--鐵碳相圖習題參考答案

1、第五章-鐵碳相圖習題參考答案 第五章鐵碳相圖習題參考答案一、 解釋下列名詞 答：1、鐵素體：碳溶入aFe中形成的間隙固溶體。 奧氏體：碳溶入丫一Fe中形成的間隙固溶體。 滲碳體：鐵與碳形成的具有復雜晶體結(jié)構(gòu)的金屬 化合物。 珠光體：鐵素體和滲碳體組成的機械混合物。 萊氏體：由奧氏體和滲碳體組成的機械混合物。 2、Fe3CI:由液相中直接析出來的滲碳體稱為一次滲碳體。 Fe3CU:從A中析出的Fe3c稱為二次滲碳體。 Fe3Cm:從鐵素體中析出的Fe3c稱為三次滲碳體。 共析Fe3C:經(jīng)共析反應生成的滲碳體即珠光體中的滲碳體稱為共析滲碳體。 共晶Fe3C:經(jīng)共晶反應生成的滲碳體即萊氏體中的滲碳體

2、稱為共晶滲碳體。 3、鋼：含碳量大于0.00218%,小于2.11%的鐵碳合金。 白口鑄鐵：含碳量大于2.11%的鐵碳合金。 :、填空題 1、常溫平衡狀態(tài)下，鐵碳合金基本相有鐵素體 （F）、滲碳體（Fe3C）等兩個。 2、FeFe3c相圖有4個單相區(qū)，各相區(qū)的相分別是液相（L）、S相、鐵素體（F）、奧氏體（A）。 3、FeFe3c相圖有三條水平線:即HJB、ECF禾口PSK線，它們代表的反應分別是包晶反應、共晶反應和共析反應。 4、工業(yè)純鐵的含碳量為W0.0218%,室溫平衡組織為F+Fe3G。 5、共晶白口鐵的含碳量為43%,室溫平衡組織P占40.37%.Fe3c共晶占47.82%Fe3Cn

3、占11.81% 6、一鋼試樣，在室溫平衡組織中，珠光體占60%鐵素體占40%該鋼的含碳量為0.4707。 7、鋼的組織特點是高溫組織為奧氏體（A）,具有良好的塑、韌性,因而適干熱加工成形。 8、白口鑄鐵的特點是液態(tài)結(jié)晶都有共晶轉(zhuǎn)變，室溫平衡組織中都有萊氏體、因而適于通過鑄造成形。 三、簡答題 1、為什么丫-Fe和a-Fe的比容不同？一塊質(zhì) 量一定的鐵發(fā)生（丫-Fe-a-Fe）轉(zhuǎn)變時，其體積如何變化？ 答：因為丫-Fe和a-Fe原子排列的緊密程度不同，丫-Fe的致密度為74%a-Fe的致密度為68%因此一塊質(zhì)量一定的鐵發(fā)生（丫-Fe-a-Fe）轉(zhuǎn)變時體積將發(fā)生膨脹。 2、鐵素體（F）,奧氏體（A

4、）,滲碳體（FeC）,珠光體（P）,萊氏體（Ld）的結(jié)構(gòu)、組織形態(tài)、性能等各有何特點？ 答：鐵素體結(jié)構(gòu)為體心立方晶格。由于碳在a-Fe中的溶解度、很小，它的性能與純鐵相近。塑性、韌性好，強度、硬度低。它在鋼中一般呈塊狀或片狀。 奧氏體（A）結(jié)構(gòu)為面心立方晶格。因其晶格間隙尺寸較大，故碳在丫-Fe中的溶解度較大。有很好的塑性。 滲碳體（F&C）具有復雜晶格的間隙化合物。滲碳體具有很高的硬度，但塑性很差，延伸率接近于零。在鋼中以片狀存在或網(wǎng)絡狀存在于晶界。在萊氏體中為連續(xù)的基體，有時呈魚骨狀。 珠光體（P）為鐵素體和滲碳體組成的機械混 合物。 鐵素體和滲碳體呈層片狀。 珠光體有較高的強度和

5、硬度，但塑性較差。 萊氏體（Ld）為奧氏體和滲碳體組成的機械混合物。在萊氏體中，滲碳體是連續(xù)分布的相，奧氏體呈顆粒狀分布在滲碳體基體上。由于滲碳體很脆，所以萊氏體是塑性很差的組織。 3、Fe-Fe3c合金相圖有何作用？在生產(chǎn)實踐中有何指導意義？又有何局限性？ 答：碳鋼和鑄鐵都是鐵碳合金，是使用最廣泛的金屬材料。鐵碳合金相圖是研究鐵碳合金的重要工具，了解與掌握鐵碳合金相圖，對于鋼鐵材料的研究和使用，各種熱加工工藝的制訂以及工藝廢品原因的分析等方面都有重要指導意義。 為選材提供成分依據(jù)：鐵碳相圖描述了鐵碳合金的組織隨含碳量的變化規(guī)律，合金的性能決定于合金的組織，這樣根據(jù)零件的性能要求來選擇不同成分

6、的鐵碳合金； 為制定熱加工工藝提供依據(jù)：對鑄造，根據(jù)相圖可以找出不同成分的鋼或鑄鐵的熔點，確定鑄造溫度；根據(jù)相圖上液相線和固相線間距離估計鑄造性 能的好壞。對于鍛造：根據(jù)相圖可以確定鍛造溫度。 處理方法來減輕或消除組織不均勻性； 對熱處理:碳相圖更為重要，如退火、正火、淬火的加熱溫度都要參考鐵碳相圖加以選擇。 由于鐵碳相圖是以無限緩慢加熱和冷卻的 的滯后現(xiàn)象。 對焊接：根據(jù)相圖來分析碳鋼焊縫組織, 并用適當 、 速度得到的, 而在實際加熱和冷卻通常都有不同程度 4、畫出 Fe-Fe3c相圖, 指出圖中 1538C III IV VVI L+A 227c D 圖2-13FeFe3G目圖F+Fe3

7、Ciii 1:2.11% 、1L+F e3C 912cIzI|CI4.3% 912C|1/1A+Ld+Fe30i| 11/11LdLd+F PA+F|S.1A+Fe3Cl1727cI /n1一一一_工11111 i e3Ci ).0218%j0.77%；jI1 I ; I 1P+FP Ld 1 P+Ld+Fe3CiiLd P+Fe3Ci| 11111 111111 l +Fe3C 1 P、N、G及GS、SE、PQ、PSK各點、線的意義, 并標出各相區(qū)的相組成物和組織組成物o 答: C:共晶點1148C4.30%C,在這一點上發(fā)生共晶 轉(zhuǎn)變，反應式：LcAE品巳當冷到1148c時具有 點成分的液

8、體中同時結(jié)晶出具有E點成分的奧氏體 Fe中的最大溶解度點1148 2.11%C Fe中的最大溶解度為1495 0.09%C 和滲碳體的兩相混合物一一萊氏體 LeAEFe3C G: Fe Fe 同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點（A）912C0%C J:包晶轉(zhuǎn)變點1495c 0.17%C 在這一點上 發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變，反應式：LB HAJ當冷卻到1495C 生成具有J點成分的固相A。 N:FeFe同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點（A）1394c0%C P：碳在Fe中的最大溶解度點0.0218%C727c S:共析點727c0.77%C在這一點上發(fā)生共析轉(zhuǎn)變， 反應式：AsFe1當冷卻到727c時從具有S點成分的奧氏體中同時析出具有P點成

9、分的鐵素體和滲碳體的兩相混合物一一珠光體P（%氏。） ES線：碳在奧氏體中的溶解度曲線，又稱Acm曷度線，隨溫度的降低，碳在奧化體中的溶解度減少，多余的碳以FeQ形式析出， 所以具有0.77%2.11%C的鋼冷卻到Acm線與PS磔之間時的組織AFe3c口，從A中析出的Fe3c稱為二次滲碳體。 GS線： 不同含碳量的奧氏體冷卻時析出鐵素體的開始線稱A線，GP線則是鐵素體析出的終了線，所以GSPK的顯微組織是FA。 PQ線：碳在鐵素體中的溶解度曲線，隨溫度的降低，碳在鐵素體中的溶解度減少，多余的碳以Fe3c形式析出，從F中析出的Fe3c稱為三次滲碳體Fe3c口，由于鐵素體含碳很少，析出的Fe3c具

10、有B點成分的液相與具有 H點成分的固相8反應 口很少，一般忽略，認為 從727c冷卻到室溫的顯微組織不變。 PSK線：共析轉(zhuǎn)變線，在這條線上發(fā)生共析轉(zhuǎn)變 AFPFeQ,產(chǎn)物（P）珠光體，含碳量在0.026.69%的鐵碳合金冷卻到727C時都有共析轉(zhuǎn)變發(fā)生。 5、簡述Fe-Fe3c相圖中三個基本反應：包晶反應，共晶反應及共析反應，寫出反應式，標出含碳量及溫度。 答：共析反應：冷卻到727c時具有S點成分的奧氏體中同時析出具有P點成分的鐵素體和滲碳體的兩相混合物。丫0.8727?FO.02+Fe3G.69 包晶反應： 冷卻到1495c時具有B點成分的液相與具有H點成分的固相S反應生成具有J點成分的

11、固相A。L0.5+S 1495? 0.1丫0.16 共晶反應：1148c時具有C點成分的液體中同時結(jié)晶出具有E點成分的奧氏體和滲碳體的兩相混合物。L4.31147?丫2.14+ FeG.69 6、 亞共析鋼、 共析鋼和過共析鋼的組織有何特點和異同點。 答：亞共析鋼的組織由鐵素體和珠光體所組成。 其中鐵素體呈塊狀。珠光體中鐵素體與滲碳體呈片狀分布。共析鋼的組織由珠光體所組成。 過共析鋼的組織由珠光體和二次滲碳體所組成，其中二次滲碳體在晶界形成連續(xù)的網(wǎng)絡狀。 共同點：鋼的組織中都含有珠光體。 不同點： 亞共析鋼的組織是鐵素體和珠光體， 共析鋼的組織是珠光體，過共析鋼的組織是珠光體和二次滲碳體。 7

12、、分析含碳量分別為0.60%、0.77%、1.0%的鐵碳合金從液態(tài)緩冷至室溫時的結(jié)晶過程和室溫組織。 答:0.77%C在1點間合金按勻晶轉(zhuǎn)變結(jié)晶出A,在2點結(jié)晶結(jié)束，全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。冷到3點時 (727C),在恒溫下發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變結(jié)束時全部為珠光體P,珠光體中的滲碳體稱為共析滲碳體， 當溫度繼續(xù)下降時，珠光體中鐵素體溶碳量減少，其成分沿固溶度線PQ變化，析出三次滲碳體Fe3G,它常與共析滲碳體長在一起，彼此分不出，且數(shù)量少，可忽略。室溫時組織P。 0.60%C:合金在12間按勻晶轉(zhuǎn)變結(jié)晶出A,在2點結(jié)晶結(jié)束，全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。冷到3點時開始析出F,34點A成分沿GS線變化， 鐵素體成分沿

13、GP線變化， 當溫度到4點時，奧氏體的成分達到S點成分（含碳0.77%）,便發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，形成珠光體，此時，原先析出的鐵素體保持不變，稱為先共析鐵素體，其成分為0.0218%C所以共析轉(zhuǎn)變結(jié)束后，合金的組織為先共析鐵素體和珠光體，當溫度繼續(xù)下降時，鐵素體的溶碳量沿PQ線變化，析出三次滲碳體，同樣Fe3Gi量很少，可忽略。所以含碳0.40%的亞共析鋼的室溫組織為：F+P 1.0%C:合金在12點間按勻晶轉(zhuǎn)變結(jié)晶出奧氏體，2點結(jié)晶結(jié)束，合金為單相奧氏體，冷卻到3點，開始從奧氏體中析出二次滲碳體Fe3C,Fe3C沿奧氏體的晶界析出，呈網(wǎng)狀分布，3-4間Fe3G不斷析出，奧氏體成分沿ES線變化，當溫度

14、到達4點(727C)時， 其含碳量降為0.77%,在恒溫下發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，形成珠光體，此時先析出的Fe3G保持不變，稱為先共析滲碳體， 所以共析轉(zhuǎn)變結(jié)束時的組織為先共析二次滲碳體和珠光體，忽略Fe3Gi。室溫組織為二次滲碳體和珠光體。 8、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、共晶滲碳體與共析滲碳體。 答：一次滲碳體：由液相中直接析出來的滲碳體稱為一次滲碳體。 二次滲碳體：從A中析出的Fe3c稱為二次滲碳體。 三次滲碳體：從F中析出的Fe3c稱為三次滲碳體 Fe3c田O 共晶滲碳體：經(jīng)共晶反應生成的滲碳體即萊氏體中的滲碳體稱為共晶滲碳體。 共析滲碳體：經(jīng)共析反應生成的滲碳

15、體即珠光體 中的滲碳體稱為共析滲碳體。 9、根據(jù)Fe-Fe3c相圖，計算： 室溫下，含碳0.6%的鋼中珠光體和鐵素體各占多少； 室溫下，含碳1.2%的鋼中珠光體和二次滲碳體各占多少； 鐵碳合金中， 二次滲碳體和三次滲碳體的最大百分含量。 答：W=(0.6-0.0218)/(0.77-0.0218)*100%=77.28%WF=1-77.28%=22.72% W=(2.11-1.2)/(2.11-0.77)*100%=69.91%WFe3cn=1-69.91%=30.09% We3cn=(2.11-0.77)/(6.69-0.77)*100%=22.64% WFe3cm=0.0218/6.69*

16、100%=0.33% 10、某工廠倉庫積壓了許多碳鋼(退火狀態(tài))，由于鋼材混雜，不知道鋼的化學成分，現(xiàn)找出其中一根，經(jīng)金相分析后，發(fā)現(xiàn)其組織為珠光體+鐵素體， 其中鐵素體占80%,問此鋼材的含碳量大約是多少？ 答：由于組織為珠光體+鐵素體，說明此鋼為亞共析鋼 =80%=(0.77-WC)/(0.77-0.0218)*100% W=0.17% 11、對某退火碳素鋼進行金相分析，其組織的相組成物為鐵素體+滲碳體(粒狀)，其中滲碳體占18%,問此碳鋼的含碳量大約是多少？ 答：WUC口=18% =(Wb0.0218)/(6.69-0.0218)*100%WC=1.22% 12、對某退火碳素鋼進行金相分

17、析，其組織為珠光體+滲碳體(網(wǎng)狀)， 其中珠光體占93%， 問此碳鋼的含碳量大約為多少？ 答：W=93%=(2.11-WC)/(2.11-0.77)*100%=70%W=0.86% 13、 計算含碳量為1.4%C的鐵碳合金在700c下各個相及其組分數(shù)量和成分。 答：含1.4%C鐵碳合金屬于過共析鋼，其組織為珠光體+二次滲碳體，相為鐵素體和滲碳體。 珠光體：W=(2.11-1.4)/(2.11-0.77)*100%=50% 二次滲碳體：皿3制=1-50%=50% 鐵素體：W=(6.69-1.4)/(6.69-0.0218) *100%=79.33%滲碳體：必=1-79.33%=20.67% 14

18、、根據(jù)Fe-Fe3c相圖，說明產(chǎn)生下列現(xiàn)象的原 因： 含碳量為1.0%的鋼比含碳量為0.5%的鋼硬 度高； 在室溫下，含碳0.8%的鋼其強度比含碳1.2% 鋼高; 在1100C,含碳0.4%的鋼能進行鍛造，含碳 4.0%的生鐵不能鍛造； 綁軋物件一般用鐵絲（鍍鋅低碳鋼絲），而起重吊重物卻用鋼絲繩（用含碳量為0.60%、0.65%、 0.70%、0.75%等鋼制成） 答：鋼中隨著含碳量的增加，滲碳體的含量增 ,滲碳體是硬脆相，因此含碳量為1.0%的鋼比含量為0.5%的鋼硬度高。 因為在鋼中當含碳量超過1.0%時， 所析出的二次滲碳體在晶界形成連續(xù)的網(wǎng)絡狀，使鋼的脆性增 加，導致強度下降。因此含碳

19、0.8%的鋼其強度比含碳1.2%的鋼高。 在1100c時，含碳0.4%的鋼的組織為奧氏體，奧氏體的塑性很好，因此適合于鍛造；含碳4.0%的生鐵的組織中含有大量的滲碳體，滲碳體的硬度很高，不適合于鍛造。 綁軋物件的性能要求有很好的韌性，因此選用低碳鋼有很好的塑韌性，鍍鋅低碳鋼絲；而起重機吊重物用鋼絲繩除要求有一定的強度，還要有很高的彈性極限，而含碳量為0.60%、0.65%、0.70%、0.75%的鋼有高的強度和高的彈性極限。這樣在吊重物時不會斷裂。 四、選擇題 1、質(zhì)量一定的丫-Fe轉(zhuǎn)變?yōu)閍-Fe時，體積 (A)。 A、脹大；B、縮小；C、不變 2、碳在丫-Fe中的最大溶解度為(B)o A、0

20、.0218%;B、0.77%;C、2.11%; D4.3% 3、滲碳體是一種具有復雜晶體結(jié)構(gòu)的（B）。 A、間隙相；B、間隙化合物；C、 間隙固溶體 4、鐵碳合金在平衡結(jié)晶過程中，（C）。 A、只有含碳0.77%的合金才有共析轉(zhuǎn)變發(fā)生； B、只有含碳小于2.06%的合金才有共析轉(zhuǎn)變發(fā)生； C、含碳0.02186.69%的合金都有共析轉(zhuǎn)變發(fā)生 5、由（A）析出的滲碳體叫做三次滲碳體。 A、鐵素體；B、奧氏體；C、液態(tài) 金屬 6、鐵碳合金中，（C）組織為共晶反應產(chǎn)物。 A、鐵素體；B、珠光體；C、萊氏體 7、平衡結(jié)晶時，凡含碳量（A）的鐵碳合金， 自1148C冷至727c時，均從奧氏體中析出二次滲

21、碳體。 0.776.69% 8、一次滲碳體、二次滲碳體、三次滲碳(B)。 A、晶體結(jié)構(gòu)不同，組織形態(tài)相同; B、晶體結(jié)構(gòu)相同，組織形態(tài)不同; C、晶體結(jié)構(gòu)與組織形態(tài)都不同。 9、由于三次滲碳體的數(shù)量很少，故對(C)性能的影響可忽略不計。 A、工業(yè)純鐵；B、鋼和鑄鐵；C 所有Fe-C合金 10、室溫平衡狀態(tài)下，鋼中的碳絕大部分是以 (B)形式存在于組織中。 A、鐵素體；B、滲碳體；C、石 墨碳 11、含碳量0.45%的鐵碳合金平衡結(jié)晶后，按相 A、0.0218 6.69%;B、0.772.11% 組成物計算，其中鐵素體占(A) 、93.60%;B、42.77%;C、57.23% 12、鋼的力學性能與(C)的數(shù)量、形態(tài)和分布有關(guān)。 A、鐵素體；B、奧氏體；C、滲 碳體 13、含碳1.2%的鐵碳合金平衡結(jié)晶時，727c時的Fe3G量與冷至室溫時的Fe3G量相比(C)。 A、727c時多