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七、铁碳合金相关分析题

3.绘制Fe-Fe3C相图,描述wc =3.5%的铁碳合金从液态冷却至室温的平衡结晶过程,并计算其室温组织中的初晶奥氏体、莱氏体以及从初晶奥氏体中析出的二次渗碳体的重量百分数。(18分)

答:Fe-Fe3C相图见下图。

图1 Fe-Fe3C相图

图2 wc =3.5%的铁碳合金的冷却曲线及转变过程

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wc =3.5%的铁碳合金为亚共晶白口铁。wc =3.5%的铁碳合金的冷却曲线及转变过程见图2。

在结晶过程中,在1-2点之间按匀晶转变结晶出初晶奥氏体,奥氏体的成分沿JE线变化,而液相的成分沿BC线变化,当温度降至2点时,液相成分达到共晶点C,于恒温(1148℃)下发生共晶转变,即Lc→γE+Fe3C,形成莱氏体。当温度冷却至2-3点温度区间时,从初晶奥氏体和共晶奥氏体中都析出二次渗碳体。随着二次渗碳体的析出,奥氏体的成分沿着ES线不断降低,当温度达到3点(727)时,奥氏体的成分也到达了S点,与恒温下发生共析转变,所有的奥氏体均转变为珠光体。

组织物的含量如下:

4.3?3.5?100%?36.5% Wr%?4.3?2.11

3.5?2.11

W%??100%?63.5%Ld 4.3?2.11 W

2.11?0.77?36.5%?8.26t3CII%?6.69?0.775.画出 Fe-Fe3C 相图,指出图中 S 、C 、E 、P、N 、G 及 GS 、SE 、PQ 、PSK 各点、线的意义,并标出各相区的相组成物和组织组成物。 答:

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C:共晶点1148℃ 4.30%C,在这一点上发生共晶转变,反应式:

Lc?AE?Fe3C,当冷到1148℃时具有C点成分的液体中同时结晶出

具有E点成分的奥氏体和渗碳体的两相混合物——莱氏体

?Le???AE?Fe3C?

E:碳在??Fe中的最大溶解度点1148℃ 2.11%C G:??Fe???Fe同素异构转变点(A3)912℃ 0%C H:碳在??Fe中的最大溶解度为1495℃ 0.09%C

J:包晶转变点1495℃ 0.17%C 在这一点上发生包晶转变,反应式:

LB??H?AJ当冷却到1495℃时具有B点成分的液相与具有H点成分的

固相δ反应生成具有J点成分的固相A。

N:??Fe???Fe同素异构转变点(A4)1394℃ 0%C P:碳在??Fe中的最大溶解度点 0.0218%C 727℃

S:共析点727℃ 0.77%C 在这一点上发生共析转变,反应式:

As?Fp?Fe3c,当冷却到727℃时从具有S点成分的奥氏体中同时析出

具有P点成分的铁素体和渗碳体的两相混合物——珠光体P(Fp?Fe3c)

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ES线:碳在奥氏体中的溶解度曲线,又称Acm温度线,随温度的降低,碳

在奥化体中的溶解度减少,多余的碳以Fe3C形式析出,所以具有0.77%~2.11%C的钢冷却到Acm线与PSK线之间时的组织A?Fe3CⅡ,从A中析出的Fe3C称为二次渗碳体。

GS线:不同含碳量的奥氏体冷却时析出铁素体的开始线称A3线,GP线则

是铁素体析出的终了线,所以GSP区的显微组织是F?A。

PQ线:碳在铁素体中的溶解度曲线,随温度的降低,碳在铁素体中的溶解

度减少,多余的碳以Fe3C形式析出,从F中析出的Fe3C称为三次渗碳体Fe3CⅢ,由于铁素体含碳很少,析出的Fe3CⅢ很少,一般忽略,认为从727℃冷却到室温的显微组织不变。

PSK线:共析转变线,在这条线上发生共析转变AS?FP?Fe3C,产物(P)

珠光体,含碳量在0.02~6.69%的铁碳合金冷却到727℃时都有共析转变发生。

6.分析含碳量分别为 0.20% 、 0.60% 、 0.80% 、 1.0% 的铁碳合金从液态缓冷至室温时的结晶过程和室温组织.

答:0.80%C:在1~2点间合金按匀晶转变结晶出A,在2点结晶结束,全部转变

为奥氏体。冷到3点时(727℃),在恒温下发生共析转变,转变结束时全部为珠光体P,珠光体中的渗碳体称为共析渗碳体,当温度继续下降时,珠光体中铁素体溶碳量减少,其成分沿固溶度线PQ变化,析出三次渗碳体Fe3CⅢ,它常与共析渗碳体长在一起,彼此分不出,且数量少,可忽略。

室温时组织P。

0.60% C:合金在1~2点间按匀晶转变结晶出A,在2点结晶结束,全部转变

为奥氏体。冷到3点时开始析出F,3-4点A成分沿GS线变化,铁素体成分沿GP线变化,当温度到4点时,奥氏体的成分达到S点成分(含碳0.8%),便发生共析转变,形成珠光体,此时,原先析出的铁素体保持不变,称为先共析铁素体,其成分为0.02%C,所以

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