2022年第五章铁碳相图习题参考答案.docx

精选学习资料 - - - - - - - - - 第五章 铁碳相图习题参考答案 一、说明以下名词答： 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、常温平稳状态下,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%,室温平稳组织为 F+ Fe3C；5、共晶白口铁的含碳量为 4.3%,室温平稳组织 P 占 40.37%,Fe3C 共晶占 47.82 %,Fe3C占 11.81%；6、一钢试样,在室温平稳组织中,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,室温平稳组织中都有 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？一块质量肯定的铁发生（-Fe -Fe ）转变时,其体积如何变化？答： 由于-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%,因此一块质量肯定的铁发生（-Fe -Fe ）转变时体积将发生膨胀；2、铁素体（ F）,奥氏体（ A）,渗碳体（ Fe3C）,珠光体（ P）,莱氏体（ Ld）的结构、组织形状、1 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 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,延长率 接近于零；在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-Fe 3C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；铁碳合金相图是讨论铁碳合金的 重要工具,明白与把握铁碳合金相图,对于钢铁材料的讨论和使用,各种热加工工艺的制订以及工艺废品缘由的分析等方面都有重要指导意义；为选材供应成分依据：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 打算于合金的组织,这样依据零件的性能要求来挑选不同成分的铁碳合金；为制定热加工工艺供应依据：对铸造, 依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；依据相图上液相线和固相线间距离估量铸造性能的好坏；对于锻造： 依据相图可以确定 锻造温度； 对焊接： 依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排除组织不匀称 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挑选；由于铁碳相图是以无限缓慢加热和冷却的速度得到的,程度的滞后现象；而在实际加热和冷却通常都有不同4、画出 Fe-Fe3C 相图,A1538IIP+FIPIIIIVVVI1227L+A指出图中 S 、C 、E 、P、N 、G 及 GS 、SE 、PQ 、PSK 各GASE2.11L+Fe3CID点、线的意义,并标出各相F912区的相组成物和组织组成C4.3 A+Ld+Fe3CIIA+Fe3CIILdLd+Fe3CI物；PA+FK727答： C： 共晶点1148Q0.02180.77P+Fe3CIILdLd +F e3CIP+Ld+Fe3CII4.30%C,在这一点上发生共F+Fe3CIII晶 转 变 , 反 应 式 ：图2-13 Fe Fe3C相图2 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - LcA EFe3C,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 Le A E Fe 3 CE：碳在 Fe 中的最大溶解度点 1148 2.11%C G：Fe Fe 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：L B H A J 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：Fe Fe 同素异构转变点（A4）1394 0%C 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：A s F p Fe 3 c,当冷却到727时从具有 S点成分的奥氏体中同时析出具有体 P（FpFe3 ）cES 线： 碳在奥氏体中的溶解度曲线,又称P点成分的铁素体和渗碳体的两相混合物珠光Acm温度线,随温度的降低,碳在奥化体中的溶解度削减,余外的碳以 Fe3 C 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 A Fe 3 C ,从 A 中析出的 Fe3 C 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头线称所以 GSP区的显微组织是FA；A3 线,GP线就是铁素体析出的终了线,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削减,余外的碳以Fe3 C 形式析出,从 F 中析出的 Fe3 C 称为三次渗碳体 Fe 3 C ,由于铁素体含碳很少, 析出的 Fe3 C 很少,一般忽视,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 A S F P Fe 3 C,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-Fe 3C 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 点成分的铁素体和渗碳体727 .的两相混合物； 0.8 F0.02 +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1495 .分的固相 A； L0.5+ 0.1 0.16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3 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 混合物； L 4.31147.2.14 + 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 点结晶终止,全部转变为奥氏体；冷到3点时（ 727）,在恒温下发生共析转变,转变终止时全部为珠光体P,珠光体中的渗碳体称为共析渗碳体,当温度连续下降时,珠光体中铁素体溶碳量削减,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,可忽视；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 点结晶终止,全部转变为奥氏体；冷到 3 点时开头析出 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,所以共析转变终止后,合金的组织为先共析铁素体和珠光体,当温度连续下降时,铁素体的溶碳量沿 PQ线变化,析出三次渗碳体,同样 Fe3CIII 量很少,可忽视；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 点结晶终止,合金为单相奥氏体,冷却到 3 点,开头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 析转变终止时的组织为先共析二次渗碳体和珠光体,8、指出以下名词的主要区分：Fe3CII 保持不变,称为先共析渗碳体,所以共 忽视 Fe3CIII ；室温组织为二次渗碳体和珠光体；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 Fe3 C 称为二次渗碳体；三次渗碳体： 从 F 中析出的 Fe3 C 称为三次渗碳体 Fe3 C ；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、依据 Fe-Fe 3C 相图,运算：4 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 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 1.2% 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： W p=0.6-0.0218/0.77-0.0218*100%=77.28% WF=1-77.28%=22.72% W p=2.11-1.2/2.11-0.77*100%=69.91% W Fe3C=1-69.91%=30.09% W Fe3C=2.11-0.77/6.69-0.77*100%=22.64% W Fe3C=0.0218/6.69*100%=0.33% 10、某工厂仓库积压了很多碳钢（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,发觉其组织为珠光体+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% W C=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 占 18% ,问此碳钢的含碳量大约是多少？+渗碳体（粒状） ,其中渗碳体答： WFe3C=18% = WC-0.0218/6.69-0.0218*100% WC=1.22% 93% ,问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） ,其中珠光体占此碳钢的含碳量大约为多少？答： Wp=93% =2.11- W C/2.11-0.77*100%=70% W C=0.86% 13、运算含碳量为 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 珠光体： Wp=2.11-1.4/2.11-0.77*100%=50% +二次渗碳体,相为铁素体和渗碳体；二次渗碳体： W Fe3C=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、依据 Fe-Fe 3C 相图,说明产生以下现象的缘由：含碳量为 1.0% 的钢比含碳量为 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；由于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；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5 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 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肯定的强度,仍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、挑选题1、质量肯定的 -Fe 转变为-Fe 时,体积 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、铁碳合金在平稳结晶过程中, 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； A、铁素体； B、珠光体； C、莱氏体7、平稳结晶时,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% A ；8、一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体 B ； A、晶体结构不同,组织形状相同； B、晶体结构相同,组织形状不同； C、晶体结构与组织形状都不同；9、由于三次渗碳体的数量很少,故对 C 性能的影响可忽视不计； A、工业纯铁； B、钢和铸铁； C、全部 Fe-C 合金10、室温平稳状态下,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； C、石墨碳11、含碳量 0.45% 的铁碳合金平稳结晶后,按相组成物运算,其中铁素体占 A、 93.60%； B、42.77%； C、57.23% 12、钢的力学性能与 C 的数量、形状和分布有关； A、铁素体； B、奥氏体； C、渗碳体6 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 13、含碳1.2% 的铁碳合金平稳结晶时,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、平稳结晶时,从奥氏体中析出的 Fe3C一般呈 C 状分布； A、薄片； B、颗粒； C、网五、判定题 1、奥氏体是C在-Fe 中的间隙固溶体； 2、在室温平稳状态下,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% 的铁碳合金平稳结晶时,奥氏体转变成铁素体的转变温度随含碳量增加而上升； × 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、共晶反应发生于全部含碳量大于2.11% 而小于 6.69% 的铁碳合金中； 7、过共析钢平稳结晶时,从1148冷至 727时,奥氏体的含碳量不断降低； 8、平稳状态下,铁碳合金的强度和硬度随含碳量增加而提高； 9、过共析钢的室温平稳组织由珠光体和二次渗碳体组成； 10、铁碳合金室温下平稳组织由铁素体和渗碳体组成；通常铁素体作为基体,而渗碳体作为其次相； × 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线之间的温度范畴； × 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,在组织形状与晶体结构方面均与一次渗碳体不同；7 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 7 页