固态相变复习问答题.docVIP

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1. 从热力学角度分析固态相变的主要特征并与液固相变进行比较。 相变阻力大 固态相变与固液相变相比,相变阻力更大是因为多出了一项应变能和扩散更难进行。 (2) 新相晶核与母相之间存在一定的晶体学位向关系;新相的某一晶面和晶向分别与母相的某一晶面、晶向平行。 (3) 惯习现象:新相沿特定的晶向在母相特定晶面上形成( 沿应变能最小的方向和界面能最低的界面 )。通过降低界面能和应变能而减小相变阻力是惯习现象出现的原因。 (4) 母相晶体缺陷促进相变:固态金属中存在各种晶体缺陷,如位错、空位、晶界和亚晶界等。母相中存在缺陷,由于缺陷周围有晶格畸变,自由能较高,在此处形成同样大小的晶核比其他区域获得更大的驱动力,新相晶核往往优先在这些缺陷处形成。母相晶粒越细小,晶界越多,晶内缺陷越多,形核率越高,转变速度越快。 (5) 易出现过渡相:过渡相是一种亚稳定相,其成分和结构介于新相和母相之间。因为固态相比阻力大,原子扩散困难,尤其是当转变温度较低,新、旧相成分相差较远时,难以形成稳定相。过渡相是为了克服相变阻力而形成的一种协调性的中间转变产物。通常是现在母相中形成与母相成分接近的过渡相,然后在一定条件下由过渡相逐渐转变为自由能最低的稳定相。 2. 结合综合转变动力学曲线,从进行条件,组织形态特征,精细结构,相变机制,力学性能及其实际应用等方面,对比性的分析钢中的固态相变。 内容 P转变 B转变 M转变 形成温度范围 高温 A1~550℃ 中温 550℃~Ms 低温 Ms点以下 转变上限温度 A1 Bs Ms 领先相 共析钢和过共析钢为Fe3C;亚共析钢为铁素体F。 铁素体F 无 形核部位 奥氏体晶界处 上B在A晶界处; 下B在A晶内。 过冷奥氏体晶内 转变机制 依靠碳原子扩散,形成局部的贫碳或富碳而促进相变的发生。 亚结构切变和碳原子扩散迁移共同促进相变发生,半扩散型相变。 转变温度低,扩散来不及进行,切变共格,无扩散型相变。 碳原子扩散 有碳原子扩散,为扩散型相变。 有碳原子扩散,半扩散型相变。 一般认为,没有碳原子的扩散,切变型相变。 铁及Me的扩散 有 无 无 等温转变完全性 完全 视温度而定 不完全 转变产物 F+Fe3C F+Fe3C 过饱和α’ 主要形态及亚结构 片状,一片较粗的铁素体加一片渗碳体;或粒状。 PF中几乎不存在碳,位错密度低,无孪晶。 上B为羽毛状,即条状铁素体和分布于其间的细杆状碳化物;下B为针状,渗碳体在针内析出。BF中有亚单元,位错密度高,有孪晶。 低碳钢中呈板条状M,亚结构为高密度位错;高碳钢中呈针状M,亚结构为层错或孪晶;超高碳钢种呈闪电状、蝶状或枣核状。 性能(强度、塑性) 强度低,但塑性好。F能够缓解应力集中。 上B硬而脆,下B强度、硬度高。 强度、硬度高,但塑性较差。 应用:GCr15系轴承钢的制备工艺为: 下料——锻造——球化退火——820~840℃油淬——150~200℃回火——最终材料表面硬度大于62 元素含量:GCr15与GCr15SiMn的C含量为0.95~1.05%,属于过共析钢,Cr含量为1.30~1.65%,而后者的Si、Mn含量较高。 合金元素作用:GCr15系轴承钢中的合金元素有Cr、Si和Mn。Cr的作用主要是提高钢的淬透性,钢种部分Cr溶于渗碳体中,增大其稳定性,使淬火加热时奥氏体晶粒不易长大;而溶于奥氏体中的Cr能够提高马氏体的回火稳定性。Cr的加入能够有效地使钢在热处理后获得较高的硬度、强度和耐磨性。对大型轴承钢件而言,Si、Mn的加入使淬透性进一步提高,适量的Si能提高钢的强度和弹性极限,淬火时不易产生开裂。 热处理方式及作用:GCr15系滚动轴承钢的热处理主要是球化退火、淬火和低温回火。 球化退火是预备热处理,其目的是获得粒状珠光体组织,使钢获得较低的硬度(HB207~229),以保证易于切削加工获得较高的表面质量,并为淬火作组织上的准备。球化退火一般将钢加热到790~800℃,在710~720℃保温3~4小时,使得组织全部球化。 淬火和低温回火是决定轴承性能的关键。如果淬火温度过高,会出现过热组织,使轴承的韧性和疲劳强度下降;温度过低,使得奥氏体中溶解的Cr量不足,影响淬火后硬度。由于Cr的加入使奥氏体稳定程度增加,C曲线右移,临界冷却速度减小,可在油介质中淬火,减小淬火产生的应力。 回火的作用是去除淬火时产生的应力,以提高韧性、稳定零件尺寸。最终得到极细的回火马氏体组织和分布均匀的细粒状碳化物及少量残余奥氏体。为了进一步提高GCr15系轴承钢的淬透性、淬硬性、疲劳寿命和使用寿命,在GCr15SiMn的基础上研发出GCr1

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