金属学与热处理答案

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

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

(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

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

(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

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

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

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

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

3

C

II

的量为

现在初生γ相的量是36.53%，所以到共析温度析出的Fe

3

C相对于整体的相对量为

因为合金中的初生γ相到共析温度析出Fe

3

C，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

(2) w

C =4.7%的合金在室温时平衡状态下α相和Fe

3

C相的相对量分别为

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

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

-

==

-

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

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

假设B试样中的碳含量为x

2

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，合金的硬度呈直线关系增大，由全部为F 的硬度约80HB 增大到全部为Fe 3C 时的约800HB 。

2、强度：C%↑→σ↑—0.9%↑→σ↓（因网状Fe 3C II 的存在）

3、塑性、韧性：C%↑→塑性↓、韧性↓。 4-7 Fe-Fe 3C 相图有哪些应用，又有哪些局限性？ 答：

一、Fe-Fe 3C 相图的应用 1、在钢铁材料选用方面的应用

建筑结构和各种型钢 需用塑性、韧性好的材料，选用碳含量较低的钢材。 机械零件 需要强度、塑性及韧性都较好的材料，应选用碳含量适中的中碳钢。????

工具 要用硬度高和耐磨性好的材料，则选碳含量高的钢种。

纯铁 强度低，不宜用做结构材料，但由于其导磁率高, 矫顽力低，可作软磁材料使用，例如做电磁铁的铁芯等。

白口铸铁 硬度高、脆性大，不能切削加工，也不能锻造，但其耐磨性好，

铸造性能优良，适用于作要求耐磨、不受冲击、形状复杂的铸件，例如拔丝模、冷轧辊、货车轮、犁铧、球磨机的磨球等。?

2、在铸造工艺方面的应用

C相图可以确定合金的浇注温度。浇注温度一般在液相线以上根据Fe-Fe

3

50~100℃。从相图上可看出，纯铁和共晶白口铸铁的铸造性能最好，它们的凝固温度区间最小，因而流动性好，分散缩孔少，可以获得致密的铸件，所以铸铁在生产上总是选在共晶成分附近。在铸钢生产中，碳质量分数在0.15%~0.6%之间，因为这个范围内钢的结晶温度区间较小，铸造性能较好。

3、在热锻、热轧工艺方面的应用??

钢处于奥氏体状态时强度较低，塑性较好，因此锻造或轧制选在单相奥氏体区进行。一般始锻、始轧温度控制在固相线以下100~200℃范围内。一般始锻温度为1150~1250℃, 终锻温度为750~850℃。

4、在焊接工艺方面的应用

随着含碳量的增加，可焊性变差，故焊接用钢主要是低碳钢和低合金钢，铸铁主要是修复和焊补。

5、在切削加工方面的应用

一般认为钢的硬度在160~230HBS时，切削加工性能最好。

6、在热处理工艺方面的应用? ?

Fe-Fe

C相图对于制订热处理工艺有着特别重要的意义。一些热处理工艺如退

3

C相图确定的。

火、正火、淬火的加热温度都是依据Fe-Fe

3

C相图的局限性

二、Fe-Fe

3

C相图只反映铁碳二元合金中相的平衡状态，如含有其它元素，相图将1、Fe-Fe

3