【正文】 擴(kuò)散。2 何謂上坡擴(kuò)散和下坡擴(kuò)散?試舉例說(shuō)明之。① 下坡擴(kuò)散：沿濃度降低的方向擴(kuò)散，即原子由高濃度區(qū)向低濃度區(qū)擴(kuò)散。 如：不均勻固溶體（鑄件）均勻化過(guò)程、滲碳等。② 上坡擴(kuò)散：沿濃度升高的方向擴(kuò)散，即原子由低濃度區(qū)向高濃度區(qū)擴(kuò)散。 如：奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w時(shí)碳由低濃度的奧氏體向高濃度的滲碳體擴(kuò)散3 固態(tài)金屬中要發(fā)生擴(kuò)散必須滿(mǎn)足哪些條件。答：① 存在擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)力——熱力學(xué)條件 梯度：化學(xué)位(主要）、溫度、應(yīng)力、 電場(chǎng)、磁場(chǎng)等② 擴(kuò)散原子與基體有固溶性——前提條件③ 足夠高溫度——?jiǎng)恿W(xué)條件 ④ 足夠長(zhǎng)時(shí)間——宏觀遷移的動(dòng)力學(xué)條件4 滲碳是將零件置于滲碳介質(zhì)中使碳原子進(jìn)入工件表面，然后以下坡擴(kuò)散的方式使碳原子從表層向內(nèi)部擴(kuò)散的熱處理方法。試問(wèn)：(1) 溫度高低對(duì)滲碳速度有何影響?(2) 滲碳應(yīng)當(dāng)在rFe中進(jìn)行還是應(yīng)當(dāng)在αFe中進(jìn)行?（3）空位密度、位錯(cuò)密度和晶粒大小對(duì)滲碳速度有何影響？答：(1)溫度越高，滲碳速度越快，反之，滲碳速度越慢。 (2)雖然DαFe ≈163DγFe ，但是鋼在滲碳時(shí)仍然在rFe中進(jìn)行。原因是溫度高有利于原子的擴(kuò)散；還有γFe的溶碳能力》αFe 。（3）空位密度和位錯(cuò)密度越大則滲碳速度越快；晶粒越小滲碳速度越快。因?yàn)榭瘴幻芏群臀诲e(cuò)密度越大，晶界越多，晶格畸變能越大，原子擴(kuò)散所需激活能越小，原子就越容易遷移。第九章 熱處理原理(一)填空題1 起始晶粒度的大小決定于 成分 及 冶煉條件 。2 在鋼的各種組織中，馬氏體的比容 最大 ，而且隨著w(C)的增加而 增加 。3．板條狀馬氏體具有高的 強(qiáng)度和硬度 及一定的 塑性 與 韌性 。它的強(qiáng)度與奧氏體 碳含量 有關(guān)， 馬氏體板條群越細(xì)（或尺寸越?。? 則強(qiáng)度越高。4. 淬火鋼低溫回火后的組織是 低碳過(guò)飽和鐵素體 和 粒狀碳化物ε—FexC ( x ≈ ) ；中溫回火后的組織是回火屈氏體 ，一般用于高 彈性 的結(jié)構(gòu)件；高溫回火后的組織是回火索氏體 ，用于要求足夠高的 強(qiáng)度 及高的 塑韌性 的零件。5．鋼在加熱時(shí)，只有珠光體中出現(xiàn)了 濃度起伏 和 結(jié)構(gòu)起伏 時(shí)，才有了轉(zhuǎn)變成奧氏體的條件，奧氏體晶核才能形成。6．馬氏體的三個(gè)強(qiáng)化包括 固溶 強(qiáng)化、相變強(qiáng)化強(qiáng)化、 時(shí)效（沉淀） 強(qiáng)化。7．第二類(lèi)回火脆性主要產(chǎn)生于含 Mn、 、 Cr 、 Ni 等合金元素的鋼中，其產(chǎn)生的原因是鋼中晶粒邊界 偏聚的雜質(zhì)元素 增加的結(jié)果，這種脆性可用 快冷來(lái)防止，此外在鋼中加入 W 和Mo及 形變（亞溫回火） 熱處理等方法也能防止回火脆性。8．共析鋼加熱至稍高于727℃時(shí)將發(fā)生 P→A 的轉(zhuǎn)變，其形成過(guò)程包括 A的形核 、 A的長(zhǎng)大、 剩余滲碳體的溶解和A成分均勻化 等幾個(gè)步驟。9 根據(jù)共析鋼轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的不同，可將C曲線(xiàn)分為 珠光體、 貝氏體、 馬氏體三個(gè)轉(zhuǎn)變區(qū)。10 根據(jù)共析鋼相變過(guò)程中原子的擴(kuò)散情況，珠光體轉(zhuǎn)變屬于擴(kuò)散型 轉(zhuǎn)變，貝氏體轉(zhuǎn)變屬于 半擴(kuò)散型 轉(zhuǎn)變，馬氏體轉(zhuǎn)變屬于非擴(kuò)散型 轉(zhuǎn)變。 11．馬氏體按其組織形態(tài)主要分為 片（針）狀馬氏體 和板條狀馬氏體 兩種。其中板條狀馬氏體的韌性較好。12．馬氏體按其亞結(jié)構(gòu)主要分為胞狀亞結(jié)構(gòu) 和 孿晶亞結(jié)構(gòu)兩種。13．貝氏體按其形成溫度和組織形態(tài)，主要分為 上貝氏體 和 下貝氏體 兩種。14．珠光體按其組織形態(tài)可分為 片狀 珠光體和 粒狀 珠光體；按片間距的大小又可分為珠光體、 索氏體和 托氏體 。1 描述過(guò)冷奧氏體在A1點(diǎn)以下相轉(zhuǎn)變產(chǎn)物規(guī)律的曲線(xiàn)有 TTT 和 CCT 兩種；對(duì)比這兩種曲線(xiàn)可看出，前者指示的轉(zhuǎn)變溫度比后者 高一些 ，轉(zhuǎn)變所需的時(shí)間前者比后者 短一些，臨界冷卻速度前者比后者 大 。1 當(dāng)鋼發(fā)生奧氏體向馬氏體組織的轉(zhuǎn)變時(shí)，原奧氏體中w(c)越高，則Ms點(diǎn)越 低 ，轉(zhuǎn)變后的殘余奧氏體量越 多 。17 鋼的淬透性越高，則臨界冷卻速度越 小 ；其C曲線(xiàn)的位置越 靠右 。1在過(guò)冷A等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物中，P和T的主要相同點(diǎn)是：都是共析體（F + 層片狀 Fe3C）不相同點(diǎn)是：T的層片間距較小。1用光學(xué)顯微鏡觀察，上B的組織特征呈（羽毛）狀，而下B則呈（黑色針）狀。 （二)判斷題1．相變時(shí)新相的晶核之所以易在母相的晶界上首先形成，是因?yàn)榫Ы缣幠芰扛?。?√ ） 2．隨奧氏體中W (C)的增高，馬氏體轉(zhuǎn)變后，其中片狀馬氏體減少，板條狀馬氏體增多。（）3．第一類(lèi)回火脆性是可逆的，第二類(lèi)回火脆性是不可逆的。（ ） 4．馬氏體降溫形成時(shí)，馬氏體量的不斷增加不是依靠原有的馬氏體長(zhǎng)大，而是不斷形成新的馬氏體。（ √ ）5．鋼經(jīng)加熱奧氏體化后，奧氏體中碳與合金元素的含量與鋼中碳及合金元素的含量是相等的。（ ）6．所謂本質(zhì)細(xì)晶粒鋼，就是一種在任何加熱條件下晶粒均不粗化的鋼。（ ）7．當(dāng)把亞共析鋼加熱到Ac1和Ac3之間的溫度時(shí)，將獲得由鐵素體與奧氏體構(gòu)成的兩組織，在平衡條件下，其中奧氏體的w(C)總是大于鋼的w(C)。 （ √ ）8．馬氏體是C在aFe中所形成的過(guò)飽和固溶體，當(dāng)發(fā)生奧氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變時(shí)，體積發(fā)生收縮。 （ ）9 鋼在奧氏體化時(shí)，若奧氏體化溫度愈高，保溫時(shí)間愈長(zhǎng)，則過(guò)冷奧氏體愈穩(wěn)定，C曲線(xiàn)愈靠左。 ( )當(dāng)共析成分的A在冷卻發(fā)生P轉(zhuǎn)變時(shí)，溫度越低，其轉(zhuǎn)變產(chǎn)物組織越粗。（ ） (三)選擇題 1 鋼在淬火后所獲得馬氏體組織的粗細(xì)主要取決于 B 。 A．奧氏體的本質(zhì)晶粒度 B．奧氏體的實(shí)際晶粒度 C奧氏體的起始晶粒度 D．珠光體和鐵素體的原始晶粒度2．高碳片狀馬氏體脆性較大的原因是 A 。 A．有顯微裂紋存在 B．固溶度太高 C 殘余奧氏體存在于馬氏體片間界處 D．轉(zhuǎn)變不完全3．低碳板條馬氏體中板條群的大小決定于 C 。 A．冷卻速度的大小 B．奧氏體w(C)多少 C 奧氏體晶粒的大小 D．以上都不是4 在淬火鋼中w(C)增加到0．6％以后，隨w(C)增加硬度不再繼續(xù)增加，這是因?yàn)锳 A 隨w(C)的增加殘余奧氏體的量增多的關(guān)系 B．隨w(C)增加片狀馬氏體的量增多的關(guān)系 C 隨w (C)增加淬火內(nèi)應(yīng)力增大的關(guān)系 D．隨w(C)增加非馬氏體量減少的關(guān)系5．若鋼中加入合金元素能使C曲線(xiàn)左移，則將使淬透性 B A．提高 B．降低 C不改變 D．對(duì)小試樣提高，對(duì)大試樣則降低 6在過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖的鼻尖處，孕育期最短，此處 B A．過(guò)冷奧氏體穩(wěn)定性最好，轉(zhuǎn)變速度最快 B 過(guò)冷奧氏體穩(wěn)定性最差，轉(zhuǎn)變速度最快 C 過(guò)冷奧氏體穩(wěn)定性最差，轉(zhuǎn)變速度最慢 D 過(guò)冷奧氏體穩(wěn)定性最好，轉(zhuǎn)變速度最慢7 鋼進(jìn)行奧氏體化的溫度愈高，保溫時(shí)間愈長(zhǎng)則 B A．過(guò)冷奧氏體愈穩(wěn)定，C曲線(xiàn)愈靠左 B．過(guò)冷奧氏體愈穩(wěn)定，C曲線(xiàn)愈靠右 C 過(guò)冷奧氏體愈不穩(wěn)定，C曲線(xiàn)愈靠左 D．過(guò)冷奧氏體愈不穩(wěn)定，C曲線(xiàn)愈靠右8 上貝氏體和下貝氏體的機(jī)械性能相比較， D A．兩者具有較高的強(qiáng)度和韌性 B．兩者具有很低的強(qiáng)度和韌性 C 上貝氏體具有較高強(qiáng)度和韌性 D．下貝氏體具有較高強(qiáng)度和韌性9．過(guò)共析鋼加熱到Ac1一Accm之間時(shí)，則 A A．奧氏體的w(C)小于鋼的w(C) B 奧氏體的w (C)大于鋼的w(C) C 奧氏體的w(C)等于鋼的w(C) D．無(wú)法判斷兩者w (C)的關(guān)系(四) 問(wèn)答題1 、M的本質(zhì)是什么？它的硬度為什么很高？是什么因素決定了它的脆性？答：M的本質(zhì)是C在α Fe中的過(guò)飽和固溶體?！　∠嘧儚?qiáng)化、固溶強(qiáng)化和時(shí)效強(qiáng)化　　高碳M的脆性大，是由于其C的過(guò)飽和度大，則內(nèi)應(yīng)力大造成。另外，孿晶結(jié)構(gòu)增加了其脆性。為什么馬氏體的塑性和韌性與其碳含量（或形態(tài)）密切相關(guān)？高碳馬氏體由于過(guò)飽和度大、內(nèi)應(yīng)力高和存在孿晶結(jié)構(gòu)，所以硬而脆，塑性、韌性極差，但晶粒細(xì)化得到的隱晶馬氏體卻有一定的韌性。而低碳馬氏體，由于過(guò)飽和度小，內(nèi)應(yīng)力低和存在位錯(cuò)亞結(jié)構(gòu)，則不僅強(qiáng)度高，塑性、韌性也較好。熱處理方式組織a水淬M＋A殘b分級(jí)淬火M＋A殘c油淬S+T＋M＋A殘d等溫淬火B(yǎng)下＋ A殘e正火P+Sf退火Pg等溫退火P直徑為10mm的共析鋼小試樣加熱到相變點(diǎn)A1以上30℃，用圖182所示的冷卻曲線(xiàn)進(jìn)行冷卻，分析其所得到的組織，說(shuō)明各屬于什么熱處理方法。答：有一根長(zhǎng)2米直徑20mm的實(shí)心T12鋼圓棒，不均勻加熱，加熱后棒料溫度如圖所示，假設(shè)各段冷卻介質(zhì)如表所示，請(qǐng)?jiān)诟鞫沃刑钊胂鄳?yīng)的相組織，并分析其力學(xué)性能。 A B C D1000 ℃ 750 ℃ 700 ℃ 500 ℃ABCD水冷粗M+A殘M+A殘P+Fe3CII P+Fe3CII油冷粗T+M+Fe3CII+A殘T+M+Fe3CII+A殘P+Fe3CIIP+Fe3CII爐冷粗P+Fe3CII 網(wǎng)P+Fe3CIIP+Fe3CIIP+Fe3CII空冷粗P+Fe3CIIS+Fe3CIIP+Fe3CIIP+Fe3CII試比較索氏體和回火索氏體，托氏體和回火托氏體，馬氏體和回火馬氏體之間在形成條件、組織形態(tài)、性能上的主要區(qū)別。答：馬氏體回火馬氏體形成條件230～－50℃淬火后低溫回火150～250℃以上組織形態(tài)碳在α－Fe中過(guò)飽和的固溶體，形態(tài)為片狀或板條狀由過(guò)飽和的α相與其共格的ε－，形態(tài)保留原M形狀性 能高碳片狀M，硬度（64～66HRC）、脆性大，塑性、韌性差。低碳板條狀M，硬度（30～50HRC），塑性韌性較高由于需低溫淬火的都為高碳鋼，故保持淬火M的高硬度（58～62HRC)高耐磨性，降低淬火應(yīng)力和脆性。說(shuō)明下列符號(hào)的物理意義及加熱速度、冷卻速度對(duì)它們的影響：AcArArAcAccm、Arcm答：Ac1——加熱時(shí)珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變的開(kāi)始溫度Ar1——冷卻時(shí)奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變的開(kāi)始溫度Ar3——冷卻時(shí)奧氏體開(kāi)始析出先共析鐵素體的溫度Ac3——加熱時(shí)鐵素體全部溶入奧氏體的終了溫度Accm——加熱時(shí)二次滲碳體全部溶入奧氏體的終了溫度Arcm——冷卻時(shí)奧氏體開(kāi)始析出二次滲碳體的溫度冷卻速度越大，以上臨界溫度偏離平衡位置越大。今有40鋼坯（平衡組織）從室溫緩慢加熱到1000℃保溫，詳述其在加熱過(guò)程中的組織轉(zhuǎn)變過(guò)程。知Ac1＝724℃，Ac3＝790℃。答：加熱溫度低于Ac1＝724℃時(shí)，組織不變；加熱溫度大于724℃后珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，溫度在724~790℃時(shí)，組織為A+F；加熱溫度大于790℃后，鐵素體全部溶入奧氏體中，此時(shí)組織為細(xì)小的A；隨加熱溫度的繼續(xù)升高，達(dá)到1000℃保溫，組織為粗大的奧氏體。何謂奧氏體的起始晶粒度，實(shí)際晶粒度，本質(zhì)晶粒度？為什么用鋁脫氧的鋼或加入少量V、Ti、Nb、Zr、W、Mo等元素的鋼是本質(zhì)細(xì)晶粒鋼？本質(zhì)細(xì)晶粒鋼的奧氏體實(shí)際晶粒是否一定細(xì)小。答：初始晶粒度—奧氏體轉(zhuǎn)變剛結(jié)束時(shí)的晶粒大小。 實(shí)際晶粒度—具體加熱條件下獲得的奧氏體晶粒大小。①與具體熱處理工藝有關(guān)： 熱處理溫度↑，時(shí)間↑，晶粒越大。 ②與晶粒是否容易長(zhǎng)大有關(guān) 本質(zhì)晶粒度—指鋼在特定的加熱條件下，奧氏體晶粒長(zhǎng)大的傾向性，分為本質(zhì)粗晶粒度和本質(zhì)細(xì)晶粒度。 Al脫氧鎮(zhèn)靜鋼和含V、Ti、Nb、Zr鋼，因有難溶粒子的機(jī)械阻礙作用（釘扎作用），加熱奧氏體化時(shí)晶粒不易粗化。 本質(zhì)粗晶粒度鋼實(shí)際晶粒度并非一定粗大，本質(zhì)細(xì)晶粒度鋼實(shí)際晶粒度并非一定細(xì)小，而與具體的熱處理工藝有關(guān)。只是表征該鋼種在通常的熱處理?xiàng)l件下A晶粒長(zhǎng)大的趨勢(shì)，不代表真實(shí)、實(shí)際晶粒大小。畫(huà)出T8鋼過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)，在等溫轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)上畫(huà)出為獲得以下組織應(yīng)采取的連續(xù)冷卻曲線(xiàn)：（1）索氏體＋珠光體；（2）馬氏體＋殘余奧氏體；（3）屈氏體＋馬氏體＋殘余奧氏體。共析碳鋼 TTT 與 CCT 曲線(xiàn)A1MsMfTτC′VcVc′M+A′M+P +A′P 共析碳鋼 CCT曲線(xiàn) 共析碳鋼 TTT曲線(xiàn)PS Pf①②③Vc″C鋼中馬氏體高強(qiáng)度高硬度的本質(zhì)是什么？鋼中馬氏體的硬度主要與什么因素有關(guān)？ 答：固溶強(qiáng)化：碳處于α相扁八面體間隙中，造成晶格的正方畸變，其應(yīng)力場(chǎng)與位錯(cuò)發(fā)生強(qiáng)烈交互作用→提高M(jìn)強(qiáng)度和硬度。相變強(qiáng)化：A轉(zhuǎn)變成M時(shí)，造成高密度位錯(cuò)、孿晶、層錯(cuò)。時(shí)效強(qiáng)化：碳及合金元素向位錯(cuò)或缺陷處擴(kuò)散偏聚或析出，釘扎位錯(cuò)。另外，原始A晶粒越細(xì)，M強(qiáng)度越高。因?yàn)镸相界面越多，阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)阻力越大。鋼中馬氏體的硬度主要與碳含量有關(guān)。鋼中板條馬氏體具有較好的強(qiáng)韌性，而片狀馬氏體塑韌性較差，可否用板條馬氏體代替片狀馬氏體？答：可以。低碳鋼或低合金鋼采用強(qiáng)烈淬火(鹽溶液)——獲得全板條狀M。中碳低合金鋼或中碳合金鋼采用高溫加熱淬火——使A成分均勻，消除富碳區(qū)，淬火后獲得較多板條M。高碳鋼采用低溫快速、短時(shí)加熱淬火——可