金屬學(xué)與熱處理總結(jié)

一、金屬的晶體結(jié)構(gòu)

重點(diǎn)內(nèi)容：面心立方、體心立方金屬晶體結(jié)構(gòu)的配位數(shù)、致密度、原子半徑，八面體、

四面體間隙個(gè)數(shù)；晶向指數(shù)、晶面指數(shù)的標(biāo)定；柏氏矢量具的特性、晶界具的特性。

基本內(nèi)容：密排六方金屬晶體結(jié)構(gòu)的配位數(shù)、致密度、原子半徑，密排面上原子的堆垛順

序、晶胞、晶格、金屬鍵的概念。晶體的特征、晶體中的空間點(diǎn)陣。

晶格類型晶胞中的原子數(shù)原子半徑配位數(shù)致密度

體心立方2868%

面心立方41274%

密排六方61274%

晶格類型fcc(A1)bcc(A2)hcp(A3)

間隙類型正四面體正八面體四面體扁八面體四面體正八面體

間隙個(gè)數(shù)84126126

0

原子半徑rA2

間隙半徑rB(2也3四(2-項(xiàng)(V6-2)JG12-Of

晶胞：在晶格中選取一個(gè)能夠完全反映晶格特征的最小的幾何單元，用來分析原子排列的

規(guī)律性，這個(gè)最小的兒何單元稱為晶胞。

金屬鍵：失去外層價(jià)電子的正離子與彌漫其間的自由電子的靜電作用而結(jié)合起來，這種結(jié)

合方式稱為金屬鍵。

位錯(cuò)：晶體中原子的排列在一定范圍內(nèi)發(fā)生有規(guī)律錯(cuò)動的一種特殊結(jié)構(gòu)組態(tài)。

位錯(cuò)的柏氏矢量具有的一些特性：

①用位錯(cuò)的柏氏矢量可以判斷位錯(cuò)的類型；②柏氏矢量的守恒性，即柏氏矢量與回路起點(diǎn)

及回路途徑無關(guān)；③位錯(cuò)的柏氏矢量個(gè)部分均相同。

刃型位錯(cuò)的柏氏矢量與位錯(cuò)線垂直；螺型平行；混合型呈任意角度。

品界具有的一些特性：

①晶界的能量較高，具有自發(fā)長大和使界面平直化，以減少晶界總面積的趨勢；②原子在

晶界上的擴(kuò)散速度高于晶內(nèi)，熔點(diǎn)較低；③相變時(shí)新相優(yōu)先在晶界出形核；④晶界處易于發(fā)生

雜質(zhì)或溶質(zhì)原子的富集或偏聚；⑤晶界易于腐蝕和氧化；⑥常溫下晶界可以阻止位錯(cuò)的運(yùn)動,

提高材料的強(qiáng)度。

二、純金屬的結(jié)晶

重點(diǎn)內(nèi)容：均勻形核時(shí)過冷度與臨界晶核半徑、臨界形核功之間的關(guān)系；細(xì)化晶粒的方法,

鑄錠三晶區(qū)的形成機(jī)制。

基本內(nèi)容：結(jié)晶過程、阻力、動力，過冷度、變質(zhì)處理的概念。鑄錠的缺陷；結(jié)晶的熱力

學(xué)條件和結(jié)構(gòu)條件，非均勻形核的臨界晶核半徑、臨界形核功。

相起伏：液態(tài)金屬中，時(shí)聚時(shí)散，起伏不定，不斷變化著的近程規(guī)則排列的原子集團(tuán)。

過冷度：理論結(jié)晶溫度與實(shí)際結(jié)晶溫度的差稱為過冷度。

變質(zhì)處理：在澆鑄前往液態(tài)金屬中加入形核劑，促使形成大量的非均勻晶核，以細(xì)化晶粒

的方法。

過冷度與液態(tài)金屬結(jié)晶的關(guān)系：液態(tài)金屬結(jié)晶的過程是形核與晶核的長大過程。從熱力學(xué)

的角度上看，沒有過冷度結(jié)晶就沒有趨動力。根據(jù)&3%丁可知當(dāng)過冷度△了為零時(shí)臨界

晶核半徑R&為無窮大，臨界形核功（AGOC%T2）也為無窮大。臨界晶核半徑治與臨界形

核功為無窮大時(shí)，無法形核，所以液態(tài)金屬不能結(jié)晶。晶體的長大也需要過冷度，所以液態(tài)金

屬結(jié)晶需要過冷度。

細(xì)化晶粒的方法：增加過冷度、變質(zhì)處理、振動與攪拌。

鑄錠三個(gè)品區(qū)的形成機(jī)理：表面細(xì)晶區(qū)：當(dāng)高溫液體倒入鑄模后，結(jié)晶先從模壁開始，靠

近模壁一層的液體產(chǎn)生極大的過冷，加上模壁可以作為非均質(zhì)形核的基底，因此在此薄層中立

即形成大量的晶核，并同時(shí)向各個(gè)方向生長，形成表面細(xì)晶區(qū)。柱狀晶區(qū)：在表面細(xì)晶區(qū)形成

的同時(shí)，鑄模溫度迅速升高，液態(tài)金屬冷卻速度減慢，結(jié)晶前沿過冷都很小，不能生成新的晶

核。垂直模壁方向散熱最快，因而晶體沿相反方向生長成柱狀晶。中心等軸晶區(qū)：隨著柱狀晶

的生長，中心部位的液體實(shí)際溫度分布區(qū)域平緩，由于溶質(zhì)原子的重新分配，在固液界面前沿

出現(xiàn)成分過冷，成分過冷區(qū)的擴(kuò)大，促使新的晶核形成長大形成等軸晶。由于液體的流動使表

面層細(xì)晶一部分卷入液體之中或柱狀晶的枝晶被沖刷脫落而進(jìn)入前沿的液體中作為非自發(fā)生

核的籽晶。

三、二元合金的相結(jié)構(gòu)與結(jié)晶

重點(diǎn)內(nèi)容：杠桿定律、和律及應(yīng)用。

基本內(nèi)容：相、勻晶、共晶、包晶相圖的結(jié)晶過程及不同成分合金在室溫下的顯微組織。

合金、成分過冷；非平衡結(jié)晶及枝晶偏析的基本概念。

相律：/二C—〃+1其中，/為自由度數(shù)，C為組元數(shù)，〃為相數(shù)。

偽共晶：在不平衡結(jié)晶條件下，成分在共晶點(diǎn)附近的亞共晶或過共晶合金也可能得到全

部共晶組織，這種共晶組織稱為偽共晶。

合金：兩種或兩種以上的金屬，或金屬與非金屬，經(jīng)熔煉或燒結(jié)、或用其它方法組合而成

的具有金屬特性的物質(zhì)。

合金相：在合金中，通過組成元素（組元）原子間的相互作用，形成具有相同晶體結(jié)構(gòu)與

性質(zhì)，并以明確界面分開的成分均一組成部分稱為合金相。

四、鐵碳合金

重點(diǎn)內(nèi)容：鐵碳合金的結(jié)晶過程及室溫下的平衡組織，組織組成物及相組成物的計(jì)算。

基本內(nèi)容：鐵素體與奧氏體、二次滲碳體與共析滲碳體的異同點(diǎn)、三個(gè)恒溫轉(zhuǎn)變。

鋼的含碳量對平衡組織及性能的影響；二次滲碳體、三次滲碳體、共晶滲碳體相對量的計(jì)

算；五種滲碳體的來源及形態(tài)。

奧氏體與鐵素體的異同點(diǎn)：

相同點(diǎn)：都是鐵與碳形成的間隙固溶體；強(qiáng)度硬度低，塑性韌性高。

不同點(diǎn)：鐵素體為體心結(jié)構(gòu)，奧氏體面心結(jié)構(gòu)；鐵素體最高含碳量為0.0218%,奧氏體

最高含碳量為2.11%,鐵素體是由奧氏體直接轉(zhuǎn)變或由奧氏體發(fā)生共析轉(zhuǎn)變得到，奧氏體是由

包晶或由液相直接析出的；存在的溫度區(qū)間不同。

二次滲碳體與共析滲碳體的異同點(diǎn)。

相同點(diǎn)：都是滲碳體，成份、結(jié)構(gòu)、性能都相同。

不同點(diǎn)：來源不同，二次滲碳體由奧氏體中析出，共析滲碳體是共析轉(zhuǎn)變得到的；形態(tài)不

同二次滲碳體成網(wǎng)狀，共析滲碳體成片狀；對性能的影響不同，片狀的強(qiáng)化基體，提高強(qiáng)度,

網(wǎng)狀降低強(qiáng)度。

成分、組織與機(jī)械性能之間的關(guān)系：如亞共析鋼。亞共析鋼室溫下的平衡組織為F+P,

F的強(qiáng)度低，塑性、韌性好，與F相比P強(qiáng)度硬度高，而塑性、韌性差。隨含碳量的增加，F(xiàn)

量減少，P量增加(組織組成物的相對量可用杠桿定律計(jì)算)。所以對于亞共析鋼，隨含碳量

的增加，強(qiáng)度硬度升高，而塑性、韌性下降

五、三元合金相圖

重點(diǎn)內(nèi)容：固態(tài)下無溶解度三元共晶相圖投影圖中不同區(qū)、線的結(jié)晶過程、室溫組織。

基本內(nèi)容：固態(tài)下無溶解度三元共晶相圖投影圖中任意點(diǎn)的組織并計(jì)算其相對量。

三元合金相圖的成分表示法；直線法則、杠桿定律、重心法則。

六、金屬及合金的塑性變形與斷裂

重點(diǎn)內(nèi)容：體心與面心結(jié)構(gòu)的滑移系；金屬塑性變形后的組織與性能。

基本內(nèi)容：固溶體強(qiáng)化機(jī)理與強(qiáng)化規(guī)律、第二相的強(qiáng)化機(jī)理。霍爾一一配奇關(guān)系式；單晶

體塑性變形的方式、滑移的本質(zhì)。

塑性變形的方式：以滑移和攣晶為主。

滑移：晶體的一部分沿著一定的晶面和晶向相對另一部分作相對的滑動?；频谋举|(zhì)是位

錯(cuò)的移動。

體心結(jié)構(gòu)的滑移系個(gè)數(shù)為12,滑移面：{11()},方向面心結(jié)構(gòu)的滑移系個(gè)數(shù)為12,

滑移面：{111},方向＜110＞。

金屬塑性變形后的組織與性能：顯微組織出現(xiàn)纖維組織，雜質(zhì)沿變形方向拉長為細(xì)帶狀

或粉碎成鏈狀，光學(xué)顯微鏡分辨不清晶粒和雜質(zhì)。亞結(jié)構(gòu)細(xì)化，出現(xiàn)形變織構(gòu)。性能：材料的

強(qiáng)度、硬度升高，塑性、韌性下降；比電阻增加，導(dǎo)電系數(shù)和電阻溫度系數(shù)下降，抗腐蝕能力

降低等。

七、金屬及合金的回復(fù)與再結(jié)晶

重點(diǎn)內(nèi)容：金屬的熱加工的作用；變形金屬加熱時(shí)顯微組織的變化、性能的變化，儲存能

的變化。

基本內(nèi)容：回復(fù)、再結(jié)的概念、變形金屬加熱時(shí)儲存能的變化。再結(jié)晶后的晶粒尺寸；影

響再結(jié)晶的主要因素性能的變化規(guī)律。

變形金屬加熱時(shí)顯微組織的變化、性能的變化：隨溫度的升高，金屬的硬度和強(qiáng)度下降,

塑性和韌性提高。電阻率不斷下降，密度升高。金屬的抗腐蝕能力提高，內(nèi)應(yīng)力下降。

再結(jié)晶：冷變形后的金屬加熱到一定溫度之后，在原來的變形組織中重新產(chǎn)生了無畸變的

新晶粒，而性能也發(fā)生了明顯的變化，并恢復(fù)到完全軟化狀態(tài)，這個(gè)過程稱之為再結(jié)晶。

熱加工的主要作用（或目的）是：①把鋼材加工成所需要的各種形狀，如棒材、板材、線

材等；②能明顯的改善鑄錠中的組織缺陷，如氣泡焊合，縮松壓實(shí)，使金屬材料的致密度增加;

③使粗大的柱狀晶變細(xì)，合金鋼中大塊狀碳化物初晶打碎并使其均勻分布；④減輕或消除成分

偏折，均勻化學(xué)成分等。使材料的性能得到明顯的改善。

影響再結(jié)晶的主要因素：①再結(jié)晶退火溫度：退火溫度越高（保溫時(shí)間一定時(shí)），再結(jié)晶

后的晶粒越粗大；②冷變形量：一般冷變形量越大，完成再結(jié)晶的溫度越低，變形量達(dá)到一定

程度后，完成再結(jié)晶的溫度趨于恒定；③原始晶粒尺寸：原始晶粒越細(xì)，再結(jié)晶晶粒也越細(xì);

④微量溶質(zhì)與雜質(zhì)原子，一般均起細(xì)化晶粒的作用；⑤第二相粒子，粗大的第二相粒子有利于

再結(jié)晶，彌散分布的細(xì)小的第二相粒子不利于再結(jié)晶；⑥形變溫度，形變溫度越高，再結(jié)晶溫

度越高，晶粒粗化；⑦加熱速度，加熱速度過快或過慢，都可能使再結(jié)晶溫度升高。

塑性變形后的金屬隨加熱溫度的升高會發(fā)生的一些變化：

顯微組織經(jīng)過回復(fù)、再結(jié)晶、晶粒長大三個(gè)階段由破碎的或纖維組織轉(zhuǎn)變成等軸晶粒，亞

晶尺寸增大；儲存能降低，內(nèi)應(yīng)力松弛或被消除；各種結(jié)構(gòu)缺陷減少；強(qiáng)度、硬度降低，塑性、

韌度提高；電阻下降，應(yīng)力腐蝕傾向顯著減小。

八、擴(kuò)散

重點(diǎn)內(nèi)容：影響擴(kuò)散的因素；擴(kuò)散第一定律表達(dá)式。

基本內(nèi)容：擴(kuò)散激活能、擴(kuò)散的驅(qū)動力。柯肯達(dá)爾效應(yīng)，擴(kuò)散第二定律表達(dá)式。

柯肯達(dá)爾效應(yīng)：由置換互溶原子因相對擴(kuò)散速度不同而引起標(biāo)記移動的不均衡擴(kuò)散現(xiàn)象稱為柯

肯達(dá)爾效應(yīng)。

影響擴(kuò)散的因素：

①溫度：溫度越高，擴(kuò)散速度越大；

②晶體結(jié)構(gòu)：體心結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散系數(shù)大于面心結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散系數(shù)；

③固溶體類型：間隙原子的擴(kuò)散速度大于置換原子的擴(kuò)散速度；

④晶體缺陷：晶體缺陷越多，原子的擴(kuò)散速度越快；

⑤化學(xué)成分：有些元素可以加快原子的擴(kuò)散速度，有些可以減慢擴(kuò)散速度。

擴(kuò)散第一定律表達(dá)式：擴(kuò)散第一定律表達(dá)式：J=-D苧

ax

其中，J為擴(kuò)散流量；D為擴(kuò)散系數(shù)；竽為濃度梯度。

擴(kuò)散的驅(qū)動力為化學(xué)位梯度，阻力為擴(kuò)散激活能

九、鋼的熱處理原理

重點(diǎn)內(nèi)容：冷卻時(shí)轉(zhuǎn)變產(chǎn)物（P、B、M）的特征、性能特點(diǎn)、熱處理的概念。

基本內(nèi)容：等溫、連續(xù)C-曲線。奧氏體化的四個(gè)過程；碳鋼回火轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的性能特點(diǎn)。

熱處理：將鋼在固態(tài)下加熱到預(yù)定的溫度，并在該溫度下保持一段時(shí)間，然后以一定的速

度冷卻下來，讓其獲得所需要的組織結(jié)構(gòu)和性能的一種熱加工工藝。

轉(zhuǎn)變產(chǎn)物（P、B、M）的特征、性能特點(diǎn)：片狀P體，片層間距越小，強(qiáng)度越高，塑性、

韌性也越好；粒狀P體，F(xiàn)e3c顆粒越細(xì)小，分布越均勻，合金的強(qiáng)度越高。第二相的數(shù)量越

多，對塑性的危害越大；片狀與粒狀相比，片狀強(qiáng)度高，塑性、韌性差；上貝氏體為羽毛狀,

亞結(jié)構(gòu)為位錯(cuò)，韌性差；下貝氏體為黑針狀或竹葉狀，亞結(jié)構(gòu)為位錯(cuò)，位錯(cuò)密度高于上貝氏體,

綜合機(jī)械性能好；低碳馬氏體為板條狀，亞結(jié)構(gòu)為位錯(cuò)，具有良好的綜合機(jī)械性能；高碳馬氏

體為片狀，亞結(jié)構(gòu)為攣晶，強(qiáng)度硬度高，塑性和韌性差。

等溫、連續(xù)C-曲線。

十、鋼的熱處理工藝

重點(diǎn)內(nèi)容：退火、正火的目的和工藝方法；淬火和回火的目的和工藝方法。

基本內(nèi)容：淬透性、淬硬性、熱應(yīng)力、組織應(yīng)力、回火脆性、回火穩(wěn)定性、過冷奧氏體的

概念。淬火加熱缺陷及其防止措施。

熱應(yīng)力：工件在加熱（或冷卻）時(shí)，由于不同部位的溫度差異，導(dǎo)致熱脹（或冷縮）的不一

致所引起的應(yīng)力稱為熱應(yīng)力。

組織應(yīng)力：由于工件不同部位組織轉(zhuǎn)變不同時(shí)性而引起的內(nèi)應(yīng)力。

淬透性：是表征鋼材淬火時(shí)獲得馬氏體的能力的特性。

可硬性：指淬成馬氏體可能得到的硬度。

回火穩(wěn)定性：淬火鋼對回火時(shí)發(fā)生軟化過程的抵抗能力。

回火脆性：鋼在一定的溫度范圍內(nèi)回火時(shí)，其沖擊韌性顯著下降，這種脆化現(xiàn)象叫做鋼

的回火脆性。

過冷奧氏體：在臨界溫度以下處于不穩(wěn)定狀態(tài)的奧氏體稱為過冷奧氏體。

退火的目的：均勻鋼的化學(xué)成分及組織；細(xì)化晶粒；調(diào)整硬度，改善鋼的成形及切削加工

性能；消除內(nèi)應(yīng)力和加工硬化；為淬火做好組織準(zhǔn)備。

正火的目的：改善鋼的切削加工性能；細(xì)化晶粒，消除熱加工缺陷；消除過共析鋼的網(wǎng)狀

碳化物，便于球化退火；提高普通結(jié)構(gòu)零件的機(jī)械性能。

H^一、工業(yè)用鋼

重點(diǎn)內(nèi)容：材料強(qiáng)化方法；鋼的分類和編號。

基本內(nèi)容：常用合金元素在鋼中的主要作用。材料韌化的方法、鋼的化學(xué)成分、金相組織

熱處理工藝和機(jī)械性能之間的關(guān)系。

合金鋼：在碳鋼的基礎(chǔ)上有意地加入一種或幾種合金元素，使其使用性能和工藝性能得以

提高的以鐵為基的合金即為合金鋼。

金屬學(xué)與熱處理習(xí)題及參考解

一、論述四種強(qiáng)化的強(qiáng)化機(jī)理、強(qiáng)化規(guī)律及強(qiáng)化方法。

1、形變強(qiáng)化

形變強(qiáng)化：隨變形程度的增加，材料的強(qiáng)度、硬度升高，塑性、韌性下降的現(xiàn)象叫形變強(qiáng)

化或加工硬化。

機(jī)理：隨塑性變形的進(jìn)行，位錯(cuò)密度不斷增加，因此位錯(cuò)在運(yùn)動時(shí)的相互交割加劇，結(jié)果

即產(chǎn)生固定的割階、位錯(cuò)纏結(jié)等障礙，使位錯(cuò)運(yùn)動的阻力增大，引起變形抗力增加，給繼續(xù)塑

性變形造成困難，從而提高金屬的強(qiáng)度。

規(guī)律：變形程度增加，材料的強(qiáng)度、硬度升高，塑性、韌性下降，位錯(cuò)密度不斷增加，根

據(jù)公式△。二abGP修，可知強(qiáng)度與位錯(cuò)密度（P）的二分之一次方成正比，位錯(cuò)的柏氏矢量

（b）越大強(qiáng)化效果越顯著。

方法：冷變形（擠壓、滾壓、噴丸等）。

形變強(qiáng)化的實(shí)際意義（利與弊）：形變強(qiáng)化是強(qiáng)化金屬的有效方法，對一些不能用熱處理

強(qiáng)化的材料可以用形變強(qiáng)化的方法提高材料的強(qiáng)度，可使強(qiáng)度成倍的增加；是某些工件或半成

品加工成形的重要因素，使金屬均勻變形，使工件或半成品的成形成為可能，如冷拔鋼絲、零

件的沖壓成形等；形變強(qiáng)化還可提高零件或構(gòu)件在使用過程中的安全性，零件的某些部位出現(xiàn)

應(yīng)力集中或過載現(xiàn)象時(shí)，使該處產(chǎn)生塑性變形，因加工硬化使過載部位的變形停止從而提高了

安全性。另一方面形變強(qiáng)化也給材料生產(chǎn)和使用帶來麻煩，變形使強(qiáng)度升高、塑性降低，給繼

續(xù)變形帶來困難，中間需要進(jìn)行再結(jié)晶退火，增加生產(chǎn)成本。

2、固溶強(qiáng)化

隨溶質(zhì)原子含量的增加，固溶體的強(qiáng)度硬度升高，塑性韌性下降的現(xiàn)象稱為固溶強(qiáng)化。強(qiáng)

化機(jī)理：一是溶質(zhì)原子的溶入，使固溶體的晶格發(fā)生畸變，對滑移面上運(yùn)動的位錯(cuò)有阻礙作用；

二是位錯(cuò)線上偏聚的溶質(zhì)原子形成的柯氏氣團(tuán)對位錯(cuò)起釘扎作用，增加了位錯(cuò)運(yùn)動的阻力；二

是溶質(zhì)原子在層錯(cuò)區(qū)的偏聚阻礙擴(kuò)展位錯(cuò)的運(yùn)動。所有阻止位錯(cuò)運(yùn)動，增加位錯(cuò)移動阻力的因

素都可使強(qiáng)度提高。

固溶強(qiáng)化規(guī)律：①在固溶體溶解度范圍內(nèi)，合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大，則強(qiáng)化作用越大;

②溶質(zhì)原子與溶劑原子的尺寸差越大，強(qiáng)化效果越顯著；③形成間隙固溶體的溶質(zhì)元素的強(qiáng)化

作用大于形成置換固溶體的元素;④溶質(zhì)原子與溶劑原子的價(jià)電子數(shù)差越大，則強(qiáng)化作用越大。

方法：合金化，即加入合金元素。

3、第二相強(qiáng)化

鋼中第二相的形態(tài)主要有三種，即網(wǎng)狀、片狀和粒狀。

①網(wǎng)狀特別是沿晶界析出的連續(xù)網(wǎng)狀Fe3C,降低的鋼機(jī)械性能，塑性、韌性急劇下降，

強(qiáng)度也隨之下降；

②第二相為片狀分布時(shí)，片層間距越小，強(qiáng)度越高，塑性、韌性也越好。符合。$=。0

+KSo4/2的規(guī)律，So片層間距。

③第二相為粒狀分布時(shí)，顆粒越細(xì)小，分布越均勻，合金的強(qiáng)度越高，符合匯=?—的規(guī)

A

律，入粒子之間的平均距離。第二相的數(shù)量越多，對塑性的危害越大；

④片狀與粒狀相比，片狀強(qiáng)度高，塑性、韌性差；

⑤沿晶界析出時(shí)，不論什么形態(tài)都降低晶界強(qiáng)度，使鋼的機(jī)械性能下降。

第二相無論是片狀還是粒狀都阻止位錯(cuò)的移動。

方法：合金化，即加入合金元素，通過熱處理或變形改變第二相的形態(tài)及分布。

4、細(xì)晶強(qiáng)化

細(xì)品強(qiáng)化：隨晶粒尺寸的減小，材料的強(qiáng)度硬度升高，塑性、韌性也得到改善的現(xiàn)象稱為細(xì)

晶強(qiáng)化。

細(xì)化晶粒不但可以提高強(qiáng)度又可改善鋼的塑性和韌性，是一種較好的強(qiáng)化材料的方法。

機(jī)理：晶粒越細(xì)小，位錯(cuò)塞集群中位錯(cuò)個(gè)數(shù)（n）越小，根據(jù)丁=〃%,應(yīng)力集中越小，

所以材料的強(qiáng)度越高。

細(xì)晶強(qiáng)化的強(qiáng)化規(guī)律：晶界越多，晶粒越細(xì)，根據(jù)霍爾-配奇關(guān)系式。stOo+Kd/72晶粒

的平均直（d）越小，材料的屈服強(qiáng)度（os）越高。

細(xì)化晶粒的方法：結(jié)晶過程中可以通過增加過冷度，變質(zhì)處理，振動及攪拌的方法增加形

核率細(xì)化晶粒。對于冷變形的金屬可以通過控制變形度、退火溫度來細(xì)化晶粒?？梢酝ㄟ^正火、

退火的熱處理方法細(xì)化晶粒；在鋼中加入強(qiáng)碳化物物形成元素。

二、改善塑性和韌性的機(jī)理

晶粒越細(xì)小，晶粒內(nèi)部和晶界附近的應(yīng)變度差越小，變形越均勻，因應(yīng)力集中引起的開裂

的機(jī)會也越小。晶粒越細(xì)小，應(yīng)力集中越小，不易產(chǎn)生裂紋；晶界越多，易使裂紋擴(kuò)展方向發(fā)

生變化，裂紋不易傳播，所以韌性就好。

提高或改善金屬材料韌性的途徑：①盡量減少鋼中第二相的數(shù)量；②提高基體組織的塑

性；③提高組織的均勻性；④加入Ni及細(xì)化晶粒的元素；⑤防止雜質(zhì)在晶界偏聚及第二相

沿晶界析出。

三、Fe—Fe3c相圖，結(jié)晶過程分析及計(jì)算

1.分析含碳0.53?0.77%的鐵碳合金的結(jié)晶過程，并畫出結(jié)晶示意圖。

6黑

S

t

do歌o

1100

)000

J912-

①點(diǎn)之上為液相L；①點(diǎn)開

始L-*丫；②點(diǎn)結(jié)晶完畢；

700飛

②?③點(diǎn)之間為單相Y;

③點(diǎn)開始Yf。轉(zhuǎn)變；④點(diǎn)開

始Y-P共析轉(zhuǎn)變；室溫下

顯微組織為Q+Po

卬c/l。-'

結(jié)晶不意圖：

2.計(jì)算室溫下亞共析鋼（含碳量為x）的組織組成物的相對量。

組織組成物為。、P,相對量為：

x-0.02180.77-x

%=xl()()%,%=1一%或乜=x100%

0.77-0.02180.77-0.0218

3.分析含碳0.77-2.11%的鐵碳合金的結(jié)晶過程。

①點(diǎn)之上為液相L；①點(diǎn)開始L-Y；①?②之間為L+Y；②點(diǎn)結(jié)晶完畢；②?③點(diǎn)之間為

單相Y；③點(diǎn)開始Y-Fe3c轉(zhuǎn)變；④點(diǎn)開始Y-P共析轉(zhuǎn)變；室溫下顯微組織為P+FesC。

6gL

5

5>3

560h

4

30%0

3O

1200

結(jié)晶過程示意圖。

Wc/l。-?

4.計(jì)算室溫下過共析鋼（含碳量為x）的組織組成物的相對量。

組織組成物為P、Fe3Cn，相對量為：

=1—%或Wacu_vO77_

6.69-AXL00%=zxl00%

P6.69-0.77*3cn0wu6.69-0.77

5.分析共析鋼的結(jié)晶過程，并畫出結(jié)晶示意圖。

①點(diǎn)之上為液相L；①點(diǎn)開始L-*y；②點(diǎn)結(jié)晶完畢；②?③點(diǎn)之間為單相丫；③點(diǎn)Y—P

共析轉(zhuǎn)變；室溫下顯微組織為P。

①點(diǎn)之上①?②之間②?③之間室溫組織

結(jié)晶示意圖：

6.計(jì)算含碳3.0%鐵碳合金室溫下組織組成物及相組成物的相對量。

含碳3.0%的亞共晶白口鐵室溫下組織組成物為P、Fe3C?,相對量為：

3.0-2.11

WLI=X100%=40.6%,W,=1-W〃=59.4%

■*?J4ell

6.69-2.11

%=3c〃xW,x100%=46.0%,*-％=13.4%

o.ov—U.//5

相組成物為F、Fe3C,相對量為:

3.0

W^c=T77xlOO%=44.8%,F=1-=55.2%

3c6.697

7.相圖中共有幾種滲碳體？說出各自的來源及形態(tài)。

相圖中共有五種滲碳體:Fe3C、Fe3cn、Fe3cHi、Fe3c共析、Fe3c共品；

Fe3Ci：由液相析出，形態(tài)連續(xù)分布（基體）；Fe3Cn：由奧氏體中析出，形態(tài)網(wǎng)狀分布；

FesCui：由鐵素體中析出，形態(tài)網(wǎng)狀、短棒狀、粒狀分布在鐵素體的晶界上；Fe3c共析：奧氏體

共析轉(zhuǎn)變得到，片狀；Fe3c共品：液相共晶轉(zhuǎn)變得到，粗大的條狀。

8.計(jì)算室溫下含碳量為x合金相組成物的相對量，

相組成物為a、Fe3C,相對量為:

X

也&。=777^100%，冤=1—卬”

6.69

r-43

9.Fe3G的相對量：3cl=-------x100%

3cl6.69-4.3

當(dāng)X6.69時(shí)Fe3G含量最高，最高百分量為：=^x100%=100%

,3a6.69

X，77

10.過共析鋼中Fe3cli的相對量：WFe3CU=~°=22.6%

Fe3C[]6.69-0.77

9ii—f)77

當(dāng)x=2.11時(shí)Fe3C含量最高，最高百分量為：W^cn==22.6%

n皿“6.69-0.77

X

11.Fe3Gii的相對量計(jì)算：叫e3cni=菽、100%

A021Q

當(dāng)x=0.0218時(shí)Fe3C(n含量最高，最高百分量為：3cm=x100%=0.33%

6.69

()77—00712

12.共析滲碳體的相對百分量為：3c=x10()%=11.2%

皿6.69-0.0218

430-211

13.共晶滲碳體的相對百分量為：=x%=47.8%

6.69—2.11

14.說出奧氏體與鐵素體的異同點(diǎn)。

相同點(diǎn)：都是鐵與碳形成的間隙固溶體；強(qiáng)度硬度低，塑性韌性高。

不同點(diǎn)：鐵素體為體心結(jié)構(gòu)，奧氏體而心結(jié)構(gòu)；鐵素體最高含碳量為0.0218%,奧氏體

最高含碳量為2.11%,鐵素體是由奧氏體直接轉(zhuǎn)變或由奧氏體發(fā)生共析轉(zhuǎn)變得到，奧氏體是由

包晶或由液相直接析出的；存在的溫度區(qū)間不同。

15.說出二次滲碳體與共析滲碳體的異同點(diǎn)。

相同點(diǎn)：都是滲碳體，成份、結(jié)構(gòu)、性能都相同。

不同點(diǎn)：來源不同，二次滲碳體由奧氏體中析出，共析滲碳體是共析轉(zhuǎn)變得到的；形態(tài)不

同二次滲碳體成網(wǎng)狀，共析滲碳體成片狀；對性能的影響不同，片狀的強(qiáng)化基體，提高強(qiáng)度,

網(wǎng)狀降低強(qiáng)度。

16.舉例說明成分、組織與機(jī)械性能之間的關(guān)系

如亞共析鋼。亞共析鋼室溫下的平衡組織為F+P,F的強(qiáng)度低，塑性、韌性好，與F相

比P強(qiáng)度硬度高，而塑性、韌性差。隨含碳量的增加，F(xiàn)量減少，P量增加(組織組成物的相

對量可用杠桿定律計(jì)算)。所以對于亞共析鋼，隨含碳量的增加，強(qiáng)度硬度升高，而塑性、韌

性下降。

17.說明三個(gè)恒溫轉(zhuǎn)變，畫出轉(zhuǎn)變特征圖

1495P、

包晶轉(zhuǎn)變(LB+5HY-------------YJ)含碳量0.09%?0.53%范圍的鐵碳合金，于HJB水平

線(1495C)均將通過包晶轉(zhuǎn)變，形成單相奧氏體。

共晶轉(zhuǎn)變(Lc=-----------YE+FC3C)含碳放2.11%—6.69%范圍的鐵碳合金，于ECF平

線上(1148C)均將通過共晶轉(zhuǎn)變，形成奧氏體和滲碳體兩相混合的共晶體，稱為菜氏體(Ld)。

727P、

共析轉(zhuǎn)變(Ys=-----------?P+Fe3C)；含碳雖超過0.02%的鐵碳合金，于PSK水平

線上(727C)均將通過共析轉(zhuǎn)變，形成鐵素體和滲碳體兩相混合的共析體，稱為珠光體(P)o

轉(zhuǎn)變特征圖

包品轉(zhuǎn)變：.\/

、、Lc,/

Fe3c

共晶轉(zhuǎn)變:

共析轉(zhuǎn)變:

OtPFe3c

各點(diǎn)成分為(C%)：：0.53；H：0.09；J\0.17；C：4.3；E：2.11S：0.77；P：0.0218。

18.說出Fe-Fe3c相圖中室溫下的顯微組織

工業(yè)純鐵(<0.0218%C)室溫組織：a

亞共析鋼(0.0218%?0.77%C)室溫組織：P+a；

共析鋼：0.77%C；室溫組織：P

過共析鋼:0.77%?2.11%C室溫組織:P+Fe3cH

亞共晶白口鐵：2.11%?4.30%C；室溫組織：L!d-Fe3Cu+P

共晶白口鐵：4.30%C；室溫組織：

過共晶白口鐵：4.30%?6.69%C。室溫組織：

八、什么是柯肯達(dá)爾效應(yīng)？如何解釋柯肯達(dá)爾效應(yīng)？

由置換互溶原子因相對擴(kuò)散速度不同而引起標(biāo)記移動的不均衡擴(kuò)散現(xiàn)象稱為柯肯達(dá)爾效

應(yīng)。---------------------

Cu__________Ni

分析表明Ni向左側(cè)擴(kuò)散過來的原子數(shù)目大于Cu向右側(cè)擴(kuò)散過來的原子數(shù)目，且Ni的原子半

徑大于Cu的原子半徑。過剩的Ni的原子使左側(cè)的點(diǎn)陣膨脹，而右邊原子減少的地方將發(fā)生點(diǎn)

陣收縮，其結(jié)果必然導(dǎo)致界面向右側(cè)漂移。

九、影響擴(kuò)散的因素有哪些？

①溫度：溫度越高，擴(kuò)散速度越大；

②晶體結(jié)構(gòu)：體心結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散系數(shù)大于面心結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散系數(shù)；

③固溶體類型：間隙原子的擴(kuò)散速度大于置換原子的擴(kuò)散速度；

④晶體缺陷：晶體缺陷越多，原子的擴(kuò)散速度越快；

⑤化學(xué)成分：有些元素可以加快原子的擴(kuò)散速度，有些可以減慢擴(kuò)散速度。

十、寫出擴(kuò)散第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式，說出各符號的意義。

擴(kuò)散第一定律表達(dá)式：J=-D當(dāng)

ax

其中，J為擴(kuò)散流量；D為擴(kuò)散系數(shù)；竽為濃度梯度。

擴(kuò)散的驅(qū)動力為化學(xué)位梯度，阻力為擴(kuò)散激活能

十一、寫出擴(kuò)散系數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，說出各符號的意義及影響因素。

擴(kuò)散系數(shù)D可用下式表示：

D=Doexp(-Q/RT)

式中，Do為擴(kuò)散常數(shù)，Q為擴(kuò)散激活能，R為氣體常數(shù)，T為熱力學(xué)溫度。由式上式可以看出,

擴(kuò)散系數(shù)D與溫度呈指數(shù)關(guān)系，溫度升高，擴(kuò)散系數(shù)急劇增大。

十二、固態(tài)金屬擴(kuò)散的條件是什么？

①溫度要足夠高，溫度越高原子熱振動越激烈原子被激活而進(jìn)行遷移的幾率越大；②時(shí)間要足

夠長，只有經(jīng)過相當(dāng)長的時(shí)間才能造成物質(zhì)的宏觀遷移；③擴(kuò)散原子要固溶，擴(kuò)散原子能夠溶

入基體晶格形成固溶體才能進(jìn)行固態(tài)擴(kuò)散；④擴(kuò)散要有驅(qū)動力，沒有動力擴(kuò)散無法進(jìn)行，擴(kuò)散

的驅(qū)動力為化學(xué)位梯度。

十三、為什么晶體的滑移通常在密排晶面并沿密排晶向進(jìn)行？

晶體滑移的實(shí)質(zhì)是位錯(cuò)在滑移面上運(yùn)動的結(jié)果，位錯(cuò)運(yùn)動的點(diǎn)陣阻力為：

TP_N=^-exp，位錯(cuò)運(yùn)動的點(diǎn)陣阻力越小，位錯(cuò)運(yùn)動越容易，從公式中可以

1-v(1-v)b

看出，d值越大、b值越小，位錯(cuò)運(yùn)動的點(diǎn)陣阻力越小。d為晶面間距，密排面的晶面間距最

大；b為柏氏矢量，密排方向的柏氏矢量最小。所以，晶體的滑移通常在密排晶面并沿密排晶

向進(jìn)行。

十四、晶界具有哪些特性？

①晶界的能量較高，具有自發(fā)長大和使界面平直化，以減少晶界總面積的趨勢；②原子在

晶界上的擴(kuò)散速度高于晶內(nèi)，熔點(diǎn)較低；③相變時(shí)新相優(yōu)先在晶界出形核；④晶界處易于發(fā)生

雜質(zhì)或溶質(zhì)原子的富集或偏聚；⑤晶界易于腐蝕和氧化；⑥常溫下晶界可以阻止位錯(cuò)的運(yùn)動,

提高材料的強(qiáng)度。

十五、簡述位錯(cuò)與塑性、強(qiáng)度之間的關(guān)系。

位錯(cuò)：晶體中原子的排列在一定范圍內(nèi)發(fā)生有規(guī)律錯(cuò)動的一種特殊結(jié)構(gòu)組態(tài)。

晶體塑性變形的方式有滑移和李晶，多數(shù)都以滑移方式進(jìn)行。滑移的本質(zhì)就是位錯(cuò)在滑移

面上的運(yùn)動，大量位錯(cuò)滑移的結(jié)果造成了晶體的宏觀塑性變形。

位錯(cuò)滑移的結(jié)果造成了晶體的宏觀塑性變形，使材料發(fā)生屈服，位錯(cuò)越容易滑移，強(qiáng)度越低,

因比增加位錯(cuò)移動的阻力，可以提高材料的強(qiáng)度。溶質(zhì)原子造成晶格畸變還可以與位錯(cuò)相互作

用形成柯氏氣團(tuán)，都增加位錯(cuò)移動的摩擦阻力，使強(qiáng)度提高。晶界、相界可以阻止位錯(cuò)的滑移,

提高材料的強(qiáng)度。所以細(xì)化晶粒、第二相彌散分布可以提高強(qiáng)度。

十六、論述鋼的滲碳通常在奧氏體區(qū)(930?950C)進(jìn)行，而且時(shí)間較長的原因。

雖然碳原子在a-Fe比y-Fe中擴(kuò)散系數(shù)大(1分)，但鋼的滲碳通常在奧氏體區(qū)進(jìn)行，因?yàn)?/p>

可以獲得較大的滲層深度。因?yàn)椋孩俑鶕?jù)，O=D()exp(-5)，溫度(T)越高，擴(kuò)散系數(shù)

(0)越大，擴(kuò)散速度越快，溫度越高原子熱振動越激烈，原子被激活而進(jìn)行遷移的幾率越大,

擴(kuò)散速度越快；②溫度高，奧氏體的溶碳能力大，1148C時(shí)最大值可達(dá)2.11%,遠(yuǎn)比鐵素體

(727℃,0.0218%)大,③鋼表面碳濃度高,濃度梯度大,擴(kuò)散速度越快;④時(shí)間要足夠長,只

有經(jīng)過相當(dāng)長的時(shí)間才能造成碳原子的宏觀遷移；

十七、與滑移相比李晶有什么特點(diǎn)？

①季晶是一部分晶體沿李晶面對另一部分晶體做切變，切變時(shí)原子移動的距離不是李晶方

向原子間距的整數(shù)倍；②攣晶面兩邊晶體的位相不同，成鏡面對稱；③由于攣晶改變了晶體的

取向，因此李經(jīng)晶拋光后仍能重現(xiàn)；④李晶是一種均勻的切變。

十八、影響再結(jié)晶的主要因素有哪些？

①再結(jié)晶退火溫度：退火溫度越高（保溫時(shí)間一定時(shí)），再結(jié)晶后的晶粒越粗大；②冷變

形量：一般冷變形量越大，完成再結(jié)晶的溫度越低，變形量達(dá)到一定程度后，完成再結(jié)晶的溫

度趨于恒定；③原始晶粒尺寸：原始晶粒越細(xì)，再結(jié)晶晶粒也越細(xì)；④微量溶質(zhì)與雜質(zhì)原子,

一般均起細(xì)化晶粒的作用；⑤第二相粒子，粗大的第二相粒子有利于再結(jié)晶，彌散分布的細(xì)小

的第二相粒子不利于再結(jié)晶；⑥形變溫度，形變溫度越高，再結(jié)晶溫度越高，晶粒粗化；⑦加

熱速度，加熱速度過快或過慢，都可能使再結(jié)晶溫度升高。

十九、論述間隙原子、置換原子、位錯(cuò)、晶界對材料力學(xué)性能的影響。

間隙原子、置換原子與位錯(cuò)相互作用形成柯氏氣團(tuán)，柯氏氣團(tuán)增加位錯(cuò)移動的阻力；溶

質(zhì)原子造成晶格畸變，增加位錯(cuò)移動的摩擦阻力，使強(qiáng)度提高，這就是固溶強(qiáng)化的機(jī)理。晶

界越多，晶粒越細(xì)，根據(jù)霍爾一配奇關(guān)系式。產(chǎn)。o+KdW2晶粒的平均直徑d越小，材料的

屈服強(qiáng)度。S越高。晶粒越細(xì)小，晶粒內(nèi)部和晶界附近的應(yīng)變度差越小變形越均勻，因應(yīng)力

集中引起的開裂的機(jī)會也越小，塑性越好。晶粒越細(xì)小，應(yīng)力集中越小，不易產(chǎn)生裂紋，晶

界越多，易使裂紋擴(kuò)展方向發(fā)生變化，裂紋不易傳播，所以韌性就好。

位錯(cuò)密度越高，則位錯(cuò)運(yùn)動時(shí)越易發(fā)生相互交割，形成割階，造成位錯(cuò)纏結(jié)等位錯(cuò)運(yùn)動的障礙,

給繼續(xù)塑性變形造成困難，從而提高金屬的強(qiáng)度。根據(jù)公式A。=abGP^,位錯(cuò)密度（P）

越大，強(qiáng)化效果越顯著。

二十、什么是再結(jié)晶溫度？影響再結(jié)晶溫度的因素有哪些？

再結(jié)晶溫度：經(jīng)過嚴(yán)重冷變形（變形度在70%以上）的金屬，在約1小時(shí)的保溫時(shí)間內(nèi)能

夠完成再結(jié)晶（＞95%轉(zhuǎn)變量）的溫度。再結(jié)晶溫度并不是一個(gè)物理常數(shù)，這是因?yàn)樵俳Y(jié)晶前

后的晶格類型不變，化學(xué)成分不變，所以再結(jié)晶不是相變。

影響再結(jié)晶溫度的因素：純度越高T內(nèi)越低；變形度越大T再越低；加熱速度越小T再

越高。

二十一、塑性變形后的金屬隨加熱溫度的升高會發(fā)生的一些變化：

顯微組織經(jīng)過回復(fù)、再結(jié)晶、晶粒長大三個(gè)階段由破碎的或纖維組織轉(zhuǎn)變成等軸晶粒，亞晶尺

寸增大；儲存能降低，內(nèi)應(yīng)力松弛或被消除；各種結(jié)構(gòu)缺陷減少；強(qiáng)度、硬度降低，塑性、韌

度提高；電阻下降，應(yīng)力腐蝕傾向顯著減小。

二十二、什么是晶面間距？計(jì)算低指數(shù)晶面的晶面間距。

晶面間距（d）：兩個(gè)平行晶面之間的垂直距離。通常，低指數(shù)的晶面間距較大，而高指數(shù)晶

面間距較小。晶面間距越大，則該晶面上原子排列越密集。

對于簡單立方點(diǎn)陣dhki=a-（h2+k24-l2）1/2

fccV2V3

：4oo=5=aa

~7?~，=~r

6

bcc：4oo=p4K)=——a

2

二十三、什么是過冷度？為什么金屬結(jié)晶一定要有過冷度？

過冷度：理論結(jié)晶溫度與實(shí)際結(jié)晶溫度的差稱為過冷度。

液態(tài)金屬結(jié)晶的過程是形核與晶核的長大過程。從熱力學(xué)的角度上看，沒有過冷度結(jié)晶就

沒有趨動力。根據(jù)凡oc%r可知當(dāng)過冷度A7為零時(shí)臨界晶核半徑RA.為無窮大，臨界形核

功（AGOC%T2）也為無窮大。臨界晶核半徑治與臨界形核功為無窮大時(shí)，無法形核，所

以液態(tài)金屬不能結(jié)晶。晶體的長大也需要過冷度，所以液態(tài)金屬結(jié)晶需要過冷度。

二十四、簡述鑄錠三個(gè)晶區(qū)的形成機(jī)理。

表面細(xì)晶區(qū)：當(dāng)高溫液體倒入鑄模后，結(jié)晶先從模壁開始，靠近模壁一層的液體產(chǎn)生極大

的過冷，加上模壁可以作為非均質(zhì)形核的基底，因此在此薄層中立即形成大量的晶核，并同時(shí)

向各個(gè)方向生長，形成表面細(xì)晶區(qū)。柱狀晶區(qū)：在表面維晶區(qū)形成的同時(shí)，鑄模溫度迅速升高,

液態(tài)金屬冷卻速度減慢，結(jié)晶前沿過冷都很小，不能生成新的晶核。垂直模壁方向散熱最快,

因而晶體沿相反方向生長成柱狀晶。中心等軸晶區(qū)：隨著柱狀晶的生長，中心部位的液體實(shí)際

溫度分布區(qū)域平緩，由于溶質(zhì)原子的重新分配，在固液界面前沿出現(xiàn)成分過冷，成分過冷區(qū)的

擴(kuò)大，促使新的晶核形成長大形成等軸晶。由于液體的流動使表面層細(xì)晶一部分卷入液體之中

或柱狀晶的枝晶被沖刷脫落而進(jìn)入前沿的液體中作為非自發(fā)生核的籽晶。

二十五、影響置換固溶體溶解度的因素有哪些？

1、原子尺寸因素：尺寸差越小溶解度越大。

2、負(fù)電性因素：在形成固溶體的情況下，溶解度隨負(fù)電性差的減小而增大。

3、電子濃度因素：電子濃度越小，越易形成無限固溶體。

4、晶體結(jié)構(gòu)因素：晶格類型相同溶解度較大。

二十六、退火與正火的目的是什么？

退火的目的：均勻鋼的化學(xué)成分及組織；細(xì)化晶粒；調(diào)整硬度，改善鋼的成形及切削加工

性能；消除內(nèi)應(yīng)力和加工硬化；為淬火做好組織準(zhǔn)備。

正火的目的：改善鋼的切削加工性能；細(xì)化晶粒，消除熱加工缺陷；消除過共析鋼的網(wǎng)狀碳化

物，便于球化退火；提高普通結(jié)構(gòu)零件的機(jī)械性能。

二十七、固溶體與金屬化合物有何異同點(diǎn)？

相同點(diǎn)：都具有金屬的特性；

不同點(diǎn)：結(jié)構(gòu)不同，固溶體的結(jié)構(gòu)與溶劑的相同，金屬化合物的結(jié)構(gòu)不同于任一組元；鍵合方

式不同，固溶體為金屬鍵，金屬化合物為金屬鍵、共價(jià)鍵、離子鍵混合鍵；性能不同，固溶體

的塑性好、強(qiáng)度、硬度低，金屬化合物，硬度高、熔點(diǎn)高、脆性大；在材料中的作用不同固溶

體多為材料的基體，金屬化合物為強(qiáng)化相。

二十八、合金元素Cr、Mn、Ni、強(qiáng)碳化物形成元素在鋼中的主要作用是什么？

Cr在鋼中的主要作用有：溶入基體，提高淬透性，固溶強(qiáng)化；形成第二相提高強(qiáng)度、硬

度；含量超過13%時(shí)提高耐腐蝕性；在表面形成致密的氧化膜，提高抗氧化能力。Cr促進(jìn)第二

類回火脆性的發(fā)生。

Mn在鋼中的主要作用有：溶入基體，提高淬透性，固溶強(qiáng)化；形成第二相提高強(qiáng)度、硬

度；含量超過13%時(shí)形成奧氏體鋼，提高耐磨性；消除硫的有害作用。Mn促進(jìn)第二類回火脆

性的發(fā)生，促進(jìn)奧氏體晶粒的長大。

Ni在鋼中的主要作用有：溶入基體，提高淬透性，固溶強(qiáng)化；擴(kuò)大奧氏體區(qū)，提高鋼的韌

性，降低冷脆轉(zhuǎn)變溫度。

強(qiáng)碳化物形成元素（Ti、Nb、Zr,V）的主要作用有：形成碳化物提高硬度、強(qiáng)度、耐磨性，

提高回火穩(wěn)定性，細(xì)化晶粒，防止晶間腐蝕。

二十九、論述鋼材在熱處理過程中出現(xiàn)脆化現(xiàn)象的主要原因及解決方法。

答：①過共析鋼奧氏體化后冷卻速度較慢出現(xiàn)網(wǎng)狀二次滲碳體時(shí)，使鋼的脆性增加，脆性的網(wǎng)

狀二次滲碳體在空間上把塑性相分割開，使其變形能力無從發(fā)揮。解決方法，重新加熱正火,

增加冷卻速度，抑制脆性相的析出。②淬火馬氏體在低溫回火時(shí)會出現(xiàn)第一類回火脆性，高溫

回火時(shí)有第二類回火脆性，第一類回火脆性不可避免，第二類回火脆性，可重新加熱到原來的

回火溫度，然后快冷恢復(fù)韌性。③工件等溫淬火時(shí)出現(xiàn)二貝氏體時(shí)韌性降低，重新奧氏體化后

降低等溫溫度得到下貝氏體可以解解。④奧氏體化溫度過高，晶粒粗大韌性降低。如：過共析

鋼淬火溫度偏高，晶粒粗大，獲得粗大的片狀馬氏體時(shí)，韌性降低；奧氏體晶粒粗大，出現(xiàn)魏

氏組織時(shí)脆性增加。通過細(xì)化晶粒可以解決。

二十、20CrMnTi>40CrNiMo>60Si2Mn、T12屬于哪類鋼？含碳量為多少？鋼中合金元素

的主要作用是什么？淬火加熱溫度范圍是多少？常采用的熱處理工藝是什么？最終的組織是

什么？性能如何？

20CrMnTi為滲碳鋼，含碳量為0.2%,最終熱處理工藝是淬火加低溫回火，得到回火馬氏

體，表面為高碳馬氏體（滲碳后），強(qiáng)度、硬度高，耐磨性好；心部低碳馬氏體（淬透）強(qiáng)韌

性好。Mn與Cr提高淬透性，強(qiáng)化基體，Ti阻止奧氏體晶粒長大，細(xì)化晶粒。

40CrNiMo為調(diào)質(zhì)鋼，含碳量為0.4%,最終熱處理工藝是淬火加高溫回火，得到回火索氏

體，具有良好的綜合機(jī)械性能，Cr、Ni提高淬透性，強(qiáng)化基體，Ni提高鋼的韌性，Mo細(xì)化

晶粒，抑制第二類回火脆性。

60Si2Mn為彈簧鋼，含碳量為0.6%,最終熱處理工藝是淬火加中溫回火，得到回火托氏

體（或回火屈氏體），具有很高的彈性極限，Si、Mn提高淬透性，強(qiáng)化基體，Si提高回火穩(wěn)

定性。

T12鋼為碳素工具鋼鋼，含碳量為1.2%,最終熱處理工藝是淬火加低溫回火，得到回火

馬氏體+粒狀F63C+殘余奧氏體（/）,強(qiáng)度硬度高、耐磨性高，塑性、韌性差。

三十一、計(jì)算體心立與面心立方方結(jié)構(gòu)滑移面的原子密度及滑移方向上的線密度。

-x4+l2_V2_1.4

體心立方結(jié)構(gòu)的滑移面為{110},面密度夕=4_____

a?叵a42a1a2a2

滑移方向?yàn)榫€密度2=—3—=----

yj3aa

4_2.3

面心立方結(jié)構(gòu)的滑移面為{111},面密度夕=62

旦2島2一〃2

01.414

滑移方向?yàn)閂II。＞,線密度2=—f=—=---------

12cla

三十二、比較下貝氏體與高碳馬氏體的主要不同點(diǎn)

①顯微組織特征不同，下貝氏體為黑針狀或竹葉狀，高碳馬氏體為片狀；②亞結(jié)構(gòu)不同，

下貝氏體亞結(jié)構(gòu)為位錯(cuò)，高碳馬氏體的亞結(jié)構(gòu)為攣晶；③性能特點(diǎn)不同，下貝氏體具有良好的

綜合機(jī)械性能，高碳馬氏體強(qiáng)度硬度高，塑性和韌性差；④相變特點(diǎn)不同，下貝氏體為半擴(kuò)散

型相變，高碳馬氏體非擴(kuò)散型相變。⑤下貝氏體為復(fù)相組織，高碳馬氏體為單相組織。

三十三、過共析鋼淬火加熱溫度為什么不超過Accm?

過共析鋼淬火加熱溫度為Aci+30-50℃o加熱溫度超過Accm時(shí)，溫度高，容易發(fā)生氧

化、脫碳；奧氏體晶粒容易粗大，淬火后馬氏體粗大，產(chǎn)生顯微裂紋，強(qiáng)度下降；滲碳體全部

溶解，失去耐磨相，奧氏體中的含碳量高，淬火后殘余奧氏體量多，硬度降低、強(qiáng)度降低。

三十四、亞共析鋼正火與退火相比哪個(gè)硬度高？為什么？

正火后硬度高。正火與退火相比，正火的珠光體是在較大的過冷度下得到的，因而對亞共

析鋼來說，析出的先共析鐵素體較少，珠光體數(shù)量較多（偽共析），珠光體片間距較小。此外由

于轉(zhuǎn)變溫度較低，珠光體成核率較大，因而珠光體團(tuán)的尺寸較小。

三十五、用T12鋼（鍛后緩冷）做一切削工具，工藝過程為：正火一球化退火一機(jī)加工成形

f淬火f低溫回火。各熱處理工藝的目的是什么？得到什么組織？各種組織具有什么性能。

①正火：消除網(wǎng)狀的二次滲碳體，同時(shí)改善鍛造組織、消除鍛造應(yīng)力，得到片狀的珠光體，

片狀的珠光體硬度較高，塑性韌性較差。

②球化退火：將片狀的珠光體變成粒狀珠光體，降低硬度，便于機(jī)械加工；組織為粒狀珠光

體，這種組織塑性韌性較好，強(qiáng)度硬度較低。

③淬火：提高硬度、強(qiáng)度和耐磨性；組織為馬氏體十粒狀碳化物+殘余奧氏體；這種組織具

有高強(qiáng)度高硬度，塑性韌性差。

④低溫回火：減少或消除淬火應(yīng)力，提高塑形和韌性；組織為回火馬氏體十粒狀碳化物+殘

余奧氏體?；鼗鸾M織有一定的塑性韌性，強(qiáng)度、硬度高，耐磨性高。

三十六、什么是淬火？目的是什么？具體工藝有哪些？簡述淬火加