铁碳相图补充作业题答案

铁碳相图补充作业题答案

1. 铁碳合金按Fe —Fe 3C 相图成分区域分成七类，分别是什么？

2. 分析以上七种成分合金平衡结晶过程与最终组织，并计算：

（1） 工业纯铁中三次渗碳体的最大含量。

分析：在工业纯铁中，随C 含量的增加，三次渗碳体的含量也越多，当C%=0.0218% （即P 点成分的工业纯铁中）时，Fe 3C Ⅲ量达到最大值。

W Fe3C Ⅲ=008

.069.6008,00218.

0--×100%=0.33% （2） 共析钢中，α和Fe 3C 的相对含量。（Fe 3C Ⅲ量很少，一般忽略不计）

W α=%100

218.069.677.069.6⨯--=%10069.677.069.6⨯-=88% W Fe3C =1－88%=12%

（3）45钢（含C ：0.45%）中，组织组成物和相组成物的相对含量。

分析：45钢组织组成物为：铁素体（先共析）+ 珠光体

相组成物为：铁素体（α）+ 渗碳体（Fe 3C ）

由于Fe 3C Ⅲ量很少，可以忽略不计，只考虑727℃共析转变完成之后即可。 组织组成物：⎪⎩

⎪⎨⎧=-==⨯==⨯=----%57%431Wp %57%100%43%1000218.077.00218.045.00218.077.045.077.0或αWp W

相组成物： ⎪⎩⎪⎨⎧=-==⨯==⨯=----%

7%931W %7%100%93%100C 3Fe 0218.69.60218.045.030218.069.645.069.6或αo C Fe W W

注：共析钢中，室温组织为α+ P W C %↑， W P ↑，可近似根据亚共析钢的平衡组织来估算钢的含C 量。

W P =%100%1008.077.0218.077.0028.0⨯==⨯--C C C

∴ 钢的含C 量 C=0.8W P （忽略α、P 密度的差别）W P ：珠光体所占的面积百分比。

(4)T10钢（1%C ）中，Fe3C Ⅱ和珠光体的相对量

W Fe3C Ⅱ=%100

77.069.677.00.1⨯--=4% W P =1—4%=96%

注：在过共析钢中，W C ↑， Fe3C Ⅱ↑

当 W C =2.11% Fe 3C Ⅱ达到最大值

W Fe3C Ⅱ最大=%6.22%100

77.069,677.011.2=⨯-- (5)共晶白口铸铁中，Fe 3C 共晶与γ共在共晶温度下的相对量。共析温度下P 与Fe 3C 的相对量。

⎪⎩⎪⎨⎧=-==⨯=--%48%521W %52%100C

3Fe 11.269.63.469.6共共γW

⎪⎩⎪⎨⎧=-==⨯=--%

60%401%40%100377.069.63.469.6C Fe W W ρ

分析：从1148℃ → 727℃过程中，γ

共 → Fe3C Ⅱ 冷至727℃，Fe3C Ⅱ析出完成，剩余γ共 → P ，∴WP ＝40% （W γ共＝52% )

（6）3.0%的白口铸铁中，先共晶γ（或A ）与Ld 的相对含量

γ初=%60%100

11.23.40.33.4=⨯-- Ld=1—60%=40%

（7）5.0%的白口铸铁中，Fe3C Ⅰ 与Ld 的相对量。

W Fe3C Ⅰ=100

3.469.63.40.5⨯--%=29% W L d =1—29%=71%

3. 填写Fe —Fe3C 的组织组成图。

4. Fe —C 合金室温组织中的基本相为F 、Fe 3C 分布形态如何？

F ： 游离F ， 等轴晶粒； 共析组织中，F 层片状

Fe 3C Ⅰ Fe 3C 共晶 Fe 3C Ⅱ Fe 3C 共析 Fe 3C Ⅲ

粗大片状或板片状 基体 网状 层片状 薄片状

5. 一块碳钢在平衡冷却条件下，显微组织中含有50%的珠光体和50%的铁素体，问：

（1） 此合金中碳的浓度为多少？

（2） 若合金加热到730℃，在平衡条件下将获得什么组织？

（3） 若加热到850℃，又将得到什么显微组织？

解：（1）设合金的含C 量为x%，则根据杠杆定律：

50%（α）= ⇒⨯--%1000218.077.077.0x

x=0.385%

或50%（p ）=⇒⨯--%100

02187.077.00218.0x x=0.385% 或x=0.8W ρ=0.8×0.5%=0.4%

⎪⎭

⎪⎬⎫+）全部γ组织（γ组织

α3)2(（根据相图来确定）

6. 描述5%C 的铁碳合金平衡冷却至室温的过程，最终得到什么组织？并计算室温组织中

一次渗碳体，共晶渗碳体，二次渗碳体，共析渗碳体，三次渗碳体的重量分数。 解：（1）冷却过程中，首先凝固出Fe3C Ⅰ L →Fe3C Ⅰ

（2）冷至1148℃时剩余液相发生共晶转变 L →（γ+Fe3C ）， Fe3C Ⅰ+Ld

（3）继续冷却，Ld 中的γ析出Fe3C Ⅱ γ→Fe 3C Ⅱ Fe3C Ⅰ+Ld+Fe3C Ⅱ

（4）至727℃，Ld 中的γ发生共析转变 γ→(α+Fe 3C)P Fe 3C Ⅰ+ L ’d +Fe3C Ⅱ

（5）继续冷却，P 中的α析出Fe3C Ⅲ α→Fe 3C Ⅲ Fe 3C Ⅰ+L ’d+ Fe 3C Ⅱ+ Fe 3C Ⅲ 由共晶γ中析出的Fe 3C Ⅱ依附在共晶Fe 3C 基体上难以分辨，Fe 3C Ⅲ的量很少忽略不计，所以最终组织：Fe 3C Ⅰ+ L ’d

由杠杆定律：

W Fe3C Ⅰ=100

3.469.63.45⨯--%=29% W L d=1－29%=71%

⎪⎩

⎪⎨⎧=-=⨯--%37%34%71)ld C 3Fe %(34%7177.069.611.234共晶奥氏体为：中的一部分属于共晶共晶渗碳体为：。 ⎪⎩

⎪⎨⎧=-→=⨯--%63.28%37.8%37C Fe %37.8%37C Fe 377.069.677.011.23珠光体为：）（为：Ⅱ共晶Ⅱγ .C Fe %43.25%2.3%63.28C Fe %2.363.28330218.069.60218.077.0⎪⎩

⎪⎨⎧+=-=⨯--p p ）或（共析铁素体为：中的部分）属于（共析渗碳体为：共析α Fe 3C Ⅲ=%076

.0%43.2569.60218.0

=⨯ 7. 由图说明Fe —C 合金平衡结晶时，机械性能与含C 量的关系，说明为什么δb 在C%＞

1%后下降。

（略，见课件）

8. 铁碳相图如图所示，设有1000g 含1%C 的奥氏体从1200℃的缓慢冷却到室温，试求：

（1）Fe 3C 开始形成温度。

（2）Fe 3C 完全形成温度。

（3）最后转变的奥氏体成分。

（4）在727℃时两相的重量分数。

（5）在室温时，珠光体和二次渗碳体的重量分数(或组织组成物的相对量)

解：(1) ~ 820℃

（2）共析温度727℃（忽略Fe 3C Ⅲ的析出）

(3) 0.77C% 即共析成分