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1、第四章铁碳合金4-1 分析 Wc=0.2%，Wc=0.6%，Wc=1.2%，的铁碳合金从液态平衡冷却至室温 的转变过程，用冷却曲线和组织示意图说明各阶段的组织，并分别计算室温 下的相组成物及组织组成物的含量。 答： 1、 Wc=0.2%的转变过程及相组成物和组织组成物含量计算 转变过程： 1）液态合金冷却至液相线处，从液态合金中按匀晶转变析出铁素体， L， 组织为液相 +铁素体 2）液态合金冷却至包晶温点（ 1495） ，液相合金和 铁素体发生包晶转变，形 成奥氏体 ，L+，由于 Wc=0.2%高于包晶点 0.17%，因此组织为奥氏 体加部分液相。 3）继续冷却，部分液相发生匀晶转变析出奥氏体
2、，直至消耗完所有液相，全 部转变为奥氏体组织。 4）当合金冷却至与铁素体先共析线相交时，从奥氏体中析出先共析铁素体， 组织为奥氏体 +先共析铁素体 5）当合金冷却至共析温度时，奥氏体碳含量沿铁素体先共析线变化至共析点碳 含量，发生共析转变 +Fe3C，此时组织为先共析铁素体+珠光体 6）继续冷却，先共析铁素体和珠光体中的铁素体都将析出三次渗碳体，但数量 很少，可忽略不计。所以室温下的组织为：先共析铁素体+珠光体。 组织含量计算： 组织含量计算： W（先）=（0.77-0.2）/（0.77-0.0218）100% 76.2% ， Wp=1- W（先） 23.8% 相含量计算： W=（6.69-0
3、.2）/（6.69-0.0218）100% 97.3%， W Fe3C= 1- W 2.7% 2、 Wc=0.6%的转变过程及相组成物和组织组成物含量计算 转变过程： 1）液态合金冷却至液相线处，从液态合金处按匀晶转变析出奥氏体，L，组 织为液相 +奥氏体。 2）继续冷却，直至消耗完所有液相，全部转变为奥氏体组织。 4）当合金冷却至与铁素体先共析线相交时，从奥氏体中析出先共析铁素体， 组织为奥氏体 +先共析铁素体 5）当合金冷却至共析温度（ 727）时，奥氏体碳含量沿铁素体先共析线变化至 共析点，发生共析转变 +Fe3C，此时组织为先共析铁素体+珠光体 6）珠光体中的铁素体都将析出三次渗碳体，
4、但数量很少，可忽略不计。所以室 温下的组织为：先共析二次渗碳体+珠光体 组织含量计算： 组织含量计算： W（先） ）=（0.77-0.6）/（0.77-0.0218）100% 22.7%， Wp=1- W（先） 77.3% 相含量计算： W=（6.69-0.6）/（6.69-0.0218）100% 91.3%， W Fe3C= 1- W 8.7% 3、 Wc=1.2%的转变过程及相组成物和组织组成物含量计算 转变过程： 1）液态合金冷却至液相线处，从液态合金处按匀晶转变析出奥氏体，L，组 织为液相 +奥氏体。 2）继续冷却，直至消耗完所有液相，全部转变为奥氏体组织。 3）当合金冷却至与渗碳体先
5、共析线（碳在奥氏体中的溶解度曲线）相交时，从 奥氏体中析出先共析二次渗碳体，组织为奥氏体+先共析二次渗碳体 4）当温度冷却至共析温度（ 727）时，奥氏体碳含量沿溶解度曲线变化至共析 点碳含量，发生共析转变+Fe3C，组织为珠光体 +先共析二次渗碳体 5）珠光体中的铁素体都将析出三次渗碳体，但数量很少，可忽略不计。所以室 温下的组织为：先共析二次渗碳体+珠光体 组织含量计算： 组织含量计算： W Fe3C（先）=（1.2-0.77）/（6.69-0.77）100% 7 .3%， Wp=1- W Fe3C（先） 92.7% 相含量计算： W=（6.69-1.2）/（6.69-0.0218）100
6、% 82.3%， W Fe3C= 1- W 16.7% 4-2 分析 Wc=3.5%，Wc=4.7%的铁碳合金从液态到室温的平衡结晶过程，画出 冷却曲线和组织变化示意图，并计算室温下的组织组成物和相组成物。 答： 1、Wc=3.5%的转变过程及相组成物和组织组成物含量计算 转变过程： 1）液态合金冷却至液相线处，从液态合金中按匀晶转变析出奥氏体，L，组 织为液相合金 +奥氏体。 2）当合金温度冷却至共晶温度（1127）时，液相合金中的含碳量变化至共晶 点，液相合金发生共晶转变L+Fe3C，组织为共晶莱氏体Ld+奥氏体。 3）温度继续降低，匀晶奥氏体和莱氏体中的奥氏体将析出二次渗碳体。所以组 织
7、为：奥氏体 +莱氏体 +二次渗碳体。 4）当温度降低至共析温度（727） ，奥氏体中的碳含量变化值共析点，发生共 析转变形成珠光体， +Fe3C，组织为珠光体（低温莱氏体L d）+二次 渗碳体。 5）继续冷却，珠光体中的铁素体将会析出按此渗碳，但数量很少，可以忽略不 计。所以室温下的组织为：珠光体（低温莱氏体L d）+渗碳体（二次渗碳体 +共晶渗碳体）。 组织含量计算： 组织含量计算： 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） （3.5-2.1
8、1）/（4.3-2.11） 100% 30.6% WL d=1- W Fe3C（共）-W Fe3C= 50.2% 相含量计算：W=（6.69-0.77）/（6.69-0.0218）WL d100% 44.6%，W Fe3C= 1- W 55.4% 2、Wc=4.7%的转变过程及相组成物和组织组成物含量计算 转变过程： 1）液态合金冷却至液相线处，从液态合金中按匀晶转变析出粗大的渗碳体，称 为一次渗碳体， LFe3C，组织为液相合金 + Fe3C。 2）当合金温度冷却至共晶温度（1127）时，液相合金中的含碳量变化至共晶 点，液相合金发生共晶转变L+Fe3C，组织为共晶莱氏体Ld+ Fe3C。
9、3）温度继续降低，共晶莱氏体中的奥氏体将析出二次渗碳体，组织为：莱氏体+ 一次渗碳体 +二次渗碳体。 4）当温度降低至共析温度（727） ，共晶莱氏体中奥氏体中的碳含量变化至共 析点，发生共析转变形成珠光体，+Fe3C，此时组织为：珠光体（低温 莱氏体 L d）+ 一次渗碳体 +二次渗碳体。 5）继续冷却，珠光体中的铁素体将会析出三次渗碳体，但数量很少，可以忽略 不计。所以室温下的组织为：珠光体（低温莱氏体L d）+ 渗碳体（一次渗 碳体+二次渗碳体 +共晶渗碳体）。 组织含量计算： 组织含量计算： WL d=（6.69-2.11）/（6.69-0.77） （6.69-4.7）/（6.69-2
10、.11）100% 33.5% W Fe3C =1- WL d 66.5% 相含量计算：W=（6.69-0.77）/（6.69-0.0218）WL d100% 29.7%， W Fe3C= 1- W 80.3% 4-3 计算铁碳合金中二次渗碳体和三次渗碳体最大可能含量。 答： 二次渗碳体最大含量： 1、我们知道二次渗碳体是从奥氏体中析出的，随奥氏体的含量增多，二次渗碳 体的含量增多。 2、而且二次渗碳体的含量随着奥氏体中的碳含量增加而增大 3、所以根据铁碳相图，当铁碳合金中的碳含量为2.11%可以或多最多的奥氏体 含量以及最大的奥氏体含碳量，也就是所可以得到最多的二次渗碳体含量。 其含量 =（2
11、.11-0.77）/（6.69-0.77）100% 22.6% 三次渗碳体最大含量： 1、我们知道三次渗碳体是从铁素体中析出的，所以必然随着铁素体的含量增多 而增多。 2、而且要析出渗碳体必须要足够的碳含量，所以铁素体中的碳含量越多，越容 易析出三次渗碳体。 3、根据铁碳相图，当铁碳合金中的碳含量为0.0218%时，可以获得最多的铁素 体含量。 其含量 =0.0218/6.69100% 0.33%4-4 分别计算莱氏体中共晶渗碳体、二次渗碳体、共析渗碳体的含量。 答：共晶渗碳体含量： W Fe3C（晶）=（4.3-2.11）/（6.69-2.11）100% 47.8%，W A=1- W Fe3
12、C（共） 52.2% 二次渗碳体含量： W Fe3C=（2.11-0.77）/（6.69-0.77）W A100% 11.8% 共析渗碳体含量： W Fe3C（析）=（0.77-0.0218）/（6.69-0.0218）（W A - W Fe3C）100% 4.5% 4-5 为了区分两种弄混的碳钢， 工作人员分别截取了A、 B两块试样，加热至 850 保温后以极慢的速度冷却至室温，观察金相组织，结果如下： A 试样的先共析铁素体面积为41.6%，珠光体的面积为58.4%。 B 试样的二次渗碳体的面积为7.3%，珠光体的面积为92.7%。 设铁素体和渗碳体的密度相同，铁素体中的含碳量为零，试求A
13、、B 两种碳 钢含碳量。 答： 对于 A 试样：设 A 含碳量为 X%， 由题述知先共析铁素体含量为41.6%可以得到 41.6%=（0.77-X）/0.77100%，得出 X 0.45，所以 A 中含碳量为 0.45%。 对于 A 试样：设 B 含碳量为 Y%，由题述知二次渗碳体含量为7.3%可以得到 7.3%=（Y-0.77）/(6.69-0.77) 100%，得出 Y 1.2，所以 B 中含碳量为 1.2%。4-6 利用铁碳相图说明铁碳合金的成分、组织和性能之间的关系。 答： 成分和组织之间的关系： 1、 从相组成的角度，不论成分如何变化，铁碳合金在室温下的平衡组织都是由 铁素体和渗碳体
14、两相组成。 2、 当碳含量为零，铁碳合金全部由铁素体组成，随着碳含量的增加铁素体的含 量呈直线下降，直到碳含量为6.69%时，铁素体含量为零，渗碳体含量则由 零增至 100%。 3、 含碳量的变化还会引起组织的变化。随着成分的变化，将会引起不同性质的 结晶和相变过程，从而得到不同的组织。随着含碳量的增加，铁碳合金的组 织变化顺序为： FF+PPP+Fe3CP+Fe3C+L dL dL d+ Fe3C (F 代表铁素体， P 代表珠光体， L d 代表低温莱氏体 ) 组织和性能之间的关系： 铁素体相是软韧相、 渗碳体相是硬脆相。 珠光体由铁素体和渗碳体组成，渗碳体 以细片状分散地分布在铁素体基体
15、上，起强化作用， 所以珠光体的强度、 硬度较 高，但塑性和韧性较差。 1、 在亚共析钢中，随着含碳量增加，珠光体增多，则强度、硬度升高，而塑性 和韧性下降。 2、 在过共析钢中，随着含碳量增加， 二次渗碳体含量增多， 则强度、硬度升高， 当碳含量增加至接近1%时，其强度达到最高值。 碳含量继续增加， 二次渗碳 体将会在原奥氏体晶界形成连续的网状，降低晶界的强度，使钢的脆性大大 增加，韧性急剧下降。 3、 在白口铁中，随着碳含量的增加，渗碳体的含量增多，硬度增加，铁碳合金 的塑、韧性单调下降，当组织中出现以渗碳体为基体的低温莱氏体时，塑、韧性降低至接近于零，且脆性很大，强度很低。 4、 铁碳合金
16、的硬度对组织组成物或组成相的形态不十分的敏感，其大小主要取 决于组成相的数量和硬度。随着碳含量增加，高硬度的渗碳体增多，铁碳合 金的硬度呈直线升高。 5、 低碳钢铁素体含量较多，塑韧性好，切削加工产生的切削热大，容易粘刀， 而且切屑不易折断，切削加工性能不好。高碳钢渗碳体含量多，硬度高，严 重磨损刀具，切削加工性能不好。中碳钢，铁素体和渗碳体比例适当，硬度 和塑性适中，切削加工性能好。 6、 低碳钢铁素体含量较多，塑韧性好，可锻性好；高碳钢渗碳体含量多，硬度 高，可锻性变差。4-7 铁碳相图有哪些应用，又有哪些局限性。 答： 应用： 1、由铁碳相图可以计算出不同成分的铁碳合金其组成相的相对含量。 2、由铁碳相
