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（4）900℃保温时发生重结晶，冷却后晶粒细小，因此强化提高。

第六章 回复与再结晶

(一)填空题

1. 金属再结晶的前提是 金属的塑性变形（或加工硬化），它与重结晶的主要区别是 晶格类型不变 。 2. 金属的最低再结晶温度是指 开始出现再结晶现象时的最低温度，它与熔点的大致关系是 T再≈0.4T熔。

3 钢在常温下的变形加工称 冷加工，铅在常温下的变形加工称 热加工 。

4．回复是 冷变形后的金属在加热温度不高时，其光学组织未发生明显改变时所产生的某些亚结构和性能的变化过程 。再结晶是 冷变形金属在低于Ac1的较高温度下，通过新晶核的形成与长大，由畸变晶粒变为相同晶格类型的无畸变等轴晶粒的过程。

5．临界变形量的定义是 把对应得到特别粗大晶粒的变形度 ，通常临界变形量约在 2%~10% 范围内。 6 金属板材深冲压时形成制耳是由于 形变织构 造成的。

7．根据经验公式得知，纯铁的最低再结晶温度为 T再≈0.31T熔。 (二)判断题

1．金属的预先变形越大，其开始再结晶的温度越高。 （ × ）

2．变形金属的再结晶退火温度越高，退火后得到的晶粒越粗大。 （ √ ） 3．金属的热加工是指在室温以上的塑性变形过程。 （ × ） 4．金属铸件不能通过再结晶退火来细化晶粒。 （ √ ）

5．再结晶过程是形核和核长大过程，所以再结晶过程也是相变过程。 （ × ）；

6 从金属学的观点看，凡是加热以后的变形为热加工，反之不加热的变形为冷加工。 （ × ） 7 在一定范围内增加冷变形金属的变形量，会使再结晶温度下降。 ( √ ) 8．凡是重要的结构零件一般都应进行锻造加工。 （ √ ）

9．在冷拔钢丝时，如果总变形量很大，中间需安排几次退火工序。 ( √ )

10．从本质上讲，热加工变形不产生加工硬化现象，而冷加工变形会产生加工硬化现象。这是两者的主要区别。 ( × ) (三)选择题

1．变形金属在加热时发生的再结晶过程是一个新晶粒代替旧晶粒的过程，这种新晶粒的晶型( A )。 A．与变形前的金属相同 B 与变形后的金属相同

C 与再结晶前的金属相同 D．形成新的晶型 2．金属的再结晶温度是( B )

A．一个确定的温度值 B．一个温度范围 C 一个临界点 D．一个最高的温度值 3．为了提高大跨距铜导线的强度，可以采取适当的( A )。 A．冷塑变形加去应力退火 B 冷塑变形加再结晶退火 C 热处理强化 D．热加工强化

4 下面制造齿轮的方法中，较为理想的方法是( C )。

A 用厚钢板切出圆饼再加工成齿轮 B 用粗钢棒切下圆饼再加工成齿轮 C 由圆钢棒热锻成圆饼再加工成齿轮 D 由钢液浇注成圆饼再加工成齿轮 5．下面说法正确的是( C )。

A 冷加工钨在1 000℃发生再结晶 B 钢的再结晶退火温度为450℃

C 冷加工铅在0℃也会发生再结晶 D 冷加工铝的T再≈0.4Tm＝0.4X660℃＝264℃ 6 下列工艺操作正确的是( B ) 。

A 用冷拉强化的弹簧丝绳吊装大型零件淬火加热时入炉和出炉 B 用冷拉强化的弹簧钢丝作沙发弹簧

C 室温可以将保险丝拉成细丝而不采取中间退火

D 铅的铸锭在室温多次轧制成为薄板，中间应进行再结晶退火 7 冷加工金属回复时，位错( C )。

A．增加 B．大量消失 C．重排 D 不变

8在相同变形量情况下，高纯金属比工业纯度的金属( A )。 A．更易发生再结晶 B．更难发生再结晶 C 更易发生回复 D．更难发生回复

9 在室温下经轧制变形50％的高纯铅的显微组织是( C ) 。 A．沿轧制方向伸长的晶粒 B．纤维状晶粒

C 等轴晶粒 D．带状晶粒

(四)问答题

1 用一根冷拉钢丝绳吊装一大型工件入炉，并随工件一起加热至1000℃，当出炉后再次吊装工件时，钢丝绳发生断裂，试分析其原因。

答：主要是因为冷拉钢丝绳随工件一起加热至1000℃后，冷拉钢丝绳经历了回复、再结晶及晶粒长大过程，其强度大大降低，从而造成钢丝绳发生断裂。

2．当把铅铸锭在室温下经多次轧制成薄铅板时，需不需要进行中间退火?为什么?

答：不需要中间退火，因为铅铸锭在室温下轧制属于热加工，它会发生边加工边再结晶的软化过程。 3．用冷拔钢丝缠绕的螺旋弹簧，经低温加热后，其弹力要比未加热的好，这是为什么?

答：冷拔钢丝经低温加热后，发生了回复过程，储存能部分消除；宏观内应力基本消除，微观内应力也消除一部分。

4．在室温下对铅板进行弯折，你会感到越弯越硬，但稍隔一会儿再行弯折，你会发现铅板又像初时一

样柔软，这是什么原因?

答：发生了回复和再结晶过程，使应力、储存能得以消除。

5．三个低碳钢试样变形度为5％，15％，30％，如果将它们加热至800℃，指出哪个产生粗晶粒?为什

么?

答：变形度为5％产生粗晶粒，因为金属的临界变形度为2%~10%，当钢的变形度为5％时，正好在临界变形度范围内。

第八章 扩散习题与思考题

(一)选择题

1．菲克第一定律描述了稳态扩散的特征，即浓度不随( B )变化 A 距离 B 时间 C 温度 2 原子扩散的驱动力是( B )

A 组元的浓度梯度 B 组元的化学势梯度 C 温度梯度

（二）问答题

1 何谓扩散，扩散的本质是什么？固态扩散有哪些种类?

答：扩散指物质中原子或分子通过无规运动导致宏观迁移与传质的现象。

扩散的本质指大量原子不断克服原子之间 能垒，跃迁到邻近位置，实现宏观的物质迁移过程。 固态扩散主要有两种：空位扩散和间隙扩散。 2 何谓上坡扩散和下坡扩散?试举例说明之。

① 下坡扩散：沿浓度降低的方向扩散，即原子由高浓度区向低浓度区扩散。 如：不均匀固溶体（铸件）均匀化过程、渗碳等。

② 上坡扩散：沿浓度升高的方向扩散，即原子由低浓度区向高浓度区扩散。 如：奥氏体转变为珠光体时碳由低浓度的奥氏体向高浓度的渗碳体扩散 3 固态金属中要发生扩散必须满足哪些条件。 答：① 存在扩散驱动力——热力学条件 梯度：化学位(主要）、温度、应力、 电场、磁场等

② 扩散原子与基体有固溶性——前提条件 ③ 足够高温度——动力学条件

④ 足够长时间——宏观迁移的动力学条件

4 渗碳是将零件置于渗碳介质中使碳原子进入工件表面，然后以下坡扩散的方式使碳原子从表层向内部扩

散的热处理方法。试问：

(1) 温度高低对渗碳速度有何影响?

(2) 渗碳应当在r-Fe中进行还是应当在α-Fe中进行?

（3）空位密度、位错密度和晶粒大小对渗碳速度有何影响？ 答：(1)温度越高，渗碳速度越快，反之，渗碳速度越慢。

(2)虽然Dα-Fe ≈163Dγ-Fe ，但是钢在渗碳时仍然在r-Fe中进行。原因是温度高有利于原子的扩散；还有γ-Fe的溶碳能力》α-Fe 。

（3）空位密度和位错密度越大则渗碳速度越快；晶粒越小渗碳速度越快。因为空位密度和位错密度越大，晶界越多，晶格畸变能越大，原子扩散所需激活能越小，原子就越容易迁移。

第九章 热处理原理

(一)填空题

1 起始晶粒度的大小决定于 成分 及 冶炼条件 。

2 在钢的各种组织中，马氏体的比容 最大 ，而且随着w(C)的增加而 增加 。

3．板条状马氏体具有高的 强度和硬度 及一定的 塑性 与 韧性 。它的强度与奥氏体 碳含量 有关， 马氏体板条群越细（或尺寸越小） 则强度越高。

4. 淬火钢低温回火后的组织是 低碳过饱和铁素体 和 粒状碳化物ε—FexC ( x ≈ 2.4 ) ；中温回火后的组织是回火屈氏体 ，一般用于高 弹性 的结构件；高温回火后的组织是回火索氏体 ，用于要求足够高的 强度 及高的 塑韧性 的零件。

5．钢在加热时，只有珠光体中出现了 浓度起伏 和 结构起伏 时，才有了转变成奥氏体的条件，奥氏体晶核才能形成。

6．马氏体的三个强化包括 固溶 强化、相变强化强化、 时效（沉淀） 强化。

7．第二类回火脆性主要产生于含 Mn、 、 Cr 、 Ni 等合金元素的钢中，其产生的原因是钢中晶粒边界 偏聚的杂质元素 增加的结果，这种脆性可用 快冷来防止，此外在钢中加入 W 和Mo及 形变（亚温回火） 热处理等方法也能防止回火脆性。

8．共析钢加热至稍高于727℃时将发生 P→A 的转变，其形成过程包括 A的形核 、 A的长大、 剩余渗碳体的溶解和A成分均匀化 等几个步骤。

9 根据共析钢转变产物的不同，可将C曲线分为 珠光体、 贝氏体、 马氏体三个转变区。 10 根据共析钢相变过程中原子的扩散情况，珠光体转变属于扩散型 转变，贝氏体转变属于 半扩散型 转

变，马氏体转变属于非扩散型 转变。

11．马氏体按其组织形态主要分为 片（针）状马氏体 和板条状马氏体 两种。其中板条状马氏体的韧性较好。

12．马氏体按其亚结构主要分为胞状亚结构 和 孪晶亚结构两种。

13．贝氏体按其形成温度和组织形态，主要分为 上贝氏体 和 下贝氏体 两种。

14．珠光体按其组织形态可分为 片状 珠光体和 粒状 珠光体；按片间距的大小又可分为珠光体、 索氏体和 托氏体 。 15、 描述过冷奥氏体在A1点以下相转变产物规律的曲线有 TTT 和 CCT 两种；对比这两种曲线可看出，前者指示的转变温度比后者 高一些 ，转变所需的时间前者比后者 短一些，临界冷却速度前者比后者 大 。

16、 当钢发生奥氏体向马氏体组织的转变时，原奥氏体中w(c)越高，则Ms点越 低 ，转变后的残余奥氏体量越 多 。

17 钢的淬透性越高，则临界冷却速度越 小 ；其C曲线的位置越 靠右 。

18、在过冷A等温转变产物中，P和T的主要相同点是：都是共析体（F + 层片状 Fe3C） 不相同点是：T的层片间距较小。

19、用光学显微镜观察，上B的组织特征呈（羽毛）状，而下B则呈（黑色针）状。

（二)判断题

1．相变时新相的晶核之所以易在母相的晶界上首先形成，是因为晶界处能量高。（ √ ） 2．随奥氏体中W (C)的增高，马氏体转变后，其中片状马氏体减少，板条状马氏体增多。（×） 3．第一类回火脆性是可逆的，第二类回火脆性是不可逆的。（ × ）

4．马氏体降温形成时，马氏体量的不断增加不是依靠原有的马氏体长大，而是不断形成新的马氏体。（ √ ）

5．钢经加热奥氏体化后，奥氏体中碳与合金元素的含量与钢中碳及合金元素的含量是相等的。（ × ）

6．所谓本质细晶粒钢，就是一种在任何加热条件下晶粒均不粗化的钢。（ × ）

7．当把亚共析钢加热到Ac1和Ac3之间的温度时，将获得由铁素体与奥氏体构成的两组织，在平衡条件

下，其中奥氏体的w(C)总是大于钢的w(C)。 （ √ ）

8．马氏体是C在a-Fe中所形成的过饱和固溶体，当发生奥氏体向马氏体的转变时，体积发生收缩。

（ × ）

9 钢在奥氏体化时，若奥氏体化温度愈高，保温时间愈长，则过冷奥氏体愈稳定，C曲线愈靠左。

( × )

10、当共析成分的A在冷却发生P转变时，温度越低，其转变产物组织越粗。（ × ）

(三)选择题

1 钢在淬火后所获得马氏体组织的粗细主要取决于 B 。 A．奥氏体的本质晶粒度 B．奥氏体的实际晶粒度

C奥氏体的起始晶粒度 D．珠光体和铁素体的原始晶粒度 2．高碳片状马氏体脆性较大的原因是 A 。

A．有显微裂纹存在 B．固溶度太高 C 残余奥氏体存在于马氏体片间界处 D．转变不完全 3．低碳板条马氏体中板条群的大小决定于 C 。 A．冷却速度的大小 B．奥氏体w(C)多少 C 奥氏体晶粒的大小 D．以上都不是

4 在淬火钢中w(C)增加到0．6％以后，随w(C)增加硬度不再继续增加，这是因为A A 随w(C)的增加残余奥氏体的量增多的关系 B．随w(C)增加片状马氏体的量增多的关系 C 随w (C)增加淬火内应力增大的关系 D．随w(C)增加非马氏体量减少的关系

5．若钢中加入合金元素能使C曲线左移，则将使淬透性 B A．提高 B．降低 C不改变 D．对小试样提高，对大试样则降低 6在过冷奥氏体等温转变图的鼻尖处，孕育期最短，此处 B A．过冷奥氏体稳定性最好，转变速度最快 B 过冷奥氏体稳定性最差，转变速度最快 C 过冷奥氏体稳定性最差，转变速度最慢 D 过冷奥氏体稳定性最好，转变速度最慢 7 钢进行奥氏体化的温度愈高，保温时间愈长则 B

A．过冷奥氏体愈稳定，C曲线愈靠左 B．过冷奥氏体愈稳定，C曲线愈靠右

C 过冷奥氏体愈不稳定，C曲线愈靠左 D．过冷奥氏体愈不稳定，C曲线愈靠右 8 上贝氏体和下贝氏体的机械性能相比较， D

A．两者具有较高的强度和韧性 B．两者具有很低的强度和韧性

C 上贝氏体具有较高强度和韧性 D．下贝氏体具有较高强度和韧性 9．过共析钢加热到Ac1一Accm之间时，则 A

A．奥氏体的w(C)小于钢的w(C) B 奥氏体的w (C)大于钢的w(C) C 奥氏体的w(C)等于钢的w(C) D．无法判断两者w (C)的关系

(四) 问答题

1 、M的本质是什么？它的硬度为什么很高？是什么因素决定了它的脆性？ 答：M的本质是C在α- Fe中的过饱和固溶体。 相变强化、固溶强化和时效强化

高碳M的脆性大，是由于其C的过饱和度大，则内应力大造成。另外，孪晶结构增加了其脆性。

2、为什么马氏体的塑性和韧性与其碳含量（或形态）密切相关？

高碳马氏体由于过饱和度大、内应力高和存在孪晶结构，所以硬而脆，塑性、韧性极差，但晶粒细化得到的隐晶马氏体却有一定的韧性。而低碳马氏体，由于过饱和度小，内应力低和存在位错亚结构，则不仅强度高，塑性、韧性也较好。

3、 直径为10mm的共析钢小试样加热到相变点A1以上30℃，用图1-82所示的冷

却曲线进行冷却，分析其所得到的组织，说明各属于什么热处理方法。

答： a b c d e f g 热处理方式 水淬 分级淬火 油淬 等温淬火 正火 退火 等温退火 组织 M＋A残 M＋A残 S+T＋M＋A残 B下＋ A残 P+S P P

4、有一根长2米直径20mm的实心T12钢圆棒，不均匀加热，加热后棒料温度如图所示，假设各段冷却介质如表所示，请在各段中填入相应的相组织，并分析其力学性能。

A B C D 1000 ℃ 750 ℃ 700 ℃ 500 ℃ A B C D P+Fe3CII P+Fe3CII 水冷 粗M+A残 M+A残 油冷 粗T+M+Fe3CII+A残 T+M+Fe3CII+A残 P+Fe3CII P+Fe3CII P+Fe3CII 炉冷 粗P+Fe3CII 网 P+Fe3CII P+Fe3CII 空冷 粗P+Fe3CII S+Fe3CII P+Fe3CII P+Fe3CII 5、试比较索氏体和回火索氏体，托氏体和回火托氏体，马氏体和回火马氏体之间在形成条件、组织形态、性能上的主要区别。 答： 马氏体 回火马氏体 形成条件 230～－50℃ 淬火后低温回火150～250℃以上 碳在α－Fe中过饱和的固溶体，形态由过饱和的α相与其共格的ε－Fe2.4C组组织形态 为片状或板条状 成，形态保留原M形状 性 能 高碳片状M，硬度（64～66HRC）、脆由于需低温淬火的都为高碳钢，故保持淬火性大，塑性、韧性差。低碳板条状M，M的高硬度（58～62HRC) 硬度（30～50HRC），塑性韧性较高 高耐磨性，降低淬火应力和脆性。 1、说明下列符号的物理意义及加热速度、冷却速度对它们的影响：Ac1、Ar1、Ar3、Ac3、Accm、Arcm