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项目三铁碳合金图
名词解释
铁素体 奥氏体 铁碳合金相图 共析转变 共晶转变 钢 铸铁
二、填空题
1.铁碳合金的室温显微组织由 和 两种基本相组成。
2.相图是描述合金 过程的状态、温度及成分之间关系的一种图解。
3.铁碳合金在固态下的基本相有 、 、 三种。
4.碳溶解在 中形成的固溶体称为铁素体。
5.碳溶解在 中形成的固溶体称为奥氏体。
6.渗碳体的晶体结构是 ，化学式为 。碳的质量分数是 。
7.奥氏体和渗碳体组成的机械混合物称为 ，用符号 表示。在常温下 的性能是 很高， 很差。
8.根据碳的质量分数及室温组织的不同，钢可分为 、 和 。
9.分别填写下列铁碳合金组织的符号:奥氏体 、铁素体 珠光体 。 10.奥氏体对碳的溶解度，在727 ℃时溶解度是 %，在1148 ℃时溶解度是 %。
三、选择题
1.碳溶于α-Fe晶格中所形成的间隙固溶体称为 （ ）
A .奥氏体 B .渗碳体 C .铁素体 D .珠光体
2.碳溶于γ-Fe的晶格中形成的固溶体称为 （ ）
A .铁素体 B .奥氏体 C .渗碳体 D .马氏体
3.奥氏体是 （ ）
A .组织 B .液相 C .化合物 D .固溶体
4.奥氏体的最大的溶碳量为 （ ）
A . 0.77% B . >1.0% C . 1.0% D . 2.11% 、
5.wc=4.3%碳的铁碳合金具有 （ ）
A .良好的可锻性 B .良好的铸造性 C .良好的焊接性 D .良好的热处理性
6.渗碳体的性能特点是 （ ）
A .硬度低，塑性好 B .硬度高，塑性好 C .硬度高，塑性差 D .硬度低，塑性差
7.铁碳合金相图上的1148℃线称为 （ ）
A .共析线 B .固溶线 C .共晶线 D .晶格转变线
8.过共析钢的室温平衡组织是 （ ）
A . F B . P C . F+P D . P+Fe3CⅡ
四、判断题
（ ） 1.碳溶解在γ-Fe中形成的固溶体称为铁素体。
（ ） 2.珠光体是单相组织。
（ ） 3. PSK线是共析转变线。
（ ） 4.钢铆钉一般用低碳钢制成。
（ ） 5.钢适宜于通过压力加工成形，而铸铁适宜于通过铸造成形。
（ ） 6.白口铸铁在高温时可以进行锻造加工。
五、综合题
1.简述二元合金相图的建立方法。
2.绘制简化的Fe-Fe3C相图，填出各区域的相和组织，并说明各主要点和线的含义。
3.根据Fe-Fe3C相图，试分析wc=0.45%、wc=1.2%的结晶过程。
4.试比较碳的质量分数为0.25%、0.77%、1.2%三种钢的力学性能有何不同。为 什么
5.随碳的质量分数增加，钢的组织和性能有什么变化
参考答案：
一、
铁素体：铁素体是碳溶于α-Fe形成的间隙固溶体称为铁素体。
奥氏体：碳溶解于γ-Fe形成的间隙固溶体称为奥氏体。
铁碳合金相图：Fe-Fe3C相图是表示液态铁碳合金在缓慢冷却(或缓慢加热)的条件下,不同成分的铁碳合金的状态或组织随温度变化的图形。
共析转变：在一定温度下,由一个固相同时析出与母相不同的两个新相的转变过程,称为共析转变,有时也称共析反应。
共晶转变：共晶转变是指在一定的温度下,由一定成分的液体同时结晶出成分一定的两个固相的反应过程,也称共晶反应。
钢：碳的质量分数从0.0218%~2.11%(碳的质量分数在P、E点之间)的铁碳合金称为钢。
铸铁：碳的质量分数在2.11%~6.69%(碳的质量分数在E点右边)的铁碳合金称为白口铸铁。
二、
1.铁碳合金的室温显微组织由铁素体和奥氏体两种基本相组成。
2.相图是描述合金结晶过程的状态、温度及成分之间关系的一种图解。
3.铁碳合金在固态下的基本相有,铁素体、奥氏体和渗碳体三种。
4.碳溶解在α-Fe中形成的固溶体称为铁素体。
5.碳溶解在γ-Fe中形成的固溶体称为奥氏体。
6.渗碳体的化学式为Fe3C。碳的质量分数是6.69%。
7.奥氏体和渗碳体组成的机械混合物称为莱氏体，用符号Ld表示。在常温下渗碳体的性能是硬度很高,塑性、韧性很差。
8.根据碳的质量分数及室温组织的不同，钢可分为工业纯铁、钢和白口铸铁。
9.分别填写下列铁碳合金组织的符号:奥氏体A、铁素体F、珠光体P。
10.奥氏体对碳的溶解度，在727℃时溶解度是0.77%，在1148 ℃时溶解度是2.11%。
三、CBADBCCD
四、××√√√×
五、
1.为了建立相图,首先要测定合金系中一系列成分不同的相变温度,即临界点。然后,根据临界点的数据,画出各种线条,形成该合金系的相图。测定二元合金相图的具体步骤如下:
(1)临界点的测定方法 临界点是表示物质结构状态发生本质变化临界相变点。利用合金在相结构变化时,引起物理性能、力学性能及金相组织变化的特点来测定。临界点的测定方法主要有:
① 动态法:热分析法、硬度法、膨胀法、电阻法、磁性法;
② 静态法:金相法、X-ray衍射分析法。
其中热分析法是最常采用的方法。通常以热分析法为主,其他方法配合使用。尤其对固态下转变热效应很小的合金,常采用后几种方法测定固态下相变临界点。
2.绘制简化的Fe-Fe3C相图，填出各区域的相和组织，并说明各主要点和线的含义。
(2)特性线
① 液相线(ACD线):此线以上区域全部为液相,用L表示。金属液冷却到此线开始结晶,在AC线以下从液相中结晶出奥氏体,在CD线以下结晶出渗碳体。
② 固相线(AECF线):结晶时固相的成分变化线,金属液冷却到此线全部结晶为固态,此线以下为固相。
③ 共晶线(ECF线):在共晶线上金属液冷却到此线时,将发生共晶转变,从金属液中同时结晶出奥氏体和渗碳体的混合物,即莱氏体。共晶转变是在恒温下进行的,温度为1148℃。
④ 共析线(PSK线):又称A1线,当铁碳合金冷却到此线时,将发生共析转变,从奥氏体中同时析出铁素体和渗碳体的混合物。共析反应的产物是珠光体。当碳的质量分数在0.0218%~6.69%之间的铁碳合金冷却至727℃时必将发生共析转变生成珠光体。
3.亚共析钢是指碳的质量分数在0.0218%~0.77%之间的铁碳合金。合金Ⅱ为亚共析钢。金属在1点以上是液态,当金属液冷却到1点时从液相中开始结晶出奥氏体,到2点结晶完毕,2点到3点间为单相奥氏体组织,当冷却到与GS线相交的3点时从奥氏体中开始析出铁素体。由于α-Fe只能溶解很少的碳,所以合金中大部分碳留在奥氏体中而使其碳的质量分数增加。随着温度的降低,析出的铁素体量增多,剩余的奥氏体量减少,而奥氏体中碳的质量分数沿GS线增加。当温度降至与PS线相交于4点时,奥氏体含碳量达到0.77%,此时剩余的奥氏体发生共析转变,转变成珠光体。4点以下至室温,合金组织不再发生变化。过共析钢是指碳的质量分数在0.77%~2.11%之间的铁碳合金。合金Ⅲ为过共析钢。过共析钢从1点冷却到3点的过程与共析钢和亚共析钢相似,为奥氏体的结晶形成与冷却。当合金冷却与ES线相交的3点时,奥氏体中的溶碳量达到饱和,当温度下降时,碳以二次渗碳体的形式析出,沿着奥氏体晶界呈网状分布,继续冷却,二次渗碳体量不断增多,奥氏体量不断减少,剩余奥氏体的成分沿ES线变化,冷却至与共析线PS相交的4点时,剩余的奥氏体的碳的质量分数正好达到共析钢成分,发生共析转变,形成珠光体组织。之后随着温度降低,铁碳合金的组织基本不变。因此过共析钢的室温平衡组织为珠光体和二次渗碳体。
4.在亚共析钢中,随碳的质量分数增加,强度高的珠光体增加。强度低的铁素体减少,因此强度随碳的质量分数的增加而升高。当碳的质量分数为0.77%时,钢的组织全部为珠光体。珠光体的强度比较高,大小与细密程度有关,越细越高,所以共析钢的强度较高。但当碳的质量分数为0.77%0.9%
时,Fe3CⅡ增加且呈网状分布在晶界处,导致钢的强度明显下降。当碳的质量分数进一步增加时,强度不断下降。当碳的质量分数达到2.11%后,出现了L d',此时强度降到最低值。再增加碳的质量分数时,由于基体都为脆性很高的Fe3C,趋于Fe3C的强度(约20~30MPa)。
5.由于硬度对组织形态不敏感,所以随着钢中碳的质量分数增加,高硬度的渗碳体增加,低硬度的铁素体减少,故钢的硬度呈直线增加,而塑性、韧性不断下降。由于强度对组织形态很敏感。在亚共析钢中,随碳的质量分数增加,强度高的珠光体增加。强度低的铁素体减少,因此强度随碳的质量分数的增加而升高。钢的塑性和韧性完全由铁素体来提供,随着碳质量分数的增加,使铁素体量不断减少,塑性和韧性显著下降,当基体为Fe3C后,塑性就降低到接近于零。

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