【文章內(nèi)容簡介】 20）/90*100%=78% α=1A%=22%10．某合金相圖如圖所示。1）試標注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）說明合金Ⅰ的平衡結(jié)晶過程及室溫下的顯微組織。答：(1)①：L+γ ②: γ+β ③: β+(α+β) ④: β+αⅡ (2)勻晶轉(zhuǎn)變；共析轉(zhuǎn)變 (3)合金①在1點以上全部為液相,冷至1點時開始從液相中析出γ固溶體至2點結(jié)束,2～3點之間合金全部由γ固溶體所組成,3點以下,開始從γ固溶體中析出α固溶體,冷至4點時合金全部由α固溶體所組成,4～5之間全部由α固溶體所組成,冷到5點以下,由于α固溶體的濃度超過了它的溶解度限度,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+βⅡ11．有形狀、尺寸相同的兩個 CuNi 合金鑄件，一個含 90% Ni ，另一個含 50% Ni,鑄后自然冷卻，問哪個鑄件的偏析較嚴重？答：含 50% Ni的CuNi 合金鑄件偏析較嚴重。在實際冷卻過程中，由于冷速較快，使得先結(jié)晶部分含高熔點組元多，后結(jié)晶部分含低熔點組元多，因為含 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成分不均勻現(xiàn)象要比含 90% Ni的CuNi 合金鑄件嚴重。第四章 鐵碳合金1．何謂金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變？試畫出純鐵的結(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。 2．為什么γFe 和α Fe 的比容不同？一塊質(zhì)量一定的鐵發(fā)生（γFe →αFe ）轉(zhuǎn)變時，其體積如何變化？答：因為γFe和α Fe原子排列的緊密程度不同，γFe的致密度為74%,α Fe的致密度為68%，因此一塊質(zhì)量一定的鐵發(fā)生（γFe →αFe ）轉(zhuǎn)變時體積將發(fā)生膨脹。（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？答：鐵素體（F）：鐵素體是碳在 中形成的間隙固溶體，為體心立方晶格。由于碳在 中的溶解度`很小，它的性能與純鐵相近。塑性、韌性好，強度、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 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 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，有時呈魚骨狀。珠光體（P）：由鐵素體和滲碳體組成的機械混合物。鐵素體和滲碳體呈層片狀。珠光體有較高的強度和硬度，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。？在生產(chǎn)實踐中有何指導意義？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重要指導意義。②為選材提供成分依據(jù)： 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)零件的性能要求來選擇不同成分的鐵碳合金；為制定熱加工工藝提供依據(jù)：對鑄造，根據(jù)相圖可以找出不同成分的鋼或鑄鐵的熔點，確定鑄造溫度；根據(jù)相圖上液相線和固相線間距離估計鑄造性能的好壞。對于鍛造：根據(jù)相圖可以確定鍛造溫度。對焊接：根據(jù)相圖來分析碳鋼焊縫組織，并用適當熱處理方法來減輕或消除組織不均勻性；對熱處理： 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。③由于鐵碳相圖是以無限緩慢加熱和冷卻的速度得到的，而在實際加熱和冷卻通常都有不同程度的滯后現(xiàn)象。 FeFe3C 相圖，指出圖中 S 、C 、E 、P、N 、G 及 GS 、SE 、PQ 、PSK 各點、線的意義，并標出各相區(qū)的相組成物和組織組成物。答: C：共晶點1148℃ %C，在這一點上發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，反應(yīng)式： ，當冷到1148℃時具有C點成分的液體中同時結(jié)晶出具有E點成分的奧氏體和滲碳體的兩相混合物——萊氏體 E：碳在 中的最大溶解度點1148℃ %CG： 同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點（A3）912℃ 0%CH：碳在 中的最大溶解度為1495℃ %CJ：包晶轉(zhuǎn)變點1495℃ %C 在這一點上發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變，反應(yīng)式： 當冷卻到1495℃時具有B點成分的液相與具有H點成分的固相δ反應(yīng)生成具有J點成分的固相A。N： 同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點（A4）1394℃ 0%CP：碳在 中的最大溶解度點 %C 727℃S：共析點727℃ %C 在這一點上發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，反應(yīng)式： ，當冷卻到727℃時從具有S點成分的奧氏體中同時析出具有P點成分的鐵素體和滲碳體的兩相混合物——珠光體P（ ）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 形式析出，%～%C的鋼冷卻到Acm線與PSK線之間時的組織 ，從A中析出的 稱為二次滲碳體。GS線：不同含碳量的奧氏體冷卻時析出鐵素體的開始線稱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 。PQ線：碳在鐵素體中的溶解度曲線，隨溫度的降低，碳在鐵素體中的溶解度減少，多余的碳以 形式析出，從 中析出的 稱為三次滲碳體 ，由于鐵素體含碳很少，析出的 很少，一般忽略，認為從727℃冷卻到室溫的顯微組織不變。PSK線：共析轉(zhuǎn)變線，在這條線上發(fā)生共析轉(zhuǎn)變 ，產(chǎn)物（P）珠光體，～%的鐵碳合金冷卻到727℃時都有共析轉(zhuǎn)變發(fā)生。 FeFe3C 相圖中三個基本反應(yīng)：包晶反應(yīng),共晶反應(yīng)及共析反應(yīng)，寫出反應(yīng)式，標出含碳量及溫度。答：共析反應(yīng)：冷卻到727℃時具有S點成分的奧氏體中同時析出具有P點成分的鐵素體和滲碳體的兩相混合物。 +包晶反應(yīng)：冷卻到1495℃時具有B點成分的液相與具有H點成分的固相δ反應(yīng)生成具有J點成分的固相A。 + 共晶反應(yīng)：1148℃時具有C點成分的液體中同時結(jié)晶出具有E點成分的奧氏體和滲碳體的兩相混合物。 + ？何謂白口鐵？兩者的成分組織和性能有何差別？答：碳素鋼：%~%C的鐵碳合金。白口鐵：%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，則鋼的強度、硬度增加，塑性、韌性降低。%時就是珠光體的性能。過共析鋼組織由珠光體和二次滲碳體所組成，%時，強度達到最大值，含碳量繼續(xù)增加，強度下降。由于二次滲碳體在晶界形成連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)，導致鋼的脆性增加。白口鐵中由于其組織中存在大量的滲碳體，具有很高的硬度和脆性，難以切削加工。、共析鋼和過共析鋼的組織有何特點和異同點。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，其中二次滲碳體在晶界形成連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)狀。 共同點：鋼的組織中都含有珠光體。不同點：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)緩冷至室溫時的結(jié)晶過程和室溫組織.答：%C:在1~2點間合金按勻晶轉(zhuǎn)變結(jié)晶出A，在2點結(jié)晶結(jié)束，全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。冷到3點時（727℃），在恒溫下發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變結(jié)束時全部為珠光體P，珠光體中的滲碳體稱為共析滲碳體，當溫度繼續(xù)下降時，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 ，它常與共析滲碳體長在一起，彼此分不出，且數(shù)量少，可忽略。室溫時組織P。% C：合金在1~2點間按勻晶轉(zhuǎn)變結(jié)晶出A，在2點結(jié)晶結(jié)束，全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。冷到3點時開始析出F，34點A成分沿GS線變化，鐵素體成分沿GP線變化，當溫度到4點時，奧氏體的成分達到S點成分（%），便發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，形成珠光體，此時，原先析出的鐵素體保持不變，稱為先共析鐵素體，%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，當溫度繼續(xù)下降時，鐵素體的溶碳量沿PQ線變化，析出三次滲碳體，同樣 量很少，可忽略。%的亞共析鋼的室溫組織為：F+P% C：合金在1~2點間按勻晶轉(zhuǎn)變結(jié)晶出奧氏體，2點結(jié)晶結(jié)束，合金為單相奧氏體，冷卻到3點，開始從奧氏體中析出二次滲碳體 ， 沿奧氏體的晶界析出，呈網(wǎng)狀分布，34間 不斷析出，奧氏體成分沿ES線變化，當溫度到達4點（727℃）時，%，在恒溫下發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，形成珠光體，此時先析出的 保持不變，稱為先共析滲碳體，所以共析轉(zhuǎn)變結(jié)束時的組織為先共析二次滲碳體和珠光體，忽略 。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的滲碳體稱為一次滲碳體。二次滲碳體：從A中析出的 稱為二次滲碳體。三次滲碳體：從 中析出的 稱為三次滲碳體 。共晶滲碳體：經(jīng)共晶反應(yīng)生成的滲碳體即萊氏體中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，F(xiàn)eS會與Fe形成低熔點共晶，當鋼材在1000℃~1200℃壓力加工時，會沿著這些低熔點共晶體的邊界開裂，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”。11．根據(jù) FeFe3C 相圖，計算：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，二次滲碳體和三次滲碳體的最大百分含量。答：1）Wp=()/()*100%=74% Wα=174%=26%2）Wp=()/()*100%=70% WFe3CⅡ=170%=30%3）WFe3CⅡ=()/()*100%=23% W Fe3CⅢ=*100%=33%12．某工廠倉庫積壓了許多碳鋼（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 80% ，問此鋼材的含碳量大約是多少？答：由于組織為珠光體+鐵素體，說明此鋼為亞共析鋼。 Wα=80%=()/()*100% WC=%13．對某退火碳素鋼進行金相分析，其組織的相組成物為鐵素體+滲碳體（粒狀），其中滲碳體占 18% ，問此碳鋼的含碳量大約是多少？答： WFe3CⅡ=18% =( )/()*100% WC=%14．對某退火碳素鋼進行金相分析，其組織為珠光體+滲碳體（網(wǎng)狀），其中珠光體占 93% ，問此碳鋼的含碳量大約為多少？答：Wp=93% =( WC)/()*100%=70% WC=%%C合金在700℃下各個相及其組分數(shù)量和成分。答：%C合金屬于過共析鋼，其組織為珠光體+二次滲碳體，相為鐵素體和滲碳體。Wp=()/()*100%=55% WFe3CⅡ=155%=45%Wα=（）/（）*100%=79% WFe3C=179%=21%16．根據(jù) FeFe3C 相圖，說明產(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 % 的鋼其強度比含碳 % 的鋼高；答：%時，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，導致強度下降。因此含碳 % 的鋼其強度比含碳 % 的鋼高。3）在 1100℃，含碳 % 的鋼能進行鍛造，含碳 % 的生鐵不能鍛造；答：在 1100℃時，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滲碳體，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），而起重機吊重物卻用鋼絲繩（用 60 、 65 、 70 、 75 等鋼制成）；答：綁軋物件的性能要求有很好的韌性，因此選用低碳鋼有很好的塑韌性，鍍鋅低碳鋼絲；而起重機吊重物用鋼絲繩除要求有一定的強度，還要有很高的彈性極限，而60 、 65 、 70 、 75鋼有高的強度和高的彈性極限。這樣在吊重物時不會斷裂。5）鉗工鋸 T8 ， T10,T12 等鋼料時比鋸 10,20 鋼費力，鋸條容易磨鈍；答：T8 ， T10,T12屬于碳素工具鋼，%，%，%，因而鋼中滲碳體含量高，鋼的硬度較高；而10,20鋼為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，屬于低碳鋼，鋼的硬度較低，因此鉗工鋸 T8 ， T10,T12 等鋼料時比鋸 10,20 鋼費力，鋸條容易磨鈍。6）鋼適宜于通過壓力加工成形，而鑄鐵適宜于通過鑄造成形。答：%~%之間，滲碳體含量較少，鐵素體含量較多，而鐵素體有較好的塑韌性，因而鋼適宜于壓力加工；而鑄鐵組織中含有大量以滲碳體為基體的萊氏體，滲碳體是硬脆相，因而鑄鐵適宜于通過鑄造成形。？對鋼的性能有何影響？答：鋼中常存雜質(zhì)有Si、Mn、S、P等。Mn：大部分溶于鐵素體中，形成置換固溶體，并使鐵素體強化：另一部分Mn溶于Fe3C中，形成合金滲碳體，這都使鋼的強度提高，Mn與S化合成MnS，能減輕S的有害作用。當Mn含量不多，在碳鋼中僅作為少量雜質(zhì)存在時，它對鋼的性能影響并不明顯。Si：Si與Mn一樣能溶于鐵素體中，使鐵素體強化，從而使鋼的強度、硬度、彈性提高，而塑性、韌性降低。當Si含量不多，在碳鋼中僅作為少量夾雜存在時，它對鋼的性能影響并不顯著。S：硫不溶于鐵，而以FeS形成存在，F(xiàn)eS會與Fe形成共晶，并分布于奧氏體的晶界上，當鋼材在1000℃~1200℃壓力加工時，由于FeSFe共晶（熔點只有989℃）已經(jīng)熔化，并使晶粒脫開，鋼材將變得極脆。P：磷在鋼中全部溶于鐵素體中，雖可使鐵素體的強度、硬度有所提高，但卻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。答：分類：1）按含碳量分類低碳鋼：%的鋼，~%C ≤%C中碳鋼：~%的鋼 ~%C高碳鋼：%的鋼 ~%C ＞%C（2）按質(zhì)量分類：即含有雜質(zhì)元素S、P的多少分類：普通碳素鋼：S≤% P≤%優(yōu)質(zhì)碳素鋼：S、P≤~%高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼：S≤~%；P≤ ~%（3）按用途分類碳素結(jié)構(gòu)鋼：用于制造各種工程構(gòu)件，如橋梁、船舶、建筑構(gòu)件等，及機器零件，如齒輪、軸、連桿、螺釘、螺母等。碳素工具鋼：用于制造各種刀具、量具、模具等，一般為高碳鋼，在質(zhì)量上都是優(yōu)質(zhì)鋼或高級優(yōu)質(zhì)鋼。牌號的表示方法：（1）普通碳素結(jié)構(gòu)鋼：用Q+數(shù)字表示，“Q”為屈服點，“屈”漢語拼音，數(shù)字表示屈服點數(shù)值。若牌號后面標注字母A、B、C、D，則表示鋼材質(zhì)量等級不同， A、B、C、D質(zhì)量依次提高，“F”表示沸騰鋼，“b”為半鎮(zhèn)靜鋼，不標“F”和“b”的為鎮(zhèn)靜鋼。（2）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：牌號是采用兩位數(shù)字表示的，表示鋼中平均含碳量的萬分之幾。若鋼中含錳量較高，須將錳元素標出，（3）碳素工具鋼：這類鋼的牌號是用“碳”或“T”字后附數(shù)字表示。數(shù)字表示鋼中平均含碳量的千分之幾。若為高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼，則在鋼號最后附以“A”字。、中碳鋼及高碳鋼是如何根據(jù)含碳量劃分的？分別舉例說明他們的用途？答：低碳鋼：%的鋼；0鋼，塑性、韌性好，具有優(yōu)良的冷成型性能和焊接性能，常冷軋成薄板，用于制作儀表外殼、汽車和拖拉機上的冷沖壓件，如汽車車身，拖拉機駕駛室等；125鋼用于制作尺寸較小、負荷較輕、表面要求耐磨、心部強度要求不高的滲碳零件，如活塞鋼、樣板等。中碳鋼：~%的鋼 ；3450鋼經(jīng)熱處理（淬火+高溫回火）后具有良好的綜合機械性能，即具有較高的強度和較高的塑性、韌性，用于制作軸類零件； 高碳鋼：%的鋼 ；60、65鋼熱處理（淬火+高溫回火）后具有高的彈性極限，常用作彈簧。TT用于制造要求較高韌性、承受沖擊負荷的工具，如小型沖頭、鑿子、錘子等。TTT1用于制造要求中韌性的工具，如鉆頭、絲錐、車刀、沖模、拉絲模、鋸條。T1T1鋼具有高硬度、高耐磨性，但韌性低，用于制造不受沖擊的工具如量規(guī)