金屬學(xué)課程-習(xí)題答案

1、第4章習(xí)題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和組織組成物的含量。解：在室溫下，鐵碳合金的平衡相是a-Fe(碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是0.008%)和Fe3c (碳 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是6.69%),故wc=0.2%的合金在室溫時平衡狀態(tài)下a相和Fe3c相的相對量分別為6.69-0.26.69 -0.008100% =97.13%Fe3。 =1 -97.13% =2.87%wc=0.2%的合金在室溫下平衡態(tài)下的組織是 a-Fe和P,其組織可近似看做和共 析轉(zhuǎn)變完時一樣，在共析溫度下 a-

2、Fe碳的成分是0.0218%, P的碳的成分為 0.77%,故wc=0.2%的合金在室溫時組織中P和a的相對量分別為0.2 -0.0218P% = 100% = 23.82%0.77 -0.0218：-% =1 -23.82% =76.18%wc=0.6%的合金在室溫時平衡狀態(tài)下a相和Fe3c相的相對量分別為6.69-0.6二=-100% =91.14%6.69 -0.008Fe3c% =1 -91.14% =8.86%wc=0.6%的合金在室溫下平衡態(tài)下的組織是 a-Fe和P,在室溫時組織中P和a 的相對量為P% =0.6 -0.02180.77 -0.0218100% =77.28%：-%

3、 =1 -77.28% =22.72%(3) wc=1.2%的合金在室溫時平衡狀態(tài)下a相和Fe3c相的相對量分別為6.69-1.26.69-0.008100%=82.16%Fqc% =1 -82.16%-17.84%wc=1.2%的合金在室溫下平衡態(tài)下的組織是 P和Fe3c,在室溫時組織中P的相 對量為P% =6.69 -1.26.69 -0.77100% =92.74%Fe3c% =1 -92.74% =7.3%4-2分析wc=3.5%、wc=4.7%的鐵碳合金從液態(tài)平衡冷卻至室溫的平衡結(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和相組成物的含 量。解：wc=3.5%的

4、鐵碳合金在室溫平衡相是 a -Fe (碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是0.008%)和FesC (碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是6.69%),故(1) wc=3.5%的合金在室溫時平衡狀態(tài)下a相和Fe3c相的相對量分別為% = 6.69 -3.5 100% 47.74%6.69 -0.008Fe3C% =1 47.74% =52.26%因為剛凝固完畢時，初生丫相和Ld中碳的成分分別為2.11%口 4.3%,所以 剛凝固完畢時初生T相和Ld的相對量分別為% = 4.3 -33 100% =36.53%4.3 -2.11Ld % =1 -36.53% =63.47%Ld% = Ld% =63.47%碳的成分為2.11%的初生丫相從

5、共晶溫度冷卻到共析溫度后，它的成分變?yōu)?.77%,在冷卻過程中它析出FesCii,每份丫相析出FaCii的量為FaC % =2.11-0.776.69-0.77= 22.64%Fe3c相對于整體的相現(xiàn)在初生T相的量是36.53%,所以到共析溫度析出的 對量為FqC% =36.53% 22.64% =8.27%因為合金中的初生 丫相到共析溫度析出F63C,初生丫相的相對量減少8.27%,余下的丫相在共析溫度都轉(zhuǎn)變?yōu)镻,所以P的相對量為P% = 36.53%-8.27% = 28.26%(2) wc=4.7%的合金在室溫時平衡狀態(tài)下a相和Fe3c相的相對量分別為6.69 -4.76.69-0.00

6、8100% =29.78%Fe3C% =1 -29.78% =70.22%因為剛凝固完畢時，初生FeCi和Ld中碳的成分分別為6.69%和4.3%,所以 剛凝固完畢時初生FeCi和Ld的相對量分別為Fe3C,%4 7-43100% =16.74%6.69 -4.3Ld% =1 -16.74% =83.26%Ld% = Ld% =83.26%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解：FeaCii % = 2.11 10.77 = 22.64%6.69 -0.770.02186.69 -0.008Fe3Ciii % = =0.33%4-4分別計算變態(tài)萊氏體中共晶滲碳體、二次滲碳體和

7、共析滲碳體的含量 解：共晶滲碳體含量4.3-2.116.69 -2.11= 47.82%FGi %FC共析% =(52.18% -11.81%)0.77 -0.02186.69 -0.0218= 4.52%般晶 % =1 -47.82% =52.18%2.11 - 0.77= 52.18% =11.81%6.69 -0.774-5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850c 保溫后以極緩慢的速度冷卻至室溫，觀察金相組織，結(jié)果如下：A試樣的先共析鐵素體面積為41.6%,珠光體白面積為58.4%。B試樣的二次滲碳體的面積為 7.3%,珠光體白面積為92.7%。設(shè)鐵素體

8、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。解：假設(shè)A試樣中的碳含量為X1P% = X1 -0.0218100% =58.4%0.77 -0.0218X1 =45.87%假設(shè)B試樣中的碳含量為X26.69 -x2P%口 100% =92.7%6.69 -0.77x2 =1.20%4-6利用Fe-FesC相圖說明鐵碳合金的成分、組織和性能之間的關(guān)系。答：(1)含碳量一相相對量：C%T - F%J, FesC%?(2)含碳量一組織：F-F+P P-P+FaCii-P+FesCii+Ld -Ld-Ld+F&Cii一 Fe3c(3)含碳量與力學(xué)性能間的關(guān)系1)硬度：取決于相

9、及相對量。隨碳含量的增加，由于硬度高的Fe3c增多，硬度 低的F減少，合金的硬度呈直線關(guān)系增大，由全部為F的硬度約80HB增大到全 部為Fe3c時的約800HB。2)強度：C%T-M0.9%T -(4 (因網(wǎng)狀 Fe3Cii 的存在)3)塑性、韌性：C%T一塑性J、韌性J。4-7 Fe-FesC相圖有哪些應(yīng)用，又有哪些局限性？答：（1） Fe-FesC相圖的應(yīng)用1）在鋼鐵材料選用方面的應(yīng)用建筑結(jié)構(gòu)和各種型鋼：需用塑性、韌性好的材料，選用碳含量較低的鋼材。機械零件：需要強度、塑性及韌性都較好的材料，應(yīng)選用碳含量適中的中碳 鋼。工具：要用硬度高和耐磨性好的材料，則選碳含量高的鋼種。純鐵：強度低，不

10、宜用做結(jié)構(gòu)材料，但由于其導(dǎo)磁率高，矯頑力低，可作軟 磁材料使用，例如做電磁鐵的鐵芯等。白口鑄鐵：硬度高、脆性大，不能切削加工，也不能鍛造，但其耐磨性好， 鑄造性能優(yōu)良，適用于作要求耐磨、不受沖擊、形狀復(fù)雜的鑄件，例如拔絲模、 冷軋輾、貨車輪、犁鐸、球磨機的磨球等。2）在鑄造工藝方面的應(yīng)用根據(jù)Fe-FesC相圖可以確定合金的澆注溫度。澆注溫度一般在液相線以上50100C。從相圖上可看出，純鐵和共晶白口鑄鐵的鑄造性能最好，它們的凝固溫度區(qū)間最小，因而流動性好，分散縮孔少，可以獲得致密的鑄件，所以鑄鐵在 生產(chǎn)上總是選在共晶成分附近。在鑄鋼生產(chǎn)中，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.15%0.6%之間, 因為這個范圍內(nèi)鋼的結(jié)晶溫度區(qū)間較小，鑄造性能較好。3）在熱鍛、熱軋工藝方面的應(yīng)用鋼處于奧氏體狀態(tài)時強度較低，塑性較好，因此鍛造或軋制選在單相奧氏體 區(qū)進(jìn)行。一般始鍛、始軋溫度控制在固相線以下 100200c范圍內(nèi)。一般始鍛溫 度為11501250c，終鍛溫度為 750850C。4）在焊接工藝方面的應(yīng)用隨著含碳量的增加，可焊性變差，故焊接用鋼主要是低碳鋼和低合金鋼，鑄 鐵主要是修復(fù)和焊補。5）在切削加工方面的應(yīng)用一般認(rèn)為鋼的硬度在160230HBs時，切削加工性能最好。6）在熱處理工藝方面的應(yīng)用Fe-FesC相圖對于制訂