第四章 金属学与热处理答案

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第4章 习题

4-1 分析w C =0.2%、w C =0.6%、w C =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和组织组成物的含量。

解:在室温下,铁碳合金的平衡相是α-Fe(碳的质量分数是0.008%)和Fe 3C(碳的质量分数是

6.69%),故

(1) w C =0.2%的合金在室温时平衡状态下α相和Fe 3C 相的相对量分别为

3 6.690.2%100%97.13%6.690.008

%197.13% 2.87%

Fe C α-=⨯=-=-= w C =0.2%的合金在室温下平衡态下的组织是α-Fe 和P ,其组织可近似看做和共析转变完时一样,在共析温度下α-Fe 碳的成分是0.0218%,P 的碳的成分为0.77%,故w C =0.2%的合金在室温时组织中P 和α的相对量分别为

0.20.0218%100%23.82%0.770.0218

%123.82%76.18%P α-=

⨯=-=-= (2) w C =0.6%的合金在室温时平衡状态下α相和Fe 3C 相的相对量分别为

3 6.690.6%100%91.14%6.690.008

%191.14%8.86%

Fe C α-=⨯=-=-= w C =0.6%的合金在室温下平衡态下的组织是α-Fe 和P ,在室温时组织中P 和α的相对量为

0.60.0218%100%77.28%0.770.0218

%177.28%22.72%P α-=

⨯=-=-= (3) w C =1.2%的合金在室温时平衡状态下α相和Fe 3C 相的相对量分别为

3 6.69 1.2%100%82.16%6.690.008

%182.16%17.84%

Fe C α-=⨯=-=-= w C =1.2%的合金在室温下平衡态下的组织是P 和Fe 3C ,在室温时组织中P 的相对量为

3 6.69 1.2%100%92.74%6.690.77

%192.74%7.3%P Fe C -=

⨯=-=-=

4-2 分析w C =3.5%、w C =4.7%的铁碳合金从液态平衡冷却至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的含量。

解:w C =3.5%的铁碳合金在室温平衡相是α-Fe(碳的质量分数是0)和Fe 3C(碳的质量分数是

6.69%),故

(1) w C =3.5%的合金在室温时平衡状态下α相和Fe 3C 相的相对量分别为

3 6.69 3.5%100%47.68%6.69

%147.74%52.32%

Fe C α-=⨯==-= 因为刚凝固完毕时,初生γ相和Ld 中碳的成分分别为2.11%和4.3%,所以刚凝固完毕时初生γ相和Ld 的相对量分别为

4.3 3.5%100%36.53%4.3 2.11

%136.53%63.47%

Ld γ-=⨯=-=-= '%%63.47%Ld Ld ==

碳的成分为2.11%的初生γ相从共晶温度冷却到共析温度后,它的成分变为0.77%,在冷却过程中它析出Fe 3C II ,每份γ相析出Fe 3C II 的量为

3 2.110.77%22.64%6.690.77

Fe C γ-==- 现在初生γ相的量是36.53%,所以到共析温度析出的Fe 3C 相对于整体的相对量为

3%36.53%22.64%8.27%Fe C =⨯=

因为合金中的初生γ相到共析温度析出Fe 3C ,初生γ相的相对量减少8.27%,余下的γ相在共析温度都转变为P ,所以P 的相对量为

%36.53%8.27%28.26%P =-=

(2) w C =4.7%的合金在室温时平衡状态下α相和Fe 3C 相的相对量分别为

3 6.69 4.7%100%29.74%6.69

%129.78%70.26%

Fe C α-=⨯==-= 因为刚凝固完毕时,初生FeC I 和Ld 中碳的成分分别为6.69%和4.3%,所以刚凝固完毕时初生FeC I 和Ld 的相对量分别为

3 4.7 4.3%100%16.74%6.69 4.3

%116.74%83.26%I Fe C Ld -=

⨯=-=-= '%%83.26%Ld Ld ==

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。

解:3 2.110.77%22.64%6.690.77

II Fe C -==- 30.0218%0.33%6.69

III Fe C ==

4-4 分别计算变态莱氏体中共晶渗碳体、二次渗碳体和共析渗碳体的含量。

解:共晶渗碳体含量

33II 3 4.3 2.11%47.82%6.69 2.11

%147.82%52.18%2.110.77%52.18%11.81%6.690.77

0.770.0218%(52.18%11.81%) 4.52%6.690.0218

Fe C Fe C Fe C γ-=

=-=-=-=⨯=--=-⨯=-共晶共晶共析

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℃保温后以极缓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 、B 两种碳钢含碳量。 解:假设A 试样中的碳含量为x 1

110.0218%100%58.4%0.770.0218

45.87%

x P x -=⨯=-= 假设B 试样中的碳含量为x 2

22 6.69%100%92.7%6.690.77

1.20%

x P x -=⨯=-=

4-6 利用Fe-Fe 3C 相图说明铁碳合金的成分、组织和性能之间的关系。

答:

一、含碳量—相相对量:C%↑→F%↓,Fe 3C%↑

二、含碳量—组织:F →F+P →P →P+Fe 3C II →P+Fe 3C II +L ’d →L ’d →L’d+Fe 3C II →Fe 3C

三、含碳量与力学性能间的关系

1、硬度:取决于相及相对量。随碳含量的增加, 由于硬度高的Fe 3C 增多, 硬度低的F 减少,

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