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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
