【文章內(nèi)容簡介】 溶體的結(jié)構(gòu)變化：點陣畸變，點陣常數(shù)變化，偏聚及短程有序，甚至形成有序固溶體。力學性能變化：硬度、強度提高，塑性下降。物理性能變化：電阻加大，導電率下降。何謂相圖?相圖能說明哪些問題?實際生產(chǎn)中有何應用價值? P69何謂杠桿定律?它在二元合金系中可以解決什么問題? P71為什么固溶體合金結(jié)晶時成分間隔和溫度間隔越大則流動性不好，分散縮孔大、偏析嚴重以及熱裂傾向大? P105簡述二元系中共晶反應、包晶反應和共析反應的特點，并計算其各相平衡時的自由度。答：共晶反應：是液相同時凝固出兩個不同成分的固相，兩固相相互配合生長，一般長成片層狀。共析與共晶相似，只是母相是固相，即一個固相同時生成另兩個不同成分的固相。包晶反應：是液相與一個固相反應生成另一個固相，新生成的固相包住原有的固相，反應需要固相中的擴散，速度較慢。這三種反應出現(xiàn)時，自由度都是0，即三相成分固定，溫度也固定。無論置換固溶體還是間隙固溶體都會引起強度升高，試分析其原因。答：一是溶質(zhì)原子的溶入使晶格畸變，阻礙滑移面上位錯運動。二是位錯線上偏聚的溶質(zhì)原子對位錯的釘扎作用，形成“柯氏氣團”對位錯起釘扎作用。第四章 鐵碳合金一、填空題1．滲碳體的晶體結(jié)構(gòu)是 正交晶系 ，按其化學式鐵與碳原子的個數(shù)比為 3:1 2．當一塊質(zhì)量一定的純鐵加熱到 912℃ 溫度時，將發(fā)生aFe向γFe的轉(zhuǎn)變，此時體積將發(fā)生 收縮 。3．共析成分的鐵碳合金平衡結(jié)晶至室溫時，其相組成物為 α 和 Fe3C，組織成物為 P 。 4．在生產(chǎn)中，若要將鋼進行軋制或鍛壓時，必須加熱至 γ 相區(qū)。 5．當鐵碳合金冷卻時,發(fā)生共晶反應的反應式為 LCD γE+ Fe3C，其反應產(chǎn)物在室溫下被稱為 變態(tài)萊氏體 。 6．在退火狀態(tài)的碳素工具鋼中，T8鋼比T12 鋼的硬度 低。 7．當W(C)＝0．77％一2．11％間的鐵碳合金從高溫緩冷至ES線以下時，將從奧氏體中析出 Fe3CⅡ ，其分布特征是 網(wǎng)狀 。8．在鐵碳合金中，含三次滲碳體最多的合金成分點為 P點（C=%），含二次滲碳體最多的合金成分點為 E點（C=%） 。 9．奧氏體是 C 在 Fe中 的固溶體，它的晶體結(jié)構(gòu)是 面心立方 。10．鐵素體是 C 在 Fe中 的固溶體，它的晶體結(jié)構(gòu)是 體心立方 。11．滲碳體是 C 和 Fe 形成 的金屬間化合物。12．珠光體是 鐵素體 和 Fe3C 的機械混合物。13．萊氏體是 奧氏體 和 Fe3C 的機械混合物，而變態(tài)萊氏體是珠光體 和Fe3C 的機械混合物。14．在Fe—Fe3C相圖中，有 一次Fe3C 、 共晶Fe3C 、 二次Fe3C 、 共析Fe3C 、 三次Fe3C 五種滲碳體，它們各自的形態(tài)特征分別是 呈長條狀 、 粗大的連續(xù)基體（或呈魚骨狀） 、 沿晶粒狀或網(wǎng)絡狀分布、層片狀、 小片狀 。15．鋼中常存雜質(zhì)元素有 P 、 S 、 Si 、 Mn 等，其中 S 使鋼產(chǎn)生熱脆， P 使鋼產(chǎn)生冷脆。 18．純鐵在不同溫度區(qū)間的同素異晶體有(寫出溫度區(qū)間) 1538℃~1394℃為體心立方δ鐵素體、 1394℃~912℃ 為面心立方γ奧氏體 、 912℃以下為體心立方α鐵素體。 19．碳鋼按相圖分為 亞共析鋼 、 共析鋼 、 過共析鋼 ；按W(C)分為(標出W(C)范圍)%~%、 % 、 %~%。 10．在鐵—滲碳體相圖中，存在著四條重要的線，請說明冷卻通過這些線時所發(fā)生的轉(zhuǎn)變并指出生成物。ECF水平線 共晶轉(zhuǎn)變 、萊氏體；PSK水平線 共析轉(zhuǎn)變、 珠光體；ES線 脫溶轉(zhuǎn)變、 奧氏體+滲碳體 ；GS線 同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變、 鐵素體 。 21 標出Fe—Fe3C相圖(圖4—3)中指定相區(qū)的相組成物： ① γ ，②γ + α ，③ α ， ④ γ+ Fe3C ，⑤ P+ Fe3C 。22．鐵碳合金的室溫顯微組織由 鐵素體和 滲碳體 兩種基本相組成。23．若退火碳鋼試樣中先共析鐵素體面積為41．6％，珠光體的面積為58．4％，則其W(C)＝ %。()/()=24．若退火碳鋼試樣中二次滲碳體面積為7．3％，珠光體的面積為92．7％，則其W(C)＝ % 。（）/()=二、判斷題 1．在鐵碳合金中，含二次滲碳體最多的成分點為W(C)：4．3％的合金。 ( ) 2．在鐵碳合金中，只有共析成分點的合金在結(jié)晶時才能發(fā)生共析反應，形成共析組織。 ( ) 3．退火碳鋼的塑性與韌性均隨W(C)的增高而減小。而硬度與強度則隨W(C)的增高而不斷增高。 ( ) 在C=1%抗拉強度最高 4．在鐵碳合金中，滲碳體是一個亞穩(wěn)相，而石墨才是一個穩(wěn)定相。 ( √ ) 5．白口鑄鐵在高溫時可以進行鍛造加工。 ( ) 6．因為磷使鋼發(fā)生熱脆，而硫使鋼發(fā)生冷脆，故硫磷都是鋼中的有害元素。 ( ) 7．在室溫下，共析鋼的平衡組織為奧氏體。 ( ) 8．純鐵加熱到912℃時，將發(fā)生aFe一γ—Fe的轉(zhuǎn)變，體積發(fā)生膨脹。 ( ) 9．鐵碳合金中，一次滲碳體，二次滲碳體和三次滲碳體具有相同的晶體結(jié)構(gòu)。 ( √ ) 10．在Fe—Fe3C相圖中，共晶反應和共析反應都是在一定濃度和恒溫下進行的。 ( √ ) 11．在Fe—Fe3C相圖中，凡發(fā)生共晶反應的鐵碳合金叫做白口鐵；凡發(fā)生共析反應的鐵碳合金叫做鋼。 (√ ) 12 珠光體是單相組織。 ( ) 13．白口鐵是碳以滲碳體形式存在的鐵，所以其硬度很高，脆性很大。 ( √ ) 14．W(C)＝1．3％的鐵碳合金加熱到780℃時得到的組織為奧氏體加二次滲碳體。( √ ) 15．a(chǎn)Fe是體心立方結(jié)構(gòu)，致密度為68％，所以其最大溶碳量為32％。 ( ) 16．γFe是面心立方晶格，所以其最大溶碳量為26％。 ( ) 17．鋼材的切削加工性隨w (C)增加而變差。 ( ) 18．碳鋼進行熱壓力加工時都要加熱到奧氏體區(qū)。 ( ) 19．W(C)＝1．0％的碳鋼比W(C)=0．5％的碳鋼硬度高。 ( √ ) 20．在室溫下，w(C)＝0．8％的退火碳鋼的強度比W(C)＝1．2％的退火碳鋼高。(√) P121 21．鋼鉚釘一般用低碳鋼制成。 ( √ ) 22．鉗工鋸TT12鋼料時比鋸20鋼費力，且鋸條容易磨鈍。 ( √ ) 23．鋼適宜于通過壓力加工成形，而鑄鐵適宜于通過鑄造成形。 ( √ ) 24．工業(yè)純鐵的W(C)0．2％。 ( ) 25．工業(yè)純鐵的室溫平衡組織為鐵素體。 ( ) 還有FeCⅢ 26．汽車外殼用低碳鋼板制造，而理發(fā)工具用碳素工具鋼制造。 ( √ ) 27．退火碳鋼W(C)接近1％時其強度極限最高。 ( √ ) P12128．過共析鋼由液態(tài)緩冷至室溫所析出的二次滲碳體在組織形態(tài)與晶體結(jié)構(gòu)方面均與—次滲碳體不相同。 ( ) (三)選擇題 1．滲碳體屬于 B A 間隙固溶體 B 間隙化合物 C 間隙相 D 正?；衔?．．δFe的晶型是 A A 體心立方 B 面心立方 C密排六方 D 簡單立方3．鐵素體的機械性能特點是 C A 具有良好的硬度與強度 B 具有良好的綜合機械性能 C 具有良好的塑性和韌性 D 具有良好的切削性和鑄造性4．W(C)＝4．3％碳的鐵碳合金具有 B 。 A 良好的可鍛性 B 良好的鑄造性 C 良好的焊接性 D 良好的熱處理性5．建筑用鋼筋宜選用 A A 低碳鋼 B 中碳鋼 C 高碳鋼 D 工具鋼6．裝配工使用的銼刀宜選用 C A 低碳鋼 B．中碳鋼 C高碳鋼 D 過共晶白口鐵7．純鐵在912℃以下的晶格類型是 C A 密排六方晶格 B 面心立方晶格 C 體心立方晶格 D 簡單立方晶格8．三次滲碳體是從 B A 鋼液中析出的 B 鐵素體中析出的 C 奧氏體中析出的 D 珠光體中析出的9．二次滲碳體是從 C A 鋼液中析出的 B 鐵素體中析出的 C 奧氏體中析出的 D 萊氏體中析出的10．在下述鋼鐵中，切削性能較好的是 B A 工業(yè)純鐵 B 45 C 白口鐵 D T12A四、名詞解釋滲碳體：Fe3C為復雜晶體結(jié)構(gòu)的間隙化合物，其硬度高，脆性大，塑性幾乎等于零，硬脆相，是鋼中主要強化相。鐵素體：碳溶于αFe中所形成的間隙固溶體，鐵素體仍保持αFe的體心立方晶格，由于間隙小，溶碳極少，力學性能與純鐵相同，強度、硬度不高，具有良好的塑性，770℃以下為鐵磁性。奧氏體：碳溶于Fe中所形成的間隙固溶體，仍保持γFe的面心立方晶格，%，強度、硬度較高，塑性好，無磁性。珠光體（P）：鐵素體F與 滲碳體Fe3C 所形成的機械混合物（%），綜合性能好。萊氏體（Ld 或 Le）：奧氏體A與 滲碳體Fe3C 所形成的機械混合物（平均含碳量：%），具有硬而脆的性能。五、問答與計算題畫出鐵碳相圖，標明相圖中各特征點的溫度與成分，寫出相圖中包晶反應、共晶反應與共析反應的表達式。答：包晶反應： L(％C)+δ Fe(％C)→γFe(％C) 共晶反應： L(％C)→γFe(％C)+Fe3C(％C) 共析反應： γFe(％C)→αFe(％C)+Fe3C(％C)％鋼的結(jié)晶過程和固態(tài)組織轉(zhuǎn)變過程。答：由液相先凝固出δ鐵素體，在1495℃進行包晶反應，生成γ奧氏體；繼續(xù)冷卻，由剩余的液相再次析出γ奧氏體，然后變成單相奧氏體。冷至約800℃，從γ奧氏體中析出先共析α鐵素體，在727℃進行共析反應，形成珠光體，最后得到鐵素體加珠光體組織。％的鐵碳合金的結(jié)晶過程。答：含碳0．12％的鋼，由液相冷卻時，先形成δ鐵素體，固液相分別按相圖上的固、液相線成分變化，到1495℃包晶溫度，部分進行包晶反應；新相γ奧氏體在已生成的δ鐵素體上形核并向δ鐵素體和液相中生長。反應后是兩相組織δ鐵素體+γ奧氏體。繼續(xù)冷卻得到單相奧氏體。冷卻到GS線時從γ奧氏體中析出先共析α鐵素體，在727℃進行共析反應，形成珠光體，最后得到鐵素體加珠光體組織。畫出FeFe3C相圖，％(重量百分比)的鐵碳合金從液相平衡凝固到室溫時的轉(zhuǎn)變過程，畫出組織轉(zhuǎn)變示意圖，并計算出室溫時各組織的相對含量。答、％C的鋼由液相冷卻時先進入L+γ奧氏體兩相區(qū)，形成枝晶或等軸狀γ奧氏體，然后進入奧氏體單相區(qū)；繼續(xù)冷卻到~760℃，沿晶界析出二次滲碳體，在777℃剩余的奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，最后的組織是珠光體+網(wǎng)狀二次滲碳體，如圖93所示。珠光體相對含量為：（~）/（~）100％=％網(wǎng)狀滲碳體相對含量為：(~)/(~)100％=％1）%的鐵碳合金金相顯微組織示意圖；2）%、%、%的鐵碳合金在組織和力學性能上有何不同？答：1）%的鐵碳合金金相顯微組織示意圖：2）隨含碳量↑，F(xiàn)↓，F(xiàn)e3C↑。塑性、韌性下降，強度硬度↑％的鐵碳合金由液相緩冷到共析溫度以下的組織變化過程及最終組織；計算該合金二次滲碳體的最大重量百分量；再分別計算共析轉(zhuǎn)變后合金中鐵素體和珠光體組織重量百分量。答：液相冷卻時，先形成先共晶奧氏體枝晶或等軸晶，直至凝固完畢。繼續(xù)冷卻時奧氏體枝晶無變化，到滲碳體在奧氏體的溶解度曲線后，沿晶界析出少量二次滲碳體。到共析溫度后，剩余的奧氏體全部轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，最后得到珠光體和少量網(wǎng)狀二次滲碳體。 二次滲碳體的最大重量百分量： W滲碳體=(~)／(~) 100％=％ 共析轉(zhuǎn)變后合金中鐵素體重量百分量： W鐵素體=(~)／(~) 100％=％ 珠光體組織重量百分量： W珠光體=(~)／(~) 100％=％ ％C的鐵碳合金由液相緩冷到共析溫度以下的組織變化過程及最終組織。計算共晶轉(zhuǎn)變剛結(jié)束時先共晶奧氏體的重量百分量；再分別計算共析轉(zhuǎn)變后合金中鐵素體和全部的珠光體組織重量百分量。答： 液相冷卻時，先形成先共晶奧氏體枝晶，剩余的液相進行共晶轉(zhuǎn)變形成萊氏體，凝固完畢。繼續(xù)冷卻時奧氏體枝晶周圍析出二次滲碳體，到共析溫度后，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，最后得到枝晶狀分布的珠光體、二次滲碳體和變態(tài)萊氏體。 先共晶奧氏體重量百分量：W奧氏體=(—)／(—）100％=％ 共析轉(zhuǎn)變后合金中鐵素體組織的重量百分量：W鐵素體=(—)／(—)100％=％ 共析轉(zhuǎn)變后合金中全部珠光體組織的重量百分量：W珠光體=(—)／(—)100％=％ 為什么鋼的滲碳在奧氏體中進行而不在鐵素體中進行？答：%，%碳；另γFe為高溫相，D值大，所以在γFe中滲碳。一堆鋼材由于混雜，不知道化學成分，現(xiàn)抽出一根進行金相分析，其組織為鐵素體加珠光體，其中珠光體的面積大約占40％，由于珠光體與鐵素體的比容相近，可用顯微組織中珠光體與鐵素體的面積百分數(shù)替代二者的重量百分數(shù)，試估算該鋼材的含碳量。 已知珠光體的HBS＝180，δ＝20％，鐵素體的HBS＝80，δ＝50％，%的碳鋼的硬度和伸長率。(提示：合金的性能值大約是它的各組織組成物的性能值與它的各組織組成物在合金中的含量的乘積和，或稱為加權(quán)平均值)。1指出下列名詞的主