第四章金属学与热处理答案

1、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a-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a相和Fe3C相的相对量分别为6.69 0.2%100% 97.13%6.69 0.008FesC% 1 97.13%2.87%wc=0.2%的合金在室温下平衡态下的组织是a-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a-Fe碳的成

2、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a的相对量分别为0.2 0.0218P%100%23.82%0.770.0218%123.82%76.18%w c=0.6%的合金在室温时平衡状态下a相和Fe3C相的相对量分别为6.69 0.6%100%91.14%6.69 0.008Fe3C% 1 91.14% 8.86%wc=0.6%的合金在室温下平衡态下的组织是a-Fe和P,在室温时组织中 P和a的相对量为0.6 0.0218P%100%77.28%0.77 0.0218%1 77.28%22.72%w c=1.2%的合金在室温时平衡状态下a相和F

3、e3C相的相对量分别为G OQ A Q% 一. 100% 82.16%6.69 0.008FqC% 1 82.16% 17.84%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P% 6.69 1.2100%92.74%6.69 0.77FesC% 1 92.74% 7.3%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a-Fe（碳的质量分数是 0）和FesC（碳的质量分数是6.69%），故（1） wc

4、=3.5%的合金在室温时平衡状态下a相和Fe3C相的相对量分别为6.69 3.5 %100% 47.68%6.69Fe3C% 1 47.74% 52.32%因为刚凝固完毕时，初生丫相和 Ld中碳的成分分别为 2.11%和4.3%，所以刚凝固完毕时初生丫相和Ld的相对量分别为4 33 5% d 35 100% 36.53%4.3 2.11Ld %1 36.53%63.47%Ld % Ld% 63.47%碳的成分为2.11%的初生丫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FesCii，每份丫相析出FesCii的量为211 0 77Fe3C % 22.64%6.69

5、0.77现在初生丫相的量是 36.53%，所以到共析温度析出的Fe3C相对于整体的相对量为FqC% 36.53% 22.64% 8.27%因为合金中的初生丫相到共析温度析出Fe3C,初生丫相的相对量减少8.27%，余下的丫相在共析温度都转变为P,所以P的相对量为P% 36.53% 8.27% 28.26%w c=4.7%的合金在室温时平衡状态下a相和Fe3C相的相对量分别为6 69 4 7%100%29.74%6.69Fe3C% 1 29.78%70.26%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4.7 4.3

6、Fe3Ci %100% 16.74%6.69 4.3Ld% 1 16.74%83.26%Ld % Ld% 83.26%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:FesS%2.11 0.77 22.64%6.69 0.77Fe3CHI %0.02180.33%6.694-4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 3 2 11尸仓。共晶%47.82%共晶 6.692.11共晶 %1 47.82%52.18%11.81%Fe3CII %52.18% 2.11 0.776.69 0.77Fe3C共析 %(52.18% 11.81%)O

7、9;77 °.°2184.52%6.69 0.02184-5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 850C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 X1P% 也 0.0218100% 58.4%0.77 0.0218为 45.87%假设B试样中的碳含量为X26.69 x2P% 100%92.7%6.69

8、 0.77X21.20%4-6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、含碳量一相相对量：C% F% J, Fe3C% f二、含碳量 一组织：FtF+PtPtP+Fe3CmP+Fe3Cii+L'd 宀 L'd宀L'd+Fe3Cii宀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800HB。2、强度：C% 昇一0.9% f因网状 Fe3Cii的存在）3、塑性、韧性：C% f f塑性J、韧性J

9、。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

10、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50100C。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 100200C范围内。一般始锻温度为 11501250C ,终 锻温度为750850C。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。I