固态相变 习题学习资料

固态相变习题

第一章自测题试卷

1、固态相变是固态金属（包括金属与合金）在（）和（）改变时，（）的变化。

2、相的定义为（）。

3、新相与母相界面原子排列方式有三种类型，分别为（）、（）、（），其中（）界面能最低，（）应变能最低。

4、固态相变的阻力为（）及（）。

5、平衡相变分为（）、（）、（）、（）、（）。

6、非平衡相变分为（）、（）、（）、（）、（）。

7、固态相变的分类，按热力学分类：（）、（）；按原子迁动方式不同分类：（）、（）；按生长方式分类（）、（）。

8、在体积相同时，新相呈（）体积应变能最小。

A．碟状（盘片状） B.针状 C.球状

9、简述固态相变的非均匀形核。

10、简述固态相变的基本特点。

第二章自测题试卷

1、分析物相类型的手段有（）、（）、（）。

2、组织观测手段有（）、（）、（）。

3、相变过程的研究方法包括（）、（）、（）。

4、阿贝成像原理为（）。

5、物相分析的共同原理为（）。

6、扫描电镜的工作原理简单概括为：（）。

7、透射电子显微镜的衬度像分为（）、（）、（）。

第三章自测题试卷

1. 根据扩散观点，奥氏体晶核的形成必须依靠系统内的（）：

A.能量起伏、浓度起伏、结构起伏

B. 相起伏、浓度起伏、结构起伏

C.能量起伏、价键起伏、相起伏

D. 浓度起伏、价键起伏、结构起伏

2. 奥氏体所具有的性能包括：（）

A.高强度、顺磁性、密度高、导热性差；

B.高塑性、顺磁性、密度高、导热性差；

C.较好热强性、高塑性、顺磁性、线膨胀系数大；

D.较好热强性、高塑性、铁磁性、线膨胀系数大。

3. 影响奥氏体转变的影响因素包括（）、（）、（）、（）。

4．控制奥氏体晶粒大小的措施有：（），（），（），（）。

5．奥氏体是Fe-C合金中的一种重要的相，一般是指（），碳原子位于（）。

6. 绘图说明共析钢奥氏体的形成过程。

7. 奥氏体易于在铁素体和渗碳体的相界面处成核的原因是什么？

8. 简述连续加热时奥氏体转变的特点。

9. 说明组织遗传的定义和控制方法。

10. 从奥氏体等温形成动力学曲线出发说明珠光体到奥氏体的转变特征。

第四章自测题试卷

1、填空题

1) 根据片层间距的大小，可以将珠光体分为________ 、________、 ________。

2) 获得粒状珠光体的途径有________ 、__________ 、___________ 、

___________ 。

3) 珠光体的长大方式有__________ 、 ___________ 、 ___________。

4) 粗大的魏氏组织对钢的力学性能的影响一般有________________和

_________________。

5) 影响纳米相析出的因素有-_________和____________。

2、选择题

1) 下列哪种元素会增加碳在奥氏体中的扩散速度，进而增加珠光体形核率和长大速度（）

A镍 B锰 C 钼 D 钴

2) 下列哪种元素的加入会促进魏氏组织的形成（）

A钼 B锰 C 铬 D 硅

3) 在温度-时间图像中，TTT曲线和CCT曲线的位置关系是（）

A 两曲线重合

B CCT曲线位于TTT曲线的右下方

C CCT曲线位于TTT曲线的左上方

D CCT曲线位于TTT曲线的正上方

3、简答题

1) 和片状珠光体相比，为什么粒状珠光体具有良好的综合力学性能？

2) 什么是派登处理，派登处理的具体步骤是什么？

第五章自测题试卷

1、填空题

1) 马氏体转变时，与母相的位向关系主要有（），（）和（）三种关系。

2) 板条状马氏体主要在（）形成，它的亚结构为（），位向关系符合（），惯习面为（）。

3) 马氏体相变区别于于其他相变的最基本的两个特点是（）和（）。

4) 热弹性马氏体的两个重要性质是（）和（）。

5) 奥氏体的稳定化分为（）和（）。

2、选择题

1) 针状马氏体的亚结构主要是( )。

A.位错

B.孪晶

C.位错和孪晶

D.空位

2) 关于马氏相变的特点，下列哪项的说法是错误的（）。

A. 马氏体转变有孕育期（等温马氏体除外）

B. 马氏体可以发生可逆性转变

C. 表面浮突和界面共格

D. 马氏体转变有转变开始和终了温度

3) 奥氏体稳定化与以形成马氏体数量的关系是（）。

A．马氏体量越少，稳定化程度越高

B．马氏体量越少，稳定化程度越低

C．马氏体量越多，稳定化程度越低

D．马氏体量越多，稳定化程度越高

3、简答题

1) Md点的物理意义是什么？形变诱发马氏体在什么条件下发生？在Md点以上对马氏体进行塑性变形对随后的冷却时的马氏体转变有何影响？

2)钢中马氏体转变的动力学有哪些类型，各有何特点？

第六章自测题试卷

1、贝氏体的定义为（）。

2、根据碳化物分布不同，贝氏体可分为：（）、（）、（）。

3、上贝氏体微观组织形貌为（），由铁素体板条和分布于板条间的渗碳体；下贝氏体微观组织形貌为（），由片状铁素体和分布于铁素体内部的碳化物组成。

4、贝氏体转变机制有：（）、（）。

5、强化方式主要有：（）、（）、（）、（）。

6、随着贝氏体形成温度的降低，贝氏体铁素体晶粒（），铁素体中碳含量（），碳化物的弥散度（），这三方面的因素均使贝氏体的强度增加。

7、（）强度较高，韧性也较好。（）强度低，韧性很差。贝氏体性能变化趋势：随着B形成温度的降低，强度和硬度（），塑性和韧性（）。

8、简述等温转变动力学曲线特点。

9、简述影响B转变动力学的因素。

10、简述贝氏体转变特点。

第七章自测题试卷

1、选择题：

1）一般来说，随着含碳量的增加，奥氏体稳定性____，C曲线____。

A.增大，左移 C.减小，左移

B.增大，右移 D.减小，右移

２）连续冷却转变CCT曲线都处于同种材料的等温转变TTT曲线的______。

A.左上方 C.右上方

B.左下方 D.右下方

3）消除网状碳化物的方法有____和_____ 。

A.球化退火 C.淬火

B.正火 D.回火

4）为满足切削加工的要求，含碳量不超过0.45%的钢选用____是合适的。

A.退火 C.正火

B.回火 D.淬火

2、填空题

1）在奥氏体等温转变曲线的中温区域主要发生________转变。

2）随着奥氏体塑性形变量增大，珠光体转变的孕育期____，C曲线__移。

3）工具钢球化退火的目的是_____________和_________________。

4）习惯上将淬火加高温回火的热处理称为________。

3、问答题

1）画出共析钢等温转变动力学图，并在图中标出转变的开始线和终了线，各区域的组织，珠光体、贝氏体及马氏体转变区和获得马氏体的最低冷却速度曲线2）什么是钢的淬透性？怎么表示？

第八章自测题试卷

1、选择题

1) 作为控制性能的最后一道热处理工序，回火热处理在生产过程中有着极为广泛的应用，下列哪一项不是回火的作用（）

A 消除或减少淬火钢件的内应力

B 提高钢件的硬度和强度

C 稳定工件的组织和尺寸

D 调整钢的性能，使钢件软化，以利于切削加工

2) 马氏体经分解后，原马氏体组织转变为回火马氏体，回火马氏体是由（）和（）组成的复相组织。

A 有一定过饱和度的立方马氏体

B 板条马氏体

C 亚稳碳化物（ε-碳化物）

D 残余奥氏体

3) 淬火钢在回火时的力学性能如何变化的？（）

A 强度和硬度下降，塑性韧性也下降

B 强度和硬度提高，塑性韧性下降

C 强度和硬度下降，塑性韧性提高

D 强度和硬度提高，塑性韧性也提高

4) 对于某些尺寸较大而采用表面淬火的工件，或者有特殊要求的工件如凿子、扁铲等，可以利用淬火冷却后的余热进行回火，这种方法叫做（）。

A 局部回火

B 带温回火

C 电热回火

D 自回火

2、填空题

1) 在温度高于100oC进行回火处理时，马氏体开始发生部分分解。其中高碳马氏体的分解有两种不同的方式即__________和_________;低碳钢中Ms点高，在淬火形成马氏体的过程中，除了可能会发生碳原子向位错偏聚外，在最先形成的马氏体中还有可能析出碳化物，这一特征称为________。

2) 淬火时冷却中断或者冷速较慢均将使奥氏体不易转变成马氏体而使淬火至室温时的残余奥氏体量增多，即发生__________现象，该现象可以通过______加以消除。

3) 关于第二类回火脆性的形成机制，目前有两种理论：______________和

_______________。

4) 关于回火工艺的制订，在生产中，___温回火大量应用于工具，量具和滚工轴承等工件；调制处理一般使用_________;主要用于弹簧钢，且要求获得优良的弹性和强度，同时要有较好的塑性和韧性，这是应用___________。

3、简答题

1) 简述一下淬火钢在回火过程中的组织变化过程以及各个过程所处的温度范围？

2) 什么叫做回火脆性，简述第一类回火脆性和第二类回火脆性的特点以及原因，并简要说明减轻或者消除这两类回火脆性的方法有哪些？

第九章自测题试卷

1、选择题

1）过饱和固溶体时效时的脱溶分解是是一种（）型相变。

A.共格切变

B.扩散

C.自由驱动

D.非共格切变

2）G.P.区发生在室温或者低温下时效的初期，其形成速度，分布。（） A.很快均匀 B.很慢不均匀 C.很快不均匀 D.很慢均匀

3）G.P.区与母相，界面能。（）

A．共格较大 B.非共格较大 C.共格较小 D.非共格较小

4）超过极大值后硬度下降称为（）。

A.温时效

B.过时效

C.冷时效

D.自然时效

5）按位错通过析出相的方式，硬化机制可分三类，下列不属于的是（）。

A. 内应变强化

B. 切过颗粒强化

C. 绕过颗粒强化

D.穿过颗粒强化

2、填空题

1）时效是经处理后在室温放置或加热到溶解度曲线以下某一温度保温，使B 组元从过饱固溶体中析出的过程。

2）经过固溶处理的过饱和固溶体在室温或较高温度下等温保持时，将发生脱溶，使合金的强度和硬度显著提高，称为。

3）脱溶沉淀时在母相晶粒边界常存在，既不形成G.P区，也不析出亚稳相及稳定相，使性能变坏。

4）时效是合金的普遍现象。

5）经固溶（淬火）的合金，在室温或低于溶解度曲线温度以下时效时，会发生硬化现象，它的本质是脱溶沉淀引起的强化

3、问答题

1）什么是回归现象？

2）时效分为哪两种，怎么区分？

十章自测题试卷

1. 什么是形变热处理，它的优点和主要应用领域是什么？

2. 形变热处理工艺主要可分为哪几类？

第一章自测题答案

1、温度、压力、组织结构

2、材料中均匀一致的微观组成部分，并与其它部分有明显物理差别和界面。

3、共格界面、半共格界面、非共格界面、共格界面、非共格界面

4、新相与母相机基体间形成界面所增加的界面能、两相体积差别导致的弹性应变能

5、纯金属的同素异构转变、平衡脱溶沉淀、共析转变、调幅分解、有序转变

6、马氏体转变、块状转变、贝氏体转变、伪共析转变、非平衡脱溶沉淀

7、一级相变、二级相变、扩散型相变、无扩散相变、形核-长大型、连续型相变

8、A

9、答：在固态相变中普遍存在非平衡空位、位错、堆垛层错、晶界、夹杂物、自由表面等缺陷，在缺陷及其周围晶体点阵畸变，储存有畸变能，提高了母相局部的自由能。新相在这些缺陷处形核可以使缺陷消失，释放一定的储能，是激活能的势垒大大降低，因此与完整的晶体结构相比较，这些缺陷都是有利的形核位置，在这些位置的形核称为非均匀形核。

第二章自测题答案

1、X射线衍射、电子衍射、中子衍射

2、光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜

3、热分析法、电阻分析法、磁热分析法

4、平行光束受到有周期性特征物体的散射作用形成衍射谱，各级衍射波通过干涉重新在像平面上反映伍的特征的相

5、利用电磁波或运动电子束、中子束等与材料内部规则的原子作用产生相干散射，获得材料内部原子排列的信息，从而鉴定出物质的结构

6、光栅扫描，逐点成像

7、质厚衬度、衍射衬度、相位衬度

第三章自测题答案

1. A

2. C

3. 加热温度、碳含量、原始组织、合金元素

4．利用Al脱氧，形成AlN质点，细化晶粒，得到细晶粒钢；利用易形成碳、氮化物的合金元素形成难溶碳化物、氮化物细化晶粒；采用快速加热，短时保温的办法来获得细小晶粒；控制钢的热加工工艺和采用预备热处理工艺

5．临界点以上的高温区形成的单一固溶体、碳原子位于γ-Fe的八面体间隙中

6. 答: a) A形核 b) A长大 c) 剩余渗碳体的溶解 d) A均匀化

7. 答：奥氏体易于在铁素体和渗碳体的相界面处成核的原因是：

①在铁素体和渗碳体的相界面处，碳原子浓度相差较大，容易形成较大的浓度起伏，从而有利于获得形成奥氏体晶核所需的碳浓度；②在相界面处，原子排列不规则，Fe原子有可能通过短程扩散由旧相向新相的点阵转移，即易于满足结构起伏的要求；③在两相界面处，晶体缺陷及杂质较多，因此有较高的畸变能，易达到新相形成所需的能量起伏，同时新相在这些部位形核，有可能消除部分晶体缺陷，而使系统的自由能降低。因此在两相界面处形核能够满足奥氏体晶核的形成所需要的能量起伏、浓度起伏和结构起伏要求，有利于晶核形成。

8. 答：连续加热的奥氏体转变的特点为：

（1）相变临界点随加热速度增大而增大；

（2）转变是在一个温度范围内进行的；

（3）奥氏体形成速度随加热速度增加而加快；

（4）奥氏体成分不均匀随加热速度增大而增大；

（5）奥氏体起始晶粒度随加热速度增大而细化。

9. 答：组织遗传的定义和控制方法：

合金钢构件在热处理时，常出现由于锻压、轧制、铸造、焊接等工艺而形成的原始有序粗晶组织。这些非平衡的粗晶有序组织在一定的加热条件下形成的奥氏体晶粒继承或恢复原始粗大晶粒的现象，成为组织遗传。

控制组织遗传的一般措施包括：采用较快速度或中等速度加热；采用退火或高温回火，消除非平衡组织；对于铁素体-珠光体的低合金钢，组织遗传倾向较小，可采用正火来校正过热组织。

10. 答：从奥氏体等温形成动力学曲线可以观察到珠光体到奥氏体的转变特征：（1）存在一孕育期，即加热经过一段时间，转变才开始。

（2）等温形成动力学曲线成S形，在转变初期，转变速度随时间的延长而加快，当转变量达到50%时，转变速度达到最大，之后速度下降。

（3）随等温温度提高，奥氏体等温形成动力学曲线向左移动，即孕育期缩短，转变速度加快。

第四章自测题答案

1) 珠光体、屈氏体、索氏体

2) 特定条件下过冷奥氏体的分解、片状珠光体的低温退火、马氏体或贝氏体的高温回火、形变球化

3) 纵向及横向长大分支长大台阶机制长大

4) 塑性和冲击韧性显著降低钢的脆性转变温度升高

5) 冷却速度变形道次

2、1) D 2) B 3) B

3、1）答：这是因为（1）粒状珠光体比片状珠光体具有较少的相界面，铁素体中位错易于滑动，故使塑性变形抗力减小；另一方面，由于相界面少，界面上位错塞积就多，正应力大，易于开裂。这两方面的因素均使强度降低。（2）渗碳体呈颗粒状，没有尖角，不易产生应力集中，所以粒状珠光体的塑性好。2) 答：派登处理就是使高碳钢获得细珠光体，再经过深度冷拔，获得高强度钢丝。

步骤：高碳钢奥氏体化→铅浴等温（560℃）得到索氏体→冷拉（是铁素体内位错密度提高，强度上升，片间距下降，而使渗碳体不致脆断）。最终得到强烈变行后的细珠光体，具有很好的强度和韧性的配合。

第五章自测题答案

1、填空题

1) K-S关系、西山关、G-T关系

2) 低、中碳钢和不锈钢中、位错、K-S关系、{111}

3) 相变是以共格切变的方式进行、相变的无扩散性

4) 超弹性、形状记忆效应

5) 热稳定化、力学稳定化

2、1) B 2) A 3) B、D

3、简答题

1) 答：形变诱发马氏体是指在T。和Ms之间，由于奥氏体收到塑性变形而形成的马氏体，马氏体的量与形变温度有关，温度越高，形变能诱发马氏体的量越少，Md点的物理意义表示能获得形变诱发马氏体的最高温度，此温度介于T。和Ms之间，当温度高于Md后，形变就不能在诱发马氏体。

在Md点以上对奥氏体进行塑性变形，当形变量足够大时，可以引起奥氏体稳定性提高，使冷却时马氏体难以进行，Ms点下降，残余奥氏体量增强。这种现象称为力学稳定化。

2) 答：马氏体转变的动力学按相变的驱动力大小和形成方式分为变温、等温、爆发型和热弹性相变。

（1）变温马氏体相变的特点：Ms点以下不断降温，马氏体核才能继续形成，且形核速度极快，瞬时形成；长大速率极快；马氏体单晶长大到一定大小后不在长大，要继续发生转变则需进一步降温；转变速度取决于形核率，与长大速度无关。

（2）等温马氏体相变的特点：形核需要孕育期，但长大速度极快；形核率随过冷度增加，先增加，当过冷度增加到一定值后又随之减小；转变一般都不能进行到底，只有部分奥氏体可以转变成等温马氏体，完成一定转变量后即停止了，若要继续发生转变，需要更低的温度。

（3）爆发式转变：Ms温度低于零度的合金经冷至Mb,瞬间剧烈形成大量马氏体；爆发停止后，卫视转变继续进行，必须继续降低温度。

（4）热弹性马氏体转变：马氏体片可随温度降低而长大，随温度升高而缩小；产生的形状变化始终依靠相邻母相的弹性变形协调，保持界面的共格性。（5）表面马氏体：在温度稍高于Ms点温度等温，在试样表面形成马氏体，内部仍为奥氏体。

第六章自测题答案

1、贝氏体是钢铁奥氏体化后，过冷到珠光体转变温度区域与Ms之间的中温区等温，或连续冷却通过这个中温区时形成的组织

2、上贝氏体、下贝氏体、无碳化物贝氏体

3、羽毛状、针状或针叶状

4、切变机制、台阶机制

5、细晶强化、固溶强化、第二相强化、位错强化

6、变细、增加、增加

7、下贝氏体、上贝氏体、提高、提高

8、答：1）等温温度愈高，转变量愈少。

2）有孕育期

3）转变速度先增后减

9、答：1）转变温度

2）化学成分：碳含量及合金元素的影响

3）晶粒大小与奥氏体化温度：随A晶粒增大，B转变孕育期增长，转变速度变慢。A化T升高，时间延长，B转变速度先降后增。

4）应力影响：拉应力加快B转变。

5）塑性变形：在较高温度的形变，使B转变变慢；在较低温度的形变，使B 转变加快。

6）冷却时在不同温度下的停留时间的影响。

10、答：1）形核与长大过程；B形核需要一定的孕育期，转变的领先相是F；B转变速度远比M慢；

2）B形成时会产生表面浮凸；

3）B转变有一上限温度Bs和下限温度Bf；

4）B转变具有不完全性，随转变温度升高，不完全性愈强；

5）B转变时新相与母相A间存在一定的晶体学关系；

6）转变过程中有C的扩散。

第七章自测题答案

1、1）B 2）D 3）A、B 4） C

2、1）贝氏体 2）缩短、左

3）改善切削加工性能、为最终热处理做好组织准备 4）调制处理

3、1）

2）钢的淬透性是指钢在淬火时能够获得M组织的倾向（即钢被淬透的能力），是钢固有的属性。表示方法为J(HRC/d)其中d为至水冷端距离；HRC为该处的硬度值）。

第八章自测题答案

1、1）B2）A C3）C4）D

2、1）双相分解、单相分解、自回火 2）热稳定化、重新加热

3）脆性相析出理论、杂质元素偏聚理论 4）低、高温回火、中温回火

3、1）答：马氏体中过饱和的碳将以碳化物的形式析出，初期析出的是亚稳碳化物，后期将转变为稳定的碳化物；同时，残余奥氏体发生相变，α-Fe基体还将随温度的升高发生回复和再结晶等过程而消除体内晶体学缺陷。可以将回火过程中的组织变化过程大致分为以下五个阶段：

(1) 马氏体中碳原子偏聚，发生于室温到200℃；

(2) 马氏体分解及-碳化物（亚稳碳化物）的沉淀，发生于100℃~250℃；

(3) 残余奥氏体转变，发生于200℃~300℃；

(4) 碳化物类型变化（由-碳化物向渗碳体转变），发生于250~400℃；

(5) 碳化物聚集长大、合金碳化物的形成以及α-Fe的变化（回复再结晶），发生于400~700℃。

2）答：淬火钢在回火时的冲击韧性并不一定随回火温度升高而单调地增高，许多钢可能在两个温度区域内出现韧性下降的现象，这种随回火温度升高，冲击韧性反而下降的现象，称为“回火脆性”。

在250~400℃之间出现的回火脆性称为第一类回火脆性，也称低温回火脆性。第一类回火脆性不可逆。第一次回火脆性与回火后的冷却速度无关，即在产生回火脆性的温度保温后，不论随后是快冷还是慢冷，钢件都会产生脆化。产生第一类回火脆性的工件，其断口大多为晶间（沿晶界）断裂，而在非脆化温度回火的工件一般为穿晶（沿晶粒内部）断裂。在出现第一类回火脆性时，沿板条马氏体的条界、束界和群界或片状马氏体的孪晶带和晶界上有碳化物薄壳形成，沿晶界形成脆性相能引起脆性沿晶断裂。此外还有晶界偏聚理论，即认为奥氏体化时杂质元素P、S、As、Sn、Sb等在晶界、亚晶界偏聚导致晶界弱化是引起第一类回火脆性的原因。

可以采取以下措施来减轻第一类回火脆性：

①降低钢中杂质元素的含量

②用Al脱氧或加入Nb、V、Ti等合金元素以细化奥氏体晶粒。

③加入Mo、W等能减轻第一类回火脆性的合金元素。

④加入Cr、Si以调整发生第一类回火脆性的温度范围，使之避开所需的回火温度。

⑤采用等温淬火工艺代替淬火加回火工艺。

在450~600℃之间出现的回火脆性称为第二类回火脆性，也称高温回火脆性。第二类回火脆性对回火后的冷却速度敏感。第二类回火脆性是可逆性的。处于第二类回火脆性状态的钢，其断口呈晶间断裂。第二类回火脆性的形成机制有脆性相析出理论和杂质元素偏聚理论。

可以采取以下措施来防止或减轻第二类回火脆性：

①选用高纯度钢，降低钢中杂质元素的含量；

②加入能细化奥氏体晶粒的合金元素（如Nb、V、Ti等）以细化奥氏体晶粒，增加晶界面积，降低单位晶界面积杂质元素的含量。

③加入适量能抑制第二类回火脆性的合金元素（如Mo、W等）；

④避免在450~600℃温度范围内回火，在600℃以上温度回火后应采取快冷；

⑤对亚共析钢采用亚温淬火方法，在淬火加热时，使P等元素溶入残留的α相中，降低P等元素在原奥氏体晶界上的偏聚浓度。

⑥采用形变热处理方法，细化奥氏体晶粒并使晶界呈锯齿状，增大晶界面积，减轻回火时杂质元素向晶界的偏聚。

第九章自测题答案

1、1）B 2）A 3）C 4）B 5）D

2、1）固溶 2）沉淀强（硬)化或时效强（硬）化 3）无析出区 4）有限互溶5）弥散

3、1）答：将经过时效处理的合金放在低于固溶处理温度以下比较高的某一温度下短时间加热（几分之一秒至若干秒），并迅速冷却，那么时效硬化现象会立即消除，硬度基本上恢复到固溶处理状态，而塑性的指标（伸长率与截面收缩率）则上升。