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1、金属学与热处理作业题 冶金 0604 40621105 苏金丽 2009.6.161.解释奥氏体化和奥氏体的形成过程。画出加热与冷却过程对转变温度的影响图。.答 ：1）奥氏体化奥氏体化（austenitizing）：在热处理过程中把钢加热到临界温度以上使常温下的铁素体和渗碳体组织转变为高温奥氏体的热转变过程叫做奥氏体化。奥氏体化的组织状态，包括奥氏体的成分、晶粒大小、亚结构、均匀性以及是否存在碳化物等其它相，对奥氏体在随后的冷却过程中得到的组织和性能有直接的影响。临界温度：对于共析钢 A1（PSK）线，亚共析钢 A3(GS)线，过共析钢 Acm（ES）线 。 奥氏体（A-austenite）：
2、碳和各种元素溶解在 Fe 中形成的固溶体（其中 C、N 等元素存在于奥氏体的间隙位置，或者晶格缺陷处；具备固溶体条件的合金元素，其原子半径和 Fe 原子半径相差不大的则固溶于替换原子的位置；还有一些元素难以固溶则多数吸附在奥氏体晶界等晶格缺陷处） 。它仍保持 Fe 的面心立方晶格，其溶碳能力较大。奥氏体一般是在高温下才能稳定存在的组织。奥氏体组织一般为等轴状多边形晶粒，在奥氏体内存在孪晶，但形成条件不同时也可以得到针状奥氏体晶粒。在奥氏体化刚结束时奥氏体晶粒比较细小，晶粒边界呈不规则的弧形。经历一段时间的加热或保温，晶粒将要长大，晶粒边界平直化。2）奥氏体形成过程奥氏体形成过程：奥氏体的形成是
3、扩散型相变，转变的全过程一般可分为奥氏体形核、奥氏体晶核长大、剩余渗碳体溶解、奥氏体成分均匀化四个阶段。奥氏体晶核的形成：奥氏体的形核为之一般在渗碳体和铁素体两相界面上，此外珠光体领域的边界，铁素体镶块边界都可以成为奥氏体形核的地点。这是由于铁素体含碳量极低（0.02% 以下） ，而渗碳体含碳量有很高（6.67%） ，奥氏体的含碳两介于两者之间。在相界面上碳原子有吸附，含量较高，界面扩散速度又比较快，容易形成大的浓度涨落，使相界面某一微区达到形成奥氏体晶核所需要的含碳量；此外在街面上能量也较高，容易造成能量涨落，以便满足形核功的需求；在两相界面处还容易满足结构涨落的要求。所有这三个涨落在两相界
4、面处的优势，造成奥氏体晶核在此处形成。奥氏体晶核的长大：当在渗碳体和铁素体的晶核交界面上形成奥氏体晶核时，形成了 - 和 -Fe3C 两个新的相界面。奥氏体晶核的长大过程实际上是两个相界面（非共格晶界）向原有铁素体和渗碳体中推移形成等轴晶粒的过程。在奥氏体晶核内部，碳原子分布是不均匀的。与铁素体教界面处的奥氏体的含碳量 C-,而与渗碳体交界处的奥氏体含碳量 C-cem,C-1.0%后，随 C 含量的增加， VC增高。2 合金元素的影响除 Co 以外，大部分合金元素溶入 A 中，都增加 A 的稳定性，使 VC下降；若未溶入 A 中，以碳化物形式存在，则会使 VC升高。3 A 晶粒度的影响随 A
5、晶粒尺寸增大， VC 减小，对受 P 转变制约的 VC 影响较大，而对受 B 转变制约的 VC 影响较小。4 A 化温度的影响 A 化温度升高，A 的合金化程度增大，稳定性升高，从而使 VC 降低。 5 A 中非金属夹杂物和稳定碳化物硫化物、氧化物、氮化物及难溶的稳定碳化物，在 A 化时， 能阻碍 A 晶粒的长大，促进非 M 组织的形成，使 VC 增大。4.马氏体类型（片状马氏体、板条状马氏体）及其转变的定义和特点。金属学与热处理作业题 冶金 0604 40621105 苏金丽 2009.6.16答：1）马氏体的定义）马氏体的定义:马氏体是原子经无需扩散切变位移的不变平面应变的晶格改组过程得到
6、的具有严格晶体学关系和惯习面的，形成相中伴生极高密度位错或层错或精细孪晶等亚结构的整合组织。2）马氏体的类型马氏体的类型：片状马氏体、板条状马氏体（包括“隐晶” 马氏体） 和凸透镜状马氏体。3）马氏体转变的定义马氏体转变的定义：原子经无需扩散的共格切变位移，进行不变平面应变的晶格改组的一级相变。4）马氏体转变的特点：马氏体转变的特点：1 马氏体相变的无扩散性2 不变平面应变的晶格改组3 马氏体和奥氏体具有一定的位向关系，存在惯习面4 相变产生大量亚结构（如：高密度的位错、层错、精细孪晶）5 表面浮凸现象6 马氏体相变的变温特性7 马氏体相变的可逆性马氏体相变的无扩散性：马氏体相变的无扩散性：钢
7、中马氏体相变时无成分变化，仅发生点阵改组。可以在很低的温度范围内进行，并且相变速度极快。原子以切变方式移动，相邻原子的相对位移不超过原子间距，近邻关系不变。表面浮凸现象和不变平面应变的晶格改组表面浮凸现象和不变平面应变的晶格改组：表面浮凸现象马氏体相变后，在其磨光的试样表面上出现倾动，形成浮凸，这一宏观现象说明马氏体相变产生了宏观切变。片状马氏体的表面浮凸为 N 型，板条状马氏体的表面浮凸为帐篷型。 惯习面和不变平面马氏体往往在母相的一定晶面上开始形成，这一定的晶面即称为惯习面。马氏体和母相的相界面，中脊面都可能成为惯习面。例如： 钢中M 由于 3 个奥氏体方向上(每个方向上有 2 种马氏体取
8、向)可能有 6 种不同的马氏体取向,而奥氏体的 111 晶面族中又有 4 种晶面，从而马氏体共有 24 种取向（变体） 。西山关系：111110M ; M 按西山关系，在每个111 面上，马氏体可能有 3 种取向，故马氏体共有 12 种取 向（变体） 。G-T 关系：和 K-S 关系略有偏差，111110M 差 10 ，M 差 20 K-S 关系和西山关系的比较： 晶面关系相同，只是晶面内的方向相差 50016。马氏体相变的变温特性马氏体相变的变温特性MS-马氏体相变开始点。Mf -马氏体相变终了点。MS 点以下，无需孕育，转变立即开始，且以极大速度进行，但很快停止，不能进行到终了，需进一步降
9、温。在 Mf 点以下，虽然转变量未达到 100%，但转变已不能进行。如 Mf 点低于室温，则淬火到室温将保留相当数量的未转变奥氏体，称为残余奥氏体。马氏体相变的可逆性马氏体相变的可逆性A M； Ms , Mf ; As , Af ; As Ms 钢中马氏体加热时，容易发生回火分解， 从马氏体中析出碳化物。例如： Fe-0.8%C 钢以 5000/S 快速加热，抑制回火转变，则在 590600发生逆转变。马氏体形态和亚结构马氏体形态和亚结构板条马氏体：在低、中碳钢，马氏体时效钢中出现，形成温度较高。 基本单元板条为一个个单晶体。许多相互平行的板条组成一个板条束，它们具有相同的惯习面。板条马氏体的
10、惯习面为111，位向关系为 K-S 关系。由于有四个不同的111 面，所以一个奥氏体晶粒内可能形成四种马氏体板条束。每个惯习面上可能有六种不同的取向，板条束内具有相同取向的小块称为板条块，常常呈现为黑白相间的块。板条马氏体的亚结构为高密度位错，所以板条马氏体也称为位错马氏体 。 不呈孪晶关系的板条间存在一层残余奥氏体簿膜，这种微量的残余奥氏体对板条马氏体的韧性贡献很大。呈孪晶关系的板条间就不存在这种残余奥氏体薄膜。片状马氏体： 在中、高碳钢，高镍的 Fe-Ni 合金中出现，形成温度较低。先形成的第一片马氏体横贯整个奥氏体晶粒，使后形成的马氏体片的大小受到限制。后形成的马氏体片，则在奥氏体晶粒内
11、进一步分割奥氏体晶粒，所以后形成的马氏体片越来越短小。片状马氏体的立体外形呈双凸透镜状，多数马氏体片的中间有一条中脊面，相邻马氏体片互不平行，大小不一片的周围有一定量的残余奥氏体。惯习面，随形成温度的下降，由225 变为259，位向关系由 K-S 关系变为西山关系。转变量-温度关系板条马氏体示意图不变 平面三种不变平面应变a）膨胀b）孪生时的切变c）马氏体相变时-切变 + 膨胀金属学与热处理作业题 冶金 0604 40621105 苏金丽 2009.6.16亚结构为细小孪晶，一般集中在中脊面附近，片的边缘为位错。随形成温度下降，孪晶区扩大。马氏体片互成交角，后形成的马氏体片对先形成的马氏体片有
12、撞击作用，接触处产生显微裂纹。影响马氏体形态及其亚结构的因素（1）Ms 点：Ms 点高 - 形成板条马氏体。Ms 点低 - 形成片状马氏体。C% Ms 板条 M 板条 M+片状 M 片状 M ；位错 M 孪晶 M（2）奥氏体与马氏体的强度当马氏体在较高温度形成时，滑移的临界分切应力较低，滑移比孪生更易于发生，从而在亚结构中留下大量位错，形成亚结构为位错的板条马氏体。由于温度较高，奥氏体和马氏体的强度均较低。相变时，相变应力的松驰可以同时在奥氏体和马氏体中以滑移方式进行，故惯习面为 (111) 。 随着形成温度的下降，孪生的临界分切应力较低，变形方式逐渐过渡为以孪生进行，形成亚结构为孪晶的片状马
13、氏体。若奥氏体的 S 低于 206MPa，应力在奥氏体中以滑移方式松弛。由于形成的马氏体强度较高，应力在马氏体中只能以孪生方式松弛，则形成惯习面为 (225) 的片状马氏体。若奥氏体的 S 超过 206MPa，相变应力在两相中均以孪生方式松弛，则形成惯习面为 (259) 的片状马氏体。 5.贝氏体转变为啥称为中间转变,有哪些类型（上贝氏体强度不高、下贝氏体强度韧度都比较高） 。答：1）贝氏体是过冷奥氏体在中温区域转变后的一种(或一类)组织的统称。它一般是由铁素体(F)或称作贝氏体铁索体(BF)和碳化物等组成。2）较高温度下形成的贝氏体具有羽毛状特征，称为上贝氏体(B1)；较低温度形成的贝氏体具
14、有针状或柳叶状特征，称为下贝氏体(B)。上贝氏体强度不高、下贝氏体强度韧度都比较高。3）贝氏体形成温度范围为 BaBf 点(Ba 为贝氏体形成时开始的温度，Br 为相变的终了温度)。通常，把片层状珠光体的形成过程称为高温转变(转变温度 合金碳化物 合金渗碳体 Fe3C2）金金属属间间化化合合物物： 钢中的过渡族金属元素之间形成一系列金属间化合物，即是指金属与金属、金属与准金属形成的化合物。其中最主要的有 相和 Lves 相，它们都属于拓扑密排 (TcP)相，它们由原子半径小的一种原子构成密堆层，其中镶嵌有原子半径大的一种原子，这是一种高度密堆的结构。它们的形成除了原子尺寸因素起作用外，也受电子
15、浓度因素的影响。 相 属于正方晶系，单位晶胞中有30 个原子，在二元合金中， 相形成与下列条件有关： (1)原子尺寸差 1别不大， 相中原子半径差别最大的钨一钴系，其原子半径差为12。(2)其中定有一组元为体心立方点阵 (配位数为 8)，另一个组元为面心立方或密排六方点阵(配位数为 12)。(3)出现于“平均族数 ”(s+d 层电子数 )在 5775 范围。二元合金中 相存在的区域见表 3。在三元系中，由于第三组元的加入会影响到 相形成的浓度和温度范围。通常在含铬不锈钢中出现铁铬 相，在铁 -铬-锰三元系，铁 -铬和铬-锰二元系中均可形成 相，当锰加入不锈钢中，会促进 相形成，并使其稳定温度范
16、围加宽。许多合金元素都使铁铬。相稳定温度范围增高。铁铬相在低于 820C 稳定，硅促进 d 相形成并把稳定温度提高到900960，锰和钼可把 相稳定温度提高到 1000。Laves 相 在二元系中， Layes 相是化学式为 AB2 型的复杂立方或复杂六方点阵的金属间化合物，其组元 2A 的原子半径和组元 B 的原子半径的比值 rarb 约 12。Laves 相的晶体结构有三种类型： (1)MgCu2 型为复杂立方系。 (2)MgZn2 为复杂六方系。 (3)MgNi2 为复杂六方系。电子浓度影响到LaYeS 相的晶体结构类型。过渡族金属元素之间的 Laves 相随着元素原子序数增高， Laves 相的
