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1、1 第五章铁碳相图习题参考答案一、解释下列名词答: 1、铁素体: 碳溶入 Fe 中形成的间隙固溶体。奥氏体: 碳溶入 Fe 中形成的间隙固溶体。渗碳体: 铁与碳形成的具有复杂晶体结构的金属化合物。珠光体: 铁素体和渗碳体组成的机械混合物。莱氏体: 由奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。2、Fe3C :由液相中直接析出来的渗碳体称为一次渗碳体。Fe3C: 从 A中析出的Fe3C称为二次渗碳体。Fe3C: 从铁素体中析出的Fe3C称为三次渗碳体。共析 Fe3C :经共析反应生成的渗碳体即珠光体中的渗碳体称为共析渗碳体。共晶 Fe3C:经共晶反应生成的渗碳体即莱氏体中的渗碳体称为共晶渗碳体。3、钢: 含
2、碳量大于0.00218%,小于 2.11%的铁碳合金。白口铸铁: 含碳量大于2.11%的铁碳合金。二、填空题1、常温平衡状态下,铁碳合金基本相有铁素体( F) 、渗碳体( Fe3C)等两个。2、 FeFe3C 相图有 4 个单相区, 各相区的相分别是液相(L) 、相、铁素体(F) 、奥氏体(A) 。3、FeFe3C 相图有三条水平线,即HJB、ECF 和 PSK 线,它们代表的反应分别是包晶反应、共晶反应和共析反应。4、工业纯铁的含碳量为0.0218%,室温平衡组织为F+ Fe3C。5、 共晶白口铁的含碳量为4.3%, 室温平衡组织P占 40.37%, Fe3C 共晶占 47.82 % , F
3、e3C占 11.81% 。6、一钢试样,在室温平衡组织中,珠光体占60% ,铁素体占40% ,该钢的含碳量为0.4707 。7、钢的组织特点是高温组织为奥氏体( A) ,具有良好的塑、韧性,因而适于热加工 成形。8、白口铸铁的特点是液态结晶都有共晶 转变,室温平衡组织中都有莱氏体 ,因而适于通过铸造成形。三、简答题1、为什么 -Fe 和 - Fe 的比容不同?一块质量一定的铁发生(-Fe -Fe )转变时,其体积如何变化?答: 因为 -Fe 和 - Fe 原子排列的紧密程度不同,-Fe 的致密度为74% , - Fe 的致密度为68% ,因此一块质量一定的铁发生(-Fe -Fe )转变时体积将
4、发生膨胀。2、铁素体( F) ,奥氏体( A) ,渗碳体( Fe3C ) ,珠光体( P) ,莱氏体( Ld)的结构、组织形态、精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 7 页2 性能等各有何特点?答: 铁素体结构为体心立方晶格。由于碳在-Fe 中的溶解度 很小,它的性能与纯铁相近。塑性、韧性好,强度、硬度低。它在钢中一般呈块状或片状。奥氏体( A)结构为面心立方晶格。因其晶格间隙尺寸较大,故碳在-Fe 中的溶解度较大。有很好的塑性。渗碳体( Fe3C)具有复杂晶格的间隙化合物。渗碳体具有很高的硬度,但塑性很差,延伸率接近于零。在
5、钢中以片状存在或网络状存在于晶界。在莱氏体中为连续的基体,有时呈鱼骨状。珠光体( P)为铁素体和渗碳体组成的机械混合物。铁素体和渗碳体呈层片状。珠光体有较高的强度和硬度,但塑性较差。莱氏体( Ld)为奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。在莱氏体中,渗碳体是连续分布的相,奥氏体呈颗粒状分布在渗碳体基体上。由于渗碳体很脆,所以莱氏体是塑性很差的组织。3、Fe-Fe3C合金相图有何作用?在生产实践中有何指导意义?又有何局限性?答: 碳钢和铸铁都是铁碳合金,是使用最广泛的金属材料。铁碳合金相图是研究铁碳合金的重要工具,了解与掌握铁碳合金相图,对于钢铁材料的研究和使用,各种热加工工艺的制订以及工艺废品原因的
6、分析等方面都有重要指导意义。为选材提供成分依据:铁碳相图描述了铁碳合金的组织随含碳量的变化规律,合金的性能决定于合金的组织,这样根据零件的性能要求来选择不同成分的铁碳合金;为制定热加工工艺提供依据:对铸造, 根据相图可以找出不同成分的钢或铸铁的熔点,确定铸造温度;根据相图上液相线和固相线间距离估计铸造性能的好坏。对于锻造: 根据相图可以确定锻造温度。 对焊接: 根据相图来分析碳钢焊缝组织,并用适当热处理方法来减轻或消除组织不均匀性; 对热处理: 铁碳相图更为重要,如退火、正火、淬火的加热温度都要参考铁碳相图加以选择。由于铁碳相图是以无限缓慢加热和冷却的速度得到的,而在实际加热和冷却通常都有不同
7、程度的滞后现象。4、画出 Fe-Fe3C 相图,指出图中 S 、 C 、 E 、 P、 N 、G 及 GS 、 SE 、 PQ 、 PSK 各点、线的意义,并标出各相区的相组成物和组织组成物。答: C: 共晶点11484.30%C,在这一点上发生共晶转变 , 反应 式:F+Fe3CIII912图2-13 Fe Fe3C 相图A+Fe3CIIA+FP+FP+Fe3CIIPP+Ld+Fe3CIIA+Ld+Fe3CIILdLdLd+Fe3CILd+Fe3CIL+Fe3CIL+AA0.0218FKP727GQ4.3CA0.772.11ED12271538SVIVIVIIIIII精选学习资料 - - -
8、 - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 7 页3 CFeALcE3,当冷到 1148时具有 C点成分的液体中同时结晶出具有E点成分的奥氏体和渗碳体的两相混合物莱氏体CFeALeE3E:碳在Fe中的最大溶解度点1148 2.11%C G:FeFe同素异构转变点(A3) 912 0%C H:碳在Fe中的最大溶解度为1495 0.09%C J:包晶转变点1495 0.17%C 在这一点上发生包晶转变,反应式:JHBAL当冷却到 1495时具有B点成分的液相与具有H点成分的固相 反应生成具有J 点成分的固相A。N:FeFe同素异构转变点(A4)1394 0%C
9、 P:碳在Fe中的最大溶解度点 0.0218%C 727S:共析点 727 0.77%C 在这一点上发生共析转变,反应式:cFeFAps3,当冷却到727时从具有S点成分的奥氏体中同时析出具有P点成分的铁素体和渗碳体的两相混合物珠光体 P(cFeFp3)ES线: 碳在奥氏体中的溶解度曲线,又称Acm温度线,随温度的降低,碳在奥化体中的溶解度减少,多余的碳以CFe3形式析出,所以具有0.77%2.11%C的钢冷却到Acm线与 PSK线之间时的组织CFeA3,从 A中析出的CFe3称为二次渗碳体。GS线:不同含碳量的奥氏体冷却时析出铁素体的开始线称A3线,GP线则是铁素体析出的终了线,所以 GSP
10、区的显微组织是AF。PQ 线: 碳在铁素体中的溶解度曲线,随温度的降低,碳在铁素体中的溶解度减少,多余的碳以CFe3形式析出,从F中析出的CFe3称为三次渗碳体CFe3, 由于铁素体含碳很少, 析出的CFe3很少,一般忽略,认为从727冷却到室温的显微组织不变。PSK线: 共析转变线,在这条线上发生共析转变CFeFAPS3,产物( P)珠光体,含碳量在 0.02 6.69%的铁碳合金冷却到727时都有共析转变发生。5、简述 Fe-Fe3C 相图中三个基本反应:包晶反应,共晶反应及共析反应,写出反应式,标出含碳量及温度。答: 共析反应: 冷却到727时具有S 点成分的奥氏体中同时析出具有P 点成
11、分的铁素体和渗碳体的两相混合物。0.8?727F0.02+Fe3C6.69包晶反应: 冷却到 1495时具有 B点成分的液相与具有H点成分的固相 反应生成具有J 点成分的固相A 。 L0.5+0.1?14950.16共晶反应: 1148时具有C 点成分的液体中同时结晶出具有E 点成分的奥氏体和渗碳体的两相精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 7 页4 混合物。 L4.3?11472.14+ Fe3C6.696、亚共析钢、共析钢和过共析钢的组织有何特点和异同点。答: 亚共析钢的组织由铁素体和珠光体所组成。其中铁素体呈块状。珠光体
12、中铁素体与渗碳体呈片状分布。共析钢的组织由珠光体所组成。过共析钢的组织由珠光体和二次渗碳体所组成,其中二次渗碳体在晶界形成连续的网络状。共同点: 钢的组织中都含有珠光体。不同点: 亚共析钢的组织是铁素体和珠光体,共析钢的组织是珠光体,过共析钢的组织是珠光体和二次渗碳体。7、分析含碳量分别为0.60%、0.77%、1.0% 的铁碳合金从液态缓冷至室温时的结晶过程和室温组织。答: 0.77%C:在 1点间合金按匀晶转变结晶出A,在 2 点结晶结束,全部转变为奥氏体。冷到3点时( 727) ,在恒温下发生共析转变,转变结束时全部为珠光体P,珠光体中的渗碳体称为共析渗碳体,当温度继续下降时,珠光体中铁
13、素体溶碳量减少,其成分沿固溶度线PQ变化,析出三次渗碳体 Fe3CIII,它常与共析渗碳体长在一起,彼此分不出,且数量少,可忽略。室温时组织P。0.60% C:合金在 1 2间按匀晶转变结晶出A,在 2 点结晶结束,全部转变为奥氏体。冷到3 点时开始析出F,34 点 A成分沿 GS线变化,铁素体成分沿GP线变化,当温度到4 点时,奥氏体的成分达到S点成分(含碳0.77%) ,便发生共析转变,形成珠光体,此时,原先析出的铁素体保持不变,称为先共析铁素体,其成分为0.0218%C ,所以共析转变结束后,合金的组织为先共析铁素体和珠光体,当温度继续下降时,铁素体的溶碳量沿PQ线变化,析出三次渗碳体,
14、同样Fe3CIII量很少,可忽略。所以含碳0.40%的亚共析钢的室温组织为:F+P 1.0% C:合金在12 点间按匀晶转变结晶出奥氏体,2 点结晶结束,合金为单相奥氏体,冷却到 3 点,开始从奥氏体中析出二次渗碳体Fe3CII, Fe3CII沿奥氏体的晶界析出,呈网状分布,3-4间 Fe3CII不断析出,奥氏体成分沿ES线变化,当温度到达4 点( 727)时,其含碳量降为0.77%,在恒温下发生共析转变,形成珠光体,此时先析出的Fe3CII保持不变,称为先共析渗碳体,所以共析转变结束时的组织为先共析二次渗碳体和珠光体,忽略 Fe3CIII。室温组织为二次渗碳体和珠光体。8、指出下列名词的主要
15、区别:一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体与共析渗碳体。答:一次渗碳体:由液相中直接析出来的渗碳体称为一次渗碳体。二次渗碳体: 从 A中析出的CFe3称为二次渗碳体。三次渗碳体: 从F中析出的CFe3称为三次渗碳体CFe3。共晶渗碳体: 经共晶反应生成的渗碳体即莱氏体中的渗碳体称为共晶渗碳体。共析渗碳体: 经共析反应生成的渗碳体即珠光体中的渗碳体称为共析渗碳体。9、根据 Fe-Fe3C 相图,计算:精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 7 页5 室温下,含碳 0.6% 的钢中珠光体和铁素体各占多少;室温下,含碳 1.
16、2% 的钢中珠光体和二次渗碳体各占多少;铁碳合金中,二次渗碳体和三次渗碳体的最大百分含量。答:Wp=(0.6-0.0218)/(0.77-0.0218)*100%=77.28% WF=1-77.28%=22.72% Wp=(2.11-1.2)/(2.11-0.77)*100%=69.91% WFe3C =1-69.91%=30.09% WFe3C =(2.11-0.77)/(6.69-0.77)*100%=22.64% W Fe3C=0.0218/6.69*100%=0.33% 10、某工厂仓库积压了许多碳钢(退火状态),由于钢材混杂,不知道钢的化学成分,现找出其中一根,经金相分析后,发现其组
17、织为珠光体+铁素体,其中铁素体占 80% ,问此钢材的含碳量大约是多少?答: 由于组织为珠光体+铁素体,说明此钢为亚共析钢。 W=80%=(0.77-WC)/(0.77-0.0218)*100% WC=0.17% 11、对某退火碳素钢进行金相分析,其组织的相组成物为铁素体+渗碳体(粒状) ,其中渗碳体占 18% ,问此碳钢的含碳量大约是多少?答: WFe3C=18% =( WC-0.0218)/(6.69-0.0218)*100% WC=1.22% 12、对某退火碳素钢进行金相分析,其组织为珠光体+渗碳体(网状) ,其中珠光体占 93% ,问此碳钢的含碳量大约为多少?答: Wp=93% =(2
18、.11- WC)/(2.11-0.77)*100%=70% WC=0.86% 13、计算含碳量为1.4%C的铁碳合金在700下各个相及其组分数量和成分。答: 含 1.4%C铁碳合金属于过共析钢,其组织为珠光体+二次渗碳体,相为铁素体和渗碳体。珠光体: Wp=(2.11-1.4)/(2.11-0.77)*100%=50% 二次渗碳体:WFe3C=1-50%=50% 铁素体: W=(6.69-1.4 ) / (6.69-0.0218)*100%=79.33% 渗碳体: WFe3C=1-79.33%=20.67% 14、根据 Fe-Fe3C 相图,说明产生下列现象的原因:含碳量为 1.0% 的钢比含
19、碳量为 0.5% 的钢硬度高;在室温下,含碳 0.8% 的钢其强度比含碳 1.2% 的钢高;在 1100 ,含碳 0.4% 的钢能进行锻造,含碳 4.0% 的生铁不能锻造;绑轧物件一般用铁丝(镀锌低碳钢丝),而起重机吊重物却用钢丝绳(用含碳量为0.60% 、0.65% 、 0.70% 、 0.75% 等钢制成)。答: 钢中随着含碳量的增加,渗碳体的含量增加,渗碳体是硬脆相,因此含碳量为 1.0% 的钢比含碳量为 0.5% 的钢硬度高。因为在钢中当含碳量超过1.0%时,所析出的二次渗碳体在晶界形成连续的网络状,使钢的脆性增加,导致强度下降。因此含碳 0.8% 的钢其强度比含碳 1.2% 的钢高。
20、在 1100 时,含碳 0.4% 的钢的组织为奥氏体,奥氏体的塑性很好,因此适合于锻造;含碳精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 7 页6 4.0% 的生铁的组织中含有大量的渗碳体,渗碳体的硬度很高,不适合于锻造。绑轧物件的性能要求有很好的韧性,因此选用低碳钢有很好的塑韧性,镀锌低碳钢丝;而起重机吊重物用钢丝绳除要求有一定的强度,还要有很高的弹性极限,而含碳量为0.60% 、 0.65% 、0.70%、 0.75% 的钢有高的强度和高的弹性极限。这样在吊重物时不会断裂。四、选择题1、质量一定的-Fe 转变为 -Fe 时,体积
21、( A )。 A、胀大; B、缩小; C、不变2、碳在 -Fe 中的最大溶解度为( B ) 。 A、0.0218%; B、0.77%; C、2.11%; D、4.3% 3、渗碳体是一种具有复杂晶体结构的( B )。 A、间隙相; B、间隙化合物; C、间隙固溶体4、铁碳合金在平衡结晶过程中,( C )。 A、只有含碳0.77% 的合金才有共析转变发生; B、只有含碳小于2.06% 的合金才有共析转变发生; C、含碳 0.0218 6.69% 的合金都有共析转变发生5、由 ( A )析出的渗碳体叫做三次渗碳体。 A、铁素体; B、奥氏体; C、液态金属6、铁碳合金中,( C )组织为共晶反应产物
22、。 A、铁素体; B、珠光体; C、莱氏体7、平衡结晶时,凡含碳量( A )的铁碳合金,自1148冷至727时,均从奥氏体中析出二次渗碳体。 A、0.0218 6.69%; B、 0.77 2.11% C、0.77 6.69% 8、一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体( B )。 A、晶体结构不同,组织形态相同; B、晶体结构相同,组织形态不同; C、晶体结构与组织形态都不同。9、由于三次渗碳体的数量很少,故对( C ) 性能的影响可忽略不计。 A、工业纯铁; B、钢和铸铁; C、所有 Fe-C 合金10、室温平衡状态下,钢中的碳绝大部分是以( B )形式存在于组织中。 A、铁素体; B、渗碳体
23、; C、石墨碳11、含碳量0.45% 的铁碳合金平衡结晶后,按相组成物计算,其中铁素体占( A )。 A、 93.60%; B、42.77%; C、57.23% 12、钢的力学性能与( C )的数量、形态和分布有关。 A、铁素体; B、奥氏体; C、渗碳体精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 7 页7 13、含碳1.2% 的铁碳合金平衡结晶时,727时的Fe3C量与冷至室温时的Fe3C量相比( )。 A、 727时多; B、室温时多; C、一样多14、平衡结晶时,从奥氏体中析出的Fe3C一般呈 ( C )状分布。 A、薄片;
24、B、颗粒; C、网五、判断题( ) 1、奥氏体是C在 -Fe 中的间隙固溶体。( ) 2、在室温平衡状态下,珠光体和莱氏体都是由F 和 Fe3C两种基本相组成的。( ) 3、亚共析钢室温组织中珠光体的数量随含碳量增加而增加。( ) 4、含碳量 0.77% 的铁碳合金平衡结晶时,奥氏体转变成铁素体的转变温度随含碳量增加而升高。( ) 5、铁碳合金中的机械混合物,其强度、硬度都比其组成相高。( ) 6、共晶反应发生于所有含碳量大于2.11% 而小于 6.69% 的铁碳合金中。( ) 7、过共析钢平衡结晶时,从1148冷至 727时,奥氏体的含碳量不断降低。( ) 8、平衡状态下,铁碳合金的强度和硬
25、度随含碳量增加而提高。( ) 9、过共析钢的室温平衡组织由珠光体和二次渗碳体组成。( ) 10、铁碳合金室温下平衡组织由铁素体和渗碳体组成。通常铁素体作为基体,而渗碳体作为第二相。( ) 11 、亚共析钢加热到AC1 AC3之间时,奥氏体的含碳量大于钢的含碳量。( ) 12、含碳量 0.45% 的铁碳合金锻造时应加热到Fe-Fe3C 相图中 PSK线与 GS线之间的温度范围。( ) 13、在 Fe-Fe3C 相图中, PQ线为碳在铁素体中的固溶线。( ) 14、在铁碳合金中,只有共析成分点的合金结晶时,才能发生共析转变,形成共析组织。( ) 15、在缓冷至室温条件下,碳的质量分数为0.8%的钢比碳的质量分数为1.2%的钢硬度低。( ) 16、共析钢由液态缓冷至室温时析出的二次渗碳体,在组织形态与晶体结构方面均与一次渗碳体不同。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 7 页