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2013年金属材料热处理复试题目 一、 名词解释（30分）

蠕变极限 ；晶间腐蚀；二次淬火；红硬性；淬透性与淬硬性；过冷奥氏体 二、简答（20分）

（1）为什么4Cr13为过共析钢，Cr12MoV为莱氏体钢？

答：从Fe-C相图来看，共析点（一般称为S点）C含量为%，即含碳量大于%才有可能是过共析钢；奥氏体中C含量最多为%（相图上的该点称为E点），钢中C含量超过%中才可能有莱氏体组织。但4Cr13钢和Cr12MoV钢中加入了合金元素，改变了相图，所以它们的微观组织与普通碳钢不同。

元素Cr是使奥氏体区缩小的元素。4Cr13钢中含有Cr元素13%左右。4Cr13虽然含碳量接近%，但由于合金元素Cr使Fe-Fe3C相图的共析点S左移，详见下图，故4Cr13应为过共析钢。

Cr12MoV钢中含有Cr元素12%左右，相图中E点左移，使得Cr12MoV成为莱氏体钢。

（1.从牌号看元素含量；2.各元素对Fe-C相图的影响）

（2）奥氏体不锈钢和高锰钢固溶处理后放在水中冷却的目的与一般钢的淬火的目的有何区别？作用是什么？ 答：

奥氏体不锈钢中C元素与Cr元素会形成Cr-C化物，如Cr23C6，分布于晶界，造成晶界附近的贫Cr区，Cr元素是决定不锈钢耐蚀的重要元素，贫Cr区的出现使得奥氏体不休钢易发生晶界腐蚀。因此，对奥氏体不锈钢进行固溶处理，在1000~1100℃下保温，使得碳化物溶解，使各种合金元素均匀地溶解在奥氏体组织中，然后快速冷却（或水冷），避免冷却过程中碳化物析出，最后获得单一的奥氏体组织。

固溶处理时一般将奥氏体不锈钢加热到950～1150℃左右，保温一段时间，使碳化物和各种合金元素充分均匀地溶解于奥氏体中，然后快速淬水冷却，碳及其它合金元素来不及析出，获得纯奥氏体组织。奥氏体不锈钢有敏化温度：450~850℃。在此温度区间很容易析出各种碳化物，所以要快速冷却，避开此区间。 高锰钢是一类高锰奥氏体铸钢。铸态组织中沿晶界析出的网状碳化物显著降低钢的强度、韧性和抗磨性。为此，必须经过热处理，将钢加热到单相奥氏体温度范

围，使碳化物充分溶入奥氏体，然后水冷，获得单一的奥氏体组织。这种热处理称为水韧处理。

钢的淬火是将钢加热到临界温度Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体化，然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms以下（或Ms附近等温）进行马氏体（或贝氏体）转变的热处理工艺。淬火水冷是为了得到较高的冷速。

（我问过一个做奥氏体不锈钢课题的同学，奥氏体钢固溶处理后水冷是否会发生马氏体转变，他说在实际操作中并没有发生马氏体转变。分析了一下，可能是奥氏体不锈钢中的各种合金元素降低了MS点，所以冷速虽然快，但并没有降到MS点下，因而没发生马氏体转变）

三、碳钢淬火后回火过程中的组织转变（20分） 答：

1. 马氏体中碳原子的偏聚

⑴含碳量小于%的低碳马氏体中，绝大部分碳原子偏聚到高密度的位错线上，形成柯氏气团。⑵含碳量大于%的马氏体，碳原子在垂直c轴的（001）m面上偏聚，伴随有化学自由能降低，正方度c/a增加，硬度、强度有所提高，称为化学偏聚。这种偏聚也为析出亚稳定ε碳化物作准备。 2. 马氏体的分解

马氏体的分解可分为两个阶段。

高碳马氏体在100-150℃回火为马氏体分解的第一阶段。碳原子只做短距离迁移，析出的ε碳化物片从周围取得碳原子长大，从而形成贫碳区，远离ε相的地区仍是高碳区，故称为马氏体的二相式分解。

150℃以上回火为马氏体分解的第二阶段，发生连续式分解、碳原子可以作较长距离的迁移，随ε碳化物的析出，α相碳浓度均匀降低，马氏体分解可延续到350℃，此时c/a趋近于1。 3. 残余奥氏体的转变

在200-300℃范围内回火时，残余奥氏体分解为过饱和α固溶体和薄片状ε碳化物的复相组织，二者保持共格，一般认为是回火马氏体或下贝氏体。 4. 碳化物的转变

在250-400℃回火时，碳钢马氏体中过饱和碳原子几乎全部脱溶，析出比ε碳化物更稳定的碳化物。一种是χ碳化物，具有单斜晶系；另一种是θ碳化物，也就是渗碳体。

5. 碳化物的聚集长大和α相回复、再结晶

当回火温度高于400℃时，渗碳体明显聚集长大并球化。α相中过饱和固溶碳原子全部脱溶，其本身正方度消失，逐渐回复与再结晶，组织中的碳化物也将聚集和球化。

对于条状马氏体来说，回火温度超过400℃时，马氏体的位错密度逐渐降低，剩下的位错又形成二维位错网络，排列成“墙”，构成α相中的亚晶界，从而将其分割成许多亚晶粒。同时，α相中的点阵畸变逐渐消失，称为α相的回复阶段。但是仍保持条形形态。只有回火温度超过600℃时，α相发生再结晶由位错密度降低的等轴晶粒代替回复时的条状组织，条状马氏体形态才消失。 对于高碳钢中的片状马氏体来说，当回火温度超过250℃时，孪晶开始消失，出现位错胞和位错线，显微裂纹逐渐被填合。回火温度达400℃时，孪晶全部消失，α相回复，逐渐形成多边化亚晶粒，仍保持片状特征。当温度高于600℃时，片状马氏体形态消失，等轴状α相代替片状α相。

综上所述，淬火钢在回火过程中的组织变化为：在150~250℃回火，片状马氏体分解为含碳过饱和的α固溶体和ε(或η)碳化物的两相组织，即回火马氏体。在350~500℃之间回火时，碳钢与低合金钢将得到板条状或片状铁素体与细颗粒渗