第四章-金属学与热处理答案.doc

第4章 习题4-1 分析wC=0.2%、wC=0.6%、wC=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α相和Fe3C相的相对量分别为wC=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wC=0.2%的合金在室温时组织中P和α的相对量分别为(2) wC=0.6%的合金在室温时平衡状态下α相和Fe3C相的相对量分别为wC=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) wC=1.2%的合金在室温时平衡状态下α相和Fe3C相的相对量分别为wC=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4-2 分析wC=3.5%、wC=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：wC=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α相和Fe3C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Fe3CII，每份γ相析出Fe3CII的量为现在初生γ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因为合金中的初生γ相到共析温度析出Fe3C，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) wC=4.7%的合金在室温时平衡状态下α相和Fe3C相的相对量分别为因为刚凝固完毕时，初生FeCI和Ld中碳的成分分别为6.69%和4.3%，所以刚凝固完毕时初生FeCI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：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x1假设B试样中的碳含量为x24-6 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%↓，Fe3C%↑二、含碳量—组织：F→F+P→P→P+Fe3CII→P+Fe3CII+L’d →L’d→L’d+Fe3CII→Fe3C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800HB2、强度：C%↑→σ↑—0.9%↑→σ↓（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-Fe3C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-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-Fe3C相图的局限性 1、Fe-Fe3C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-Fe3C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。