试问如何进行热处理才能达到上述目的? 答: 热处理方法: 1、采用亚温淬火+预冷淬火的方法,即将过共析钢快速加热至 AC1-ACcm 之间 略高于 AC1 某一温度短时保温,得到细小的碳浓度不均匀奥氏体晶粒和未溶 的渗碳体颗粒。淬火前将奥氏体钢在空气中预冷,使其析出部分先共析渗碳 体,降低奥氏体含碳量,然后再淬火可以得到碳含量较低的细小片状马氏体, 以及部分板条马氏体,从而得到以片状马氏体为主加粒状碳化物以及部分板 条马氏体组织,使钢具有高的强度并且具有良好的韧性。 2、适当的降低淬火冷却速度,因为冷却速度越大,形成片状马氏体的含碳量越 低,不易形成板条马氏体。 9-17 如何把含碳 0.8%的碳钢的球化组织转变为:1、细片状珠光体;2、粗片状 珠光体;3、比原来组织更小的球化组织。 答: 获得细片状珠光体工序: 正火:将粒状珠光体钢完全奥氏体化,快速冷却至 Ar1 以下较低温度保温一段时 间后缓冷至室温。 获得粗片状珠光体工序: 完全退火:将粒状珠光体钢完全奥氏体化,快速冷却至略低于 Ar1 以下某一温度 保温然后在随炉缓慢冷却至室温。 获得更小的粒状珠光体工序: 调质(亚温淬火+高温回火):将粒状珠光体钢加热至 AC1-ACcm 之间某一温度 保温,得到细小的奥氏体晶粒和未溶的渗碳体颗粒后,淬火成马氏体组织,再将 马氏体组织钢加热到一定温度回火使马氏体分解、析出细粒状渗碳体,得到针状 铁素体加细粒状渗碳体的粒状珠光体组织 9-18 如何把含碳 0.4%的退火碳钢处理成:1、在大块游离铁素体和铁素体基体 上分布着细球状碳化物;2、铁素体基体上分布着细球状碳化物。 答: 第1种组织热处理工艺: 球化退火:由于是退火亚共析钢,其原始组织为块状先共析铁素体加片状珠光体, 因此只需加珠光体中的片状渗碳体处理成球状渗碳体。可以将退火碳钢加热至 AC1-AC3 之间保温,保留先共析块状铁素体和部分未溶渗碳体质点,得到碳含 量不均匀的奥氏体组织,然后在 Ar1 以下较高温度保温球化,获得在大块游离铁 素体和铁素体基体上分布着细球状碳化物的组织。 第2种组织热处理工艺: 调质:将退火碳钢加热到 AC3 温度以上完全奥氏体化,淬火成马氏体,再将马 氏体组织加热到一定温度回火使马氏体分解、析出细粒状渗碳体,得到铁素体基 体加细球状渗碳体组织。 9-19 假定将已淬火而未回火的含碳 0.8%的碳钢件(马氏体组织)放入 800℃炉内,上述组织对 800℃奥氏体化时间有什么影响?如果随后淬火发现零件上 油裂纹,试解释裂纹产生的原因。 答: 马氏体组织对奥氏体化时间影响: 会加快奥氏体化时间。原因:因为将淬火钢加热到奥氏体温度时,淬火马氏体处 于非常不稳定状态,通常首先在马氏体相界面上形成奥氏体晶核,这是因为相界 面上碳浓度不均匀、原子排列不规则易于产生促进形核的浓度起伏和结构起伏。 所以当原始组织为片状马氏体时,马氏体片越细,它们的相界面越多,则形成奥 氏体的晶核越多,晶核长大速度越快,因此可加速奥氏体的形成,缩短奥氏体化 时间。 裂纹产生的原因: 这是因为含碳 0.8%的碳钢件淬火时形成片状马氏体,马氏体片形成速度很快, 在其相互碰撞或与奥氏体晶界相碰撞时产生很大的应力场,片状马氏体本身也很 脆,不能通过滑移或孪生变形使应力得到松弛,因此容易产生淬火显微裂纹。这 些显微裂纹在随后的再次淬火过程中受到较大内应力的作用,裂纹尖端应力集 中,从而使裂纹得到扩展,最终在零件表面形成宏观裂纹。 第八章 扩散 8-1 何为扩散?固态扩散有哪些种类? 答:扩散是物质中原子(或)分子的迁移现象,是位置传输的一种方式。 根据扩散过程是否发生浓度变化可分为:自扩散、互扩散 根据扩散方向是否与浓度梯度的方向相同可分为:下坡扩散、上坡扩散 根据扩散过程是否出现新相可分为:原子扩散、反应扩散 8-2 何为上坡扩散和下坡扩散?举例说明。 答: 下坡扩散:原子或分子沿浓度降低的方向进行扩散,使浓度趋于均匀化。比如铸 件的均匀化退火、工件的表面渗碳过程均属于下坡扩散。 上坡扩散:原子或分子沿浓度升高的方向进行扩散,即由低浓度向高浓度方向扩 散,使浓度趋于两极分化。例如奥氏体向珠光体转变过程中,碳原子从浓度较低 的奥氏体中向浓度较高的渗碳体中扩散。 8-3 扩散系数的物理意义是什么?影响因素有哪些? 答:扩散系数的物理意义:浓度梯度为 1 时的扩散通量。D 越大,扩散速度越快。 影响因素: 1、温度:扩散系数与温度呈指数关系,随温度升高,扩散系数急剧增大。 2、键能和晶体结构:键能高,扩散激活能大,扩散系数减小;不同的晶体结构 具有不同的扩散系数:例如从晶体结构来考虑,碳原子在铁素体中的扩散系 数比在奥氏体中的大。 3、固溶体类型:不同类型的固溶体,扩散激活能不同,间隙原子的扩散激活能 比置换原子的小,扩散系数大。 4、晶体缺陷:晶体缺陷处,自由能较高,扩散激活能变小,扩散易于进行。 5、化学成分:当合金元素提高合金熔点,扩散系数减小;若降低合金熔点,扩 散系数增加 8-4 固态合金中要发生扩散必须满足那些条件?为什么? 答: 1、扩散需有驱动力。扩散过程都是在扩散驱动力的作用下进行的,如没有扩散 驱动力,也就不能发生扩散。 2、扩散原子要固溶。扩散原子在基体中必须由一定的固溶度,形成固溶体,才 能进行固态扩散。 3、温度要足够高。固态扩散是依靠原子热激活而进行的,温度越高,原子的热 振动越激烈,原子被激活发生迁移的可能性就越大。 4、时间要足够长。原子在晶体中每跃迁一次最多只能移动 0.3-0.5nm 的距离, 只有经过相当长的时间才能形成物质的宏观定向迁移。 8-5 铸造合金均匀化退火前的冷塑性变形对均匀化过程有和影响?是加速还是 减缓?为什么? 答:加速。 原因:铸造合金经非平衡结晶后,会出现不同程度的枝晶偏析。