兰州理工2006秋金属学与热处理(A)答案

兰州理工兰州理工 20062006 秋金属学与热处理 秋金属学与热处理 A A 答案 答案 0404 级级 金属学与热处理金属学与热处理 试卷试卷 A A 标准答案及评分标准标准答案及评分标准 一 填空题 每空 0 5 分 共 10 分 1 6 0 74 2 110 3 负 正 4 密度差 冷却速度 5 升高 下降 6 大小 晶格类型 7 扩 散通 流 量 扩散系数 8 铁素体 渗碳体 9 垂直 垂直 10 低 高 二 名词解释 每词 2 分 共 20 分 1 包晶反应 在一定温度下 由一定成分的固相与一定成分的液相作用 形成另一个一定成分的固相的转变过程 称之为包晶反应 2 滑移 晶体的一部分相对于另一部分沿着某些晶面和晶向发生相对滑动的结果 这种变形方式称为滑移 3 枝晶偏析 指固溶体呈树枝状结晶时 由于不平衡结晶造成枝干和枝间的化学成分不同 这种现象称为枝晶偏析 4 共格界面 指界面上的原子同时位于两相晶格的结点上 为两种晶格所共有 5 空间点阵 阵点有规律地周期性重复排列所形成的空间几何图形称为空间点阵 6 合金中的相 指合金中结构相同 成分和性能均一并以界面相互分开的组成部分 7 上坡扩散 沿着浓度升高的方向进行的扩散 即由低浓度向高浓度方向扩散 使浓度发生两极分化 8 过冷度 金属的实际结晶温度 Tn 与理论结晶温度 Tm 之差 称为过冷度 9 莱氏体 Fe Fe3C 相图上 1148 的恒温下发生共晶转变形成的奥氏体和渗碳体的混合物 10 调质热处理 将淬火和随后的高温回火相结合的热处理工艺称为调质热处理 三 简答题 每题 5 分 共 25 分 1 什么样的条件下 成分和冷却条件 可能形成离异共晶组织 答 在先共晶相数量较多而共晶组织很少的情况下 有时共晶组织中与先共晶相相同的那一相 会依附于先共晶相上 生长 剩下的另一相则单独存在于晶界处 从而使共晶组织的特征消失 这种两相分离的共晶称为离异共晶 例如合金成分偏离共晶点很远的亚共晶 或过共晶 合金中 如果冷却速度十分缓慢 过冷度很小 很容易发生离异 共晶 另外 M 点以左或 N 点以右的合金在不平衡结晶时 也可能发生离异共晶 2 简述冷变形金属退火时的再结晶过程 组织 性能变化 答 当冷变形金属的加热温度高于回复温度时 在变形组织的基体上产生新的无畸变的晶核 并迅速长大形成等轴晶 粒 逐渐取代全部的变形组织 这个过程称为再结晶 经过再结晶之后 冷变形金属的强度 硬度显著下降 塑性和 韧性显著提高 内应力完全消除 加工硬化状态消除 金属又重新复原到冷变形之前的状态 3 简述晶面指数的确定步骤 答 晶面指数的确定步骤 1 以晶胞的三条相互垂直的棱边为参考坐标轴 x y z 坐标原点 O 应位于待定晶面之外 以免出现零截距 2 以棱边长度 即晶格常数 为度量单位 求出待定晶面在各轴上的截距 3 取各截距的倒数 并化为最小简单整数 放在圆括号内 即为所求的晶面指数 4 试从滑移系和滑移方向的角度 图示比较 Cu 和 Fe 两种单晶体的塑性 答 Cu 的晶体结构属于面心立方结构 Fe 的晶体结构为体心立方结构 这两种晶体结构的金属的滑移面和滑移方 向如图所示 这两种晶体结构的金属都有 12 个滑移系 然而 金属塑性的好坏 不只是取决于滑移系的多少 还与滑 移面上原子的密排程度和滑移方向的数目等因素有关 体心立方金属的 Fe 它的滑移方向不及面心立方金属 Cu 的 多 同时滑移面上的原子密排程度也比面心立方金属 Cu 的低 因此 Fe 的滑移面间距离较小 原子间的结合力较 大 必须在较大的应力作用下才能开始滑移 所以 Fe 的塑性要比 Cu 差 5 细化晶粒对常温机械性能有何影响 金属结晶时如何控制晶粒大小 答 晶粒大小对金属的机械性能有很大影响 在常温下 金属的晶粒越细小 强度和硬度则越高 同时塑性和韧性也 越好 金属结晶时 晶粒的大小取决于形核率和长大速度的相对大小 凡能促进形核 抑制长大的因素 都能细化晶 粒 在工业生产中可以采用以下几种方法 1 控制过冷度 过冷度越大 晶粒越细小 2 变质处理 即往液态 金属中加入形核剂 促进形成大量的非均匀晶核来细化晶粒 3 振动或搅动 四 论述题 每题 15 分 共 15 分 选作一题 写明题号 1 简述 45 钢的奥氏体化过程由哪几个阶段组成 分析其中奥氏体晶核长大机理 答 奥氏体化过程包括奥氏体以下四个阶段 奥氏体形核 奥氏体长大 剩余渗碳体溶解和奥氏体均匀化 奥氏体长大机制为 在 AC1以上的某一温度 t1 形成一奥氏体晶核 奥氏体晶核形成后 它的一面与渗碳体相邻 另一 面与铁素体相邻 假定它与铁素体和渗碳体相邻的界面都是平直的 根据铁碳相图可知 奥氏体与铁素体相邻的边界 处的碳浓度为 C C 此时 两个边界处于界面平衡状态 这是系统自由能最低的状态 由于 C C C 因此 在奥氏 体中出现碳的浓度梯度 并引起碳在奥氏体中不断地由高浓度向低浓度地扩散 扩散地结果 奥氏体与铁素体相邻的 边界处碳浓度降低 从而破坏了相界面的平衡 使系统自由能升高 为了恢复平衡 渗碳体势必溶入奥氏体 使他们 相邻界面的碳浓度恢复到 C C 与此同时 另一个界面上 发生奥氏体碳原子向铁素体的扩散 促使铁素体转变为奥 氏体 使它们之间界面的碳浓度恢复到 C 从而恢复界面的平衡 降低系统的自由能 这样 奥氏体的两个界面就 向铁素体和渗碳体两个方向推移 奥氏体便长大 由于奥氏体中碳的扩散 不断打破相界面 又通过渗碳体和铁素体 向奥氏体转变而恢复平衡过程循环往复的进行 奥氏体便不断地向铁素体和渗碳体中扩散 逐渐长大 由于在铁素体 中 铁素体与渗碳体和铁素体与奥氏体接触的两个界面之间也存在着浓度差 C C C 因此 碳在奥氏体中扩散的 同时 在铁素体中也进行着扩散 扩散的结果 促使铁素体向奥氏体转变 从而促进奥氏体长大 2 具有网状渗碳体的 T12 钢要获得回火马氏体 应进行哪些热处理 试说明每种热处理的加热温度和冷却条件 答 T12 钢为过共析钢 在淬火之前要进行球化退火 以便于进行机械加工 并为淬火做好组织准备 但 T12 钢中存在 网状渗碳体 影响球化退火的效果 所以要先进行正火热处理以消除网状渗碳体 正火工艺的实质是完全奥氏体化加 伪共析转变 将 T12 钢加热至 Accm以上温度保温使其完全奥氏体化 随后以较快速度冷却 使先共析渗碳体来不及析出 且在较低的温度下发生伪共析转变 形成细片状的伪共析珠光体和索氏体 接下来的工艺是球化退火 目的是使钢中 的碳化物球化 获得粒状珠光体 球化退火是将钢加热到 Ac1以上 使其发生不完全奥氏体化 此时奥氏体中保留大量 未溶的碳化物质点 保温时 未溶碳化物质点发生球化 在随后的缓慢冷却过程中 球化的碳化物质点将成为非自发 晶核 促进渗碳体的析出和长大 周围奥氏体转变为铁素体 从而得到粒状珠光体 接着要进行淬火 T12 淬火加热温 度在 Ac1 Accm之间 淬火加热时组织为细小的奥氏体晶粒和未溶的粒状碳化物 淬火后得到隐晶马氏体和均匀分布在 马氏体基体上的细小粒状碳化物 这种组织不仅具有高强度 高硬度 高耐磨性 而且也具有较好的韧性 淬火后要 进行低温回火热处理 得到回火马氏体 T12 进行的热处理的加热温度和冷却条件为 正火 Accm 30 50 空冷 球化退火 Ac1 20 30 炉冷 淬火 Ac1 30 50 水 油冷 低温回火 150 250 五 综合题 共 30 分 1 画出 Fe Fe3C 亚稳平衡相图 6 分 2 写出下列 Fe3CII含量最多的合金 珠光体含量最多的合金 莱氏体含量最多的合金 答 Fe3CII含量最多的合金为含碳量为 2 11 的合金 1 分 珠光体含量最多的合金为含碳量为 0 77 的合金 1 分 莱氏体含量最多的合金为含碳量为 4 3 的合金 1 分 3 标注平衡反应的成分及温度 写出平衡反应式 L0 53 0 09 0 17 1495 答 包晶反应 2 分 L4 3 2 11 Fe3C6 69 1148 共晶反应 2 分 0 77 0 0218 Fe3C6 69 727 共析反应 2 分 4 分析 Fe 1 2 C 合金的平衡凝固过程 并计算室温下其中相组成物和组织组成物的百分含量 答 Fe 1 2 C 合金的平衡凝固过程为在点 1 2 点按匀晶转变为单相奥氏体 当冷却至 3 点与 ES 线相遇时 开始从奥 氏体中析出二次渗碳体 直到点 4 为止 这种先共析渗碳体一般沿着奥氏体晶界呈网状分布 由于渗碳体的析出 奥 氏体中的含碳量沿 ES 线变化 当温度降至 4 点 奥氏体的含碳量正好