【正文】 率對空位密度比較敏感，因此其數(shù)值會有顯著下降。而力學(xué)性能對空位的變化不敏感，沒有變化。中溫回復(fù)時，主要涉及位錯的運動。由于位錯滑移會導(dǎo)致同一滑移面上異號位錯合并而相互抵消，位錯密度略有下降，但降低幅度不大，力學(xué)性能變化不大。高溫回復(fù)時，主要涉及位錯的運動。位錯不但可以滑移、而且可以攀移，發(fā)生多邊化，使錯密度有所降低，降低系統(tǒng)部分內(nèi)應(yīng)力，從而使硬度、強度略有下降，塑性、韌性得到改善。綜上，回復(fù)過程可以使冷塑性變形的金屬在基本保持加工硬化的狀態(tài)下降低其內(nèi)應(yīng)力（主要是第一類內(nèi)應(yīng)力），減輕工件的翹曲和變形，降低電阻率，提高材料的耐蝕性并改善其塑性和韌性，提高工件使用時的安全性。再結(jié)晶階段：再結(jié)晶：冷變形后的金屬加熱到一定溫度，保溫足夠時間后，在原來的變形組織中產(chǎn)生了無畸變的新的等軸晶粒，位錯密度顯著下降，性能也發(fā)生顯著變化并恢復(fù)到冷變形前的水平?？瘴缓臀诲e的變化及對性能的影響：再結(jié)晶階段主要是位錯發(fā)生滑移、攀移和多變化，新的無畸變晶粒形成，位錯密度顯著下降，因塑性變形而造成的內(nèi)應(yīng)力可完全被消除，促使硬度和強度顯著下降，塑性和韌性得到明顯提高。76 何謂臨界變形度？在工業(yè)生產(chǎn)中有何實際意義。答：臨界變形度：金屬在冷塑性變形時，當(dāng)變形度達(dá)到某一數(shù)值（一般金屬均在2%10%范圍內(nèi)）時，再結(jié)晶后的晶粒變得特別粗大。這是由于此時的變形度不大，晶核長大線速度和形核率的比值很大，因此得到特別粗大的晶粒。把對應(yīng)得到特別粗大晶粒的變形度稱為臨界變形度。實際意義：通常，粗大的晶粒對金屬的力學(xué)性能十分不能，降低力學(xué)性能指標(biāo)，因此在實際生產(chǎn)時，應(yīng)當(dāng)避免在臨界變形度范圍內(nèi)進(jìn)行壓力加工。但是，有時為了某種特殊目的，需要得到粗晶粒鋼時，例如用于制造電機或變壓器的硅鋼來說，晶粒越粗大越好（磁滯損耗小，效應(yīng)高），可以利用這種現(xiàn)象，制取粗晶粒甚至單晶。77 一塊純錫板被槍彈擊穿，經(jīng)再結(jié)晶退火后，彈孔周圍的晶粒大小有何特征，并說明原因。答：彈孔周圍晶粒大小特征：晶粒大小隨距彈孔的距離產(chǎn)生梯度變化，即距離彈孔距離越近晶粒越細(xì)，距離越遠(yuǎn)晶粒越大，并且在某一距離處（變形量處于臨界變形量范圍內(nèi)），出現(xiàn)特別粗大晶粒組織。原因： 錫板被槍彈擊穿產(chǎn)生的彈孔相當(dāng)于彈孔處產(chǎn)生了劇烈的冷塑性變形，且距離彈孔越近則變形越劇烈。 對冷塑性變形的金屬進(jìn)行再結(jié)晶退火，則冷變形的晶粒必然要發(fā)生再結(jié)晶，且再結(jié)晶后的晶粒大小與變形度密切相關(guān)，這是因為隨著變形度的增加，形變儲存能增加，再結(jié)晶驅(qū)動力增加，形核率N和晶粒長大線速度G同時增加，但G/N的比值減小，使再結(jié)晶的晶粒隨變形度增加而變細(xì)。 然而，當(dāng)變形度在某一臨界變形度范圍內(nèi)（一般金屬在2%10%范圍內(nèi)），由于變形度不大，G/N的比值很大，使再結(jié)晶的晶粒特別粗大。78 某廠對高錳鋼制碎礦機顎板進(jìn)行固溶處理時，經(jīng)1100℃加熱后，用冷拔鋼絲繩吊掛，由起重吊車送往淬火水槽。行至途中，鋼絲繩突然斷裂。這條鋼絲繩是新的，事先經(jīng)過檢查，并無瑕疵。試分析鋼絲繩斷裂原因。答：原因： 按題中所述鋼絲繩的質(zhì)量沒有問題，那么鋼絲繩發(fā)生斷裂則必然使是由于所吊顎板重力對鋼絲繩產(chǎn)生的應(yīng)力超過了鋼絲繩的抗拉強度造成的。在吊運過程中顎板對鋼絲繩產(chǎn)生的應(yīng)力沒有變化，那么發(fā)生變化的則必然是鋼絲繩的強度。 由題述，該鋼絲繩是冷拔而成，及結(jié)果冷塑性變形而成，必然產(chǎn)生了加工硬化現(xiàn)象。由于顎板經(jīng)過1100加熱固溶處理，所以在吊運過程中，高溫顎板對冷拔鋼絲繩起到了加熱作用，當(dāng)鋼絲繩溫度超過其再結(jié)晶溫度時，則會發(fā)生再結(jié)晶現(xiàn)象，導(dǎo)致鋼絲繩強度顯著下降，致使顎板重力對鋼絲繩產(chǎn)生的應(yīng)力超過了鋼絲繩的強度，導(dǎo)致鋼絲繩斷裂。79 設(shè)有一楔形板坯結(jié)果冷軋后得到相同厚度的板材，然后進(jìn)行再結(jié)晶退火，試問該板材的晶粒大小是否均勻？答：不均勻原因：對冷塑性變形的金屬進(jìn)行再結(jié)晶退火，則冷變形的晶粒必然要發(fā)生再結(jié)晶，且再結(jié)晶后的晶粒大小與變形度密切相關(guān)，這是因為隨著變形度的增加，形變儲存能增加，再結(jié)晶驅(qū)動力增加，形核率N和晶粒長大線速度G同時增加，但G/N的比值減小，使再結(jié)晶的晶粒隨變形度增加而變細(xì)。此外，當(dāng)變形度在臨界變形度范圍內(nèi)（一般金屬在2%10%范圍內(nèi)），由于變形度不大，G/N的比值很大，使再結(jié)晶的晶粒特別粗大。由題述，是由厚度不一的楔形板冷變形成相同厚度的板材，則板材的不同位置的變形度必然不同，所以再結(jié)晶后的晶粒大小也必然不同。710 金屬材料在熱加工時為了獲得細(xì)小晶粒組織，應(yīng)該注意一些什么問題？答：熱加工是在高于再結(jié)晶溫度以上的塑性變形過程，塑性變形引起的加工硬化和回復(fù)再結(jié)晶引起的軟化幾乎同時進(jìn)行。所以，在熱加工時為了獲得細(xì)小晶粒我覺得應(yīng)該注意以下幾點： 變形程度。變形度越大則再結(jié)晶晶粒的尺寸越小，同時要避開臨界變形度范圍，防止產(chǎn)生粗大晶粒。 熱加工的溫度。即再結(jié)晶溫度，再結(jié)晶溫度越高，再結(jié)晶的晶粒越大，而且易于引起二次再結(jié)晶，得到異常粗大的晶粒組織。 變形速度。增大變形速度，可推遲再結(jié)晶，并提高再結(jié)晶轉(zhuǎn)變速度，細(xì)化晶粒。 熱加工后的冷卻。冷卻速度過慢，會造成晶粒粗大。 原始晶粒的大小。這是因為當(dāng)變形度一定時，材料的原始晶粒越細(xì)，則再結(jié)晶后的晶粒越細(xì)。 在金屬材料中加入適量的Al、Ti、V、Nb等碳、氮化物形成元素，析出彌散的第二相質(zhì)點，可以有效地阻止高溫下晶粒的長大。711 為獲得細(xì)小的晶粒組織，應(yīng)根據(jù)什么原則制訂塑性變形及退火工藝？答：塑性變形原則：增大變形度，避開臨界變形度范圍，保證變形均勻性。退火工藝原則：降低再結(jié)晶退火溫度，縮短再結(jié)晶退火保溫時間。第8章 擴(kuò)散81 何為擴(kuò)散？固態(tài)擴(kuò)散有哪些種類？答：擴(kuò)散是物質(zhì)中原子（或）分子的遷移現(xiàn)象，是位置傳輸?shù)囊环N方式。根據(jù)擴(kuò)散過程是否發(fā)生濃度變化可分為：自擴(kuò)散、互擴(kuò)散根據(jù)擴(kuò)散方向是否與濃度梯度的方向相同可分為：下坡擴(kuò)散、上坡擴(kuò)散根據(jù)擴(kuò)散過程是否出現(xiàn)新相可分為：原子擴(kuò)散、反應(yīng)擴(kuò)散82 何為上坡擴(kuò)散和下坡擴(kuò)散？舉例說明。答：下坡擴(kuò)散：原子或分子沿濃度降低的方向進(jìn)行擴(kuò)散，使?jié)舛融呌诰鶆蚧１热玷T件的均勻化退火、工件的表面滲碳過程均屬于下坡擴(kuò)散。上坡擴(kuò)散：原子或分子沿濃度升高的方向進(jìn)行擴(kuò)散，即由低濃度向高濃度方向擴(kuò)散，使?jié)舛融呌趦蓸O分化。例如奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變過程中，碳原子從濃度較低的奧氏體中向濃度較高的滲碳體中擴(kuò)散。83 擴(kuò)散系數(shù)的物理意義是什么？影響因素有哪些？答：擴(kuò)散系數(shù)的物理意義：濃度梯度為1時的擴(kuò)散通量。D越大，擴(kuò)散速度越快。影響因素：溫度：擴(kuò)散系數(shù)與溫度呈指數(shù)關(guān)系，隨溫度升高，擴(kuò)散系數(shù)急劇增大。鍵能和晶體結(jié)構(gòu)：鍵能高，擴(kuò)散激活能大，擴(kuò)散系數(shù)減小；不同的晶體結(jié)構(gòu)具有不同的擴(kuò)散系數(shù)：例如從晶體結(jié)構(gòu)來考慮，碳原子在鐵素體中的擴(kuò)散系數(shù)比在奧氏體中的大。固溶體類型：不同類型的固溶體，擴(kuò)散激活能不同，間隙原子的擴(kuò)散激活能比置換原子的小，擴(kuò)散系數(shù)大。晶體缺陷：晶體缺陷處，自由能較高，擴(kuò)散激活能變小，擴(kuò)散易于進(jìn)行?；瘜W(xué)成分：當(dāng)合金元素提高合金熔點，擴(kuò)散系數(shù)減?。蝗艚档秃辖鹑埸c，擴(kuò)散系數(shù)增加84 固態(tài)合金中要發(fā)生擴(kuò)散必須滿足那些條件？為什么？答：擴(kuò)散需有驅(qū)動力。擴(kuò)散過程都是在擴(kuò)散驅(qū)動力的作用下進(jìn)行的，如沒有擴(kuò)散驅(qū)動力，也就不能發(fā)生擴(kuò)散。擴(kuò)散原子要固溶。擴(kuò)散原子在基體中必須由一定的固溶度，形成固溶體，才能進(jìn)行固態(tài)擴(kuò)散。溫度要足夠高。固態(tài)擴(kuò)散是依靠原子熱激活而進(jìn)行的，溫度越高，原子的熱振動越激烈，原子被激活發(fā)生遷移的可能性就越大。時間要足夠長。，只有經(jīng)過相當(dāng)長的時間才能形成物質(zhì)的宏觀定向遷移。85 鑄造合金均勻化退火前的冷塑性變形對均勻化過程有和影響？是加速還是減緩？為什么？答：加速。原因：鑄造合金經(jīng)非平衡結(jié)晶后，會出現(xiàn)不同程度的枝晶偏析。根據(jù)擴(kuò)散第二定律可得知，鑄錠均勻化退火所需時間與枝晶間距的平方成正比，與擴(kuò)散系數(shù)成反比。所以在退火前對合金進(jìn)行冷塑性變形可破碎枝晶，減小枝晶間距，縮短均勻化的時間。86 略（擴(kuò)散系數(shù)計算）87 略（消除枝晶偏析時間計算）88 可否用鉛代替鉛錫合金做對鐵進(jìn)行釬焊的材料，試分析說明之？答：不能。原因：因為釬焊過程只是釬料熔化，母材仍處於固體狀態(tài)。因此要求釬料與母材不但液態(tài)時能互溶，固態(tài)時也必須互溶，依靠他們之間的互擴(kuò)散形成牢固的金屬結(jié)合。而鉛是不固溶于鐵的，因此如果以鉛來做釬料，鐵做母材，則鉛是無法擴(kuò)散到母材中的，無法起到釬焊的效果。89 略810 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：1）溫度高低對滲碳速度有何影響？2）滲碳應(yīng)在奧氏體中還是鐵素體中進(jìn)行？3）空位密度、位錯密度和晶粒大小對滲碳速度有何影響？答：1）溫度越高，滲碳速度越快。因為擴(kuò)散系數(shù)隨溫度升高，急劇增大。2）在奧氏體中進(jìn)行。雖然碳在鐵素體中的擴(kuò)散系數(shù)比在奧氏體中大，但是當(dāng)把鋼加熱至奧氏體時，一方面溫度升高，擴(kuò)散系數(shù)急劇增加；另一方面，奧氏體的溶碳能力急劇增大，可增加滲層深度。3）空位密度和位錯密度越多，滲碳速度越快。因為缺陷處能量較高，擴(kuò)散激活能降低，增大擴(kuò)散系數(shù)。晶粒越小，滲碳速度越快。因為晶粒越小，晶界面積越大，而原子沿晶界的擴(kuò)散速度較快。第9章 鋼的熱處理原理91 金屬固態(tài)相變有哪些主要特征？哪些因素構(gòu)成相變的阻力？答：固體相變主要特征： 相變阻力大 新相晶核與母相晶核存在一定的晶體學(xué)位向關(guān)系。 母相中的晶體學(xué)缺陷對相變其促進(jìn)作用。 相變過程中易出現(xiàn)過渡相。相變阻力構(gòu)成： 表面能的增加。 彈性應(yīng)變能的增加，這是由于新舊兩相的比體積不同，相變時必然發(fā)生體積的變化，或者是由于新舊兩相相界面的不匹配而引起彈性畸變，都會導(dǎo)致彈性應(yīng)變能的增加。 固態(tài)相變溫度低，原子擴(kuò)散更困難，例如固態(tài)合金中原子的擴(kuò)散速度為107—108cm/d，而液態(tài)金屬原子的擴(kuò)散速度為107 cm/s。92 何謂奧氏體晶粒度？說明奧氏體晶粒大小對鋼的性能影響？答：奧氏體晶粒度：是奧氏體晶粒大小的度量。當(dāng)以單位面積內(nèi)晶粒的個數(shù)或每個晶粒的平均面積與平均直徑來描述晶粒大小時，可以建立晶粒大小的概念。通常采用金相顯微鏡100倍放大倍數(shù)下，在645mm2范圍內(nèi)觀察到的晶粒個數(shù)來確定奧氏體晶粒度的級別。對鋼的性能的影響：奧氏體晶粒小：鋼熱處理后的組織細(xì)小，強度高、塑性好，沖擊韌性高。奧氏體晶粒大：鋼熱處理后的組織粗大，顯著降低鋼的沖擊韌性，提高鋼的韌脆轉(zhuǎn)變溫度，增加淬火變形和開裂的傾向。當(dāng)晶粒大小不均勻時，還顯著降低鋼的結(jié)構(gòu)強度，引起應(yīng)力集中，容易產(chǎn)生脆性斷裂。93 試述珠光體形成時鋼中碳的擴(kuò)散情況及片、粒狀珠光體的形成過程？答：珠光體形成時碳的擴(kuò)散：珠光體形成過程中在奧氏體內(nèi)或晶界上由于滲碳體和鐵素體形核，造成其與原奧氏體形成的相界面兩側(cè)形成碳的濃度差，從而造成碳在滲碳體和鐵素體中進(jìn)行擴(kuò)散，簡言之，在奧氏體中由于碳的擴(kuò)散形成富碳區(qū)和貧碳區(qū)，從而促使?jié)B碳體和鐵素體不斷地交替形核長大，直至消耗完全部奧氏體。片狀珠光體形成過程：片狀珠光體是滲碳體呈片狀的珠光體。首先在奧氏體晶界形成滲碳體晶核，核剛形成時與奧氏體保持共格關(guān)系，為減小形核的應(yīng)變能而呈片狀。滲碳體長大的同時，使其兩側(cè)的奧氏體出現(xiàn)貧碳區(qū)，從而為鐵素體在滲碳體兩側(cè)形核創(chuàng)造條件，在滲碳體兩側(cè)形成鐵素體后，鐵素體長大的同時造成其與奧氏體體界面處形成富碳區(qū)，這又促使形成新的滲碳體片。滲碳體和鐵素體如此交替形核長大形成一個片層相間大致平行的珠光體區(qū)域，當(dāng)其與其他部位形成的珠光體區(qū)域相遇并占據(jù)整個奧氏體時，珠光體轉(zhuǎn)變結(jié)束，得到片狀珠光體組織。粒狀珠光體的形成過程：粒狀珠光體是滲碳體呈顆粒狀分布在鐵素體基體上。粒狀珠光體可以有過冷奧氏體直接分解而成，也可以由片狀珠光體球化而成，還可以由淬火組織回火形成。原始組織不同，其形成機理也不同。這里只介紹由過冷奧氏體直接分解得到粒狀珠光體的過程：要由過冷奧氏體直接形成粒狀珠光體，必須使奧氏體晶粒內(nèi)形成大量均勻彌散的滲碳體晶核，即控制奧氏體化溫度，使奧氏體內(nèi)殘存大量未溶的滲碳體顆粒；同時使奧氏體內(nèi)碳濃度不均勻，存在高碳區(qū)和低碳區(qū)。再將奧氏體冷卻至略低于Ar1以下某一溫度緩冷，在過冷度較小的情況下就能在奧氏體晶粒內(nèi)形成大量均勻彌散的滲碳體晶核，每個滲碳體晶核在獨立長大的同時，必然使其周圍母相奧氏體貧碳而形成鐵素體，從而直接形成粒狀珠光體。94 試比較貝氏體轉(zhuǎn)變與珠光體轉(zhuǎn)變和馬氏體轉(zhuǎn)變的異同。答：貝氏體轉(zhuǎn)變：是在珠光體轉(zhuǎn)變溫度以下馬氏體轉(zhuǎn)變溫度以上過冷奧氏體所發(fā)生的中溫轉(zhuǎn)變。與珠光體轉(zhuǎn)變的異同點：相同點：相變都有碳的擴(kuò)散現(xiàn)象；相變產(chǎn)物都是鐵素體+碳化物的機械混合物不同點：貝氏體相變奧氏體晶格向鐵素體晶格改組是通過切變完成的，珠光體相變是通過擴(kuò)散完成的。與馬氏體轉(zhuǎn)變的異同點（可擴(kuò)展）：相同點：晶格改組都是通過切變完成的；新相和母相之間存在一定的晶體學(xué)位相關(guān)系。不同點：貝氏體是兩相組織，馬氏體是單相組織；貝氏體相變有擴(kuò)散現(xiàn)象，可以發(fā)生碳化物沉淀，而馬氏體相變無碳的擴(kuò)散現(xiàn)象。95 簡述鋼中板條馬氏體和片狀馬氏體的形貌特征和亞結(jié)構(gòu)，并說明它們在性能上的差異。答：板條馬氏體的形貌特征：其顯微組織是由成群的板條組成。一個奧氏體晶?？梢孕纬蓭讉€位向不同的板條群，板條群由板條束組成，而一個板條束內(nèi)包含很多近乎平行排列的細(xì)長的馬氏體板條。每一個板條馬氏體為一個單晶體，其立體形態(tài)為扁條狀。在這些密集的板條之間通常由含碳量較高的殘余奧氏體分割開。板條馬氏體的亞結(jié)構(gòu)：高密度的位錯，這些位錯分布不均勻，形成胞狀亞結(jié)構(gòu)，稱為位錯胞。片狀馬氏體的形貌特征：片狀馬氏體的空間形態(tài)呈凸透鏡狀，由于試樣磨面與其相截，因此在光學(xué)顯微鏡下呈針狀或竹葉狀，而且馬氏體片互相不平行，大小不一，越是后形成的馬氏體片尺寸越小。