这三种反应出现时，自由度都是0，即三相成分固定，温度也固定。 8、无论置换固溶体还是间隙固溶体都会引起强度升高，试分析其原因。 答：一是溶质原子的溶入使晶格畸变，阻碍滑移面上位错运动。

二是位错线上偏聚的溶质原子对位错的钉扎作用，形成“柯氏气团”对位错起钉扎作用。

第四章 铁碳合金

一、填空题

1．渗碳体的晶体结构是 正交晶系 ，按其化学式铁与碳原子的个数比为 3:1

2．当一块质量一定的纯铁加热到 912℃ 温度时，将发生a-Fe向γ-Fe的转变，此时体积

将发生 收缩 。

3．共析成分的铁碳合金平衡结晶至室温时，其相组成物为 α 和 Fe3C，组织成物为 P 。

4．在生产中，若要将钢进行轧制或锻压时，必须加热至 γ 相区。

5．当铁碳合金冷却时,发生共晶反应的反应式为 LC? γE+ Fe3C，其反应产物在室温下被称为 变态莱氏体 。

6．在退火状态的碳素工具钢中，T8钢比T12 钢的硬度 低。

7．当W(C)＝0．77％一2．11％间的铁碳合金从高温缓冷至ES线以下时，将从奥氏体中析

出 Fe3CⅡ ，其分布特征是 网状 。

8．在铁碳合金中，含三次渗碳体最多的合金成分点为 P点（C=0.0218%），含二次渗碳体最多的合金成分点为 E点（C=2.11%） 。

9．奥氏体是 C 在 Fe中 的固溶体，它的晶体结构是 面心立方 。 10．铁素体是 C 在 Fe中 的固溶体，它的晶体结构是 体心立方 。 11．渗碳体是 C 和 Fe 形成 的金属间化合物。 12．珠光体是 铁素体 和 Fe3C 的机械混合物。

13．莱氏体是 奥氏体 和 Fe3C 的机械混合物，而变态莱氏体是珠光体 和Fe3C 的机械混合物。

14．在Fe—Fe3C相图中，有 一次Fe3C 、 共晶Fe3C 、 二次Fe3C 、 共析Fe3C 、

三次Fe3C 五种渗碳体，它们各自的形态特征分别是 呈长条状 、 粗大的连续基体（或呈鱼骨状） 、 沿晶粒状或网络状分布、层片状、 小片状 。

15．钢中常存杂质元素有 P 、 S 、 Si 、 Mn 等，其中 S 使钢产生热脆， P 使钢产生冷脆。

18．纯铁在不同温度区间的同素异晶体有(写出温度区间) 1538℃~1394℃为体心立方δ铁素体、 1394℃~912℃ 为面心立方γ奥氏体 、 912℃以下为体心立方α铁素体。 19．碳钢按相图分为 亚共析钢 、 共析钢 、 过共析钢 ；按W(C)分为(标出W(C)范围)0.0218%~0.77%、 0.77% 、 0.77%~2.11%。

10．在铁—渗碳体相图中，存在着四条重要的线，请说明冷却通过这些线时所发生的转变并指出生成物。ECF水平线 共晶转变 、莱氏体；PSK水平线 共析转变、 珠光体；ES线 脱溶转变、 奥氏体+渗碳体 ；GS线 同素异构转变、 铁素体 。 21 标出Fe—Fe3C相图(图4—3)中指定相区的相组成物：

① γ ，②γ + α ，③ α ， ④ γ+ Fe3C ，⑤ P+ Fe3C 。

22．铁碳合金的室温显微组织由 铁素体和 渗碳体 两种基本相组成。

23．若退火碳钢试样中先共析铁素体面积为41．6％，珠光体的面积为58．4％，则其W(C)＝ 0.457 %。

(0.77-x)/(0.77-0.0218)=0.416 24．若退火碳钢试样中二次渗碳体面积为7．3％，珠光体的面积为92．7％，则其W(C)＝ 1.2% 。（x-0.77）/(6.69-0.77)=0.073

二、判断题

1．在铁碳合金中，含二次渗碳体最多的成分点为W(C)：4．3％的合金。 ( × )

2．在铁碳合金中，只有共析成分点的合金在结晶时才能发生共析反应，形成共析组织。 ( × )

3．退火碳钢的塑性与韧性均随W(C)的增高而减小。而硬度与强度则随W(C)的增高而不断增高。

( × ) 在C=1%抗拉强度最高

4．在铁碳合金中，渗碳体是一个亚稳相，而石墨才是一个稳定相。 ( √ )

5．白口铸铁在高温时可以进行锻造加工。 ( × )

6．因为磷使钢发生热脆，而硫使钢发生冷脆，故硫磷都是钢中的有害元素。 ( × ) 7．在室温下，共析钢的平衡组织为奥氏体。 ( × )

8．纯铁加热到912℃时，将发生a-Fe一γ—Fe的转变，体积发生膨胀。 ( × )

9．铁碳合金中，一次渗碳体，二次渗碳体和三次渗碳体具有相同的晶体结构。 ( √ ) 10．在Fe—Fe3C相图中，共晶反应和共析反应都是在一定浓度和恒温下进行的。 ( √ )

11．在Fe—Fe3C相图中，凡发生共晶反应的铁碳合金叫做白口铁；凡发生共析反应的铁碳合金叫做钢。

(√ )

12 珠光体是单相组织。 ( × )

13．白口铁是碳以渗碳体形式存在的铁，所以其硬度很高，脆性很大。 ( √ )

14．W(C)＝1．3％的铁碳合金加热到780℃时得到的组织为奥氏体加二次渗碳体。( √ ) 15．a-Fe是体心立方结构，致密度为68％，所以其最大溶碳量为32％。 ( × ) 16．γ-Fe是面心立方晶格，致密为0.74，所以其最大溶碳量为26％。 ( × ) 17．钢材的切削加工性随w (C)增加而变差。 ( × ) 18．碳钢进行热压力加工时都要加热到奥氏体区。 ( × )

19．W(C)＝1．0％的碳钢比W(C)=0．5％的碳钢硬度高。 ( √ )

20．在室温下，w(C)＝0．8％的退火碳钢的强度比W(C)＝1．2％的退火碳钢高。(√) P121 21．钢铆钉一般用低碳钢制成。 ( √ )

22．钳工锯T10、T12钢料时比锯10、20钢费力，且锯条容易磨钝。 ( √ ) 23．钢适宜于通过压力加工成形，而铸铁适宜于通过铸造成形。 ( √ ) 24．工业纯铁的W(C)<0．2％。 ( × )

25．工业纯铁的室温平衡组织为铁素体。 ( × ) 还有FeCⅢ

26．汽车外壳用低碳钢板制造，而理发工具用碳素工具钢制造。 ( √ ) 27．退火碳钢W(C)接近1％时其强度极限最高。 ( √ ) P121

28．过共析钢由液态缓冷至室温所析出的二次渗碳体在组织形态与晶体结构方面均与—次渗碳体不相

同。 ( × ) (三)选择题 1．渗碳体属于 B

A 间隙固溶体 B 间隙化合物 C 间隙相 D 正常化合物 2．．δ-Fe的晶型是 A

A 体心立方 B 面心立方 C密排六方 D 简单立方 3．铁素体的机械性能特点是 C A 具有良好的硬度与强度 B 具有良好的综合机械性能 C 具有良好的塑性和韧性 D 具有良好的切削性和铸造性 4．W(C)＝4．3％碳的铁碳合金具有 B 。

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 5．建筑用钢筋宜选用 A A 低碳钢 B 中碳钢 C 高碳钢 D 工具钢 6．装配工使用的锉刀宜选用 C A 低碳钢 B．中碳钢 C高碳钢 D 过共晶白口铁 7．纯铁在912℃以下的晶格类型是 C

A 密排六方晶格 B 面心立方晶格 C 体心立方晶格 D 简单立方晶格 8．三次渗碳体是从 B A 钢液中析出的 B 铁素体中析出的 C 奥氏体中析出的 D 珠光体中析出的 9．二次渗碳体是从 C A 钢液中析出的 B 铁素体中析出的 C 奥氏体中析出的 D 莱氏体中析出的 10．在下述钢铁中，切削性能较好的是 B A 工业纯铁 B 45 C 白口铁 D T12A

四、名词解释

1、渗碳体：Fe3C为复杂晶体结构的间隙化合物，其硬度高，脆性大，塑性几乎等于零，硬脆相，是钢中主要强化相。

2、铁素体：碳溶于α-Fe中所形成的间隙固溶体，铁素体仍保持α-Fe的体心立方晶格，由于间隙小，溶碳极少，力学性能与纯铁相同，强度、硬度不高，具有良好的塑性，770℃以下为铁磁性。

3、奥氏体：碳溶于-Fe中所形成的间隙固溶体，仍保持γ-Fe的面心立方晶格，最高溶碳可达2.11%，强度、硬度较高，塑性好，无磁性。

4、珠光体（P）：铁素体F与 渗碳体Fe3C 所形成的机械混合物（平均含碳量0.77%），综合性能好。

5、莱氏体（Ld 或 Le）：奥氏体A与 渗碳体Fe3C 所形成的机械混合物（平均含碳量：4.3%），具有硬而脆的性能。 五、问答与计算题

1、画出铁碳相图，标明相图中各特征点的温度与成分，写出相图中包晶反应、共晶反应与共析反应的表达式。

答：包晶反应： L(0.53％C)+δ- Fe(0.09％C)→γ-Fe(0.17％C) 共晶反应： L(4.3％C)→γ-Fe(2.11％C)+Fe3C(6.69％C) 共析反应： γ-Fe(0.77％C)→α-Fe(0.0218％C)+Fe3C(6.69％C) 2、简述含碳量为0.35％钢的结晶过程和固态组织转变过程。

答：由液相先凝固出δ铁素体，在1495℃进行包晶反应，生成γ奥氏体；继续冷却，由剩余的液相再次析出γ奥氏体，然后变成单相奥氏体。冷至约800℃，从γ奥氏体中析出先共析α铁素体，在727℃进行共析反应，形成珠光体，最后得到铁素体加珠光体组织。 3、分析含碳量0.14％的铁碳合金的结晶过程。

答：含碳0．12％的钢，由液相冷却时，先形成δ铁素体，固液相分别按相图上的固、液相线成分变化，到1495℃包晶温度，部分进行包晶反应；新相γ奥氏体在已生成的δ铁素体上形核并向δ铁素体和液相中生长。反应后是两相组织δ铁素体+γ奥氏体。继续冷却得到单相奥氏体。冷却到GS线时从γ奥氏体中析出先共析α铁素体，在727℃进行共析反应，形成珠光体，最后得到铁素体加珠光体组织。

4、画出Fe-Fe3C相图，分析含碳量为1.1wt％(重量百分比)的铁碳合金从液相平衡凝固到室温时的转变过程，画出组织转变示意图，并计算出室温时各组织的相对含量。

答、1.1％C的钢由液相冷却时先进入L+γ奥氏体两相区，形成枝晶或等轴状γ奥氏体，然后进入奥氏体单相区；继续冷却到~760℃，沿晶界析出二次渗碳体，在777℃剩余的奥氏体转变为珠光体，最后的组织是珠光体+网状二次渗碳体，如图9-3所示。

珠光体相对含量为：（6.67~1.1）/（6.69~0.77）×100％=94.4％ 网状渗碳体相对含量为：(1.1~0.77)/(6.69~0.77)×100％=5.6％ 5、1）试画出含碳量为0.55%的铁碳合金金相显微组织示意图；

2）试分析含碳量分别为0.20%、0.45%、0.65%的铁碳合金在组织和力学性能上有何不同？ 答：1）0.45%的铁碳合金金相显微组织示意图：

2）随含碳量↑，F↓，Fe3C↑。塑性、韧性下降，强度硬度↑

6、说明含碳为1.9％的铁碳合金由液相缓冷到共析温度以下的组织变化过程及最终组织；计算该合金二次渗碳体的最大重量百分量；再分别计算共析转变后合金中铁素体和珠光体组织重量百分量。

答：液相冷却时，先形成先共晶奥氏体枝晶或等轴晶，直至凝固完毕。继续冷却时奥氏体枝晶无变化，到渗碳体在奥氏体的溶解度曲线后，沿晶界析出少量二次渗碳体。到共析温度后，剩余的奥氏体全部转变为珠光体，最后得到珠光体和少量网状二次渗碳体。 二次渗碳体的最大重量百分量：

W渗碳体=(1.9~0.77)／(6.69~0.77) ×100％=19.09％ 共析转变后合金中铁素体重量百分量：