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第二章

1、钢中奥氏体的点阵结构，碳原子可能存在的部位及其在单胞中的最大含量。 奥氏体是碳在γ-Fe中的固溶体，碳原子在γ-Fe点阵中处于Fe原子组成的八面体间隙中心位置，即面心立方晶胞的中心或棱边中点。八面体间隙：4个

2、以共析碳钢为例说明奥氏体的形成过程，并讨论为什么奥氏体全部形成后还会有部分渗碳体未溶解？

奥氏体的形成是由四个基本过程所组成：形核、长大、剩余碳化物的溶解和成分均匀化。按相平衡理论，从Fe-Fe3C相图可以看出，在高于AC1温度，刚刚形成的奥氏体，靠近Cem的C浓度高于共析成分较少，而靠近F处的C浓度低于共析成分较多（即ES线的斜率较大，GS线的斜率较小）。所以，在奥氏体刚刚形成时，即F全部消失时，奥氏体的平均C浓度低于共析成分，这就进一步说明，共析钢的P刚刚形成的A的平均碳含量降低，低于共析成分，必然有部分碳化物残留，只有继续加热保温，残留碳化物才能逐渐溶解。 3、合金元素对奥氏体形成的四个阶段有何影响。

钢中添加合金元素并不影响珠光体向奥氏体的转变机制，但影响碳化物的稳定性及碳原子在奥氏体中的扩散系数。另一方面，多数合金元素在碳化物和基体相中的分布是不均匀的，故合金元素将影响奥氏体的形核与长大、剩余碳化物的溶解、奥氏体成分均匀化的速度。 ① 通过对碳扩散速度影响奥氏体的形成速度。②通过改变碳化物稳定性影响奥氏体的形成

速度。③对临界点的影响 ：Ni、Mn、Cu等降低A1温度；Cr、Mo、Ti、Si、Al、W、V等升高A1温度。④通过对原始组织的影响进而影响奥氏体的形成速度：Ni、Mn等往往使珠光体细化，有利于奥氏体的形成。

在其它条件相同的情况下，合金元素在奥氏体中的扩散速度比碳在奥氏体中的扩散速度小100-10000倍。此外，碳化物形成元素还会减小碳在奥氏体中的扩散速度，这将降低碳的均匀化速度，因此，合金钢均匀化所需时间常常比碳钢长得多。 4、钢在连续加热时珠光体奥氏体转变有何特点。

1在一定的加热速度范围内，临界点随加热速度增大而升高。2相变是在一个温度范围内○○完成的加热速度越快奥氏体的温度范围越宽，但形成速度确加快，奥氏体形成时间缩短。 3可以获得超细晶粒。4钢中原始组织的不均匀使连续加热时的奥氏体化温度升高。5快○○○速连续加热时形成的奥氏体成分不均匀性增大Cγ-α降低，Cγ-cem升高。○6在超快速加热条件下，铁素体转变为奥氏体的点阵改组属于无扩散型相变。

5、何谓奥氏体的本质晶粒度、起始晶粒度和实际晶粒度。钢中弥散析出的第二相对奥氏体晶粒的长大有何影响。 起始晶粒度：指临界温度以上奥氏体形成刚刚完成，其晶粒边界刚刚互相接触时的晶粒大小。实际晶粒度：指在某一热处理加热条件下，所得到的晶粒尺寸。本质晶粒度：根据标准实验条件，在930±10℃，保温足够时间（3~8小时）后，测定的钢中奥氏体晶粒的大小。 在晶粒边界及晶粒内部。往往存在着很多细小难熔的第二相颗粒，推移的晶界遇到第二相粒子将会发生弯曲，导致晶界面积增大，界面能上升，它们将阻碍晶界移动，起着钉扎晶界的作用。界面能弥散析出的第二相颗粒越细粒子附近晶界弯曲的曲率就越大，晶界增加的面积上升的幅度就越大。显然，这个使体系自由能增加的过程是非自发的。第二相颗粒的体积百分数一定时，粒子半径越小则其数量越多（颗粒的分散度越高），对晶界推移的阻力也就越

大。

6、试讨论奥氏体等温形成动力学的特点。 1）温度升高，形核率I以指数关系迅速增加；

2）因ΔGV随温度升高而增大，使w减小，使I进一步增大；

3）随温度升高原子扩散速度加快，不仅有利于铁素体向奥氏体点阵改组，而且也促进渗碳体溶解，这也加速奥氏体的形核；

4）随温度升高铁素体的C%沿QP线增加，另一方面奥氏体在铁素体中形核时所需的碳浓度沿SG而降低，结果减小了奥氏体形核所需要的碳的浓度起伏，促进奥氏体的形核。

综上所述，奥氏体化温度升高，即相变的过热度增大，可使奥氏体的形核率I急剧上升，因此有利于获得细小的奥氏体晶粒。

7、试讨论影响奥氏体形成速度的因素。 1温度：○提高温度，奥氏体的形核率和生长速度都增大，但形核率增长高于长大速度。因此，

2碳含量：钢中碳含量越高，碳化物的奥氏体的形成温度越高，所获得的起始晶粒度越细。○

数量增加，F与Fe3C界面增多，增加了奥氏体的形核部位，同时碳的扩散距离相对减小。奥氏体的形成速度越快。另一方面，碳化物的数量增加致使剩余碳化物溶解时间更长，即奥

3原始组织的影响：氏体均匀化时间延长。○如果钢的化学成分相同，原始组织中碳化物的分

散度越大，相界面越多，形核率便越大；珠光体片间距离越小，奥氏体中碳浓度梯度越大，扩散速度便越快；碳化物分散度越大，使得碳原子扩散距离缩短，奥氏体晶体长大速度增加。4合金元素的影响。 ○

8、试叙述奥氏体晶粒的长大过程及影响因素。 奥氏体晶粒长大的过程

孕育期：奥氏体刚刚形成后，并不马上长大，需要一定的孕育期，温度越高，孕育期越短； 不均匀长大期：大晶粒吞并周围小晶粒长成很粗大的晶粒，未被吞并的小晶粒长大速度极慢； 均匀长大期：待细小晶粒全被吞并后，所有晶粒开始缓慢均匀长大。

1加热温度和保温时间。○2加热速度。○3钢的含碳量的影响。○4冶炼方法。○5合影响因素：○

6原始组织。 金元素。○

第三章

1、何为珠光体的片层间距？影响片层间距的因素有哪些并解释为何结构零件为何宜采取等

温退火工艺？

片层间距——一对铁素体片和渗碳体片的总厚度，以S0来表示。①温度（过冷度）②C含量。③合金元素。④奥氏体晶粒大小及均匀程度。 如果过冷奥氏体是在一个连续的冷却过程分解，则高温段所形成的珠光体层间距较厚，而低温段形成的珠光体层间距较薄，这种粗细不匀的组织将引起珠光体的力学性能不均匀，在外力作用下，将引起不均匀的塑性变形而导致应力集中，使钢的强度和塑性都下降，可能并对切削加工性能产生不利的影响。因此对结构钢一般采取等温退火的方法，来获得粗细较接近的珠光体组织。

2、以共析碳钢为例说明珠光体的形成过程，并阐述为什么珠光体形成时的领先相是渗碳体？

当共析碳钢由奥氏体转变为珠光体时，将由均匀固溶体转变为点阵结构与母相截然不同的渗碳体和铁素体的两相混合物。通过碳原子的扩散形成低碳的铁素体和高碳的渗碳体；

晶体点阵的重构——由面心立方的奥氏体转变为体心立方的铁素体和复杂斜方的渗碳体珠光体长大时，纵向长大是渗碳体片和铁素体片同时连续地向奥氏体内延伸，而横向长大是渗

碳体片和铁素体片交替堆叠。随着珠光体转变温度的降低，渗碳体片和铁素体片逐渐变薄缩短，同时两侧的连续形成速度和纵向长大速度都发生了变化，珠光体群的轮廓也逐渐由块状变为扇形，继而为轮廓不光滑的团絮状，即逐渐转变为索氏体和托氏体。。 ○1P中的Fe3C与从奥氏体中先共析的Fe3C晶体学位向相同；而P中的α与先共析α晶体学位向不相同； ○2P中的Fe3C与转变前产生的Fe3C在组织上常常是连续的；而P中的α与转变前产生的α不连续； ○3奥氏体中的未溶Fe3C有促进P形成的作用，而先共析α的存在对P形成无明显影响。 3、试述片状珠光体的球化过程与机理。

过程：若将片状珠光体加热到略高于A1的温度，则得到奥氏体加未完全溶解渗碳体的混合组织，此时渗碳体已不再保持完整的片状，而是凹凸不平、厚薄不匀，部分已经断开。在此温度下保温，将使片状渗碳体球化。机理：① 第二相颗粒在基体中的溶解度与其曲率半径r有关，与非球状渗碳体的尖角处（r较小）相接触的奥氏体具有较高的碳浓度，而与渗碳体的平面处（r较大）相接触的奥氏体具有较低的碳浓度，即在与渗碳体接触处产生了区域的碳浓度差。因此奥氏体中碳原子将从渗碳体尖角部位向渗碳体的平坦处扩散，其结果是破坏了γ-Fe3C 界面的碳浓度平衡。② 片渗碳体中有位错存在，可形成亚晶界或高密度位错区，在其与基体（稍低于A1温度时为铁素体）相接触处则出现凹坑。凹坑两侧的渗碳体具有较小的曲率半径，则与其相接触的基体具有更高的碳浓度从而将引起基体中碳原子的扩散，并以渗碳体的形式在原平坦处析出。为了维持界面平衡，渗碳体凹坑两侧的尖角会不断被溶解，使其r增大，但这样又破坏了界面处的表面张力的平衡（σcem/αvs.σcem/cem ）,为了维持平衡，凹坑继续溶解而加深。如此不断进行，直至渗碳体片溶穿而断裂。 断裂后的渗碳体又按尖角溶解、平面析出的长大方式来进一步球状化。 4、试述消除网状先共析渗碳体的工艺方法和机理。 在过共析钢中，先共析渗碳体的形态可以是粒状、网状或针（片）状。但在奥氏体成分均匀、晶粒粗大的情况下，析出粒状渗碳体的可能很小而一般呈网状或针（片）状，并显著增大钢的脆性。为了消除已形成的网状或针（片）状渗碳体，应当加热到Acm点以上，使渗碳体全部溶解到奥氏体中，然后快速冷却，使先共析渗碳体来不及析出而发生伪共析转变，得到伪共析组织，然后再球化退火。因此过共析钢的退火必须在Acm点以下以避免网状渗碳体的形成。

5、何谓魏氏组织？魏氏组织对钢的力学性能有何影响？消除魏氏组织的常用方法有哪些？ 工业上将具有针（片）状的铁素体或渗碳体加珠光体的组织称为魏氏组织，前者称为魏氏组织铁素体，后者称为魏氏组织渗碳体。

魏氏组织对钢的力学性能的影响：一般认为，钢中魏氏组织的存在，虽然对抗拉强度影响不大，但却能显著降低钢的塑性，特别是冲击韧性大为降低，也使钢的冷脆转化温度升高。 消除办法：魏氏组织以及经常与其伴生的粗大晶粒使钢的机械性能显著下降。因此生产实践中必须消除这种组织，常用的方法有退火、细化晶粒退火、锻造等。

6、试述珠光体等温转变的特点。影响珠光体转变动力学的因素有那些？。 ○1各温度下珠光体等温转变前都有一个“孕育期”。 ○2随着等温温度的降低，孕育期逐渐缩短，至某一温度，孕育期最短。然后温度进一步降低，孕育期反1、碳含量的影响而延长。共析钢在550℃时孕育期最短，转变速度最快，此即TTT曲线的“鼻尖”。 1碳含量的影响○2奥氏体成分均匀性和过剩相溶解情况的影响○3奥氏体晶粒度的影响○4加○

5应力和塑性变形 热温度和保温时间○

7、影响珠光体力学性能的因素有那些？试述 “派敦处理”提高钢丝强度的机理。