热处理原理考试试卷及参

(一)填空题

1 起始晶粒度的大小决定于成分及冶炼条件。

2 在钢的各种组织中，马氏体的比容最大，而且随着w(C)的增加而增加。

3．板条状马氏体具有高的强度和硬度及一定的塑性与韧性。它的强度与奥氏体碳含量有关，马氏体板条群越细（或尺寸越小）则强度越高。

4. 淬火钢低温回火后的组织是低碳过饱和铁素体和粒状碳化物ε—FexC ( x ≈ 2.4 ) ；中温回火后的组织是回火屈氏体，一般用于高弹性的结构件；高温回火后的组织是回火索氏体，用于要求足够高的强度及高的塑韧性的零件。

5．钢在加热时，只有珠光体中出现了浓度起伏和结构起伏时，才有了转变成奥氏体的条件，奥氏体晶核才能形成。

6．马氏体的三个强化包括固溶强化、相变强化强化、时效（沉淀）强化。

7．第二类回火脆性主要产生于含Mn、、Cr、Ni 等合金元素的钢中，其产生的原因是钢中晶粒边界偏聚的杂质元素增加的结果，这种脆性可用快冷来防止，此外在钢中加入W 和Mo及形变（亚温回火）热处理等方法也能防止回火脆性。

8．共析钢加热至稍高于727℃时将发生P→A的转变，其形成过程包括A的形核、A的长大、剩余渗碳体的溶解和A成分均匀化等几个步骤。

9 根据共析钢转变产物的不同，可将C曲线分为珠光体、贝氏体、马氏体三个转变区。

10 根据共析钢相变过程中原子的扩散情况，珠光体转变属

于扩散型转变，贝氏体转变属于半扩散型转变，马氏体转变属于非扩散型转变。

11．马氏体按其组织形态主要分为片（针）状马氏体和板条状马氏体两种。其中板条状马氏体的韧性较好。

12．马氏体按其亚结构主要分为胞状亚结构和孪晶亚结构两种。

13．贝氏体按其形成温度和组织形态，主要分为上贝氏体和下贝氏体两种。

14．珠光体按其组织形态可分为片状珠光体和粒状珠光体；按片间距的大小又可分为珠光体、索氏体和托氏体。

15、描述过冷奥氏体在A1点以下相转变产物规律的曲线有TTT 和CCT 两种；对比这两种曲线可看出，前者指示的转变温度比后者高一些，转变所需的时间前者比后者短一些，临界冷却速度前者比后者大。

16、当钢发生奥氏体向马氏体组织的转变时，原奥氏体中w(c)越高，则Ms点越低，转变后的残余奥氏体量越多。

17 钢的淬透性越高，则临界冷却速度越小；其C曲线的位置越靠右。

18、在过冷A等温转变产物中，P和T的主要相同点是：都是共析体（F + 层片状Fe3C）

不相同点是：T的层片间距较小。

19、用光学显微镜观察，上B的组织特征呈（羽毛）状，而下B则呈（黑色针）状。

（二)判断题

1．相变时新相的晶核之所以易在母相的晶界上首先形成，是因为晶界处能量高。（√）

2．随奥氏体中W (C)的增高，马氏体转变后，其中片状马氏体减少，板条状马氏体增多。（×）

3．第一类回火脆性是可逆的，第二类回火脆性是不可逆的。（×）

4．马氏体降温形成时，马氏体量的不断增加不是依靠原有的马氏体长大，而是不断形成新的马氏体。（√）5．钢经加热奥氏体化后，奥氏体中碳与合金元素的含量与钢中碳及合金元素的含量是相等的。（×）

6．所谓本质细晶粒钢，就是一种在任何加热条件下晶粒均不粗化的钢。（×）

7．当把亚共析钢加热到Ac1和Ac3之间的温度时，将获得由铁素体与奥氏体构成的两组织，在平衡条件下，其中奥氏体的w(C)总是大于钢的w(C)。（√）8．马氏体是C在a-Fe中所形成的过饱和固溶体，当发生奥氏体向马氏体的转变时，体积发生收缩。（×）9 钢在奥氏体化时，若奥氏体化温度愈高，保温时间愈长，

则过冷奥氏体愈稳定，C曲线愈靠左。( ×) 10、当共析成分的A在冷却发生P转变时，温度越低，其转

变产物组织越粗。（×）

(三)选择题

1 钢在淬火后所获得马氏体组织的粗细主要取决于 B 。

A．奥氏体的本质晶粒度B．奥氏体的实际晶粒度

C奥氏体的起始晶粒度D．珠光体和铁素体的原始晶粒度

2．高碳片状马氏体脆性较大的原因是A 。

A．有显微裂纹存在B．固溶度太高

C 残余奥氏体存在于马氏体片间界处D．转变不完全

3．低碳板条马氏体中板条群的大小决定于C 。

A．冷却速度的大小B．奥氏体w(C)多少

C 奥氏体晶粒的大小D．以上都不是

4 在淬火钢中w(C)增加到0．6％以后，随w(C)增加硬度不再继续增加，这是因为A

A 随w(C)的增加残余奥氏体的量增多的关系

B．随w(C)增加片状马氏体的量增多的关系

C 随w (C)增加淬火内应力增大的关系

D．随w(C)增加非马氏体量减少的关系

5．若钢中加入合金元素能使C曲线左移，则将使淬透性B

A．提高B．降低C不改变D．对小试样提高，对大试样则降低

6在过冷奥氏体等温转变图的鼻尖处，孕育期最短，此处B

A．过冷奥氏体稳定性最好，转变速度最快 B 过冷奥氏体稳定性最差，转变速度最快

C 过冷奥氏体稳定性最差，转变速度最慢

D 过冷奥氏体稳定性最好，转变速度最慢

7 钢进行奥氏体化的温度愈高，保温时间愈长则B

A．过冷奥氏体愈稳定，C曲线愈靠左B．过冷奥氏体愈稳定，C曲线愈靠右

C 过冷奥氏体愈不稳定，C曲线愈靠左D．过冷奥氏体愈不稳定，C曲线愈靠右

8 上贝氏体和下贝氏体的机械性能相比较， D

A．两者具有较高的强度和韧性B．两者具有很低的强度和韧性

C 上贝氏体具有较高强度和韧性D．下贝氏体具有较高强度和韧性

9．过共析钢加热到A c1一A ccm之间时，则 A

A．奥氏体的w(C)小于钢的w(C) B 奥氏体的w (C)大于钢的w(C)

C 奥氏体的w(C)等于钢的w(C) D．无法判断两者w (C)的关系

(四) 问答题

1 、M的本质是什么？它的硬度为什么很高？是什么因素决定了它的脆性？

答：M的本质是C在α- Fe中的过饱和固溶体。

相变强化、固溶强化和时效强化

高碳M的脆性大，是由于其C的过饱和度大，则内

应力大造成。另外，孪晶结构增加了其脆性。

2、为什么马氏体的塑性和韧性与其碳含量（或形态）密切相关？

高碳马氏体由于过饱和度大、内应力高和存在孪晶结构，所以硬而脆，塑性、韧性极差，但晶粒细化得到的隐晶马氏体却有一定的韧性。而低碳马氏体，由于过饱和度小，内应力低和存在位错亚结构，则不仅强度高，塑性、韧性也较好。

3、 直径为10mm 的共析钢小试样加热到相变点A 1以上30℃，用图1-82所示的冷却曲线进行冷

却，分析其所得到的组织，说明各属于什么热处理方法。 答：

热处理方式 组织 a

水淬 M ＋A 残 b

分级淬火 M ＋A 残 c

油淬 S+T ＋M ＋A 残 d

等温淬火 B 下＋ A 残 e

正火 P+S f

退火 P g

等温退火 P

A B C

D

1000 ℃750 ℃700 ℃500 ℃

A B C D

水

冷

粗M+A残M+A残P+Fe3CII P+Fe3CII

油冷粗

T+M+Fe3CII+

A残

T+M+Fe3CI

I+A残

P+Fe3CII P+Fe3CII

炉冷粗P+Fe3CII

网

P+Fe3CII P+Fe3CII P+Fe3CII

空

冷

粗P+Fe3CII S+Fe3CII P+Fe3CII P+Fe3CII

5、试比较索氏体和回火索氏体，托氏体和回火托氏体，马氏体和回火马氏体之间在形成条件、组织形态、性能上的主要区别。

答：

马氏体回火马氏体

形成条

件230～－50℃淬火后低温回火150～250℃

以上

组织形

态碳在α－Fe中过饱和的

固溶体，形态为片状或板

条状

由过饱和的α相与其共格的

ε－Fe2.4C组成，形态保留

原M形状

性能高碳片状M，硬度（～

66HRC）、脆性大，塑性、

韧性差。低碳板条状M，

硬度（30～50HRC），塑

性韧性较高

由于需低温淬火的都为高碳

钢，故保持淬火M的高硬度

（58～62HRC)

高耐磨性，降低淬火应力和

脆性。

1、说明下列符号的物理意义及加热速度、冷却速度对它们的影响：A c1、A r1、A r3、A c3、A c c m、A r c m

答：A c1——加热时珠光体向奥氏体转变的开始温度

A r1——冷却时奥氏体向珠光体转变的开始温度

A r3——冷却时奥氏体开始析出先共析铁素体的温度

A c3——加热时铁素体全部溶入奥氏体的终了温度

A c c m——加热时二次渗碳体全部溶入奥氏体的终了温度

A r c m——冷却时奥氏体开始析出二次渗碳体的温度

冷却速度越大，以上临界温度偏离平衡位置越大。

2、今有40钢坯（平衡组织）从室温缓慢加热到1000℃保温，详述其在加热过程中的组织转变过程。知A c1＝724℃，A c3＝790℃。

答：加热温度低于A c1＝724℃时，组织不变；加热温度大于724℃后珠光体转变为奥氏体，温度在724~790℃时，组织为A+F；加热温度大于790℃后，铁素体全部溶入奥氏体中，此时组织为细小的A；随加热温度的继续升高，达到1000℃保温，组织为粗大的奥氏体。

3、何谓奥氏体的起始晶粒度，实际晶粒度，本质晶粒度？为什么用铝脱氧的钢或加入少量V、T i、N b、Z r、W、M o 等元素的钢是本质细晶粒钢？本质细晶粒钢的奥氏体实际晶粒是否一定细小。

答：初始晶粒度—奥氏体转变刚结束时的晶粒大小。

实际晶粒度—具体加热条件下获得的奥氏体晶粒大小。

①与具体热处理工艺有关：热处理温度↑，时间↑，晶粒越大。②与晶粒是否容易长大有关

本质晶粒度—指钢在特定的加热条件下，奥氏体晶粒长大的倾向性，分为本质粗晶粒度和本质细晶粒度。

A l脱氧镇静钢和含V、T i、N b、Z r钢，因有难溶粒子的机械阻碍作用（钉扎作用），加热奥氏体化时晶粒不易粗化。

本质粗晶粒度钢实际晶粒度并非一定粗大，本质细晶粒度钢实际晶粒度并非一定细小，而与具体的热处理工艺有关。只是表征该钢种在通常的热处理条件下A晶粒长大的趋势，不代表真实、实际晶粒大小。

4、画出T8钢过冷奥氏体等温转变曲线，在等温转变曲线上画出为获得以下组织应采取的连续冷却曲线：（1）索氏体＋珠光体；（2）马氏体＋残余奥氏体；（3）屈氏体＋马氏体＋残余奥氏体。

5、钢中马氏体高强度高硬度的本质是什么？钢中马氏体的硬度主要与什么因素有关？

答：固溶强化：碳处于α相扁八面体间隙中，造成晶格的正方畸变，其应力场与位错发生强烈交互作用→提高M 强度和硬度。

相变强化：A 转变成M 时，造成高密度位错、孪晶、层错。 时效强化：碳及合金元素向位错或缺陷处扩散偏聚或析出，钉扎位错。

共析碳钢 T T T 与 C C T 曲线 A 1 M s

M f T

τ C ′ V c V c ′ M +A ′ M +P +A ′

P

共析碳钢 C C T 曲线

共析碳钢 T T T 曲线

P S

P f

①

②

③ V c ″

C

钢中马氏体的硬度主要与碳含量有关。

6、钢中板条马氏体具有较好的强韧性，而片状马氏体塑韧性较差，可否用板条马氏体代替片状马氏体？

答：可以。

低碳钢或低合金钢采用强烈淬火(盐溶液)——获得全板条状M。

中碳低合金钢或中碳合金钢采用高温加热淬火——使A成分均匀，消除富碳区，淬火后获得较多板条M。

高碳钢采用低温快速、短时加热淬火——可保留较多未溶碳化物，降低A中含碳量并阻止富碳区形成→获得较多板条状M。

7、影响过冷奥氏体等温转变C曲线的因素有哪些？试述钢中含碳量及合金元素对M s、M f、A R量的影响。

答：影响过冷奥氏体等温转变C曲线的因素有：

⑴化学成分

①含碳量：亚共析钢：随C%↑，C曲线右移；过共析钢：随C%↑，C曲线左移；∵未溶F e3C↑。奥氏体中含碳量越高，M s、M f点越低，A R量越多。

②合金元素

a 、除C o 、A l (ωA l >2.5%)外，其它合金元素随M e %↑，C 曲线右移。C o 、A l 使M s 、M f ↑，其它合金元素使M s 、M f ↓，A R 量增加。但须溶入A 中。

b 、非碳化物形成元素：只改变C 曲线位置，如：C o ,A l ,N i ,C u ,S i

c 、强碳化物形成元素：C r 、W 、M o 、V 、T i 、N b 、Z r 等，改变C 曲线位置和形态 N i ,S i ,C u ,M n

T τ M s

C o ,A l S i

N i ,C u ,M n

C o ,A l 外所有合金元素

注意：如C r 、W 、M o 、V 、T i 、N b 、Z r 等形成稳定的碳化物，加热时未溶入A ,反而降低A 稳定性，使C 曲线左移。

8、 何谓上临界冷却速度？何谓下临界冷却速度？它在生产中有何实际意义？

答：连续冷却中全部A 过→P 的最大V c ′——下临界冷却速度

连续冷却中全部A 过→M 的最小V c ——上临界淬火速度 临界淬火速度V c 是表示钢接受淬火的能力，即获得M 的难易程度，它是研究钢淬透性、合理选择钢材、制订正确热处理工艺的重要依据之一。V c ′和V c 可估计淬火后钢件的组织和性能。

T

τ

中强碳化物形成元素C r 的影响 强碳化物形成元素W ,M o ,V ,T i ,N b 等的影响