金屬材料與熱處理第四章作業(yè)

1、1名詞定義符號性能特點鐵素體C在a -Fe中的間隙固溶體F/ a塑性韌性好，但強度低奧氏體C在丫 -Fe中的間隙固溶體A/ y塑性好，成型性能好，具有順磁性滲碳體Fe與C形成的間隙化合物FesC，含碳量為6.69%Cm塑性差，硬度高珠光體鐵碳相圖中，共析轉變形成的 鐵素體和滲碳體的機械混合物P介于鐵素體和滲碳體之間，強度較 高，硬度適中，塑性和韌性較好萊氏體鐵碳相圖中，共晶轉變形成的 奧氏體和滲碳體的機械混合物Ld塑性差，硬而脆變態(tài)萊氏體含碳量為 4.3%的液相在冷卻 至1148 C時發(fā)生共晶反應，生 成由滲碳體和奧氏體組成的萊 氏體(Ld),繼續(xù)冷卻至727 C 時，萊氏體中的奧氏體發(fā)生共

2、析反應轉變?yōu)橹楣怏w，此時組 織由滲碳體和珠光體組成，稱 為變態(tài)萊氏體。L '硬而脆，塑性差，鑄造性能好2 一堆鋼材由于混雜，不知道化學成分，現(xiàn)抽出一根進行金相分析，其組織為鐵素體加珠 光體，其中珠光體的面積大約占40%，由于珠光體與鐵素體的比容相近，可用顯微組織中珠光體與鐵素體的面積百分數(shù)替代二者的重量百分數(shù)，試估算該鋼材的含碳量。答：由于二者比容相近，可用面積百分數(shù)代替質量百分數(shù)，那么該剛才中珠光體質量占40% ,鐵素體質量占60%。根據(jù)杠桿定律可知該剛才的碳含量為：Wc%= 0.0218%+ ( 0.77-0.0218) % X 40%=0.321%3已知珠光體的 HBS = 18

3、0, A 20%，鐵素體的HBS = 80, A 50 %，試計算含碳量為 0.45% 的碳鋼的硬度和伸長率。(提示：合金的性能值大約是它的各組織組成物的性能值與它的各 組織組成物在合金中的含量的乘積和，或稱為加權平均值)。答：根據(jù)杠桿定律，含碳量為 0.45%的碳鋼室溫組織為珠光體和鐵素體。他們的質量分數(shù)為Wf%= ( 0.77-0.45) /(0.77-0.0218)=42.77%Wp%=1-Wf%=57.23%因此，它的硬度 HBS=180 X 57.23%+80 X 42.77%=137.23它的延伸率 8=20% X 57.23%+50% X 42.77%=137.23=32.8%4

4、何謂共析轉變和共晶轉變？寫出它們的反應式答：共析轉變由某一固相同時轉變成兩種不同的固相的轉變，反應式Ya +3共晶轉變由某一液相同時轉變成兩種不同的固相的轉變，反應式La +35指出下列名詞的主要區(qū)別：一次滲碳體、二次滲碳體、三次滲碳體、共晶滲碳體、共析滲碳體。答：一次滲碳體：在共晶轉變之前，直接從液相中結晶出來的滲碳體二次滲碳體：在共析轉變之前，直接從奧氏體中析出滲碳體三次滲碳體：從過飽和鐵素體中析出的滲碳體共晶滲碳體：在共晶點附近，經過共晶反應得到的滲碳體共析滲碳體：在共析點附近，經過共析反應得到的滲碳體6 Si、Mn、S、P對碳鋼性能有何主要影響？碳鋼分類及編號方法。答：硅和錳是脫氧劑，

5、冷卻后溶于鐵素體中，形成固溶體，提高碳鋼的強度和硬度。含量 不高時，提高鋼的塑性和韌性，含量太高時將降低其塑性和韌性。此外，錳還是脫硫劑，很 大程度上消除硫的有害影響。硫是碳鋼中有害元素，引起鋼在熱加工時開裂，在鑄造應力作 用下產生熱裂紋，也會使焊縫中產生熱裂紋。焊接時產生SO2氣體，還使焊縫產生氣孔和縮松。但硫能提高鋼的切削性能。磷是有害元素，在鋼中具有很高的溶解度，具有很強的固熔強化作用，使鋼的強度、硬度顯著提高，韌性明顯降低。磷還具有嚴重的偏析傾向，在鐵 素體和奧氏體中擴散速度小，難以用熱處理方法消除。磷可以提高鋼的切削性能，與銅一起可以提高鋼的耐大氣腐蝕能力。按鋼中的含碳量，碳素鋼可以

6、分為低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼。按合金元素的多少分為低合金 鋼、中合金鋼和高合金鋼。按用途可分為結構鋼、工具鋼和特殊用鋼。按退火狀態(tài)的組織可分為亞共析鋼、共析鋼、過共析鋼和萊氏體鋼；按正火組織可分為珠光體鋼、貝氏體鋼、馬 氏體鋼和奧氏體鋼；按室溫時的顯微組織可分為鐵素體鋼、奧氏體鋼和雙相鋼。編號方法：對于結構用鋼采用Q+屈服點數(shù)值+質量。質量由 A到E,磷硫含量降低，鋼的質量提高。碳素工具鋼采用T+數(shù)字，數(shù)字表示千分之幾的含碳量。合金結構鋼的牌號由三部分組成：數(shù)字+合金元素符號+數(shù)字。前面的兩位數(shù)字表示碳含量的萬分之幾，合金元素 后面的數(shù)字表示合金元素的平均含量，以百分之幾表示。7 教材 4-1,

7、4-2, 4-4,4-64-1 Wc=0.6%的鐵碳合金屬于亞共析鋼。冷卻曲線和組織示意圖略。室溫下的相組成為：鐵素體和滲碳體。鐵素體含量為(6.69-0.6)/(6.69-0.0218)=91.3%滲碳體含量為8.7%。室溫下的組織為先共析鐵素體和珠光體組織。其中先共析鐵素體組織含量為(0.77-0.6)/(0.77-0.0218)=22.7%，珠光體組織含量為 1-22.7%=77.3%4-2 Wc=3.5 %的鐵碳合金屬于亞共晶白口鐵，冷卻曲線和組織示意圖略。室溫下相組成為：鐵素體和滲碳體。其中鐵素體含量為(6.69-3.5)/(6.69-0.0218)=47.8%滲碳體含量為52.2%

8、。室溫下的組織為先共析滲碳體和珠光體組織。其中先共析滲碳體組織含量為(3.5-0.77)/(6.69-0.77)=46.96%，珠光體組織含量為 1-22.7%=53.04%4-4萊氏體中共晶滲碳體含量(4.3-2.11)/(6.69-2.11)=47.8%二次滲碳體含量(2.11-0.77)/(6.69-0.77) X (1-47.8%)=11.8%共析滲碳體含量(0.77-0.0218)/(6.69-0.0218) X (1-47.8%-11.8%)=4.5%4-6鐵碳合金在室溫下的組織構成如下圖所示。當Wc%<0.0218時是鐵素體組織，組織較軟,強度較低，塑性較好。 0.0218

9、%<Wc%<0.77%時是先共析鐵素體和珠光體組織，隨著珠 光體的增多，強度硬度逐漸升高，塑性韌性下降。當Wc%=0.77%時，其性能就是珠光體性能，強度硬度較高，塑性較差。在過共析鋼0.77%<Wc%<2.11%中，組織為珠光體和二次滲碳體組織，在含碳量接近1%時，強度達到最高值，此后隨著含碳量的增加，由于脆性相Fe3C形成連續(xù)網(wǎng)絡，強度下降，脆性增加，而硬度繼續(xù)增大。亞共晶白口 鐵的成分2.11%<Wc%<4.3%，組織為珠光體、二次滲碳體和變態(tài)萊氏體，共晶白口鐵 為變態(tài)萊氏體，過共晶白口鐵4.3%<Wc%<6.69%為一次滲碳體和變態(tài)萊氏體

10、組織，在白口鐵中，滲碳體逐漸增多，脆性很大，強度很低，硬度不斷增加。0, 0218 0., 77LeP + F%C +Lel2.11ur(C/%FejCj + LeFe3C5,. 6912默寫畫出簡化的鐵碳相圖： 寫出主要點(P、Q、S、E、C)、線(PK、EF、 PQ、ES)的意義； 標出亞共析鋼、共析鋼、過共析鋼、共晶白口鑄鐵、亞共晶白口鑄鐵、過共晶白口鑄鐵 室溫下的平衡組織； 運用杠桿定律計算 0.4%C、1.0%C的鋼中先共析相和珠光體的相對重量。有一碳素鋼退火后在室溫下測得先共析相占5%,求該鋼的成分； 鋼中最重要的強化元素是什么？說明含碳量對退火鋼機械性能的影響規(guī)律，解釋原因。 為

11、什么綁扎物體一般用鍍鋅低碳鋼絲，而起重機調重物用 60、65、70、76等鋼制成的鋼絲。答: (1)如圖所示。P為共析溫度下鐵素體中碳的最大的固溶度。Q為室溫下鐵素體中碳的固溶度。S共析點。E碳在奧氏體鋼中的最大固溶度。 C共晶點。PK為共析線，改線上的 點都會發(fā)生共析反應。EF線為共晶線，該線上的點都會發(fā)生共晶反應， PQ線為碳在鐵素體 中的溶解度曲線，ES線為碳在奧氏體中的溶解度曲線。(2) 亞共析鋼的平衡組織為先共析鐵素體和珠光體；共析鋼的平衡組織為珠光體；過共析鋼的平衡組織為二次滲碳體和珠光體；亞共晶鋼的平衡組織為二次滲碳體、珠光體和變態(tài)萊氏體；共晶體的平衡組織為變態(tài)萊氏體；過共晶鋼的

12、平衡組織為一次滲碳體和變態(tài)萊氏體。(3) 0.4%C 鋼：先共析鐵素體：Wf=( 0.77-0.4) /( 0.77-0.0218) =49.45% , Wp=1-W f=51.55%。1.0%C 鋼 先共析滲碳體 WFe3C= (1.0-0.77) / ( 6.69-0.77) =38.85%,Wp=1-WFe3c=61.15% 若先共析相位鐵素體，則鋼的成分為0.77- ( 0.77-0.0218 )X 5%=0.73%若先共析相為滲碳體，則鋼的成分為0.77+ (6.69-0.77)X 5%=1.03%(4) 鋼中最重要的強化元素是碳，在亞共析鋼中，隨著含碳量的增加，珠光體逐漸增多，強度硬度升高，韌性塑性下降。當碳量達到0.77%時，其性能就是珠光體性能，強度硬度