还显著降低钢的结构强度，引起应力集中，容易产生脆性断裂。

获得细晶粒的方法：

1、降低加热温度，加快加热速度，缩短保温时间，采用快速加热短时保温的奥氏体化工艺。

2、冶炼过程中用Al脱氧或在钢种加入Zr、Ti、Nb、V等强碳化物形成元素，能形成高熔点的弥散碳化物和氮化物，可以细化奥氏体晶粒。 3、细小的原始组织可以得到细小的奥氏体晶粒，可以采用多次快速加热-冷却的方法细化奥氏体晶粒。

4、采用形变热处理可以细化奥氏体晶粒。

9-15 有一共析钢试样，其显微组织为粒状珠光体。问通过何种热处理工序可分

别得到片状珠光体、粗片状珠光体和比原始组织更细小的粒状珠光体？ 答：

获得片状珠光体工序：

正火：将粒状珠光体钢完全奥氏体化，然后在空气中冷却至室温。 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，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（淬火+高温回火）：将粒状珠光体钢完全奥氏体化，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

9-16 为了提高过共析钢的的强韧性，希望淬火时控制马氏体使其具有较低的含

碳量，并希望有部分板条马氏体。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。根据扩散第二定律可得知，铸锭均匀化退火所需时间与枝晶间距的平方成正比，与扩散系数成反比。所以在退火前对合金进行冷塑性变形可破碎枝晶，减小枝晶间距，缩短均匀化的时间。

8-6 略（扩散系数计算）

8-7 略（消除枝晶偏析时间计算）

8-8 可否用铅代替铅锡合金做对铁进行钎焊的材料，试分析说明之？ 答：不能。 原因：

因为钎焊过程只是钎料熔化，母材仍处於固体状态。因此要求钎料与母材不但液态时能互溶，固态时也必须互溶，依靠他们之间的互扩散形成牢固的金属结合。而铅是不固溶于铁的，因此如果以铅来做钎料，铁做母材，则铅是无法扩散到母材中的，无法起到钎焊的效果。 8-9 略

8-10 渗碳是将零件置于渗碳介质中使碳原子进入工件表面，然后以下坡扩散的

方式使碳原子从表层向内部扩散的热处理方法。试问： 1）温度高低对渗碳速度有何影响？

2）渗碳应在奥氏体中还是铁素体中进行？

3）空位密度、位错密度和晶粒大小对渗碳速度有何影响？ 答：

1）温度越高，渗碳速度越快。因为扩散系数随温度升高，急剧增大。

2）在奥氏体中进行。虽然碳在铁素体中的扩散系数比在奥氏体中大，但是当把钢加热至奥氏体时，一方面温度升高，扩散系数急剧增加；另一方面，奥氏体的溶碳能力急剧增大，可增加渗层深度。

3）空位密度和位错密度越多，渗碳速度越快。因为缺陷处能量较高，扩散激活能降低，增大扩散系数。晶粒越小，渗碳速度越快。因为晶粒越小，晶界面积越大，而原子沿晶界的扩散速度较快。

第七章 金属及合金的回复和再结晶

7-1 用冷拔铜丝线制作导线，冷拔之后应如何如理，为什么？ 答：

应采取回复退火（去应力退火）处理：即将冷变形金属加热到再结晶温度以下某一温度，并保温足够时间，然后缓慢冷却到室温的热处理工艺。

原因：铜丝冷拔属于再结晶温度以下的冷变形加工，冷塑性变形会使铜丝产生加工硬化和残留内应力，该残留内应力的存在容易导致铜丝在使用过程中断裂。因此，应当采用去应力退火使冷拔铜丝在基本上保持加工硬化的条件下降低其内应力（主要是第一类内应力），改善其塑性和韧性，提高其在使用过程的安全性。

7-2 一块厚纯金属板经冷弯并再结晶退火后，试画出截面上的显微组织示意图。 答：解答此题就是画出金属冷变形后晶粒回复、再结晶和晶粒长大过程示意图（可参考教材P195，图7-1）