【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 （ A+α） %=1A%=50% 相： A%=（ 9020） /90*100%=78% α%=1A%=22% 10．某合金相圖如圖所示。 1） 試標(biāo)注 ① — ④ 空白區(qū)域中存在相的名稱； 2） 指出此相圖包括哪幾種轉(zhuǎn)變類型； 3） 說(shuō)明合金 Ⅰ 的平衡結(jié)晶過(guò)程及室溫下的顯微組織。 答： (1)①： L+γ ② : γ +β ③ : β +(α+β )+ αⅡ ④ : β +αⅡ (2)勻晶轉(zhuǎn)變；共析轉(zhuǎn)變 (3)合金①在 1點(diǎn)以上全部為液相 ,冷至 1點(diǎn)時(shí)開(kāi)始從液相中 析出γ固溶體至 2點(diǎn)結(jié)束 ,2～ 3點(diǎn)之間合金全部由γ固溶體所組成 ,3 點(diǎn)以下 ,開(kāi)始從γ固溶體中析出 α 固溶體 ,冷至 4 14 點(diǎn) 結(jié)束 ,4～ 5之間全部由 α固溶體所組成 ,冷到 5點(diǎn)以下 ,由于 α固溶體的濃度超過(guò)了它的溶解度限度 ,從 α中析出第二相β固溶體 ,最終得到室穩(wěn)下的顯微組織 : α+β Ⅱ 11．有形狀 、 尺寸相同的兩個(gè) CuNi 合金鑄件，一個(gè)含 90% Ni ，另一個(gè)含 50% Ni,鑄后自然冷卻，問(wèn)哪個(gè)鑄件的偏析較嚴(yán)重？ 答： 含 50% Ni 的 CuNi 合金鑄件偏析較嚴(yán)重 。在實(shí)際冷卻過(guò)程中，由于冷速較快，使得先結(jié)晶 部分含高熔 點(diǎn)組元多， 后結(jié)晶部分 含低熔點(diǎn)組元多，因?yàn)?含 50% Ni 的 CuNi 合金鑄件固相線與液相線范圍比 含 90% Ni 鑄件 寬，因此它所造成 的化學(xué)成分不均勻現(xiàn)象要比 含 90% Ni 的 CuNi 合金鑄件 嚴(yán)重。 第五 章 鐵碳合金 1．何謂金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變？試畫(huà)出純鐵的結(jié)晶冷卻曲線和晶體結(jié)構(gòu)變化圖。 答：由于條件（溫度或壓力）變化引起金屬晶體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，稱同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。 （ F） ,奧氏體（ A），滲碳體（ Fe3C），珠光體 （ P） ,萊氏體（ Ld）？ 它們的結(jié)構(gòu)、組織形態(tài)、性能等各有何特點(diǎn)？ 答：鐵素 體（ F） ： 鐵素體是碳在 Fe?? 中形成的間隙固溶體，為體心立方晶格。由于碳在 Fe?? 15 中的溶解度 `很小，它的性能與純鐵相近。塑性、韌性好，強(qiáng)度、硬度低。 它在鋼中一般呈塊狀或片狀。 奧氏體（ A） ：奧氏體是碳在 Fe?? 中形成的間隙固溶體，面心立方晶格。因其晶格間隙尺寸較大，故碳在 Fe?? 中的溶解度較大。有很好的塑性。 滲碳體（ Fe3C） ： 鐵和碳相互作用形成的具有復(fù)雜 晶格的間隙化合物。 滲碳體 具有很高的硬度，但塑性很差，延伸率接近于零。在鋼中以片狀 存在 或網(wǎng)絡(luò)狀存在于晶界。 在萊氏體 中為連續(xù)的基體，有時(shí)呈魚(yú)骨狀。 珠光體 （ P） ：由鐵素體和滲碳體組成的機(jī)械混合物。鐵素體和滲碳體呈層片狀。 珠光體 有較高的強(qiáng)度和硬度，但塑性較差。 萊氏體（ Ld） ：由 奧氏體 和 滲碳體 組成的機(jī)械混合物。在 萊氏體 中， 滲碳體 是連續(xù)分布的相 ，奧氏體 呈顆粒狀分布在 滲碳體 基體上。由于 滲碳體 很脆，所以 萊氏體 是塑性很差的組織。 合金相圖有何作用？ 在生產(chǎn)實(shí)踐中有何指導(dǎo)意義？ 又有何局限性？ 答： 1： 碳鋼和 鑄鐵都是鐵碳合金，是使用最廣泛的金屬材料。鐵碳合金相圖是研究鐵碳合金的重要工具，了解與掌握鐵碳合金相圖，對(duì)于鋼鐵材料的研究和使用，各種熱加工工藝的制訂以及工藝廢品原因的分析等方面都有 巨大的 實(shí)際 指導(dǎo)意義。 ① 為選材提供成分依據(jù)：CFeF 3? 相圖描述了鐵碳合金的組織隨含碳量的變化規(guī)律，合金的性能決定于合金的組織，這樣根據(jù)零件的性能要求來(lái)選擇不同成分的鐵碳合金 。例如，各種工程鋼制結(jié)構(gòu)件要求塑性和韌性好，因此選用含碳量低的鋼材；各種機(jī)器零件需要塑性、韌性、強(qiáng)度都較好的鋼材，應(yīng)選用含碳 量適中的中碳鋼；工具用材要求硬度高、耐磨，應(yīng)選用含碳量高的鋼種 ；白口鑄鐵硬度、高脆性大、不能切削加工，也不能鍛造和難于焊接，但有良好的鑄造性能，所以主要作為灰口鑄鐵的原材料。 ② 為制定熱加工工藝提供依據(jù)：對(duì)鑄造，根據(jù)相圖可以找出不同成分的鋼或鑄鐵的熔點(diǎn)，確定鑄造溫度；根據(jù)相圖上液相線和固相線間距離估計(jì)鑄造性能的好壞。對(duì)于鍛造：根據(jù)相圖可以確定鍛造溫度。對(duì)焊接：根據(jù)相圖來(lái)分析碳鋼焊縫組織，并用適當(dāng)熱處理方法來(lái)減輕或消除組織不均勻性；對(duì)熱處理： CFeF 3? 16 相圖更為重要，如退火、正 火、淬火的加熱溫度都要參考鐵碳相圖加以選擇。 2： ① 由于鐵碳相圖是以無(wú)限緩慢加熱和冷卻的速度得到的， 其組織是平衡組織， 而在實(shí)際加熱和冷卻通常都 比較快， 鋼的實(shí)際組織與狀態(tài)圖上的組織就有區(qū)別。 ②鐵碳相圖只反映鐵碳二元合金中相的平衡狀態(tài)，實(shí)際生產(chǎn)中用的鋼鐵材料，除了鐵和碳外，往往還含有其它組元，此時(shí)鐵碳相圖形狀將發(fā)生變化。 FeFe3C 相圖，指出圖中 S 、 C 、 E 、 P、 G 及 GS 、 SE 、 PSK 各點(diǎn) 、 線的意義，并標(biāo)出各相區(qū)的相組成物和組織組成物。 答 : S：共析點(diǎn) 727℃ %C 在這一點(diǎn)上發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，反應(yīng)式： cFeFA ps 3?? ，當(dāng)冷卻到 727℃時(shí)從具有 S點(diǎn)成分的奧氏體中同時(shí)析出具有 P點(diǎn)成分的鐵素體和滲碳體的兩相混合物 —— 珠光體 P（ cFeFp 3? ） C：共晶點(diǎn) 1148℃ %C，在這一點(diǎn)上發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，反應(yīng)式： CFeALc E 3?? ，當(dāng)冷到 1148℃時(shí)具有 C點(diǎn)成分的液體中同時(shí)結(jié)晶出具有 E點(diǎn)成分的奧氏體和滲碳體的兩 17 相混合物 —— 萊氏體 ? ? ? ?CFeALe E 3?? E： 碳在 Fe?? 中的最大溶解度點(diǎn) 1148℃ %C ES 線：碳在奧氏體中的溶解度曲線，又稱 Acm 溫度線，隨溫度的降低，碳在奧化體中的溶解度減少，多余的碳以 CFe3 形式析出，所以具有 %～ %C 的鋼冷卻到Acm 線與 PSK 線之間時(shí)的組織 ⅡCFeA 3? ，從 A 中析出的 CFe3 稱為二次滲碳體 ，以 ⅡCFe3 表示 。 GS 線 ：不同含碳量的奧氏體冷卻時(shí)析出鐵素體的開(kāi)始線稱 A3 線， GP 線則是鐵素體析出的終了線，所以 GSP 區(qū)的顯微組織是 AF? 。 PSK 線：共析轉(zhuǎn)變線，在這條線上發(fā)生共析轉(zhuǎn)變 CFeFA PS 3?? ，產(chǎn)物（ P）珠光體，含碳量在 ～ %的鐵碳合金冷卻到 727℃時(shí)都有共析轉(zhuǎn)變發(fā)生。 FeFe3C 相圖中 二 個(gè)基本反應(yīng)： 共晶反應(yīng) 和 共析反應(yīng)，寫(xiě)出反應(yīng)式，標(biāo)出含碳量及溫度。 答： 共析反應(yīng) ： 冷卻到 727℃時(shí) 具有 S 點(diǎn)成分的奧氏體中同時(shí)析出具有 P 點(diǎn)成分 的鐵素體和滲碳體的兩相混合物。 γ ?? ?? 230。727 + 共晶反應(yīng) ： 1148℃時(shí)具有 C 點(diǎn)成分的液體中同時(shí)結(jié)晶出具有 E 點(diǎn)成分的奧氏體和滲碳體的兩相混合物。 ?? ?? 230。1147 γ + ？何謂白口鐵？?jī)烧叩某煞纸M織和性能有何差別？ 答：碳素鋼：含有 %~%C 的鐵碳合金。 白口鐵：含大于 %C 的鐵碳合金。 碳素鋼中 亞共析鋼的組織由鐵素體和珠光體所組成，其中珠光體中的 滲 碳體以細(xì)片狀分布在鐵素體基體上， 隨著含碳量的增加， 珠光體的含量增加，則鋼的 強(qiáng)度、硬度增加，塑性、韌性降低。當(dāng)含碳量 達(dá)到 %時(shí)就是珠光體的性能。過(guò)共析鋼組織由珠光體和二次滲碳體所組成，含碳量接近 %時(shí)， 強(qiáng)度達(dá)到最大值， 含碳量繼續(xù)增加，強(qiáng)度下降。 由于二次滲碳體 在晶界形成連續(xù)的網(wǎng)絡(luò) ，導(dǎo)致鋼的 脆性增加 。 18 白口鐵中 由于其組織中存在大量的 以 滲碳體 為基體的萊氏體（鋼中無(wú)這種組織） ， 因此 具有很高的硬度和脆性，難以切削加工。 、共析鋼和過(guò)共析鋼的組織有何特點(diǎn)和異同點(diǎn)。 答：亞共析鋼的組織由鐵素體和珠光體所 組成。其中鐵素體呈塊狀。珠光體中鐵素體與滲碳體呈片狀分布。共析鋼的組織由珠光體所組成 。過(guò)共析鋼的組織由珠光體和 二次滲碳體所組成，其中 二次滲碳體 分布 在晶界 ，當(dāng)其含量多時(shí)將 形成連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)狀。 共同點(diǎn)：鋼的組織中都含有珠光體。不同點(diǎn)：亞共析鋼的組織是鐵素體和珠光體，共析鋼的組織是珠光體，過(guò)共析鋼的組織是珠光體和 二次滲碳體。 % 、 % 、 % 、 % 的鐵碳合金從液態(tài)緩冷至室溫時(shí)的結(jié)晶過(guò)程和室溫組織 . 答： %C:在 1~2 點(diǎn)間合金按勻晶轉(zhuǎn)變結(jié)晶出 A， 在 2 點(diǎn)結(jié)晶結(jié)束，全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。冷到3 點(diǎn)時(shí)（ 727℃ ），在恒溫下發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變結(jié)束時(shí)全部為珠光體 P，珠光體中的滲碳體稱為共析滲碳體，當(dāng)溫度繼續(xù)下降時(shí)，珠光體中鐵素體溶碳量減少，其成分沿固溶度線 PQ 變化，析出三次滲碳體 ⅢCFe3 ，它常與共析滲碳體長(zhǎng)在一起，彼此分不出，且數(shù)量少，可忽略。 室溫時(shí)組織 P。 % C： 合金在 1~2 點(diǎn)間按勻晶轉(zhuǎn)變結(jié)晶出 A，在 2 點(diǎn)結(jié)晶結(jié)束，全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。冷到3 點(diǎn)時(shí)開(kāi)始析出 F， 34 點(diǎn) A 成分沿 GS 線變化，鐵素體成分沿 GP 線變化，當(dāng)溫度到 4 點(diǎn)時(shí)，奧氏體的成分達(dá)到 S 點(diǎn)成分（含碳 %），便發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，形成珠光體，此時(shí)，原先析出的鐵素體保持不變，稱為先共析鐵素體，其成分為 %C，所以共析轉(zhuǎn)變結(jié)束后，合金的組織為先共析鐵素體和珠光體，當(dāng)溫度繼續(xù)下降時(shí)，鐵素體的溶碳量沿 PQ 線變化，析出三次滲碳體，同樣 ⅢCFe3 量很少，可忽略。 所以含碳 %的亞共析鋼的室溫組織為： F+P % C： 合金在 1~2 點(diǎn)間按勻晶轉(zhuǎn)變結(jié)晶出奧氏體， 2 點(diǎn)結(jié)晶結(jié)束，合金為單相奧氏體，冷卻到 3 點(diǎn)，開(kāi)始從奧氏體中析出二次滲碳體 ⅡCFe3 ， ⅡCFe3 沿奧氏體的晶界析出， 19 呈網(wǎng)狀分布， 34 間 ⅡCFe3 不斷析出，奧氏體成分沿 ES 線變化，當(dāng)溫度到達(dá) 4 點(diǎn)（ 727℃ ）時(shí)，其含碳量降為 %，在恒溫下發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，形成珠光體，此時(shí)先析出的 ⅡCFe3 保持不變，稱為先共析滲碳體，所以共析轉(zhuǎn)變結(jié)束時(shí)的組織為先共析二次滲碳體和珠光體，忽略 ⅢCFe3 。 室溫組織為二次滲碳體 和珠光體。 10．指出下列名詞的主要區(qū)別： 1）一次滲碳體、二次滲碳體、三次滲碳體、共晶滲碳體與共析滲碳體 ； 答：一次滲碳體：由液相中直接析出來(lái)的滲碳體稱為一次滲碳體 ，用 Fe3CⅠ 表示 。 二次滲碳體：從 A 中析出的 CFe3 稱為二次滲碳體 ，用 Fe3CⅡ 表示 。 三次滲碳體：從 F 中析出的 CFe3 稱為三次滲碳體 ⅢCFe3 。 三次滲碳體通常可以忽略。 共晶滲碳體：經(jīng)共 晶反應(yīng)生成的 滲碳體即 萊氏體 中 作為基體 的滲碳體稱為共晶滲碳體。 共析滲碳體：經(jīng)共析反應(yīng)生成的 滲碳體即珠光體中的 片層狀 滲碳體稱為共析滲碳體。 2） 熱脆與冷脆。 答：熱脆： S 在鋼中以 FeS 形成存在， FeS 會(huì)與 Fe 形成低熔點(diǎn)共晶，當(dāng)鋼材在 1000℃ ~1200℃壓力加工時(shí)， 會(huì)沿著這些 低熔點(diǎn)共晶體的邊界開(kāi)裂 ，鋼材將變得極脆，這種脆性現(xiàn)象稱為熱脆。 冷脆： P 使室溫下的鋼的塑性、韌性急劇降低，并使鋼的脆性轉(zhuǎn)化溫度有所升高，使鋼變脆，這種現(xiàn)象稱為“冷脆”。 10． 根據(jù) FeFe3C 相圖，計(jì)算： 1） 室溫下，含碳 % 的鋼中珠光體和鐵素體各占多少； 2）室溫下，含碳 % 的鋼中珠光體和二次滲碳體各占多少； 3）鐵碳合金中，二次滲碳體 的最大百分含量。 答： 1） P%=()/()*100%=74% F%=174%=26% 2 ） P%=()/()*100%=93% Fe3C Ⅱ %=193%=7% 或 Fe3C 20 Ⅱ %=()/()*100%=7% 3） Fe3CⅡ %=()/()*100%=23% 11．某工廠倉(cāng)庫(kù)積壓了許多碳鋼（退火狀態(tài)），由于鋼材混雜，不知道鋼的化學(xué)成分，現(xiàn)找出其中一根，經(jīng)金相分析后，發(fā)現(xiàn)其組織為珠光體 +鐵素體，其中鐵素體占 50% ，問(wèn)此鋼材的含碳量大約是多少？ 答： 由于 組織為珠光體 +鐵素體 ，說(shuō)明此鋼為亞共析鋼。 設(shè)成分為 X，則 F%=50%=()/()*100% X=，即 含碳量大約 是 % 12．對(duì)某退火碳素鋼進(jìn)行金相分析，其組織為珠光體 +滲碳體（網(wǎng)狀），其中珠光體占 96% ，問(wèn)此碳鋼的含碳量大約為多少？ 答 ： Wp=96% =( X)/()*100% X= 13．根據(jù) FeFe3C 相圖，說(shuō)明產(chǎn)生下列現(xiàn)象的原因： 1）含碳量為 % 的鋼比含碳量為 % 的鋼硬度高； 答：鋼中隨著含碳量的增加，滲碳體的含量增加，滲碳體 是硬脆相，因此 含碳量為 % 的鋼比含碳量為 % 的鋼硬度高 。 2）在室溫下，含碳 % 的鋼其強(qiáng)度比含碳 % 的鋼高； 答：因?yàn)樵阡撝挟?dāng)含碳量超過(guò) %時(shí)，所析出的 二次滲碳體 在晶界形成連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)狀，使鋼的脆性增加，導(dǎo)致強(qiáng)度 下降。因此 含碳 % 的鋼其強(qiáng)度比含碳 % 的鋼高 。 3）在 1100℃ ，含碳 % 的鋼能進(jìn)行鍛造，含碳 % 的生鐵不能鍛造； 答： 在 1100℃時(shí)， 含碳 % 的鋼 的組織為奧氏體，奧氏體的塑性很好，因此適合于鍛造； 含碳 % 的生鐵 的組織中含有大量的 萊氏體 ， 萊氏體 中 以連續(xù)的 滲碳體 為 基體 ，滲碳體的硬度很高，不適合于鍛造。 4）綁軋物件一般用鐵絲（鍍鋅低碳鋼絲），而起重機(jī)吊重物卻用鋼絲繩（用 60 、 65 、 70 、 75 等鋼制成）； 答： 為了便于 綁軋 ，要求有很好的塑性 ，因 此 應(yīng) 選用 塑性很好