （自然时效；人工时效） 10、过时效：时效温度过高，时效时间过长，将使合金软化，称为过时效。 11、过冷奥氏体：奥氏体冷至临界温度以下，处于热力学不稳定状态，经过一定孕育期后， 才可转变。这种在临界点以下尚未转变的处于不稳定状态的奥氏体称为过冷奥氏体。 12、魏氏组织：当加热温度过高并以较快速度冷却时，先共析铁素体或先共析渗碳体从奥 氏体的晶界沿奥氏体一定晶面往晶内生长，呈针片状析出，连同其间的珠光体组织一起称 为魏氏组织 13、两相式分解： 14、退火：是将组织偏离平衡状态的钢加热到工艺预定的某一温度，经保温后缓慢冷却下 来(一般为随炉冷却或埋入石灰中) ，以获得接近平衡状态组织的热处理工艺。 15、应变时效：构建用钢经冷塑性变形后，在室温放置较长时间或少经加热后，其强度、 硬度升高，塑性韧性下降，这种现象称为应变时效。 16、离位析出：一种碳化物的析出是通过其它碳化物溶解并在其它地方重新形核、长大的 方式形成，这种单独形核的方式称为离位析出。 17、回火脆性：钢在回火时会产生回火脆性现象，即在 250400和 450650两 个温度区间回火后，钢的冲击韧性明显下降(见图 9.19)。这种脆化现象称为回火脆性。 二填空 选择 判断 （1 ）影响再结晶因素：退火温度：温度越高，再结晶速度越大；变形量：变形量越大，再 结晶温度越低；随变形量增大，再结晶温度趋于稳定；变形量低于一定值，再结晶不能进 行。原始晶粒尺寸：晶粒越小，驱动力越大；晶界越多，有利于形核。微量溶质元素。阻 碍位错和晶界的运动，不利于再结晶。第二分散相：间距和直径都较大时，提高畸变能， 并可作为形核核心，促进再结晶；直径和间距很小时，提高畸变能，但阻碍晶界迁移，阻 碍再结晶。 （2 ）影响再结晶温度因素：变形量越大，驱动力越大，再结晶温度越低；变形量越大，驱 动力越大，再结晶温度越低；加热速度太低或太高，再结晶温度提高。 回复再结晶驱动力：畸变能差 晶粒长大方式：晶核向畸变晶粒扩展，直至新晶粒相互接触。 新相的形状：新相的形状是相变产生的总应变能和总表面能综合影响的结果，在体积相同 条件下，新相成凸透镜状或针状时，应变能较低，界面能较高；新相呈球状，应变能较高。 一般地，新相与母相形成共格或半共格界面时，应变能较高，如果新、旧相比体积差较大， 新相通常呈凸透镜状或针状；若形成非共格界面，界面能较高，则新相通常呈球状。 共析珠光体向奥氏体转变：珠光体向奥氏体转变符合一般的相变规律，是一 个 晶核的形成和晶核长大过程。共析珠光体向奥氏体转变包括奥氏体晶核的 形成、晶核 的长大、残余渗碳体溶解和奥氏体成分均匀化等四个阶段。 奥氏体形核条件：奥氏体晶核的形成条件是系统的能量、结构和成分起伏。 影响马氏体形态的因素：钢的马氏体形态主要取决于钢的含碳量和马氏体的形成温度，而 马氏体的形成温度又主要取决于奥氏体的化学成分，即碳和合金元素的含量。其中碳的影 响最大。 固态相变的特征基本规律：相变阻力大：界面能增加、额外弹性应变能：比体积差别、扩 散困难（新、旧相化学成分不同时）固态相变较困难。 碳当量：碳当量是将含硅量折合成相当的碳量与实际含碳量之和，即 CE=wC%+1/3wSi% 共晶度是指铸铁的含碳量与其共晶点含碳量的比值。在 Fe-C-Si 相图中，共晶度随含硅量的 变化而改变，即 SC = wC%/(4.3%-1/3wSi%) 钎焊对钎料的要求：钎料的熔点一定要低于母材钎料和母材液固态均能互溶 钎焊特点： 依靠钎料和母材之间的相互扩散形成牢固的金属连接。 影响石墨化的因素：化学成分的影响：C、Si 是促进石墨化的元素：C、Si 含量过低 ，出现 白口组织，力学性能和铸造性能变差；C、Si 含量过高 ，石墨数量多且粗大 ，基体内铁素 体量增多，降低铸件性能。因此 C、Si 含量一般控制在：2.5%-4.0%C； 1.0%-3.0%Si。 石墨来源于碳。随着含碳量的提高，铁液中的含碳量和未溶解的石墨微粒增多，有利于石 墨形核，从而促进了石墨化。 硅溶于铁液和铁的固溶体中，由于削弱了铁和碳原子之间的结合力，而促使石墨化。 冷却速度的影响 ：冷却速度越慢 ，过冷度越小 ，越有利于按照 Fe-G 相图进行结晶和转 变，越有利于石墨化过程充分进行。 10、回火发生的转变：根据回火转变发生的过程和形成的组织，可分为四个阶段： 第一阶段(200以下)：马氏体分解。第二阶段 (200300) ：残余奥氏体分解。第三 阶段(250 400)：碳化物的转变。第四阶段(400以上 )：渗碳体的聚集长大与相的再 结晶。 11、热处理的应力来源：温差引起的膨胀不一致。组织应力来源：组织转变的比体积不同。 12、淬火加热缺陷： 13、影响淬透性的因素：主要有含碳量，合金元素，奥氏体化温度，第二相等 含碳量：在碳钢中，共析钢的临界冷速最小，淬透性最好；亚共析钢随含碳量增加， 临界冷速减小，淬透性提高；过共析钢随含碳量增加，临界冷速增加，淬透性降低。 合金元素：除钴以外，其余合金元素溶于奥氏体后，降低临界冷却速度，使过冷奥氏 体的转变曲线右移，提高钢的淬透性，因此合金钢的淬透性往往比碳钢要好。 奥氏体化温度：提高钢材的奥氏体化温度，将使奥氏体成分均匀、晶粒长大，因而可 减少珠光体的形核率，降低钢的临界冷却速度，增加其淬透性。但奥氏体晶粒长大，生成 的马氏体也会比较粗大，会降低钢材常温下的力学性能。 钢中未溶第二相：钢加热奥氏体化时，未溶入奥氏体中的碳化物、氮化物及其他非金 属夹杂物，会成为奥氏体分解的非自发形核核心，使临界冷却速度增大，降低淬透性。 14、上坡扩散：原子由低浓度处向高浓度处迁移的扩散。驱动力：化学位梯度。 15、铸锭均匀化退火所需时间与枝晶间距的平方成正比，与扩散系数 D 成反比 即：t =0.4672/D 减少 t 方法：减少枝晶间距（如锻打）增加扩散系数 D（如提高均匀化温度） 16、影响奥氏体转变的主要因素：主要因素如加热温度、原始组织和化学成分等 加热温度的影响：加热温度越高则奥氏体形成的速度就越快。这是因为加热温度高(即过 热度大)，则奥氏体形核率及长大速率都迅速增大，原子扩散能力也在增强，促进了渗碳体 的溶解和铁素体的转变。 加热速度的影响：在连续升温加热时，加热速度对奥氏体化过程有重要影响，加热速度越 快，则珠光体的过热度越大，转变的开始温度 AC1 越高，终了温度也越高但转变的孕育 期越短，转变所需的时间也就越短。 原始组织的影响：在化学成分相同的情况下，随原始组织中碳化物分散度的增大，不仅铁 素体和渗碳体相界面增多，加大了奥氏体的形核率；而且由于珠光体片层间距减小，使奥 氏体中的碳浓度梯度增大，这些都使奥氏体的长大速度增加。因此，钢的原始组织越细， 则奥氏体的形成速度越快。 化学成分的影响：1）钢中含碳量 增加，奥氏体的形成速度 加快；2）合金元素的影响： a 改变碳的扩散速度：强碳化物元素 Cr,Mo，W,V 等降低，非碳化物 Co，Ni 提高碳的扩散 速度；b 改变钢的临界点和碳在奥氏体中的溶解度：Ni、 Mn、Cu 等降低 A1 温度； Cr、 Mo、Ti、Si、Al、W 、V 等升高 A1 温度；c 合金元素通过对原始组织的影响也影响奥氏 体的形成：Ni、Mn 等往往使珠光体细化，有利于奥氏体的形成速度。 17、影响奥氏体晶粒度的因素：加热温度和保温时间：晶粒长大和原子的扩散密切相关， 所以温度越高相应的保温时间越长，奥氏体晶粒将越粗大。因此，为了得到一定尺寸的晶 粒度，必须同时控制温度和保温时间；加热速度：在保证奥氏体成分均匀的前提下，快速 加热短时保温能够获得细小的奥氏体晶粒；钢的含碳量的影响：钢中含碳量对奥氏体晶粒 长大的影响很大。含碳量在一定范围内，随含碳量的增加，奥氏体晶粒长大的倾向增大。 脱氧剂及合金元素：用 Al 脱氧的钢奥氏体晶粒长大倾向小，属于本质细晶粒钢。而用 Si、 Mn 脱氧的钢奥氏体晶粒长大倾向大，一般属于本质粗晶粒钢。 18、马氏体高硬度和高强度主要强化方式： 固溶强化 (过饱和 C 原子造成的晶格畸变 ) 相变强化 板条马氏体中高密度的位错、片状马氏体中的孪晶等 时效强化“自回火”碳原子和合金元素的原子向晶体缺陷处扩散 晶界强化 原始奥氏体晶粒越细小、马氏体板条束越小。 19、黄铜：铜锌合金、青铜：铜锡合金、白铜：铜镍合金 简答题： 简述本质晶粒度、起始晶粒度、实际晶粒度区别 答：起始晶粒度：指临界温度以上奥氏体形成刚刚完成，其晶粒边界刚刚互相接触时的晶 粒大小。实际晶粒度：指在某一热处理加热条件下，所得到的晶粒尺寸。本质晶粒度：是 根据标准实验条件，在 93010，保温足够时间（38 小时）后，测定的钢中奥氏体晶粒 的大小。 2、温度升高是怎样促进钢加热向奥氏体转变？ 答：1）温度升高，扩散系数 D（D=D0e-Q/RT）增大，同时奥氏体的两相界面之间碳浓度 差 Cr-cem-Cr-a 增加，增大了碳在奥氏体中的浓度梯度，从而使奥氏体的长大速度加快； 2）温度升高，在铁素体中有利于奥氏体形核的部位增加，原子的扩散距离相对缩短 了，同样有利于奥氏体的长大； 3）温度升高，奥氏体与铁素体相界面处的碳浓度差 Cr-a-Ca-r 以及渗碳体与奥氏体 相界面处的碳浓度差 Ccem-r-Cr-cem 均减小，因此也会加速奥氏体晶体长大。 综上所述：奥氏体形成时，升高温度（或增加过热度）始终是有利于奥氏体形成的，所以 加热温度越高，奥氏体形成的孕育期以及整个相变过程所需时间越短，即奥形成速度越快。 换言之：随温度的升高（或过热度的增大）奥氏体的形成是加速的。 C 曲线 共析钢的过冷奥氏体等温转变曲线 1.A1 到 550 为珠光体转变区（扩散型相变）2. 550到 Ms 为贝氏体转变区（半扩散型 相变）3. Ms 到 Mf 为马氏体转变区（非扩散型相变） 4、奥氏体形核条件 答：系统的能量、结构和成分起伏 5固态相变特点，固态扩散条件，影响扩散因素 答：特点：相变阻力大新相晶核与母相之间存在一定的晶体学位向关系母相晶体缺陷促进 相变易于出现过渡相 条件： 影响扩散因素：温度：温度越高，原子动能越大，扩散呈指数增加。晶体结构：a 固溶体 类型：间隙和空位，间隙原子小，激活能小，扩散系数大；b 晶体结构：反映了原子在空 间排列的紧密程度，致密度高，激活能大，扩散系数小；c 晶体的各向异性：密排面激活 能大，扩散不利。成分：a 组元性质：原子结合键越弱，Q 小，D 大，凡是使固溶体浓度减 小的因素都会降低溶质原子的扩散激活能，D 增大。b 组元浓度:组元的扩散系数是浓度的 函数，只有当浓度很低或变化不大，才可看作常数;c 第三组元的影响：根本原因是第三组 元改变了原有组元的化学位，从而改变了组元的扩散系数。短路扩散：a 点缺陷：主要影 响扩散的空位浓度 ;b 线缺陷：线缺陷主要形式是位错，位错线附近的溶质原子的浓度高于 平均值；原子在位错中沿位错线的管道扩散比晶体中的扩散快; c 面缺陷：本身所处于较高 的能力状态，相应扩散激活能也就较低 . 其他因素：a 弹性应力场 可以加速尺寸大的原 子向拉应力大处扩散，同样加速尺寸小的原子向压应力大处扩散，这种扩散可以松弛应力， 但也能把原来的弹性应变部分的转化为不可恢复的永久变形(塑性变形) ，这种在应力作用 下的扩散过程也是材料以蠕变方式发生塑性变形的基本机制；b 其他任何对粒子运动的力 也都可能影响扩散，如电磁场对代电粒子的扩散。 扩散系数 6 为什么铁素体和渗碳体不能同时消失，而总有部分渗碳体剩余？ 答：按相平衡理论，从 Fe-Fe3C 相图可以看出，在高于 AC1 温度，刚刚形成的奥氏体，靠 近 Cem 的 C 浓度高于共析成分较少，而靠近 F 处的 C 浓度低于共析成分较多（即 ES 线的 斜率较大，GS 线的斜率较小） 。所以，在奥