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1、20082009 学年第二学期期末考试试卷 合金固态相变 B 卷 试卷2008 2009 学年第二学期期末考试试卷合金固态相变（B 卷共 5 页）（考试时间： 2009 年 6 月 22 日）题号一二三四五成绩核分人签字得分一、名称解释 (10 分，每题2 分) 1 回火马氏体2 回火脆性3 二次硬化现象4 晶粒度5 形状记忆效应二、填空： (20 分，每空0.5 分 ) 1. M 转变的切变模型有，。2奥氏体转变的四个阶段是，。3固相界面根据其共格性有，其中界面的弹性应变能最小。4. A 转变时，转变温度与临界点A1之差称为，它随加热速度的增大而。5奥氏体是固溶体， 碳原子位于位置，钢中马氏
2、体是固溶体，具有点阵。6影响钢的Ms 点的最主要因素是，Ms 随升高而。7. 一般退火采取的冷却方式为，正火的冷却方式为，正火后强度略于退火后的强度，组织更。8. M 回火加热时，回火转变过程依次为，。9时效硬化机制有，。10高碳钢为了改善其切削加工性能，淬火后进行，工业中也称为处理。11马氏体转变时K-S 关系是指 (晶面关系 )， (晶向关系 )。13常用的淬火介质中，淬火时伴随有物态变化的介质有：，等；没有物态变化的介质有，等。三、选择 (20 分，每题1分 ) 1.亚共析钢在AC3下加热后的转变产物为_。(a) F (b) A (c) F+A (d) P+F 2. 由于形成F 与 Fe
3、3C 的二相平衡时，体系自由能最低，所以A 只要在 A1下保持足够长时间，就会得到 _的二相混合物P。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 8 页(a)A+P (b)A+Fe3C (c)F+Fe3C (d)A+F 3合金时效时随时间的延长硬度发生下降是发生了_。(a) 冷时效(b) 过时效(c) 温时效(d) 自然时效4选出过冷奥氏体向马氏体转变时的相变阻力(a)新相和母相的自由能差 (b)两相间的表面能 (c)弹性应变能 (d)塑性应变能5亚共析钢的先共析铁素体是在_以上向奥氏体转变的。(a) AC1 (b) T0(c) A
4、1 (d) AC36要想改善碳钢在加工过程中的切削加工性能，宜采取的中间热处理工艺为。(a)退火(b)淬火(c)回火(d)正火7由于形成F 与 Fe3C 的二相平衡时，体系自由能最低，所以A 只要在 A1下保持足够长时间，就会得到 _的二相混合物P。(a)A+P (b)A+Fe3C (c)F+Fe3C (d)A+F 8在 A1温度以下发生的P转变，奥氏体与铁素体界面上的碳浓度_奥氏体与渗碳体界面上碳浓度，从而引起了奥氏体中的碳的扩散。(a)低于(b)高于(c)等于(d)小于等于9要想获得综合力学性能好的钢，最适宜且经济的热处理方式为_。(a)淬火加低温回火(b)退火(c)正火(d)贝氏体等温淬
5、火10球化处理由片状向粒状转变，可_，属自发过程。(a)降低结合能(b)降低体积(c)降低表面能(d)降低碳浓度11发生 P 转变时， Fe3C 形核于 _或 A 晶内未溶 Fe3C 粒子。(a)P 晶界(b)珠光体团交界处(c)A 晶界(d) Fe3C/P 界面12随着贝氏体形成温度的降低，强度逐渐，韧性。(a) 降低，降低(b) 增加，增加(c) 降低，增加(d) 增加，降低13珠光体转变的形核率I 及长大速度V 随过冷度的增加_。(a)先减后增(b)不变化(c)增加(d)先增后减14共析成分的奥氏体发生珠光体转变时，会发生碳在_和_中的扩散。(a)F 和 A (b)F 和 P (c)P
6、和 A (d)F 和 Fe3C 15珠光体等温转变动力学图有一鼻尖，鼻尖对应了形核率和转变速度的_。(a)最大处(b)最小处(c)平均值处(d)次大处16亚 (过)共析钢的TTT 曲线左上方有一_ _。(a)等温线(b)共析线(c)A1(d)先共析线17奥氏体化温度越高，保温时间越长，珠光体的形核率和长大速度_。(a)越小(b)越大(c)不变(d)先增后减18在 Ms 点以上由变形产生的马氏体为。(a)应力促发马氏体 (b)形变诱发马氏体 (c)淬火马氏体 (d)热弹性马氏体19上贝氏体转变的形成温度范围是。(a) 550以上(b) 350550(c) 350以下(d) Ms 点以下20在成分
7、相同的情况下，粒状珠光体的强度和硬度比片状的_， 塑性 _。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 8 页(a)较高，较好(b)较低，较低(c)较高，较低(d)较低，较好四、简答题：（20 分，每题5 分，注：任选其中四题）1. 简述珠光体中球状碳化物形成的途径。2. 说明钢的淬火、回火的目的。3. 简述相间析出与珠光体转变的异同点。4. 过共析钢一般应该在什么温度下淬火？为什么？5. 试分析弹簧钢丝经“ 派登 ” 处理后具有高强度、高塑性的原因。五、论述题 (30 分) 1. (8 分) 某电站汽轮发电机转子，由30CrNi
8、制成，热处理工艺为：淬火和550回火（回火后缓慢冷却到室温），长期运行后转子发生沿晶断裂，造成严重事故。试分析其断裂的原因，并说明这种现象的主要特征和影响因素，应如何预防此类事故？2. (10 分) 试从转变热力学，动力学，组织，晶体学及性能等方面论述钢中珠光体转变和马氏体转变的异同点。3. (6 分 ) 碳钢在进行不同热处理工艺后会具有不同硬度。在进行以下热处理后请画出其硬度随含碳量的变化的曲线示意图，并说明其原因：1）完全淬火冷却到室温，2）不完全淬火冷却至室温，3）完全淬火后深冷处理4. (6 分) 下图为两类相图，a)为匀晶相图， 两组元无限互溶，b)为有共晶转变的相图，两组元有限互溶
9、。说明两个相图中成份为B0的合金各可以通过什么方式进行强化，为什么？精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 8 页20082009 学年第二学期期末考试试卷 合金固态相变 B 卷 答案一、名称解释 (10 分，每题2 分) 1. 回火马氏体 :淬火钢在低温回火时得到的组织。2. 回火脆性 :随回火温度升高，一般是钢的强度、硬度降低，塑性升高，但冲击韧性不一定总是随回火温度升高而升高，有些钢在某些温度回火时，韧性反而显著下降的现象。3. 二次硬化现象:当 M 中 K 形成元素含量足够多时，500 C 以上回火会析出合金碳化物，细小
10、的弥散分布的合金K 将使已经因回火温度升高而下降的硬度重新升高，故称二次硬化。4. 晶粒度 :设 n 为放大 100 倍时每 645mm2(lin2) 面积内的晶粒数，则下式中的N 被用来表示晶粒大小的级别，被称为晶粒度。N=2N-1 5. 形状记忆效应:将某些金属材料进行变形后加热到某一特定温度以上时，能自动恢复原来形状的效应。二、填空： (20 分，每空0.5 分 ) 1. M 转变的切变模型有Bain 模型， K-S 模型， G-T 模型。2奥氏体转变的四个阶段是A 形核，A 长大，渗碳体溶解，A 均匀化。3固相界面根据其共格性有共格界面，半共格界面， 非共格界面， 其中非共格界面的弹性
11、应变能最小。4 A 转变时，转变温度与临界点A1 之差称为过热度， 它随加热速度的增大而增大。5奥氏体是碳溶于 铁固溶体，碳原子位于八面体中心位置，钢中马氏体是碳在 铁中的过饱和固溶体，具有体心立方点阵6影响钢的Ms 点的最主要因素是碳含量，Ms 随碳含量升高而降低。7一般退火采取的冷却方式为炉冷 ，正火的冷却方式为空冷 ，正火后强度略高于于退火后的强度，组织更细小。8M 回火加热时，回火转变过程依次为M 中碳原子的偏聚和聚集，M 的分解，残余 A 分解， 碳化物类型变化， a相回复与再结晶。9时效硬化机制有内应变强化，切过颗粒强化，绕过析出相（Orowan 机制）。10 高碳钢为了改善其切削
12、加工性能，淬火后进行高温回火， 工业中也称为派登处理。11马氏体转变时K-S 关系是指 110 | 111 (晶面关系 )， 111 | 110 (晶向关系 )。12.常用的淬火介质中，淬火时伴随有物态变化的介质有：水，水溶液（油）等；没有物态变化的介质有熔盐，碱（熔融金属）等。三、选择 (20 分，每题1分 ) 1.亚共析钢在AC3 下加热后的转变产物为_c_。(a) F (b) A (c) F+A (d) P+F 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 8 页2. 由于形成F 与 Fe3C 的二相平衡时， 体系自由能最低，所
13、以 A 只要在 A1 下保持足够长时间，就会得到 _c_的二相混合物P。(a)A+P (b)A+Fe3C (c)F+Fe3C (d)A+F 3合金时效时随时间的延长硬度发生下降是发生了_b_。(a) 冷时效(b) 过时效(c) 温时效(d) 自然时效4选出过冷奥氏体向贝氏体转变时的相变阻力_b,c_ (a)新相和母相的自由能差 (b)两相间的表面能 (c)弹性应变能 (d)塑性应变能5亚共析钢的先共析铁素体是在_d_以上向奥氏体转变的。(a) AC1 (b) T0 (c) A1 (d) AC3 6要想改善碳钢在加工过程中的切削加工性能，宜采取的中间热处理工艺为a。(a)退火(b)淬火(c)回火
14、(d)正火7由于形成F 与 Fe3C 的二相平衡时，体系自由能最低，所以A 只要在 A1 下保持足够长时间，就会得到 _c_的二相混合物P。(a)A+P (b)A+Fe3C (c)F+Fe3C (d)A+F 8在 A1 温度以下发生的P 转变，奥氏体与铁素体界面上的碳浓度b _奥氏体与渗碳体界面上碳浓度，从而引起了奥氏体中的碳的扩散。(a)低于(b)高于(c)等于(d)小于等于9要想获得综合力学性能好的钢，最适宜且经济的热处理方式为_d_。(a)淬火加低温回火(b)退火(c)正火(d)贝氏体等温淬火10球化处理由片状向粒状转变，可_c_，属自发过程。(a)降低结合能(b)降低体积(c)降低表面
15、能(d)降低碳浓度11发生 P 转变时， Fe3C 形核于 _c_或 A 晶内未溶Fe3C 粒子。(a)P 晶界(b)珠光体团交界处(c)A 晶界(d) Fe3C/P 界面12随着贝氏体形成温度的降低，强度逐渐b，韧性。(a) 降低，降低(b) 增加，增加(c) 降低，增加(d) 增加，降低13珠光体转变的形核率I 及长大速度V 随过冷度的增加_d_。(a)先减后增(b)不变化(c)增加(d)先增后减14共析成分的奥氏体发生珠光体转变时，会发生碳在_a_和_中的扩散。(a)F 和 A (b)F 和 P (c)P 和 A (d)F 和 Fe3C 15珠光体等温转变动力学图有一鼻尖，鼻尖对应了形核
16、率和转变速度的_a_。 (a)最大处(b)最小处(c)平均值处(d)次大处16亚 (过)共析钢的TTT 曲线左上方有一_ d _。(a)等温线(b)共析线(c)A1 (d)先共析线17奥氏体化温度越高，保温时间越长，珠光体的形核率和长大速度_a_。(a)越小(b)越大(c)不变(d)先增后减18在 Ms 点以上由变形产生的马氏体为 b 。(a)应力促发马氏体 (b)形变诱发马氏体 (c)淬火马氏体 (d)热弹性马氏体19上贝氏体转变的形成温度范围是 b 。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 8 页(a) 550以上(b) 3
17、50550(c) 350以下(d) Ms 点以下20在成分相同的情况下，粒状珠光体的强度和硬度比片状的_d_， 塑性 _。(a)较高，较好(b)较低，较低(c)较高，较低(d)较低，较好四、简答题：（20 分，每题5 分，注：任选其中四题）1. 简述珠光体中球状碳化物形成的途径。答：（1）由淬火马氏体在高亚临界温度（A1 以下附近的温度）分解而形成。即：淬火高温回火（调质处理）；（2）由片状P 在高亚临界温度长时间保温，使渗碳体变成球状；（3）由 A 在 A1 以上较低温度加热，冷却时在A1 以下较高温度等温保持，使其转变为铁素体球状渗碳体。2. 说明钢的淬火、回火的目的。答：淬火主要的目的提
18、高强韧性、弹性（如弹簧）、耐蚀性和耐热性及硬度和耐磨性（如刀具、量具、模具等）回火的目的主要包括三方面：1）提高钢塑性、韧性，达到硬度强度、塑性韧性的配合；2）消除淬火后内应力，防止变形、开裂；3）改善钢的切削加工性。3 简述相间析出与珠光体转变的异同点。答：形核位置：相间析出在/ 界面处析出碳、氮化物；珠光体在 晶界形核；位相关系：相间析出的K 和 之间有位相关系；珠光体三相之间有位相关系碳化物分布：相间析出碳化物平行与相界面呈极细颗粒；珠光体未片状或颗粒装形成温度范围：均有一范围成分：相间析出含有强碳、氮化物形成元素的低碳合金钢；珠光体在（亚、过）共析钢影响因素：相间析出受温度、碳含量冷却
19、速度影响；珠光体转变受碳含量、加热温度、保温条件、原始组织等影响。4.过共析钢一般应该在什么温度下淬火？为什么？答：过共析钢含碳量较高，一般加热温度在A13050条件下进行淬火。如果淬火温度过高（ Acm）时，碳化物会全部溶于A，从而导致耐磨性下降，同时A 晶粒粗大，显微裂纹倾向提高， 同时易造成钢的氧化，脱碳加剧，变形开裂倾向加剧。同时对于过共析钢淬火前应进行球化退火，然后再加热到A13050得到 A 和颗粒状的Fe3C 然后淬火，这样得到 M 和颗粒状的Fe3C，从而使耐磨性提高。由于淬火温度低，因此得到细小的A，这样淬火后得到的细小的M（隐针），这称为不完全淬火。5.试分析弹簧钢丝经“
20、派登 ” 处理后具有高强度、高塑性的原因。答：当珠光体中Fe3C 很薄时，在外力的作用下可以滑移产生塑性变形，也可产生弯曲，使塑性升高。 将高碳钢丝经铅浴等温处理得到片间距极小的索氏体，然后利用薄渗碳体片可以弯曲和产生塑性变形的特性进行深度冷拔以增加F 片内的位错，而使强度得到显著提高，生产中称为派登处理（铅浴处理）。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 8 页五、论述题 (30 分)：1.（8 分）某电站汽轮发电机转子，由 30CrNi 制成，热处理工艺为：淬火和 550回火 （回火后缓慢冷却到室温），长期运行后转子发生沿晶
21、断裂，造成严重事故。试分析其断裂的原因，并说明这种现象的主要特征和影响因素，应如何预防此类事故？答：首先从转子材料来看，属于合金钢，其中含有比较多的Cr 和 Ni，他们均是促进回火脆性的元素， 其次从热处理工艺来看，回火温度及回火后的冷却过程选择均不当，最后从断口分析， 主要发生了沿晶断裂，因此从以上三方面判断该转子发生了第二类回火脆性，最终导致其发生断裂。第二类回火脆性的主要特征：（1）第二类回火脆性对回火后的冷却速度比较敏感，缓慢冷却时发生第二类回火脆性；（2）第二类回火脆性具有可逆性；（3）处于第二类回火脆性状态的钢，其断口呈现沿晶断裂特征。第二类回火脆性的影响因素包括（1）化学成分，杂
22、质元素：S、P、As、Sn、Sb、B，促进二类回火脆性元素：Ni、Cr、Mn 、Si、C (以上二类元素必须同时存在时才会产生)，抑制二类回火脆性元素：Mo、V、W、Ti；（ 2）热处理工艺参数，与回火温度、时间、冷却速度密切相关，缓冷使脆性增加，组织因素：M 回火脆性最严重，B 次之， P 最弱；（ 3）组织因素，晶粒愈细，回火脆性愈轻。防止方法：降低钢中杂质元素加入能细化A 晶粒元素，如Nb、V、Ti 加入适量抑制二类回火脆性的元素：Mo、W 避开在 450650 C 范围回火， 650 C 以上回火要快冷。2. (10 分)试从转变热力学，动力学， 组织， 性能等方面论述钢中珠光体转变和
23、马氏体转变的异同点。项目珠光体（ P）马氏体（ M）转变温度高温（开始温度A1）低温（ Ms）转变产物F 和 Fe3C的机械混合物C 溶于 -Fe中的过饱和故容体组织形态片状、颗粒状板条状、透镜片状、蝶状薄板状、薄片状晶体学特征无表面浮凸有表面浮凸，成“N ” 型转变动力学等温转变动力学曲线呈“S ”，等温转变动力学图呈 “C ” ，等温条件下可进行到终了。变温瞬时形核，瞬时长大；等温形核、瞬时长大；自触发形核，瞬时长大。等温条件下不可进行完全。转变热力学驱动力为自由焓差，通过扩散形成驱动力也为自由焓差，基本无扩散，性能塑形、韧性较好，强度、硬度略低具有高的强度和硬度，但塑形、 韧性较差精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 8 页3（ 6 分）碳钢在进行不同热处理工艺后会具有不同硬度。在进行以下热处理后请画出其硬度随含碳量的变化的曲线示意图，并说明其原因：1）完全淬火冷却到室温，2）不完全淬火冷却至室温，3）完全淬火后深冷处理答：首先， 随着淬火钢碳含量的增加，其中残余奥氏体的量会随之增加，尤其是当碳含量大于 0.6%以后。同时，残余奥氏体的量与淬火温度密切相关，随着?amp;atilde 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 8 页