金属学与热处理课后习题答案第四章.doc

第四章 铁碳合金
41 分析Wc=0、2%,Wc=0、6%,Wc=1、2%,得铁碳合金从液态平衡冷却至室温得转变过程,用冷却曲线与组织示意图说明各阶段得组织,并分别计算室温下得相组成物及组织组成物得含量。
答:
1、 Wc=0、2%得转变过程及相组成物与组织组成物含量计算
转变过程:
1)液态合金冷却至液相线处,从液态合金中按匀晶转变析出δ铁素体,L≒δ,组织为液相+δ铁素体
2)液态合金冷却至包晶温点(1495℃),液相合金与δ铁素体发生包晶转变,形成奥氏体γ,L+δ≒γ,由于Wc=0、2%高于包晶点0、17%,因此组织为奥氏体加部分液相。
3)继续冷却,部分液相发生匀晶转变析出奥氏体γ,直至消耗完所有液相,全部转变为奥氏体组织。
4)当合金冷却至与铁素体先共析线相交时,从奥氏体中析出先共析铁素体α,组织为奥氏体+先共析铁素体
5)当合金冷却至共析温度时,奥氏体碳含量沿铁素体先共析线变化至共析点碳含量,发生共析转变γ≒α+Fe3C,此时组织为先共析铁素体+珠光体
6)继续冷却,先共析铁素体与珠光体中得铁素体都将析出三次渗碳体,但数量很少,可忽略不计。所以室温下得组织为:先共析铁素体+珠光体。
组织含量计算:
组织含量计算:Wα(先)=(0、770、2)/(0、770、0218)×100%≈76、2%,
Wp=1 Wα(先)≈23、8%
相含量计算:Wα6、690、2)/(6、690、0218)×100%≈97、3%,
W Fe3C= 1 Wα≈2、7%
2、 Wc=0、6%得转变过程及相组成物与组织组成物含量计算
转变过程:
1)液态合金冷却至液相线处,从液态合金处按匀晶转变析出奥氏体,L≒γ,组织为液相+奥氏体。
2)继续冷却,直至消耗完所有液相,全部转变为奥氏体组织。
4)当合金冷却至与铁素体先共析线相交时,从奥氏体中析出先共析铁素体α,组织为奥氏体+先共析铁素体
5)当合金冷却至共析温度(727℃)时,奥氏体碳含量沿铁素体先共析线变化至共析点,发生共析转变γ≒α+Fe3C,此时组织为先共析铁素体+珠光体
6)珠光体中得铁素体都将析出三次渗碳体,但数量很少,可忽略不计。所以室温下得组织为:先共析二次渗碳体+珠光体
组织含量计算:
组织含量计算:Wα(先))=(0、770、6)/(0、770、0218)×100%≈22、7%,
Wp=1 Wα(先)≈77、3%
相含量计算:Wα=(6、690、6)/(6、690、0218)×100%≈91、3%,
W Fe3C= 1 Wα≈8、7%
3、 Wc=1、2%得转变过程及相组成物与组织组成物含量计算
转变过程:
1)液态合金冷却至液相线处,从液态合金处按匀晶转变析出奥氏体,L≒γ,组织为液相+奥氏体。
2)继续冷却,直至消耗完所有液相,全部转变为奥氏体组织。
3)当合金冷却至与渗碳体先共析线(碳在奥氏体中得溶解度曲线)相交时,从奥氏体中析出先共析二次渗碳体,组织为奥氏体+先共析二次渗碳体
4)当温度冷却至共析温度(727℃)时,奥氏体碳含量沿溶解度曲线变化至共析点碳含量,发生共析转变γ≒α+Fe3C,组织为珠光体+先共析二次渗碳体
5)珠光体中得铁素体都将析出三次渗碳体,但数量很少,可忽略不计。所以室温下得组织为:先共析二次渗碳体+珠光体
组织含量计算:
组织含量计算:W Fe3C(先)=(1、20、77)/(6、690、77)×100%≈7、3%,
Wp=1 W Fe3C(先)≈92、7%
相含量计算:Wα=(6、691、2)/(6、690、0218)×100%≈82、3%,
W Fe3C= 1 Wα≈16、7%
42 分析Wc=3、5%,Wc=4、7%得铁碳合金从液态到室温得平衡结晶过程,画出冷却曲线与组织变化示意图,并计算室温下得组织组成物与相组成物。
答:
1、Wc=3、5%得转变过程及相组成物与组织组成物含量计算
转变过程:
1)液态合金冷却至液相线处,从液态合金中按匀晶转变析出奥氏体,L≒γ,组织为液相合金+奥氏体。
2)当合金温度冷却至共晶温度(1127℃)时,液相合金中得含碳量变化至共晶点,液相合金发生共晶转变L≒γ+Fe3C,组织为共晶莱氏体Ld+奥氏体。
3)温度继续降低,匀晶奥氏体与莱氏体中得奥氏体将析出二次渗碳体。所以组织为:奥氏体+莱氏体+二次渗碳体。
4)当温度降低至共析温度(727℃),奥氏体中得碳含量变化值共析点,发生共析转变形成珠光体,γ≒α+Fe3C,组织为珠光体(低温莱氏体L’d)+二次渗碳体。
5)继续冷却,珠光体中得铁素体将会析出按此渗碳,但数量很少,可以忽略不计。所以室温下得组织为:珠光体(低温莱氏体L’d)+渗碳体(二次渗碳体+共晶渗碳体)。
组织含量计算:
组织含量计算:W Fe3CⅡ={(2、110、77)/(6、690、77)}×
{(6、693、5)/(6、692、11)}×100%
≈19、2%
W Fe3C(共)={(4、32、11)/(6、692、11)}×
{(3、52、11)/(4、32、11)}×100%
≈30、6%
WL’d=1 W Fe3C(共)W Fe3CⅡ=≈50、2%
相含量计算: Wα={(6、690、77)/(6、690、0218)}×WL’d ×100%
≈44、6%,
W Fe3C= 1 Wα≈55、4%
2、Wc=4、7%得转变过程及相组成物与组织组成物含量计算
转变过程:
1)液态合金冷却至液相线处,从液态合金中按匀晶转变析出粗大得渗碳体,称为一次渗碳体,L≒Fe3CⅠ,组织为液相合金+ Fe3CⅠ。
2)当合金温度冷却至共晶温度(1127℃)时液相合金中得含碳量变化至共晶点,液相合金发生共晶转变L≒γ+Fe3C,组织为共晶莱氏体Ld+ Fe3CⅠ。
3)温度继续降低, 共晶莱氏体中得奥氏体将析出二次渗碳体,组织为:莱氏体+ 一次渗碳体+二次渗碳体。
4)当温度降低至共析温度(727℃),共晶莱氏体中奥氏体中得碳含量变化至共析点,发生共析转变形成珠光体,γ≒α+Fe3C,此时组织为:珠光体(低温莱氏体L’d)+ 一次渗碳体+二次渗碳体。
5)继续冷却,珠光体中得铁素体将会析出三次渗碳体,但数量很少,可以忽略不计。所以室温下得组织为:珠光体(低温莱氏体L’d)+ 渗碳体(一次渗碳体+二次渗碳体+共晶渗碳体)。
组织含量计算:

组织含量计算:WL’d={(6、692、11)/(6、690、77)}×
{(6、694、7)/(6、692、11)}×100%
≈33、5%
W Fe3C =1 WL’d≈66、5%
相含量计算: Wα={(6、690、77)/(6、690、0218)}×WL’d ×100%
≈29、7%,
W Fe3C= 1 Wα≈80、3%
43 计算铁碳合金中二次渗碳体与三次渗碳体最大可能含量。
答:
二次渗碳体最大含量:
1、 我们知道二次渗碳体就是从奥氏体中析出得,随奥氏体得含量增多,二次渗碳体得含量增多。
2、 而且二次渗碳体得含量随着奥氏体中得碳含量增加而增大
3、 所以根据铁碳相图,当铁碳合金中得碳含量为2、11%可以或多最多得奥氏体含量以及最大得奥氏体含碳量,也就就是所可以得到最多得二次渗碳体含量。
其含量=(2、110、77)/(6、690、77)×100%≈22、6%
三次渗碳体最大含量:
1、 我们知道三次渗碳体就是从铁素体中析出得,所以必然随着铁素体得含量增多而增多。
2、 而且要析出渗碳体必须要足够得碳含量,所以铁素体中得碳含量越多,越容易析出三次渗碳体。
3、 根据铁碳相图,当铁碳合金中得碳含量为0、0218%时,可以获得最多得铁素体含量。
其含量=0、0218/6、69×100%≈0、33%
44 分别计算莱氏体中共晶渗碳体、二次渗碳体、共析渗碳体得含量。
答:
共晶渗碳体含量:
W Fe3C(晶)=(4、32、11)/(6、692、11)×100%≈47、8%,W A=1 W Fe3C(共)≈52、2%
二次渗碳体含量:
W Fe3CⅡ=(2、110、77)/(6、690、77)×W A×100%≈11、8%
共析渗碳体含量:
W Fe3C(析)={(0、770、0218)/(6、690、0218)}×(W A W Fe3CⅡ)×100%≈4、5%
45 为了区分两种弄混得碳钢,工作人员分别截取了A、B两块试样,加热至850℃保温后以极慢得速度冷却至室温,观察金相组织,结果如下:
A试样得先共析铁素体面积为41、6%,珠光体得面积为58、4%。
B试样得二次渗碳体得面积为7、3%,珠光体得面积为92、7%。
设铁素体与渗碳体得密度相同,铁素体中得含碳量为零,试求A、B两种碳钢含碳量。
答:
对于A试样:设A含碳量为X%,由题述知先共析铁素体含量为41、6%可以得到
41、6%={(0、77X)/0、77}×100%,得出X≈0、45,所以A中含碳量为0、45%。
对于A试样:设B含碳量为Y%,由题述知二次渗碳体含量为7、3%可以得到
7、3%={(Y0、77)/(6、690、77)} ×100%,得出Y≈1、2,所以B中含碳量为1、2%。
46 利用铁碳相图说明铁碳合金得成分、组织与性能之间得关系。
答:
成分与组织之间得关系:
1、 从相组成得角度,不论成分如何变化,铁碳合金在室温下得平衡组织都就是由 铁素体与渗碳体两相组成。
2、 当碳含量为零,铁碳合金全部由铁素体组成,随着碳含量得增加铁素体得含量呈直线下降,直到碳含量为6、69%时,铁素体含量为零,渗碳体含量则由零增至100%。
3、 含碳量得变化还会引起组织得变化。随着成分得变化,将会引起不同性质得结晶与相变过程,从而得到不同得组织。随着含碳量得增加,铁碳合金得组织变化顺序为:
F→F+P→P→P+ Fe3CⅡ→P+ Fe3CⅡ+L’d→L’d→L’d+ Fe3CⅠ
(F代表铁素体,P代表珠光体,L’d代表低温莱氏体)
组织与性能之间得关系:
铁素体相就是软韧相、渗碳体相就是硬脆相。珠光体由铁素体与渗碳体组成,渗碳体以细片状分散地分布在铁素体基体上,起强化作用,所以珠光体得强度、硬度较高,但塑性与韧性较差。
1、 在亚共析钢中,随着含碳量增加,珠光体增多,则强度、硬度升高,而塑性与韧性下降。
2、 在过共析钢中,随着含碳量增加,二次渗碳体含量增多,则强度、硬度升高,当碳含量增加至接近1%时,其强度达到最高值。碳含量继续增加,二次渗碳体将会在原奥氏体晶界形成连续得网状,降低晶界得强度,使钢得脆性大大增加,韧性急剧下降。
3、 在白口铁中,随着碳含量得增加,渗碳体得含量增多,硬度增加,铁碳合金得塑、韧性单调下降,当组织中出现以渗碳体为基体得低温莱氏体时,塑、韧性降低至接近于零,且脆性很大,强度很低。
4、 铁碳合金得硬度对组织组成物或组成相得形态不十分得敏感,其大小主要取决于组成相得数量与硬度。随着碳含量增加,高硬度得渗碳体增多,铁碳合金得硬度呈直线升高。
5、 低碳钢铁素体含量较多,塑韧性好,切削加工产生得切削热大,容易粘刀,而且切屑不易折断,切削加工性能不好。高碳钢渗碳体含量多,硬度高,严重磨损刀具,切削加工性能不好。中碳钢,铁素体与渗碳体比例适当,硬度与塑性适中,切削加工性能好。
6、 低碳钢铁素体含量较多,塑韧性好,可锻性好;高碳钢渗碳体含量多,硬度高,可锻性变差。
47 铁碳相图有哪些应用,又有哪些局限性。
答:
应用:
1、 由铁碳相图可以计算出不同成分得铁碳合金其组成相得相对含量。
2、 由铁碳相图还可以反映不同成分铁碳合金得结晶与相变特性。
3、 由铁碳相图可大致判断不同成分铁碳合金得力学性能与物理性能。
4、 由铁碳相图可大致判断不同成分铁碳合金得铸造性能、可锻性与切削加工性等工艺性能。
局限性:
1、 铁碳相图反映得就是在平衡条件下相得平衡,而不就是组织得平衡。相图只能给出铁碳合金在平衡条件下相得类别、相得成分及其相对含量,并不能表示相得形状、大小与分布,即不能给出铁碳合金得组织状态。
2、 铁碳相图给出得仅仅就是平衡状态下得情况,而平衡状态只有在非常缓慢加热与冷却,或者在给定温度长期保温得情况下才能得到,与实际得生产条件不就是完全得相符合。
3、 铁碳相图只反映铁、碳二元系合金相得平衡关系,而实际生产中所使用得铁碳合金中往往加入其她元素,此时必须要考虑其她元素对相图得影响,尤其当其她元素含量较高时,相图中得平衡关系会发生重大变化,甚至完全不能适用。