金属固态相变原理习题及解答

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1、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

2、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

3、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。在一定的加热速度范围内，临界点随加热速度增大而升高。相变是在一个温度范围

4、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。可以获得超细晶粒。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。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。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9

5、30±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

6、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。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，奥氏体的形成温度越高

7、，所获得的起始晶粒度越细。碳含量：钢中碳含量越高，碳化物的数量增加，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，即奥氏体均匀化时间延长。原始组织的影响：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。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

8、，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