钢的热处理(原理和工艺)第3版 胡光立 谢希文

第二章 钢的加热转变

2、奥氏体晶核优先在什么地方形成? 为什么? 答：奥氏体的形核 球状珠光体中：

优先在 F/Fe3C 界面形核 片状珠光体中：

优先在珠光体团的界面形核 也在 F/Fe3C 片层界面形核

奥氏体在 F/Fe3C 界面形核原因：

(1) 易获得形成A 所需浓度起伏，结构起伏和能量起伏. (2) 在相界面形核使界面能和应变能的增加减少。

△G = -△Gv + △Gs + △Ge

△Gv—体积自由能差， △Gs —表面能， △Ge —弹性应变能

6、钢的等温及连续加热TTA图是怎样测定的，图中的各条曲线代表什么? 答：等温TTA图

将小试样迅速加热到Ac1以上的不同温度，并在各温度下保持不同时间后迅速淬冷， 然后通过金相法测定奥氏体的转变量与时间的关系，将不同温度下奥氏体等温形成的进程综 合表示在一个图中，即为钢的等温TTA图。

四条曲线由左向右依次表示：奥氏体转化开始线，奥氏体转变完成线，碳化物充全溶 解线，奥氏体中碳浓度梯度消失线。 连续加热TTA图

将小试样采用不同加热速度加热到不同温度后迅速淬冷，然后观察其显微组织.，配合 膨胀试验结果确定奥氏体形成的进程并综合表示在一个图中，即为钢的连续加热TTA图。 Acc加热时Fe3CII →A终了温度 Ac3加热时 α→A终了温度

Ac1加热时 P→A开始温度

13、怎样表示温度、时间、加热速度对奥氏体晶粒大小的影响?

答：奥氏体晶粒度级别随加热温度和保温时间变化的情况可以表示在等温TTA图中 加热速度对奥氏体晶粒度的影响可以表示在连续加热时的TTA图中 随加热温度和保温时间的增加 晶粒度越大

加热速度越快I↑ 由于时间短，A晶粒来不及长大可获得细小的起始晶粒度 补充

1、阐述加热转变A的形成机理，并能画出A等温形成动力学图(共析钢)？ 答：形成条件 ΔG=Ga-Gp<0

形成过程

形核：对于球化体，A优先在与晶界相连的α/Fe3C界面形核 对于片状P, A优先在P团的界面上形核

长大：1 ）Fe原子自扩散完成晶格改组

2 ）C原子扩散促使A晶格向α、Fe3C相两侧推移并长大

Fe3C残留与溶解：A/F界面的迁移速度 > A/Fe3C界面的迁移速度，当P中F完全消

失，Fe3C残留 Fe3C→A A均匀化：刚形成A中，C浓度不均匀。C扩散，使A均匀化。 A等温形成动力学图（共析钢）见课本 P22 图2-16

2、用Fe-Fe3C相图说明受C在A中扩散所控制的A晶核的长大。

答：①Tl温度，A晶核在F/Fe3C界面形成，A晶核中C分布不均匀 ②A中C发生扩散 左侧升为C1，右侧降为C2 ③有相图T1温度下，A/F, A/Fe3C两相共存保持平衡，分别保持 ④为恢复平衡，左侧F变成A消耗C原子，使界面浓度降为C2；

右侧，A溶解提供C原子，使界面浓度升为C1。 相界面的平衡破坏又建立又破坏又建立??A长大 Fe-Fe3C相图见课本P18图2-10 3、生产上细化奥氏体晶粒的方法 答：1 ）利用AlN颗粒细化A晶粒

2 ）利用过渡族金属的碳化物（TiC、NbC）细化晶粒 3 ）快速加热，利用T和t对A晶粒长大的影响来细化晶粒。 第三章 珠光体转变与钢的退火和正火

4、为什么说珠光体转变足以扩散为基础并受扩散所控制?

答：因为珠光体转变是由含0.77%C的奥氏体分解为碳含量很高（6.69%）的渗碳体和碳含量很低（0.0218%）的铁素体，转变中同时完成了原子扩散和点阵重构两个过程。

5、什么是珠光体的纵向长大和横向长大? 为什么说珠光体的纵向长大受碳原了在奥氏体中 的扩散所控制?

答：珠光体长大的基本方式是沿着片得长轴方向长大，称为纵向长大。同时还可以进行横向形核，纵向长大，称为横向长大。

因为当P晶核在A晶界形成，A、F、Fe3C三相共存，过冷A中存在碳浓度不均匀。C原子扩散破坏该浓度下的相界面碳浓度平衡，为了恢复平衡，与F相接的A形成F排出C使碳浓度升为C1，与Fe3C相接A形成Fe3C消耗C使碳浓度降为C2，如此反复，使P晶核纵向长入A晶内。

16、试用Hultgren外推法说明伪共析体的形成条件。

答：Hultgren外推法认为相图上各条相界（即相区交界线）的延长线仍具有物理意义。GS线的延长线SG’是奥氏体对铁素体的饱和线，ES线的延长线SE’仍可看作是奥氏体对渗碳体的饱和线。奥氏体只有当快冷到Ar1以下、SE’线以左或Ar1以下、SG’线以右范围内时，才能有先共析相析出。

如果将奥氏体快冷到SE’线和SG’线以下的影线区时，则会因同时对铁素体和渗碳体所过饱和而直接进行珠光体转变。这种非共析成分的奥氏体不经过先共析转变而直接进行珠光体转变得到的珠光体，在显微组织上也是由片层状的铁素体和渗碳体组成，但两个相的相对含量以及片层相对厚度都不同于共析成分的珠光体，这种珠光体又称为伪共析体。 17、说明先共析相的不同形态及其形成条件。 答：1 ) 网状F、块状F

先共析F靠非共格界面迁移完成，当转变温度较高，奥氏体较易变形，δe不是主要阻力，δs是主要阻力，如果原A含C量高，网状F；如果原A含碳量低，块状F

2 ）片状F

先共析F靠A共格界面迁移完成，当转变温度较低，A不易变形，δe是主要阻力，F核通过共格界面迁移形成片状F

3 ）网状Fe3C

碳含量靠近共析成分，奥氏体晶粒较粗大、冷却速度较慢 补充

1、珠光体的TTT图为什么会出现“鼻子”

答：因为该曲线表明，在转变开始前需要一段孕育期，随转变温度从高到低变化时，孕育期先缩短，转变加速；随后，孕育期又增长，转变过程也减慢。故曲线的形状呈字母“C”形，在C曲线的拐弯处，通称为“鼻子”。 2、试述共析钢（片状珠光体和粒状珠光体）的形成机理。 答：片状珠光体

1 ）形核 ①A晶界 ②A晶内

2 ）长大 以Fe3C为领先相 当P晶核在A晶界形成，A、F、Fe3C三相共存，过冷

中存在碳浓度不均匀 C1不等于C2 C原子扩散破坏该浓度下的相界面浓度平衡，为恢复平衡，

与F相接的A形成F派出C使碳浓度升为C1，与Fe3C相接的A生成Fe3C，消耗C使碳浓度降为C2，如此反复，P晶核纵向长入A晶内。

粒状珠光体

1.直接球化机制

不均匀的A或未溶的渗碳体

2.间接球化机制

A→片状P→粒状P 从能量上讲 片状P自发的转化为粒状P 第四章 马氏体转变

2、马氏体转变有哪些主要特点?

答：1 ）马氏体转变产生表现浮凸，是不变平面应变，且切变共格。

2 ）马氏体转变时母相与马氏体之间存在位相关系。

3 ）马氏体转变的非恒温性与不完全性。 4 ）马氏体转变具有无扩散性。 5 ）马氏体转变的可逆性

4、简述钢中板条马氏体和片状马氏体的形貌特征、晶体学特点、亚结构以及其机械性能的差异。

答：板条状马氏体：由束、块、板条等组织单元构成，亚结构为高密度的位错，晶体学取向关系符合K-S关系，惯习面为（111）r 有较高的强度、硬度，韧性好

片状马氏体：相邻马氏体片一般互不平行，而是呈一定的交角排列，空间形态呈双凸透镜片状，亚结构为孪晶，晶体学取向关系符合K-S或西山关系，惯习面为﹛225﹜r或{259}r 有高强度、高硬度，但韧性差

%C﹤0.3% 板条状

0.3~1.0%C 板条状+片状马氏体混合组成 〉1.0%C 片状马氏体 5、影响Ms点的主要因素有哪些? 答: 1 ）奥氏体化学成分 2 ）应力和塑性形变

3 ）奥氏体化条件

4 ）存在先马氏体的组织转变 5 ）磁场

9、影响钢中马氏体强韧性的主要因索有哪些?

答：钢中马氏体的强度主要取决于M的含碳量。随碳含量的增加强度、硬度增加，当碳含量大于0.6%时，强度、硬度接近最大值。韧性主要取决于M的亚结构。板条M韧性优于片状M。

10、何谓热弹性马氏体、伪弹性和形状记忆效应?

答：马氏体片可随温度降低而长大，随温度升高而缩小。具有这种特性的马氏体称为热弹性马氏体。

外加应力的改变引起M片的消长，外力增加，马氏体片长大；外力减小，马氏体片缩小。伴随材料宏观形状而改变称由应力诱发的M定向转变而引起的弹性现象叫伪弹性。 将某些金属材料在马氏体状态下进行塑性变形后加热至某一特定温度以上能自动回复原来形状的效应，称为形状记忆效应。

补充

1、简述形变诱发马氏体的原因？Md点物理意义是什么?

答：马氏体的比容大，转变时要产生体积膨胀。因而拉应力状态必然会促进马氏体形成，从 而表现为使Ms点升高，而多向压应力则会阻止马氏体形成。

：在Md点以上对奥氏体进行塑性形变，少量的塑性形变能促进随后冷却时的马氏体转变， 而超过一定限度的塑性形变则起着相反的作用，甚至使奥氏体完全稳定化。 2、为什么板条M韧性优于片状M？ 答：M的韧性主要取决于M的亚结构

片状M韧性差：① 亚结构是孪晶 滑移系统少，变形以孪生方式进行，位错不易运动，易造成应力集中形成显微裂纹。

② 片状M含C量高，点阵中C原子多，造成点阵不对称，畸变程度

大，对韧性破坏大。 ③ 片状M内部有显微裂纹

板条M韧性好：① 位错亚结构 变形以滑移方式进行，不易诱发裂纹 ②含C量低，点阵不对称，畸变小，对韧性损害小 ③板条单元平行排列，不互相冲撞，无显微裂纹。 3、钢中马氏体具有高强度、高硬度的本质原因。 答：①间隙固溶体强化

过饱和C引起强烈的固溶强化，C原子间隙固溶在α—Fe的扁八面体中心， 不仅使点阵发生膨胀还使点阵发生不对称畸变，在点阵内造成强烈的应力场，阻碍位错运动，使M强度、硬度显著提高。

②M中亚结构引起的强化 %C <0.3 板条M 主要靠C钉扎位错引起强化 %C>0.3 出现片状M 孪晶量增加，孪晶界阻碍位错运动

产生附加强化。

%C>0.8 硬度不再增加

③时效强化

过饱和固溶体本身存在一个分解趋势，M是α—Fe中的过饱和固溶体，C原子有自发从M中脱溶出来的趋势。

④相变强化

M相变造成晶体内产生大量的微观缺陷使M强化 ⑤形变强化

由于M相变产生塑性变形产生加工硬化使M强化

4、形状记忆合金共备的条件？ 答：具有形状记忆效应的合金称为形状记忆合金，而形状记忆效应是马氏体转变的热弹性行 为及伪弹性行为引起的，所以形状记忆合金应具备： ①必须具有热弹性马氏体转变 ②亚结构是孪晶或层错

③母相具有有序化结构

5、M转变动力学的方式、各种方式的特点？ （一)变温（或降温）转变

①变温形成②瞬间形核③高速长大④M单晶长大到一定后不再长大，M转变的继续进行依靠不断降温形成新核，新核长大成新M。

（二）等温转变

①等温孕育形核，瞬间长大②随等温时间增长，M转变量不断增多③动力学曲线仍是S型，TTT曲线仍是C型。 （三）爆发式转变

①自促发形核，瞬间长大②爆发时间短，转变量大③惯习面{259}r，金相特征闪电状或Z字型。

（四）表面转变

①等温孕育形核②条状，长大速度慢，惯习面{111}r或{112}r，西山关系；内部等温形成M，长大速度快，片状，惯习面{225}r，K-S关系。 第五章 马氏体转变

1、试简述贝氏体组织的分类、形貌特征及其形成条件？

答：无碳贝氏体 形貌特征 从A晶界生长的板条状F,，BF中%C接近平衡含C量 形成条件 低、中碳钢及低合金钢,，B形成溢度最上部略小于P温度 上贝氏体 形貌特征 (光镜)呈韧条状

(电镜)一束大致平行自A的晶界长入A晶内的F条，条间有 碳化物 粒状贝氏体 反常贝氏体

形成条件 形貌特征 形成条件 形貌特征

低、中、高C钢，一般在350度以上 条状亚单元组成的板条状F，在其中有呈一定方向分布的富碳A 低碳、低合金钢，稍高于典型上贝氏体形成温度 在先共析Fe3C条间生长的束状贝氏体

形成条件 过共析钢，上贝氏体温度 下贝氏体 形貌特征 A中%C低 呈板条状 A中%C高 呈透镜状

形成条件 贝氏体转变的低温度(<350度) 2、试比较贝氏体转变与珠光体转变和马氏体转变的异同 答：一、转变温度

珠光体转变 A1—550度 贝氏体转变 550度—Ms 马氏体转变 Ms—Mf

二，转变产物

珠光体转变 F、Fe3C层片状的机械混合物 马氏体转变 M单相组织

贝氏体转变 F与Fe3C非层片状混合物 三、转变动力学

珠光体转变 需孕育期可 以等温形成、 贝氏体转变 需孕育期可 以等温形成、 马氏体转变 不需孕育期 不可等温形成、 四、都具有转变不完全性 五、扩散性

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