发布时间 : 星期四 文章金属学与热处理课后习题答案9更新完毕开始阅读a5c524332bf90242a8956bec0975f46527d3a7bb
通过以上分析，可以看到以上珠光体组织主要区别在于碳化物的形状不同，可以分为片状珠光体和粒状珠光体两类组织。 性能比较：
1、与片状珠光体相比，粒状珠光体的硬度和强度较低，塑性和韧性较好。 2、在相同硬度条件下，片状珠光体和粒状珠光体抗拉强度相近，但粒状珠光体的屈服强度、塑性、韧性等性能都优于片状珠光体组织。（这是因为，片状珠光体受力时，位错的运动被限制在铁素体内，当位错运动至片状碳化物界面时形成较大的平面位错塞积群，使基体产生很大的应力集中，易使碳化物脆断或形成微裂纹。而粒状碳化物对铁素体的变形阻碍作用大大减弱，塑性和韧性得到提高，当粒状碳化物均匀地分布在塑性基体上时，由于位错和第二相粒子的交互作用产生弥散强化或沉淀强化，提高钢的塑性变形抗力，从而提高强度。）
3、粒冷珠光体的冷变形性能、可加工性能以及淬火工艺性能都比片状珠光体好。
9-10 为了要获得均匀奥氏体，在相同奥氏体化加热温度下，是原始组织为球状
珠光体的保温时间短还是细片状珠光体的保温时间短？试利用奥氏体的形成机制说明之？ 答：
细片状珠光体的保温时间短。 原因：
1、将钢加热到AC1以上某一温度时，珠光体处于不稳定状态，通常首先在
铁素体和渗碳体的相界面上形成奥氏体晶核，这是因为铁素体和渗碳体的相界面上碳浓度不均匀、原子排列不规则，易于产生浓度起伏和结构起伏，为奥氏体形核创造有利条件。
2、原始组织为片状珠光体时的相界面面积大于球状珠光体，也就是可供奥
氏体形核的位置越多，则奥氏体形核越多，晶核长大速度越快，因此可加速奥氏体的形成，缩短保温时间。
9-11 何为第一类回火脆性和第二类回火脆性？它们产生的原因和消除方法？ 答： 定义： 回火脆性：淬火钢回火时的冲击韧性并不总是随回火温度的升高单调的增高，有
些钢在一定的温度范围内回火时，其冲击韧性显著下降，这种脆化现象称为回火脆性。
第一类回火脆性：钢在250-400℃温度范围内回火时出现的回火脆性称为第一类
回火脆性，也称低温回火脆性。
第二类回火脆性：钢在450-650℃温度范围内回火时出现的回火脆性称为第二类
回火脆性，也叫高温回火脆性。
产生原因：
第一类回火脆性：低温回火脆性几乎在所有的工业用钢中都会出现。一般认为，
其产生是由于马氏体分解时沿马氏体条或片的界面上析出断续的薄壳状碳化物，降低了晶界的断裂强度，使晶界称为裂纹扩展的路径，因而产生脆性。
第二类回火脆性：高温回火脆性主要在合金结构钢中出现，碳钢中一般不出现这
种脆性。其产生原因主要是As、Sn、Pb、Sb、Bi、P、S等有害杂质元素在回火冷却过程中向原奥氏体晶界偏聚，减弱了奥氏体晶界上原子间的结合力，降低晶界的断裂强度。Mn、Ni、Cr等合金元素不但促进这些杂质元素向晶界偏聚，而且自身也向晶界偏聚，进一步降低了晶界断裂强度，增加回火脆性。
消除方法：
第一类回火脆性：
A、避开脆化温度范围回火
B、用等温淬火代替淬火+回火
C、在钢中加入Nb、V、Ti等细化奥氏体晶粒元素，增加晶界面积 D、降低杂质元素含量
第二类回火脆性：
A、高温回火后采用快速冷却方法可以抑制回火脆性，但不适用于对回
火脆性敏感的较大工件
B、在钢中加入Nb、V、Ti等细化奥氏体晶粒元素，增加晶界面积 C、降低杂质元素含量 D、加入适量的Mo、W等合金元素可抑制杂质元素向原奥氏体晶界的偏聚
E、对亚共析钢可采取A1-A3临界区的亚温淬火方法，使P等杂质元素溶入残留的铁素体中，减轻它们向原奥氏体晶界的偏聚程度 F、采用形变热处理方法，可以细化晶粒，减轻高温回火脆性
9-12 比较过共析钢的TTT曲线和CCT曲线的异同点。为什么在连续冷却过程
中得不到贝氏体组织？与亚共析钢的CCT曲线中Ms线相比，过共析钢的Ms线有何不同点，为什么？ 答：
TTT曲线和CCT曲线的异同点：
相同点：
1、都具有渗碳体的先共析线。 2、相变都有一定的孕育期。
3、曲线中都有一条相变开始线和一条相变完成线。 不同点：
1、CCT曲线中无贝氏体转变区。
2、CCT曲线中发生相变的温度比TTT曲线中的低 3、CCT曲线中发生相变的孕育期比TTT曲线中长。 得不到贝氏体组织的原因：
在过共析钢的奥氏体中，碳浓度高，使贝氏体孕育期大大延长，在连续冷却转变时贝氏体转变来不及进行便冷却至低温。
Ms线的不同点及原因：
不同点：亚共析钢的CCT曲线中的Ms线右端呈下降趋势，而过共析钢的CCT曲线中的Ms线右端呈上升趋势。 原因：这是因为在亚共析钢中由于先共析铁素体的析出和贝氏体转变，造成周围奥氏体的富碳，从而导致Ms线下降。而过共析钢由于先共析渗碳体的析出，而
且在连续冷却过程中也无贝氏体转变，使周围奥氏体贫碳，导致Ms线上升。
9-13 阐述获得粒状珠光体的两种方法？ 答：
粒状珠光体可以有过冷奥氏体直接分解而成，也可以由片状珠光体球化而成，还 可以由淬火组织回火形成。原始组织不同，其形成机理也不同。 1、由过冷奥氏体直接分解得到粒状珠光体的过程： 要由过冷奥氏体直接形成粒状珠光体，必须使奥氏体晶粒内形成大量均匀弥散的渗碳体晶核，即控制奥氏体化温度，使奥氏体内残存大量未溶的渗碳体颗粒；同时使奥氏体内碳浓度不均匀，存在高碳去和低碳区。再将奥氏体冷却至略低于Ar1以下某一温度缓冷，在过冷度较小的情况下就能在奥氏体晶粒内形成大量均匀弥散的渗碳体晶核，每个渗碳体晶核在独立长大的同时，必然使其周围母相奥氏体贫碳而形成铁素体，从而直接形成粒状珠光体。 2、由片状珠光体直接球化而成的过程：
将片状珠光体钢加热至略低于A1温度长时间保温，得到粒状珠光体。此时，片状珠光体球化的驱动力是铁素体和渗碳体之间相界面（或界面能）的减少。 3、由淬火组织回火形成的过程
将淬火马氏体钢加热到一定温度以上回火，使马氏体分解、析出颗粒状渗碳体，得到回复或再结晶的铁素体加粒状渗碳体的组织。
9-14 金属和合金的晶粒大小对力学性能有何影响？获得细晶粒的方法？ 答：此题主要是指奥氏体晶粒 晶粒大小对力学性能影响：
奥氏体晶粒小：钢热处理后的组织细小，强度高、塑性好，冲击韧性高。
奥氏体晶粒大：钢热处理后的组织粗大，显著降低钢的冲击韧性，提高钢的韧脆
转变温度，增加淬火变形和开裂的倾向。当晶粒大小不均匀时，还显著降低钢的结构强度，引起应力集中，容易产生脆性断裂。
获得细晶粒的方法：
1、降低加热温度，加快加热速度，缩短保温时间，采用快速加热短时保温的奥氏体化工艺。
2、冶炼过程中用Al脱氧或在钢种加入Zr、Ti、Nb、V等强碳化物形成元素，能形成高熔点的弥散碳化物和氮化物，可以细化奥氏体晶粒。 3、细小的原始组织可以得到细小的奥氏体晶粒，可以采用多次快速加热-冷却的方法细化奥氏体晶粒。
4、采用形变热处理可以细化奥氏体晶粒。
9-15 有一共析钢试样，其显微组织为粒状珠光体。问通过何种热处理工序可分
别得到片状珠光体、粗片状珠光体和比原始组织更细小的粒状珠光体？ 答：
获得片状珠光体工序：
正火：将粒状珠光体钢完全奥氏体化，然后在空气中冷却至室温。 获得粗片状珠光体工序：
完全退火：将粒状珠光体钢完全奥氏体化，然后在随炉缓慢冷却至室温。 获得更小的粒状珠光体工序：
调质（淬火+高温回火）：将粒状珠光体钢完全奥氏体化，淬火成马氏体组织，再将马氏体组织钢加热到一定温度回火使马氏体分解、析出细粒状渗碳体，得到针状铁素体加细粒状渗碳体的粒状珠光体组织
9-16 为了提高过共析钢的的强韧性，希望淬火时控制马氏体使其具有较低的含
碳量，并希望有部分板条马氏体。试问如何进行热处理才能达到上述目的？ 答：
热处理方法：
1、采用亚温淬火+预冷淬火的方法，即将过共析钢快速加热至AC1-ACcm之间略高于AC1某一温度短时保温，得到细小的碳浓度不均匀奥氏体晶粒和未溶的渗碳体颗粒。淬火前将奥氏体钢在空气中预冷，使其析出部分先共析渗碳体，降低奥氏体含碳量，然后再淬火可以得到碳含量较低的细小片状马氏体，以及部分板条马氏体，从而得到以片状马氏体为主加粒状碳化物以及部分板条马氏体组织，使钢具有高的强度并且具有良好的韧性。
2、适当的降低淬火冷却速度，因为冷却速度越大，形成片状马氏体的含碳量越低，不易形成板条马氏体。
9-17 如何把含碳0.8%的碳钢的球化组织转变为：1、细片状珠光体；2、粗片状
珠光体；3、比原来组织更小的球化组织。 答：
获得细片状珠光体工序： 正火：将粒状珠光体钢完全奥氏体化，快速冷却至Ar1以下较低温度保温一段时
间后缓冷至室温。 获得粗片状珠光体工序： 完全退火：将粒状珠光体钢完全奥氏体化，快速冷却至略低于Ar1以下某一温度
保温然后在随炉缓慢冷却至室温。 获得更小的粒状珠光体工序： 调质（亚温淬火+高温回火）：将粒状珠光体钢加热至AC1-ACcm之间某一温度保温，得到细小的奥氏体晶粒和未溶的渗碳体颗粒后，淬火成马氏体组织，再将马氏体组织钢加热到一定温度回火使马氏体分解、析出细粒状渗碳体，得到针状铁素体加细粒状渗碳体的粒状珠光体组织
9-18 如何把含碳0.4%的退火碳钢处理成：1、在大块游离铁素体和铁素体基体
上分布着细球状碳化物；2、铁素体基体上分布着细球状碳化物。 答：
第1种组织热处理工艺： 球化退火：由于是退火亚共析钢，其原始组织为块状先共析铁素体加片状珠光体，因此只需加珠光体中的片状渗碳体处理成球状渗碳体。可以将退火碳钢加热至AC1-AC3之间保温，保留先共析块状铁素体和部分未溶渗碳体质点，得到碳含量不均匀的奥氏体组织，然后在Ar1以下较高温度保温球化，获得在大块游离铁素体和铁素体基体上分布着细球状碳化物的组织。 第2种组织热处理工艺：
调质：将退火碳钢加热到AC3温度以上完全奥氏体化，淬火成马氏体，再将马氏体组织加热到一定温度回火使马氏体分解、析出细粒状渗碳体，得到铁素体基
体加细球状渗碳体组织。
9-19 假定将已淬火而未回火的含碳0.8%的碳钢件（马氏体组织）放入800℃炉
内，上述组织对800℃奥氏体化时间有什么影响？如果随后淬火发现零件上油裂纹，试解释裂纹产生的原因。 答：
马氏体组织对奥氏体化时间影响：
会加快奥氏体化时间。原因：因为将淬火钢加热到奥氏体温度时，淬火马氏体处于非常不稳定状态，通常首先在马氏体相界面上形成奥氏体晶核，这是因为相界面上碳浓度不均匀、原子排列不规则易于产生促进形核的浓度起伏和结构起伏。所以当原始组织为片状马氏体时，马氏体片越细，它们的相界面越多，则形成奥氏体的晶核越多，晶核长大速度越快，因此可加速奥氏体的形成，缩短奥氏体化时间。
裂纹产生的原因：
这是因为含碳0.8%的碳钢件淬火时形成片状马氏体，马氏体片形成速度很快，在其相互碰撞或与奥氏体晶界相碰撞时产生很大的应力场，片状马氏体本身也很脆，不能通过滑移或孪生变形使应力得到松弛，因此容易产生淬火显微裂纹。这些显微裂纹在随后的再次淬火过程中受到较大内应力的作用，裂纹尖端应力集中，从而使裂纹得到扩展，最终在零件表面形成宏观裂纹。