固态相变温度低,原子扩散更困难,例如固态合金中原子的扩散速度为—10-8cm/d,而液态金属原子的扩散速度为10-7cm/s。9-2 何谓奥氏体晶粒度?说明奥氏体晶粒大小对钢的性能影响? 答: 奥氏体晶粒度: 是奥氏体晶粒大小的度量。 当以单位面积内晶粒的个数或每个晶 粒的平均面积与平均直径来描述晶粒大小时, 可以建立晶粒大小的概念。 通常采 用金相显微镜100倍放大倍数下,在645mm范围内观察到的晶粒个数来确定奥 氏体晶粒度的级别。对钢的性能的影响: 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。9-3 试述珠光体形成时钢中碳的扩散情况及片、粒状珠光体的形成过程? 答:珠光体形成时碳的扩散: 珠光体形成过程中在奥氏体内或晶界上由于渗碳体和铁 素体形核, 造成其与原奥氏体形成的相界面两侧形成碳的浓度差, 从而造成碳在 渗碳体和铁素体中进行扩散, 简言之,在奥氏体中由于碳的扩散形成富碳区和贫 碳区,从而促使渗碳体和铁素体不断地交替形核长大,直至消耗完全部奥氏体。 片状珠光体形成过程:片状珠光体是渗碳体呈片状的珠光体。 首先在奥氏体晶界形成渗碳体晶核, 核刚形成时与奥氏体保持共格关系, 为减小 形核的应变能而呈片状。 渗碳体长大的同时,使其两侧的奥氏体出现贫碳区,从 而为铁素体在渗碳体两侧形核创造条件, 在渗碳体两侧形成铁素体后, 铁素体长 大的同时造成其与奥氏体体界面处形成富碳区, 这又促使形成新的渗碳体片。 渗 碳体和铁素体如此交替形核长大形成一个片层相间大致平行的珠光体区域, 当其 与其他部位形成的珠光体区域相遇并占据整个奥氏体时, 珠光体转变结束, 得到 片状珠光体组织。 粒状珠光体的形成过程:粒状珠光体是渗碳体呈颗粒状分布在铁素体基体上。 粒状珠光体可以有过冷[1]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[2]形成。原始组织不同,其形成机理也不同。 这里只介绍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; 时使奥氏体内碳浓度不均匀,存在高碳区和低碳区。再将奥氏体冷却至略低于 Ar1 以下某一温度缓冷, 在过冷度[3]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。9-4 试比较贝氏体转变与珠光体转变和马氏体转变的异同。 答: 贝氏体转变:是在珠光体转变温度以下马氏体转变温度以上过冷奥氏体所发生的 中温转变。与珠光体转变的异同点: 相同点:相变都有碳的扩散现象;相变产物都是铁素体 +碳化物的机械混合物 不同点:贝氏体相变奥氏体晶格向铁素体晶格改组是通过切变完成的, 珠光体相 变是通过扩散完成的。与马氏体转变的异同点(可扩展) : 相同点:晶格改组都是通过切变完成的; 新相和母相之间存在一定的晶体学位相 关系。不同点:贝氏体是两相组织,马氏体是单相组织;贝氏体相变有扩散现象,可以 发生碳化物沉淀,而马氏体相变无碳的扩散现象。9-5 简述钢中板条马氏体和片状马氏体的形貌特征和亚结构, 并说明它们在性能 上的差异。

答:

板条马氏体的形貌特征: 其显微组织是由成群的板条组成。 一个奥氏体晶粒可以 形成几个位向不同的板条群, 板条群由板条束组成, 而一个板条束内包含很多近 乎平行排列的细长的马氏体板条。 每一个板条马氏体为一个单晶体, 其立体形态 为扁条状, 宽度在 0.025-2.2 微米之间。在这些密集的板条之间通常由含碳量较 高的残余奥氏体分割开。

板条马氏体的亚结构: 高密度的位错,这些位错分布不均匀,形成胞状亚结构, 称为位错胞。

片状马氏体的形貌特征: 片状马氏体的空间形态呈凸透镜状, 由于试样磨面与其 相截,因此在光学显微镜下呈针状或竹叶状, 而且马氏体片互相不平行, 大小不 一,越是后形成的马氏体片尺寸越小。片状马氏体周围通常存在残留奥氏体。 片状马氏体的亚结构: 主要为孪晶, 分布在马氏体片的中部, 在马氏体片边缘区 的亚结构为高密度的位错。

板条马氏体与片状马氏体性能上的差异 : 马氏体的强度取决于马氏体板条或马氏体片的尺寸, 尺寸越小,强度越高, 这是 由于相界面阻碍位错运动造成的。

马氏体的硬度主要取决于其含碳量。 马氏体的塑性和韧性主要取决于马氏体的亚结构。

差异性: 片状马氏体强度高、塑性韧性差,其性能特点是硬而脆。 板条马氏体同时具有较高的强度和良好的塑韧性, 并且具有韧脆转变温度低、 缺 口敏感性和过载敏感性小等优点。

9-6 试述钢中典型的上、下贝氏体的组织形态、立体模型并比较它们的异同。 答:

上贝氏体的组织形态、立体模型:

在光学显微镜下, 上贝氏体的典型特征呈羽毛状。 在电子显微镜下,上贝氏体由 许多从奥氏体晶界向晶内平行生长的条状铁素体和在相邻铁素体条间存在的断 续的、 短杆状的渗碳体组成。 其立体形态与板条马氏体相似呈扁条状, 亚结构主 要为位错。

下贝氏体的组织形态、立体模型: 在光学显微镜下, 下贝氏体呈黑色针状。 在电子显微镜下, 下贝氏体由含碳过饱 和的片状铁素体和其内部析出的微细£ -碳化物组成。其立体形态与片状马氏体 一样,也是呈双凸透镜状,亚结构为高密度位错。

异同点: 相同点:都是铁素体和碳化物的机械混合物,组织亚结构都是高密度的位错。 不同点:组织形态不同,立体模型不同,铁素体和碳化物的混合方式不同。

9-7 何谓魏氏组织?简述魏氏组织的形成条件、对钢的性能的影响及其消除方

法?

答:

魏氏组织: 含碳小于 0.6%的亚共析钢或大于 1.2%的过共析钢在铸造、锻造、轧 制后的空冷, 或者是焊缝热影响区的空冷过程中, 或者当加热温度过高并以较快 速度冷却时,先共析铁^[4]素体或先共析渗碳体从奥氏体晶界沿一定的晶面向晶内生 长,并且呈针片状析出。 在光学显微镜下可以观察到从奥氏体晶界生长出来的近 乎平行或其他规则排列的针状铁素体或渗碳体以及其间存在的珠光体组织, 这类 组织称为魏氏组织。前者称铁素体魏氏组织,后者称渗碳体魏氏组织。 魏氏组织的形成条件: 魏氏组织的形成与钢中的含碳量、 奥氏体晶粒大小及冷却 速度有关。 只有在一定含碳范围内并以较快速度冷却时才可能形成魏氏组织, 而 且当奥氏体晶粒越细小时, 形成魏氏组织的含碳量范围越窄。 因此魏氏组织通常 伴随奥氏体粗晶组织出现。

对钢性能的影响: 其为钢的一种过热^[5]缺陷组织, 使钢的力学性能指标下降, 尤其 是塑韧性显著降低,脆性转折温度升高,容易引起脆性断裂。需要指出的是,只 有当奥氏体晶粒粗化, 出现粗大的铁素体或渗碳体魏氏组织并严重切割基体时降, 才使钢的强度和韧性显著降低。

消除方法: 可以通过控制塑性变形程度、降低加热温度、降低热加工终止温度, 降低热加工后的冷却速度,改变热处理工艺,例如通过细化晶粒的调质、正火、 完全退火等工艺来防止或消除魏氏组织。

9-8 简述碳钢的回火转变和回火组织。

答: 碳钢的回火转变过程及回火组织: