相变原理课后习题

分析固态相变的动力和阻力。动力：体系自由能差置要偏离其平衡位置，产生额外应变能。讨论固态相变新相形状的影响因素。扩散型相变非扩散型相变扩散型相变非扩散型相变外形变化无外形变化外形有变化，产生表面浮凸成分变化新相与母相成分不同，有成分变化新相与母相成分相同，无成分变化位向关系新相与母相之间的晶体学位向关系可新相与母相之间有一定的晶体学位向关系有可无长大速度相界面移动速度极快，接近声速长大速度取决于原子扩散速度1以共析钢为例，说明奥氏体的形成过程，并讨论为什么在铁素体相消失的瞬间，还有部分渗碳体未溶解?变，奥氏体形成时系统总自由能变化为GGG G GVSe是由碳含量和点阵结构不同的两个相转变为另一种点阵结构的均匀相，包括CFe。奥氏体的形核形核部位：铁素体和渗碳体两相界面上，以及珠光体团边界处。奥氏体晶核长大，碳在奥氏体中扩散，也在铁素体中扩散。剩余碳化物溶解奥氏体均匀化余。2奥氏体的晶粒度由几种表示方法？并讨论影响奥氏体晶粒度的影响因素。起始晶粒度；实际晶粒度；本质晶粒度。加热温度和保温时间的影响加热温度较高时，保温时间应当缩短，才能保持较小的奥氏体晶粒。加热速度的影响体晶粒。钢中碳含量的影响：阻碍奥氏体晶粒长大。合金元素的影响：阻碍奥氏体晶粒长大。用Al脱氧的钢，形成的AlN阻在奥氏体晶粒长大，属于本质细晶粒钢。用Si和Mn脱氧的钢，不形成难溶第二相，属于本质粗晶粒钢。3解释钢的组织遗传现象和断口遗传现象，分析产生原因，讨论防止方法。组织遗传：具有粗大晶粒的原始奥氏体冷却得到的非平衡组织加热奥氏体化晶粒。这种粗大奥氏体晶粒的遗传性，称为钢的组织遗传现象。合金钢以非平衡组织加热时，采用慢速加热和快速加热均容易出现组织遗传，只有采用中等速度加热奥氏体化才有可能不出现组织遗传。加热速度较快时，板条马氏体没有发生再结晶，形成针形奥氏体，抑制了球形奥氏体的形成，组织遗传性增大。加热速度很慢时，部分碳和合金元素向马氏体板条边界或束界上偏聚，使马氏体不易发生再结晶，有利于针形奥氏体形成，导致组织遗传。断口遗传：具有粗大晶粒的原始奥氏体冷却得到的非平衡组织加热奥氏体化Ac3生组织遗传，但这种细晶组织却出现了粗晶断口，这种现象称为断口遗传现象产生断口遗传现象的可能原因：MnS沉淀粒子，使晶界强度下降。晶粒。CCr下降，引起粗大奥氏体晶界断裂。控制粗大奥氏体晶粒遗传的方法：粗大奥氏体晶粒遗传的主要原因是针形奥氏体的形成及其长大合并。控制粗大奥氏体晶粒遗传的方法有：利用奥氏体的自发再结晶，可消除粗大奥氏体晶粒的遗传。对低合金钢，可采用多次正火，减弱或消除组织遗传。珠光体片层间距的控制方法、原理和意义。系： S0=(8.02/∆T)×103(nm) 式中过冷度∆T的单位为。研究珠光体转变的目的之一是为获得需要的珠光体组织而指定合适的珠光体转变工艺提供理论根据。特点：1珠光体转变有孕育期。增加。直至转变完成。碳含量的影响：奥氏体成分均匀性和碳化物溶解情况的的影响：奥氏体成分不均匀和有未溶碳化物时，先共析相和珠光体的形成速度提高。奥氏体晶粒度的影响：奥氏体晶粒细小，先共析相和珠光体的形成速度提高。奥氏体化温度和时间的影响：进一步长大，珠光体转变推迟。应力和塑性变形的影响：对奥氏体进行拉应力或塑性变形，珠光体转变速度加快。3亚共析钢中相间沉淀的产生条件、强化机理和影响因素。产生条件：合金中有一定的碳（氮）和强碳（氮）化物形成元素，一般为低碳低合金钢。合适的奥氏体化温度，使合金中的碳化物和氮化物充分溶解。钢的性能下降；冷速过快，则细小特殊碳化物来不及形成，发生其它转变。等温转变时，转变温度较高或者较低都使相间析出深度减慢，具有C曲线动力学特征，符合扩散型相变的形核长大规律。体继续长大。相间沉淀的碳化物与铁素体具有一定的晶体学位向关系。由于碳化物是在相变过程中的相界面处形成，空间呈层状分布相间沉淀产物的形态与性能，相间沉淀组织中，分布粒状碳化物的平（面间距越小。相间沉淀产物的强度主要取决于碳化物的弥散强化和晶粒细化强化。1试述马氏体的晶体结构及其长生原因。马氏体的晶体结构是体心正方。马氏体体心立方晶体的八面体间隙可以分成80％的碳原子都占据三组中的一组，则体心立方点阵的一个轴被拉长，称为体心正方晶体。这就是马氏体是体心正方结构的原因。随碳含量提高，马氏体的点阵常数中c线性增大，a线性降低，c/a线性增大试述马氏体转变的主要特点。二、马氏体转变的无扩散性转变过程不发生成分变化，但却发生了晶体结构的变化。转变温度很低，但转变速度极快。三、具有一定的位向关系和惯习面：四、马氏体转变是在一个温度范围内完成的：马氏体转变是奥氏体冷却的某一温度时才开始的，这一温度称为马氏体转变开始温度，简称Ms点。马氏体转变开始后，必须在不断降低温度的条件下才能使转变继续进行，如冷却中断，则转变立即停止。当冷却到某一温度时，马氏体转变基本完成，转变不再进行，这一温度称为Mf五、马氏体转变的可逆性在某些合金中，奥氏体冷却转变为马氏体后，重新加热时，已经形成的马氏体又可以通过逆向马氏体转变机构转变为奥氏体。这就是马氏体转变的可逆性。将马氏体直接向奥氏体转变的称为逆转变差异。一、板条状马氏体：板条马氏体是低、中碳钢中形成的一种典型马氏体组织，其形貌特征可描述如下：在一个原奥氏体晶粒内部有几个个）二、片状马氏体：在一个原奥氏体晶粒内部有许多相互有一定角度的马氏体片。马氏体片的空所以马氏体片的尺寸取决于原始奥氏体晶粒的尺寸。片状马氏体的形成温度较低，在马氏体片的周围往往存在着残余奥氏体。特征板条状马氏体特征板条状马氏体片状马氏体碳含量<0.3%1.0%－1.4%1.4%－2.0%形成温度Ms>350℃Ms≈100－200℃Ms<100℃惯习面(111)γ(225)γ(259)γ位向关系K-S关系－西ft关系K-S关系西ft关系亚结构位错孪晶Ms点的定义和物理意义。Ms点的定义：马氏体转变的开始温度。Ms要求的能量，相变可以发生。Ms点的主要因素。Ms点的影响碳含量增加，马氏体转变切变阻力提高，Ms点降低，MfMs－Mf温度范围。Ms点的影响Md－MsMsMs－Mf变，增加马氏体转变量。Ms点的影响一方面，随奥氏体化温度提高和保温时间延长，有利于碳和合金元素充分溶入奥氏体中，使Ms点降低。另一方面，随奥氏体化温度提高和保温时间延长，奥氏体晶粒长大，晶体缺陷减少，相变切变阻力减小，使Ms点升高。Ms点的影响在高速淬火时，随淬火速度提高，Ms点上升。Ms点的影响外加磁场使Ms点上升。磁场使铁磁性马氏体稳定，自由能降低。试述引起马氏体高强度的原因。使马氏体强化。极应力场，将与位错产生强烈的交互作用，使马氏体强化。时效强化在相变冷却过程或马氏体转变完成后，碳原子发生偏聚的现象称为自回火。这种由碳原子扩散偏聚钉扎位错引起的使马氏体强化称为时效强化。（4）变形强化马氏体本身比较软，但在外力作用下因塑性变形而急剧加工硬化，所以马氏体的变形强化指数很大，加工硬化率高。伪弹性，相变冷作硬化，形状记忆效应奥氏体冷却过程中，因在某一温度停留，使未转变的奥氏体变得更加稳定，如继续冷热稳定化。Md点以上温度对奥氏体进行塑性变形时，不仅不能诱发马氏体相变，还使随后马氏体转变发生困难，降低Ms点，增加残余奥氏体，这种现象为奥氏体机械稳定化。1试述贝氏体转变的基本特征。贝氏体转变需要一定的孕育期，可以等温形成，也可以连续冷却转变。碳原子可以扩散，铁素体长大速度受碳扩散控制，速度较慢。贝氏体转变有上限温度（s）和下限温度（f。较高温度形成的贝氏体中碳化物分布在铁素体条之间，较低温度形成的贝含量升高。决于碳在铁素体中的扩散速度。上贝氏体中铁素体的惯习面是(111)γ；下贝氏体铁素体的惯习面是(225)γK-S位向关系。异。上贝氏体：上贝氏体为成束分布、平行排列的条状铁素体和夹于其间的断续条状渗碳体的混合物。多在奥氏体晶界形核，自晶界的一侧或两侧向晶内长大，具有羽毛状特征。上贝氏体中铁素体的亚结构是位错，其密度比板条马氏体低2－3个数量级，随形成温度降低，位错密度增大。随碳含量增加，上贝氏体中铁素体条增多、变薄，渗碳体数量增多、变细。随转变温度降低，上贝氏体中铁素体条变薄，渗碳体细化。上贝氏体中铁素体条间还可能存在未转变的残余奥氏体。下贝氏体在奥氏体晶界形核，也可在奥氏体晶内形核。下贝氏体的铁素体中碳化物细小、弥散、呈粒状或条状，沿着与铁素体长轴成一定角度平行排列。下贝氏体铁素体的亚结构为位错，密度比上贝氏体高。下贝氏体中铁素体过饱和碳含量高于上贝氏体。上贝氏体机械性能低劣，使用价值不大。下贝氏体亚结构为高密度位错,下贝氏体具有优良的强韧性，硬度和耐磨性也很高，缺口敏感性和脆性转变温度较低，是一种理想的淬火组织，具有很高的实用价值试述影响贝氏体性能的基本因素。什么是回火？回火的目的是什么？回火处理的目的是稳定组织，降低应力，改善性能试述淬火钢回火转变的基本过程。淬火碳钢回火时，比容逐渐减小，体积缩小：马氏体－－回火马氏体－－回火索氏体淬火钢回火时，随着回火温度升高和时间的延长，将发生以下几种转变：①前期阶段：马氏体中碳的偏聚；②第一阶段：马氏体分解；③第二阶段：残余奥氏体的转变；④第三阶段：碳化物的转变；⑤后期阶段：渗碳体长大及铁素体回复与再结晶简述第一类回火脆性的特点及产生原因。250－400温回火脆性。第一类回火脆性的特点：①已经产生回火脆性的工件在更高温度回火时，脆脆性与回火后的冷却速度无关；③脆化工件的断口为晶间断裂或穿晶断裂。第一类回火脆性产生原因：碳化物析出状态不良。避免方法：不在发生回火脆性的温度范围内回火。简述第二类回火脆性的特点及产生原因。450－650温回火脆性。第二类回火脆性的特点：①对冷却速度的敏感性；②可逆性；③脆化工件的断口为晶间断裂。第二类回火脆性敏感度：①韧性状态的冲击韧性（aK1）与脆性状态的冲击韧性（aK2）1前后脆性转变温度之差（θ，回火脆度。产生机制：P等杂质元素在原奥氏体晶界的偏聚。第二类回火脆性的预防与减轻方法：①回火快冷，低温去应力退火，工件尺寸小。②在钢中添加Mo元素。P等杂质元素含量。④亚共析钢采用亚温淬火方法。⑤采用高温形变淬火。概念解释：二次硬化，二次淬火，回火脆性敏感度，回火脆度。钢中合金元素可以减小回火过程硬度下降速度，提高回火稳定性。强碳化物形成元素可以在高温回火时析出弥散的特殊合金碳化物，造成二次硬化。当残余奥氏体比较稳定，在较高温度回火加热保温时未发生分解，而在随后脆化处理前后脆性转变温度之差（θ，回火脆度。aKaK）之比概念解释：固溶处理，脱溶，时效，时效合金的回归现象，调幅分解。为脱溶。为时效。合金在脱溶过程中硬度和强度升高的现象称为时效硬化或时效强化。象会立即消除，硬度基本恢复到固溶处理状态，这种现象称为回归现象。低碳钢淬火后进行塑性变形，再在较低温度下进行时效，C、N原子在偏聚在位错线附近，形成气团，或析出碳化物，钉扎位错，使钢的屈服强度升高。这种硬化现象称为应变时效。调幅分解是固溶体分解的一种特殊形式。它不存在形核阶段，按扩散偏聚机制，由一种固溶体分解为两种结