金屬學(xué)與熱處理課后習(xí)題答案第四章

1、第四章 鐵碳合金4-1 分析Wc=0.2%，Wc=0.6%，Wc=1.2%，的鐵碳合金從液態(tài)平衡冷卻至室溫的轉(zhuǎn)變過程，用冷卻曲線和組織示意圖說明各階段的組織，并分別計算室溫下的相組成物及組織組成物的含量。答：1、 Wc=0.2%的轉(zhuǎn)變過程及相組成物和組織組成物含量計算轉(zhuǎn)變過程：1）液態(tài)合金冷卻至液相線處，從液態(tài)合金中按勻晶轉(zhuǎn)變析出鐵素體，L，組織為液相+鐵素體2）液態(tài)合金冷卻至包晶溫點（1495），液相合金和鐵素體發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變，形成奧氏體，L+，由于Wc=0.2%高于包晶點0.17%，因此組織為奧氏體加部分液相。3）繼續(xù)冷卻，部分液相發(fā)生勻晶轉(zhuǎn)變析出奧氏體，直至消耗完所有液相，全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體

2、組織。4）當(dāng)合金冷卻至與鐵素體先共析線相交時，從奧氏體中析出先共析鐵素體，組織為奧氏體+先共析鐵素體5）當(dāng)合金冷卻至共析溫度時，奧氏體碳含量沿鐵素體先共析線變化至共析點碳含量，發(fā)生共析轉(zhuǎn)變+Fe3C，此時組織為先共析鐵素體+珠光體6）繼續(xù)冷卻，先共析鐵素體和珠光體中的鐵素體都將析出三次滲碳體，但數(shù)量很少，可忽略不計。所以室溫下的組織為：先共析鐵素體+珠光體。組織含量計算：組織含量計算：W（先）=（0.77-0.2）/（0.77-0.0218）100%76.2%，Wp=1- W（先）23.8%相含量計算：W=（6.69-0.2）/（6.69-0.0218）100%97.3%，W Fe3C= 1-

3、 W2.7%2、 Wc=0.6%的轉(zhuǎn)變過程及相組成物和組織組成物含量計算轉(zhuǎn)變過程：1）液態(tài)合金冷卻至液相線處，從液態(tài)合金處按勻晶轉(zhuǎn)變析出奧氏體，L，組織為液相+奧氏體。2）繼續(xù)冷卻，直至消耗完所有液相，全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體組織。4）當(dāng)合金冷卻至與鐵素體先共析線相交時，從奧氏體中析出先共析鐵素體，組織為奧氏體+先共析鐵素體5）當(dāng)合金冷卻至共析溫度（727）時，奧氏體碳含量沿鐵素體先共析線變化至共析點，發(fā)生共析轉(zhuǎn)變+Fe3C，此時組織為先共析鐵素體+珠光體6）珠光體中的鐵素體都將析出三次滲碳體，但數(shù)量很少，可忽略不計。所以室溫下的組織為：先共析二次滲碳體+珠光體組織含量計算：組織含量計算：W（先）=（

4、0.77-0.6）/（0.77-0.0218）100%22.7%，Wp=1- W（先）77.3%相含量計算：W=（6.69-0.6）/（6.69-0.0218）100%91.3%，W Fe3C= 1- W8.7%3、 Wc=1.2%的轉(zhuǎn)變過程及相組成物和組織組成物含量計算轉(zhuǎn)變過程：1）液態(tài)合金冷卻至液相線處，從液態(tài)合金處按勻晶轉(zhuǎn)變析出奧氏體，L，組織為液相+奧氏體。2）繼續(xù)冷卻，直至消耗完所有液相，全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體組織。3）當(dāng)合金冷卻至與滲碳體先共析線（碳在奧氏體中的溶解度曲線）相交時，從奧氏體中析出先共析二次滲碳體，組織為奧氏體+先共析二次滲碳體4）當(dāng)溫度冷卻至共析溫度（727）時，奧氏體碳

5、含量沿溶解度曲線變化至共析點碳含量，發(fā)生共析轉(zhuǎn)變+Fe3C，組織為珠光體+先共析二次滲碳體5）珠光體中的鐵素體都將析出三次滲碳體，但數(shù)量很少，可忽略不計。所以室溫下的組織為：先共析二次滲碳體+珠光體組織含量計算：組織含量計算：W Fe3C（先）=（1.2-0.77）/（6.69-0.77）100%7.3%，Wp=1- W Fe3C（先）92.7%相含量計算：W=（6.69-1.2）/（6.69-0.0218）100%82.3%，W Fe3C= 1- W16.7%4-2 分析Wc=3.5%，Wc=4.7%的鐵碳合金從液態(tài)到室溫的平衡結(jié)晶過程，畫出冷卻曲線和組織變化示意圖，并計算室溫下的組織組成物

6、和相組成物。答：1、Wc=3.5%的轉(zhuǎn)變過程及相組成物和組織組成物含量計算轉(zhuǎn)變過程：1）液態(tài)合金冷卻至液相線處，從液態(tài)合金中按勻晶轉(zhuǎn)變析出奧氏體，L，組織為液相合金+奧氏體。2）當(dāng)合金溫度冷卻至共晶溫度（1127）時，液相合金中的含碳量變化至共晶點，液相合金發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變L+Fe3C，組織為共晶萊氏體Ld+奧氏體。3）溫度繼續(xù)降低，勻晶奧氏體和萊氏體中的奧氏體將析出二次滲碳體。所以組織為：奧氏體+萊氏體+二次滲碳體。4）當(dāng)溫度降低至共析溫度（727），奧氏體中的碳含量變化值共析點，發(fā)生共析轉(zhuǎn)變形成珠光體，+Fe3C，組織為珠光體（低溫萊氏體Ld）+二次滲碳體。5）繼續(xù)冷卻，珠光體中的鐵素體將會析

7、出按此滲碳，但數(shù)量很少，可以忽略不計。所以室溫下的組織為：珠光體（低溫萊氏體Ld）+滲碳體（二次滲碳體+共晶滲碳體）。組織含量計算：組織含量計算：W Fe3C=（2.11-0.77）/（6.69-0.77）（6.69-3.5）/（6.69-2.11）100%19.2%W Fe3C（共）=（4.3-2.11）/（6.69-2.11）（3.5-2.11）/（4.3-2.11）100%30.6%WLd=1- W Fe3C（共）-W Fe3C=50.2%相含量計算： W=（6.69-0.77）/（6.69-0.0218）WLd 100%44.6%，W Fe3C= 1- W55.4%2、Wc=4.7%的

8、轉(zhuǎn)變過程及相組成物和組織組成物含量計算轉(zhuǎn)變過程：1）液態(tài)合金冷卻至液相線處，從液態(tài)合金中按勻晶轉(zhuǎn)變析出粗大的滲碳體，稱為一次滲碳體，LFe3C，組織為液相合金+ Fe3C。2）當(dāng)合金溫度冷卻至共晶溫度（1127）時，液相合金中的含碳量變化至共晶點，液相合金發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變L+Fe3C，組織為共晶萊氏體Ld+ Fe3C。3）溫度繼續(xù)降低， 共晶萊氏體中的奧氏體將析出二次滲碳體，組織為：萊氏體+ 一次滲碳體+二次滲碳體。4）當(dāng)溫度降低至共析溫度（727），共晶萊氏體中奧氏體中的碳含量變化至共析點，發(fā)生共析轉(zhuǎn)變形成珠光體，+Fe3C，此時組織為：珠光體（低溫萊氏體Ld）+ 一次滲碳體+二次滲碳體。5）繼

9、續(xù)冷卻，珠光體中的鐵素體將會析出三次滲碳體，但數(shù)量很少，可以忽略不計。所以室溫下的組織為：珠光體（低溫萊氏體Ld）+ 滲碳體（一次滲碳體+二次滲碳體+共晶滲碳體）。組織含量計算：組織含量計算：WLd=（6.69-2.11）/（6.69-0.77）（6.69-4.7）/（6.69-2.11）100%33.5%W Fe3C =1- WLd66.5%相含量計算： W=（6.69-0.77）/（6.69-0.0218）WLd 100%29.7%，W Fe3C= 1- W80.3%4-3 計算鐵碳合金中二次滲碳體和三次滲碳體最大可能含量。答：二次滲碳體最大含量：1、 我們知道二次滲碳體是從奧氏體中析出的

10、，隨奧氏體的含量增多，二次滲碳體的含量增多。2、 而且二次滲碳體的含量隨著奧氏體中的碳含量增加而增大3、 所以根據(jù)鐵碳相圖，當(dāng)鐵碳合金中的碳含量為2.11%可以或多最多的奧氏體含量以及最大的奧氏體含碳量，也就是所可以得到最多的二次滲碳體含量。其含量=（2.11-0.77）/（6.69-0.77）100%22.6%三次滲碳體最大含量：1、 我們知道三次滲碳體是從鐵素體中析出的，所以必然隨著鐵素體的含量增多而增多。2、 而且要析出滲碳體必須要足夠的碳含量，所以鐵素體中的碳含量越多，越容易析出三次滲碳體。3、 根據(jù)鐵碳相圖，當(dāng)鐵碳合金中的碳含量為0.0218%時，可以獲得最多的鐵素體含量。其含量=0

11、.0218/6.69100%0.33%4-4 分別計算萊氏體中共晶滲碳體、二次滲碳體、共析滲碳體的含量。答：共晶滲碳體含量：W Fe3C（晶）=（4.3-2.11）/（6.69-2.11）100%47.8%，W A=1- W Fe3C（共）52.2%二次滲碳體含量：W Fe3C=（2.11-0.77）/（6.69-0.77）W A100%11.8%共析滲碳體含量：W Fe3C（析）=（0.77-0.0218）/（6.69-0.0218）（W A - W Fe3C）100%4.5%4-5 為了區(qū)分兩種弄混的碳鋼，工作人員分別截取了A、B兩塊試樣，加熱至850保溫后以極慢的速度冷卻至室溫，觀察金相

12、組織，結(jié)果如下：A試樣的先共析鐵素體面積為41.6%，珠光體的面積為58.4%。B試樣的二次滲碳體的面積為7.3%，珠光體的面積為92.7%。設(shè)鐵素體和滲碳體的密度相同，鐵素體中的含碳量為零，試求A、B兩種碳鋼含碳量。答：對于A試樣：設(shè)A含碳量為X%，由題述知先共析鐵素體含量為41.6%可以得到41.6%=（0.77-X）/0.77100%，得出X0.45，所以A中含碳量為0.45%。對于A試樣：設(shè)B含碳量為Y%，由題述知二次滲碳體含量為7.3%可以得到7.3%=（Y-0.77）/(6.69-0.77) 100%，得出Y1.2，所以B中含碳量為1.2%。4-6 利用鐵碳相圖說明鐵碳合金的成分、

13、組織和性能之間的關(guān)系。答：成分和組織之間的關(guān)系：1、 從相組成的角度，不論成分如何變化，鐵碳合金在室溫下的平衡組織都是由 鐵素體和滲碳體兩相組成。2、 當(dāng)碳含量為零，鐵碳合金全部由鐵素體組成，隨著碳含量的增加鐵素體的含量呈直線下降，直到碳含量為6.69%時，鐵素體含量為零，滲碳體含量則由零增至100%。3、 含碳量的變化還會引起組織的變化。隨著成分的變化，將會引起不同性質(zhì)的結(jié)晶和相變過程，從而得到不同的組織。隨著含碳量的增加，鐵碳合金的組織變化順序為：FF+PPP+ Fe3CP+ Fe3C+LdLdLd+ Fe3C(F代表鐵素體，P代表珠光體，Ld代表低溫萊氏體)組織和性能之間的關(guān)系：鐵素體相

14、是軟韌相、滲碳體相是硬脆相。珠光體由鐵素體和滲碳體組成，滲碳體以細(xì)片狀分散地分布在鐵素體基體上，起強(qiáng)化作用，所以珠光體的強(qiáng)度、硬度較高，但塑性和韌性較差。1、 在亞共析鋼中，隨著含碳量增加，珠光體增多，則強(qiáng)度、硬度升高，而塑性和韌性下降。2、 在過共析鋼中，隨著含碳量增加，二次滲碳體含量增多，則強(qiáng)度、硬度升高，當(dāng)碳含量增加至接近1%時，其強(qiáng)度達(dá)到最高值。碳含量繼續(xù)增加，二次滲碳體將會在原奧氏體晶界形成連續(xù)的網(wǎng)狀，降低晶界的強(qiáng)度，使鋼的脆性大大增加，韌性急劇下降。3、 在白口鐵中，隨著碳含量的增加，滲碳體的含量增多，硬度增加，鐵碳合金的塑、韌性單調(diào)下降，當(dāng)組織中出現(xiàn)以滲碳體為基體的低溫萊氏體時，

15、塑、韌性降低至接近于零，且脆性很大，強(qiáng)度很低。4、 鐵碳合金的硬度對組織組成物或組成相的形態(tài)不十分的敏感，其大小主要取決于組成相的數(shù)量和硬度。隨著碳含量增加，高硬度的滲碳體增多，鐵碳合金的硬度呈直線升高。5、 低碳鋼鐵素體含量較多，塑韌性好，切削加工產(chǎn)生的切削熱大，容易粘刀，而且切屑不易折斷，切削加工性能不好。高碳鋼滲碳體含量多，硬度高，嚴(yán)重磨損刀具，切削加工性能不好。中碳鋼，鐵素體和滲碳體比例適當(dāng)，硬度和塑性適中，切削加工性能好。6、 低碳鋼鐵素體含量較多，塑韌性好，可鍛性好；高碳鋼滲碳體含量多，硬度高，可鍛性變差。4-7 鐵碳相圖有哪些應(yīng)用，又有哪些局限性。答：應(yīng)用：1、 由鐵碳相圖可以計算出不同成分的鐵碳合金其組成相的相對含量。2、 由鐵碳相圖還可以反映不同成分鐵碳合金的結(jié)晶和相變特性。3、 由鐵碳相圖可大致判斷不同成分鐵碳合金的力學(xué)性能和物理性能。4、 由鐵碳相圖可大致判斷不同成分鐵碳合金的鑄造性能、可鍛性和切削加工性等工藝性能。局限性：1、 鐵碳相圖反映的是在平衡條件下相的平衡，而不是組織的平衡。相圖只能給出鐵碳合金在平衡條件下相的類別、相