1、1. 奥氏体晶粒大小与哪些因素有关？为什么说奥氏体晶粒大小直接影响冷却后钢的组织和性能？奥氏体晶粒大小是影响使用性能的重要指标，主要有下列因素影响奥氏体晶粒大小。 （1） 加热温度和保温时间。加热温度越高，保温时间越长，奥氏体晶粒越粗大。 （2） 加热速度。加热速度越快，过热度越大，奥氏体的实际形成温度越高，形核率和长大速度的比值增大，则奥氏体的起始晶粒越细小，但快速加热时，保温时间不能过长，否则晶粒反而更加粗大。 （3） 钢的化学成分。在一定含碳量范围内，随着奥氏体中含碳量的增加，碳在奥氏体中的扩散速度及铁的自扩散速度增大，晶粒长大倾向增加，但当含碳量超过一定限度后，碳能以未溶碳化物的形式存
2、在，阻碍奥氏体晶粒长大，使奥氏体晶粒长大倾向减小。 （4） 钢的原始组织。钢的原始组织越细，碳化物弥散速度越大，奥氏体的起始晶粒越细小，相同的加热条件下奥氏体晶粒越细小。传统多晶金属材料的强度与晶粒尺寸的关系符合 Hall-Petch 关系，即 s=0+kd -1/2，其中 0 和 k 是细晶强化常数，s 是屈服强度，d 是平均晶粒直径。显然，晶粒尺寸与强度成反比关系，晶粒越细小，强度越高。然而常温下金属材料的晶粒是和奥氏体晶粒度相关的，通俗地说常温下的晶粒度遗传了奥氏体晶粒度。所以奥氏体晶粒度大小对钢冷却后的组织和性能有很大影响。奥氏体晶粒度越细小，冷却后的组织转变产物的也越细小，其强度也越
3、高，此外塑性，韧性也较好。2过冷奥氏体在不同的温度等温转变时，可得到哪些转变产物？试列表比较它们的组织和性能。转变产物组织 性能珠光体珠光体是铁素体和渗碳体的机械混合物，渗碳体呈层片状分布在铁素体基体上。转变温度越低，层间距越小。珠光体的力学性能介于铁素体和渗碳体之间，强度较高，硬度适中，塑性和韧性较好。贝氏体上贝氏体组织形态呈羽毛状，在光学显微镜下，铁素体呈暗黑色，渗碳体呈亮白色。下贝氏体组织形态呈黑色针状。上贝氏体强度较低，塑性和韧性较差。下贝氏体强度较高，塑性和韧性也较好，具有良好的综合力学性能。马氏体板条状马氏体由一束束平行的长条状晶体组成，其单个晶体的立体形态为板条状。针片状马氏体由
4、互成一定角度的针状晶体组成。板条状马氏体具有较高硬度、较高强度与较好塑性和韧性相配合的良好的综合力学性能。针片状马氏体具有比板条状马氏体更高的硬度，但脆性较大，塑性和韧性较差。3.共析钢过冷奥氏体在不同温度的等温过程中，为什么 550的孕育期最短，转变速度最快？因为过冷奥氏体的稳定性同时由两个因素控制：一个是旧与新相之间的自由能差 G；另一个是原子的扩散系数 D。等温温度越低，过冷度越大，自由能差 G 也越大，则加快过冷奥氏体的转变速度；但原子扩散系数却随等温温度降低而减小，从而减慢过冷奥氏体的转变速度。高温时，自由能差 G 起主导作用；低温时，原子扩散系数起主导作用。处于“鼻尖”温度时，两个
5、因素综合作用的结果，使转变孕育期最短，转变速度最大。4.判断下列说法是否正确，为什么？（1）钢在奥氏体化冷却，所形成的组织主要取决于钢的加热速度。（2）低碳钢和高碳钢零件为了切削方便，可预先进行球化退火处理。（3）过冷奥氏体的冷却速度越快，钢件冷却后的硬度越高。（4）钢经淬火后处于硬脆状态。（5）马氏体中的碳含量等于钢中的碳含量。（1）错误，取决于钢的冷却速度。（2）错误，低碳钢工件为了便于切削加工，预先进行热处理应进行正火，提高硬度。而高碳钢工件则应进行球化退火（若网状渗碳体严重则在球化退火前增加一次正火） ，其目的都是为了将硬度调整到 HB200 左右并细化晶粒、均匀组织、消除网状渗碳体。
6、（3）错误，钢的硬度主要取决于含碳量。（4）正确。（5）错误，钢中的含碳量是否等于马氏体的含碳量，要看加热温度。完全奥氏体化时，钢的含碳量等于奥氏体含碳量，淬火后即为马氏体含碳量。如果是部分奥氏体化，钢的含碳量一部分溶入奥氏体，一部分是未溶碳化物，从而可以减轻马氏体因含碳量过高的脆性，也能细化晶粒，此时马氏体含碳量要低于钢的含碳量。5.什么是 Vk？其主要影响因素有哪些？Vk 是指淬火临界冷却速度。其主要受化学成分的影响：亚共析钢随着含碳量的增加，C 曲线右移，过冷奥氏体稳定性增加，则 Vk 减小，过共析钢中随着含碳量的增加，C 曲线左移，过冷奥氏体稳定性减小，则 Vk 增大；合金元素中，除
7、Co 和 Al 以外的所有合金元素，都增大过冷奥氏体稳定性，使 C 曲线右移，则 Vk 减小。6.什么是马氏体？其组织形态和性能取决于什么因素？马氏体是在碳在 -Fe 中的过饱和固溶体。马氏体最初是在钢（中、高碳钢）中发现的：将钢加热到一定温度（形成奥氏体）后经迅速冷却（淬火） ，得到的能使钢变硬、增强的一种淬火组织。其组织形态和性能取决于材料的成分和淬火速率。7马氏体转变有何特点？为什么说马氏体转变是一个不完全的转变？（1）相变的无扩散性。（2）切变共格性。（3）新相与母相之间有一定的位向关系与惯习面。（4）马氏体转变在一个温度范围内完成。马氏体转变是一个不完全的转变。由于多数钢的 Mf（马
8、氏体转变结束的温度点）在室温以下，因此钢冷却到室温时仍有部分未转变的奥氏体存在，称之为残余奥氏体（Ar） ，随碳含量的增加，Ar 也随之增加。一般钢经过淬火后要经过深冷处理来减少 Ar 的量。8.退火的主要目的是什么？生产中常用的退火方法有哪几种？退火的主要目的是消除铸件、锻件及焊接件的工艺缺陷，改善金属材料的加工成型性能、切削加工性能、热处理工艺性能，稳定零件的几何尺寸。常用的退火的方法有：完全退火，球化退火，去应力退火。9.正火与退火相比有何异同？什么条件下正火可代替退火？正火是将工件加热到 Ac3或者 Accm以上一定的温度并保温一定时间，而后在空气中冷却得到珠光体型组织的热处理工艺，而
9、退火是将工件加热到适当温度，保温一定时间再缓慢冷却而获得接近平衡组织的热处理工艺。正火与退火的不同点是正火冷却速度比退火冷却速度稍快，因而正火组织要比退火组织更细一些，其机械性能也有所提高。正火炉外冷却不占用设备，生产率较高，因此生产中尽可能采用正火来代替退火。生产上退火和正火工艺的选择应根据钢种冷热加工工艺零件的使用性能及经济性综合考虑。含碳量 Wc0.75%以上的高碳钢或工具钢一般均采用球化退火作为预备热处理,如有网状二次渗碳体存在,则应先进行正火消除之。10.为什么过共析钢锻件采用球化退火而不用完全退火？因为过共析钢采用完全退火，完全奥氏体化，加热温度高，晶粒容易粗大，得到组织为珠光体和
10、网状二次渗碳体，硬度较大，不便于切削加工。球化退火，不完全奥氏体化，存在渗碳体，晶粒不易长大，得到组织为珠光体和粒状二次渗碳体，硬度较低，机械加工性能好。11.为什么说淬火回火处理是钢铁材料最经济和最有效的强化手段？钢件的淬火与回火是热处理工艺中最重要的、应用最广泛的工序。作为各种机器零件以及工、模具的最终热处理，淬火回火决定着钢件的最终性能。淬火能够显著提高钢件的硬度与强度。为了消除淬火钢件的残余应力，得到不同强度、硬度、塑性、韧性配合的综合性能，则要以合适的回火处理相结合。在实际应用中淬火与回火是联系在一起不可分割的两种热处理工艺。12.将两个同尺寸的 T12 钢试样，分别加热到 780和
11、 860，并保温相同时间，然后以大于 vk 的同一冷却速度至室温，试问：（1）哪个试样中马氏体的 wc 较高？（2）哪个试样中残余奥氏体量较多？（3）哪个试样中未溶碳化物较多？（4）哪个淬火加热温度较合适？为什么？（1）860，处于完全奥氏体化区，奥氏体的含碳量即为马氏体的含碳量。（2）860，奥氏体的含碳量越高，Ms 和 Mf 就越低，残余奥氏体就越多。（3）780，因为 780处于不完全奥氏体化区，还有许多未溶碳化物。（4）780，处于部分奥氏体化区，加热组织为奥氏体+未溶碳化物（阻碍晶粒长大） ，晶粒细小。同时控制了奥氏体含碳量，也就控制了马氏体含碳量，降低了马氏体脆性。淬火组织：马氏体
12、+未溶碳化物+残余奥氏体，保证了强度、硬度。13一根直径为 6mm 的 45 钢棒料，经 860淬火、160低温回火后，硬度为 55HRC，然后从一端加热，使钢棒上各点达到图 5-1所示的温度。试问：（1）此时各点的组织是什么？（2）从图示温度缓冷至室温后各点的组织是什么？（3）从图示温度水冷至室温后各点的组织是什么？（1）150点：低于 160，组织不变，回火马氏体550点：高于 160，低于 A1 线，相当于高温回火，组织：回火索氏体。750点：高于 A1 线，相当于重新加热，部分奥氏体化，组织：奥氏体+铁素体。840点：高于 A3 线，完全奥氏体化，组织：奥氏体。950点：高于 A3 线
13、，完全奥氏体化，组织：粗大奥氏体。（2）150点：低于 160，缓冷到室温后，组织不变，回火马氏体550点：高于 160，低于 A1 线，相当于高温回火，缓冷到室温后，组织：回火索氏体。750点：高于 A1 线，相当于重新加热，部分奥氏体化，缓冷到室温后，组织：珠光体+铁素体。840点：高于 A3 线，完全奥氏体化，组织：奥氏体。缓冷到室温后，组织：珠光体+铁素体。950点：高于 A3 线，完全奥氏体化，组织：粗大奥氏体。缓冷到室温后，组织：珠光体+铁素体。（3）150点：低于 160，水冷到室温后，组织不变，回火马氏体。550点：高于 160，低于 A1 线，相当于高温回火，水冷到室温后，组
14、织：回火索氏体。750点：高于 A1 线，相当于重新加热，部分奥氏体化，水冷到室温后，组织：马氏体+铁素体。840点：高于 A3 线，完全奥氏体化，组织：奥氏体。水冷到室温后，组织：马氏体950点：高于 A3 线，完全奥氏体化，组织：粗大奥氏体。水冷到室温后，组织：粗大马氏体。14. 现有 20 钢和 40 钢制造的齿轮各一个，为了提高轮齿齿面的硬度和耐磨性，宜采用何种热处理工艺？热处理后的组织和性能有何不同？20#钢：渗碳淬火，采用淬火加低温回火的工艺。渗碳淬火后表面硬度可达 HRC5662，齿面接触强度高，耐磨性好，芯部也有较高的韧性。表面组织是高碳回火马氏体，心部组织是铁素体和珠光体。40#钢：表面淬火加低温回火，淬火后表面硬度可达HRC4550，齿面接触强度高，耐磨性好，芯部较软，有较高的韧性。表面组织是回火马氏体，心部组织组织是铁素体和珠光体。15什么是钢的淬透性和淬硬性?它们对于钢材的使用各有何意义?淬透性是指钢件淬火时获得马氏体的能力，淬透性与 C 曲线的位置有关，主要取决于合金元素的含量与种类。而淬硬性是指钢在正常淬火条件下，以超过 VK的速度冷却所形成的马氏体组织所能达到的最高硬度，淬硬性与含碳量有关，含碳量越高，得到的马氏体的硬度越高。
