第四章-金属学与热处理答案.doc

1、1第 4 章 习题4-1 分析 wC=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 -Fe(碳的质量分数是 0.008%)和 Fe3C(碳的质量分数是 6.69%)，故(1) wC=0.2%的合金在室温时平衡状态下 相和 Fe3C 相的相对量分别为36.902%197.%87FeCwC=0.2%的合金在室温下平衡态下的组织是 -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 -Fe 碳的成分是 0.0218%，P 的碳的

2、成分为 0.77%，故 wC=0.2%的合金在室温时组织中 P 和 的相对量分别为 0.218%0%23.873.6.(2) wC=0.6%的合金在室温时平衡状态下 相和 Fe3C 相的相对量分别为3.9109.4846FeCwC=0.6%的合金在室温下平衡态下的组织是 -Fe 和 P，在室温时组织中 P 和 的相对量为 0.6218%0%7.287.P(3) wC=1.2%的合金在室温时平衡状态下 相和 Fe3C 相的相对量分别为36.91208.16874FeCwC=1.2%的合金在室温下平衡态下的组织是 P 和 Fe3C，在室温时组织中 P 的相对量为36.912%09.%74e4-2

3、分析 wC=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2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 -Fe(碳的质量分数是 0)和 Fe3C(碳的质量分数是6.69%)，故(1) wC=3.5%的合金在室温时平衡状态下 相和 Fe3C 相的相对量分别为36.95%1047.68%.2FeC因为刚凝固完毕时，初生 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 相和 Ld 的相对量分别为 4.51036.32%647Ld .碳的成分为 2.11%的初生 相从共晶温度

4、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 Fe3CII，每份 相析出 Fe3CII 的量为32.1072.64%69Fe现在初生 相的量是 36.53%，所以到共析温度析出的 Fe3C 相对于整体的相对量为3%.5.8.因为合金中的初生 相到共析温度析出 Fe3C，初生 相的相对量减少 8.27%，余下的 相在共析温度都转变为 P，所以 P 的相对量为6.58.27.6%(2) wC=4.7%的合金在室温时平衡状态下 相和 Fe3C 相的相对量分别为3.94%109.462.786FeC因为刚凝固完毕时，初生 FeCI 和 Ld 中碳的成分分别为 6.69%和 4.3%，

5、所以刚凝固完毕时初生 FeCI 和 Ld 的相对量分别为 34.73106.74%69%18.2IFeLdd34-3 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： 32.107%2.64%69IFeC8.3.I4-4 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 33I4.21%7.8695.0.1.%7028(218.)4.56.9FeCe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

6、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 x110.28%5.4%745xP假设 B 试样中的碳含量为 x2226.9109.771x4-6 利用 Fe-Fe3C 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：FF+PP P+Fe 3CIIP+Fe 3CII+Ld LdLd+Fe 3CIIFe 3C三、含碳量与力学性能间的关系41、硬度：取决于相及相对量。随碳含量的增加, 由于

7、硬度高的 Fe3C 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 Fe3C 时的约800HB。2、强度：C%0.9%（因网状 Fe3CII 的存在）3、塑性、韧性：C%塑性、韧性。4-7 Fe-Fe3C 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,

8、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根据 Fe-Fe3C 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 50100。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

9、、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 100200范围内。一般始锻温度为 11501250, 终锻温度为 750850。 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5复和焊补。5、在切削加工方面的应用一般认为钢的硬度在 160230HBS 时，切削加工性能最好。6、在热处理工艺方面的应用 Fe-Fe3C 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火、正火、淬火的加热温度都是依据 Fe-Fe3C 相图确定的。二、Fe-Fe 3C 相图的局限性 1、Fe-Fe 3C 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，相图将发生变化。2、Fe-Fe 3C 相图反映的是平衡条件下铁碳合金中相的状态，若冷却或加热速度较快时，其组织转变就不能只用相图来分析了。