试制定热处理工艺。
答：解答此题需要40Cr临界相变点AC3和淬透性曲线（通过查手册：AC3=782℃） 热处理工艺：
奥氏体化温度=AC3+（30-50℃），取820℃ 保温时间=KD=15min，K=1.5mm/min 根据40Cr的淬透性曲线可以得出，直径12mm的40Cr钢油淬后的心部硬度最低为47 HRC。
查手册可以发现40Cr在650℃回火，其硬度为25-30HRC，符合心部硬度要求。回火时间= KD=24min，K=2mm/min，为防止产生回火脆性回火后冷却可采用空冷或水冷。
热处理工艺为：将连杆加热至820℃保温15min，油淬至室温，再加热至650℃保温24min，空冷至室温。
10-14 写出20Cr2Ni4A钢重载渗碳齿轮的冷、热加工工序安排，并说明热处理所
起的作用。 答：
冷、热加工工序安排：冶炼-铸造-扩散退火-锻造-完全退火-粗加工-渗碳-（淬火+回火）-精加工 热处理所起作用：
扩散退火：消除凝固过程的枝晶偏析和区域偏析，均匀化学成分和组织。
完全退火：细化晶粒、均匀钢的化学成分和组织、消除内应力和加工硬化、消除魏氏组织和带状组织等缺陷、改善钢的切削加工性能。
渗碳：使活性碳原子渗入齿轮表面，获得一定深度高碳渗层（一般碳含量：0.85-1.05%，渗层深度：0.5-2mm）
淬火-回火：使齿轮表面获得高碳细针状回火马氏体组织+少量残留奥氏体，具有高硬度、良好的耐磨性以及接触疲劳强度；使心部获得低碳板条回火马氏体+少量铁素体组织，具有较高的强度和良好的塑韧性。
10-15 指出直径10mm的45钢（退火状态），经下列温度加热并水冷所获得的组
织：700℃、760℃、840℃。
答：解答此题需找到45钢的临界相变点AC1和AC3（可查手册得知：AC1=724℃，AC3=780℃）
700℃：将45钢加热至700℃未发生珠光体组织向奥氏体转变，因此水冷时无奥氏体向马氏体转变，所以水冷后的组织仍为退火状态的组织：珠光体+块状铁素体
760℃：760℃介于AC1和AC3之间，在此温度加热保温，珠光体组织转变为奥氏体，但保留一部分先共析铁素体和未熔的渗碳体颗粒，水冷时发生奥氏体向马氏体的转变，所以水冷后的组织为：马氏体+块状铁素体+粒状碳化物
840℃：在此温度下保温，铁素体+珠光体组织将全部转变为奥氏体，水冷后的组织为马氏体+残留奥氏体
10-16 T10钢经过何种热处理能获得下述组织：
1）粗片状珠光体+少量球状渗碳体
2）细片状珠光体 3）细球状珠光体 4）粗球状珠光体
答：
热处理工艺（待论证）：
1）粗片状珠光体+少量球状渗碳体：亚温加热+等温退火 2）细片状珠光体：正火处理
3）细球状珠光体：淬火+中温回火或循环球化退火工艺 4）粗球状珠光体：淬火+高温回火或球化退火工艺
10-17 一零件的金相组织是：在黑色的马氏体基体上分布有少量的珠光体组织，
问此零件原来是如何热处理的？ 答：
热处理工艺（待论证）：
淬火+低温回火，淬火得到马氏体基体+残留奥氏体，经低温回火后马氏体变成黑色针状回火马氏体，残留奥氏体转变为珠光体。
第九章 钢的热处理原理
9-1 金属固态相变有哪些主要特征？哪些因素构成相变的阻力？ 答：
固体相变主要特征： 1、相变阻力大
2、新相晶核与母相晶核存在一定的晶体学位向关系。 3、母相中的晶体学缺陷对相变其促进作用。 4、相变过程中易出现过渡相。 相变阻力构成： 1、表面能的增加。
2、弹性应变能的增加，这是由于新旧两相的比体积不同，相变时必然发生体积的变化，或者是由于新旧两相相界面的不匹配而引起弹性畸变，都会导致弹性应变能的增加。
3、固态相变温度低，原子扩散更困难，例如固态合金中原子的扩散速度为10-7
—10-8cm/d，而液态金属原子的扩散速度为10-7 cm/s。
9-2 何谓奥氏体晶粒度？说明奥氏体晶粒大小对钢的性能影响？ 答：
奥氏体晶粒度：是奥氏体晶粒大小的度量。当以单位面积内晶粒的个数或每个晶粒的平均面积与平均直径来描述晶粒大小时，可以建立晶粒大小的概念。通常采用金相显微镜100倍放大倍数下，在645mm2范围内观察到的晶粒个数来确定奥氏体晶粒度的级别。 对钢的性能的影响：
奥氏体晶粒小：钢热处理后的组织细小，强度高、塑性好，冲击韧性高。
奥氏体晶粒大：钢热处理后的组织粗大，显著降低钢的冲击韧性，提高钢的韧脆
转变温度，增加淬火变形和开裂的倾向。当晶粒大小不均匀时，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。
9-3 试述珠光体形成时钢中碳的扩散情况及片、粒状珠光体的形成过程？ 答：
珠光体形成时碳的扩散：珠光体形成过程中在奥氏体内或晶界上由于渗碳体和铁素体形核，造成其与原奥氏体形成的相界面两侧形成碳的浓度差，从而造成碳在渗碳体和铁素体中进行扩散，简言之，在奥氏体中由于碳的扩散形成富碳区和贫碳区，从而促使渗碳体和铁素体不断地交替形核长大，直至消耗完全部奥氏体。 片状珠光体形成过程：片状珠光体是渗碳体呈片状的珠光体。
首先在奥氏体晶界形成渗碳体晶核，核刚形成时与奥氏体保持共格关系，为减小形核的应变能而呈片状。渗碳体长大的同时，使其两侧的奥氏体出现贫碳区，从而为铁素体在渗碳体两侧形核创造条件，在渗碳体两侧形成铁素体后，铁素体长大的同时造成其与奥氏体体界面处形成富碳区，这又促使形成新的渗碳体片。渗碳体和铁素体如此交替形核长大形成一个片层相间大致平行的珠光体区域，当其与其他部位形成的珠光体区域相遇并占据整个奥氏体时，珠光体转变结束，得到片状珠光体组织。
粒状珠光体的形成过程：粒状珠光体是渗碳体呈颗粒状分布在铁素体基体上。 粒状珠光体可以有过冷奥氏体直接分解而成，也可以由片状珠光体球化而成，还 可以由淬火组织回火形成。原始组织不同，其形成机理也不同。 这里只介绍由过冷奥氏体直接分解得到粒状珠光体的过程： 要由过冷奥氏体直接形成粒状珠光体，必须使奥氏体晶粒内形成大量均匀弥散的渗碳体晶核，即控制奥氏体化温度，使奥氏体内残存大量未溶的渗碳体颗粒；同时使奥氏体内碳浓度不均匀，存在高碳区和低碳区。再将奥氏体冷却至略低于Ar1以下某一温度缓冷，在过冷度较小的情况下就能在奥氏体晶粒内形成大量均匀弥散的渗碳体晶核，每个渗碳体晶核在独立长大的同时，必然使其周围母相奥氏体贫碳而形成铁素体，从而直接形成粒状珠光体。
9-4 试比较贝氏体转变与珠光体转变和马氏体转变的异同。 答：
贝氏体转变：是在珠光体转变温度以下马氏体转变温度以上过冷奥氏体所发生的中温转变。
与珠光体转变的异同点：
相同点：相变都有碳的扩散现象；相变产物都是铁素体+碳化物的机械混合物 不同点：贝氏体相变奥氏体晶格向铁素体晶格改组是通过切变完成的，珠光体相变是通过扩散完成的。
与马氏体转变的异同点（可扩展）：
相同点：晶格改组都是通过切变完成的；新相和母相之间存在一定的晶体学位相关系。
不同点：贝氏体是两相组织，马氏体是单相组织；贝氏体相变有扩散现象，可以发生碳化物沉淀，而马氏体相变无碳的扩散现象。
9-5 简述钢中板条马氏体和片状马氏体的形貌特征和亚结构，并说明它们在性能
上的差异。 答：
板条马氏体的形貌特征：其显微组织是由成群的板条组成。一个奥氏体晶粒可以形成几个位向不同的板条群，板条群由板条束组成，而一个板条束内包含很多近乎平行排列的细长的马氏体板条。每一个板条马氏体为一个单晶体，其立体形态为扁条状，宽度在0.025-2.2微米之间。在这些密集的板条之间通常由含碳量较高的残余奥氏体分割开。
板条马氏体的亚结构：高密度的位错，这些位错分布不均匀，形成胞状亚结构，称为位错胞。
片状马氏体的形貌特征：片状马氏体的空间形态呈凸透镜状，由于试样磨面与其相截，因此在光学显微镜下呈针状或竹叶状，而且马氏体片互相不平行，大小不一，越是后形成的马氏体片尺寸越小。片状马氏体周围通常存在残留奥氏体。 片状马氏体的亚结构：主要为孪晶，分布在马氏体片的中部，在马氏体片边缘区的亚结构为高密度的位错。
板条马氏体与片状马氏体性能上的差异:
马氏体的强度取决于马氏体板条或马氏体片的尺寸，尺寸越小，强度越高，这是由于相界面阻碍位错运动造成的。 马氏体的硬度主要取决于其含碳量。
马氏体的塑性和韧性主要取决于马氏体的亚结构。 差异性：
片状马氏体强度高、塑性韧性差，其性能特点是硬而脆。
板条马氏体同时具有较高的强度和良好的塑韧性，并且具有韧脆转变温度低、缺口敏感性和过载敏感性小等优点。
9-6 试述钢中典型的上、下贝氏体的组织形态、立体模型并比较它们的异同。 答：
上贝氏体的组织形态、立体模型：
在光学显微镜下，上贝氏体的典型特征呈羽毛状。在电子显微镜下，上贝氏体由许多从奥氏体晶界向晶内平行生长的条状铁素体和在相邻铁素体条间存在的断续的、短杆状的渗碳体组成。其立体形态与板条马氏体相似呈扁条状，亚结构主要为位错。
下贝氏体的组织形态、立体模型：
在光学显微镜下，下贝氏体呈黑色针状。在电子显微镜下，下贝氏体由含碳过饱和的片状铁素体和其内部析出的微细ε-碳化物组成。其立体形态与片状马氏体一样，也是呈双凸透镜状，亚结构为高密度位错。 异同点：
相同点：都是铁素体和碳化物的机械混合物，组织亚结构都是高密度的位错。 不同点：组织形态不同，立体模型不同，铁素体和碳化物的混合方式不同。
9-7 何谓魏氏组织？简述魏氏组织的形成条件、对钢的性能的影响及其消除方
法？ 答：
魏氏组织：含碳小于0.6%的亚共析钢或大于1.2%的过共析钢在铸造、锻造、轧制后的空冷，或者是焊缝热影响区的空冷过程中，或者当加热温度过高并以较快