金属材料与热处理第四章作业

1、1 名词定义符号性能特点铁素体c在-fe中的间隙固溶体f/塑性韧性好，但强度低奥氏体c在-fe中的间隙固溶体a/塑性好，成型性能好，具有顺磁性渗碳体fe与c形成的间隙化合物fe3c，含碳量为6.69%cm塑性差，硬度高珠光体铁碳相图中，共析转变形成的铁素体和渗碳体的机械混合物p介于铁素体和渗碳体之间，强度较高,硬度适中,塑性和韧性较好莱氏体铁碳相图中，共晶转变形成的奥氏体和渗碳体的机械混合物ld塑性差，硬而脆变态莱氏体含碳量为4.3%的液相在冷却至1148时发生共晶反应，生成由渗碳体和奥氏体组成的莱氏体（ld），继续冷却至727时，莱氏体中的奥氏体发生共析反应转变为珠光体，此时组织由渗碳体和珠

2、光体组成，称为变态莱氏体。ld硬而脆，塑性差，铸造性能好2 一堆钢材由于混杂，不知道化学成分，现抽出一根进行金相分析，其组织为铁素体加珠光体，其中珠光体的面积大约占40，由于珠光体与铁素体的比容相近，可用显微组织中珠光体与铁素体的面积百分数替代二者的重量百分数，试估算该钢材的含碳量。答：由于二者比容相近，可用面积百分数代替质量百分数，那么该刚才中珠光体质量占40%，铁素体质量占60%。根据杠杆定律可知该刚才的碳含量为：wc%= 0.0218%+（0.77-0.0218）%40%=0.321% 3 已知珠光体的hbs180，20，铁素体的hbs80，50，试计算含碳量为0.45%的碳钢的硬度和伸

3、长率。(提示：合金的性能值大约是它的各组织组成物的性能值与它的各组织组成物在合金中的含量的乘积和，或称为加权平均值)。 答：根据杠杆定律，含碳量为0.45%的碳钢室温组织为珠光体和铁素体。他们的质量分数为wf%=（0.77-0.45）/(0.77-0.0218)=42.77%wp%=1-wf%=57.23%因此，它的硬度hbs=18057.23%+8042.77%=137.23它的延伸率=20%57.23%+50%42.77%=137.23=32.8%4 何谓共析转变和共晶转变？写出它们的反应式答：共析转变由某一固相同时转变成两种不同的固相的转变，反应式+共晶转变由某一液相同时转变成两种不同的

4、固相的转变，反应式l+5 指出下列名词的主要区别：一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体、共析渗碳体。 答：一次渗碳体：在共晶转变之前，直接从液相中结晶出来的渗碳体二次渗碳体：在共析转变之前，直接从奥氏体中析出渗碳体三次渗碳体：从过饱和铁素体中析出的渗碳体共晶渗碳体：在共晶点附近，经过共晶反应得到的渗碳体共析渗碳体：在共析点附近，经过共析反应得到的渗碳体6 si、mn、s、p对碳钢性能有何主要影响？碳钢分类及编号方法。 答：硅和锰是脱氧剂，冷却后溶于铁素体中，形成固溶体，提高碳钢的强度和硬度。含量不高时，提高钢的塑性和韧性，含量太高时将降低其塑性和韧性。此外，锰还是脱硫剂，很大程度上消

5、除硫的有害影响。硫是碳钢中有害元素，引起钢在热加工时开裂，在铸造应力作用下产生热裂纹，也会使焊缝中产生热裂纹。焊接时产生so2气体，还使焊缝产生气孔和缩松。但硫能提高钢的切削性能。磷是有害元素，在钢中具有很高的溶解度，具有很强的固熔强化作用，使钢的强度、硬度显著提高，韧性明显降低。磷还具有严重的偏析倾向，在铁素体和奥氏体中扩散速度小，难以用热处理方法消除。磷可以提高钢的切削性能，与铜一起可以提高钢的耐大气腐蚀能力。按钢中的含碳量，碳素钢可以分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。按合金元素的多少分为低合金钢、中合金钢和高合金钢。按用途可分为结构钢、工具钢和特殊用钢。按退火状态的组织可分为亚共析钢、共析钢、

6、过共析钢和莱氏体钢；按正火组织可分为珠光体钢、贝氏体钢、马氏体钢和奥氏体钢；按室温时的显微组织可分为铁素体钢、奥氏体钢和双相钢。编号方法：对于结构用钢采用q+屈服点数值+质量。质量由a到e，磷硫含量降低，钢的质量提高。碳素工具钢采用t+数字，数字表示千分之几的含碳量。合金结构钢的牌号由三部分组成：数字+合金元素符号+数字。前面的两位数字表示碳含量的万分之几，合金元素后面的数字表示合金元素的平均含量，以百分之几表示。7 教材4-1,4-2, 4-4,4-6 4-1 wc=0.6%的铁碳合金属于亚共析钢。冷却曲线和组织示意图略。室温下的相组成为：铁素体和渗碳体。铁素体含量为（6.69-0.6）/(

7、6.69-0.0218)=91.3%渗碳体含量为8.7%。室温下的组织为先共析铁素体和珠光体组织。其中先共析铁素体组织含量为（0.77-0.6）/(0.77-0.0218)=22.7%，珠光体组织含量为1-22.7%=77.3%4-2 wc=3.5 %的铁碳合金属于亚共晶白口铁，冷却曲线和组织示意图略。室温下相组成为：铁素体和渗碳体。其中铁素体含量为（6.69-3.5）/(6.69-0.0218)=47.8%渗碳体含量为52.2%。室温下的组织为先共析渗碳体和珠光体组织。其中先共析渗碳体组织含量为（3.5-0.77）/(6.69-0.77)=46.96%，珠光体组织含量为1-22.7%=53.

8、04%4-4莱氏体中共晶渗碳体含量（4.3-2.11）/(6.69-2.11)=47.8%二次渗碳体含量(2.11-0.77)/(6.69-0.77)(1-47.8%)=11.8%共析渗碳体含量(0.77-0.0218)/(6.69-0.0218) (1-47.8%-11.8%)=4.5%4-6铁碳合金在室温下的组织构成如下图所示。当wc%0.0218时是铁素体组织，组织较软，强度较低，塑性较好。0.0218%wc%0.77%时是先共析铁素体和珠光体组织，随着珠光体的增多，强度硬度逐渐升高，塑性韧性下降。当wc%=0.77%时，其性能就是珠光体性能，强度硬度较高，塑性较差。在过共析钢0.77%

9、wc%2.11%中，组织为珠光体和二次渗碳体组织，在含碳量接近1%时，强度达到最高值，此后随着含碳量的增加，由于脆性相fe3c形成连续网络，强度下降，脆性增加，而硬度继续增大。亚共晶白口铁的成分2.11%wc%4.3%，组织为珠光体、二次渗碳体和变态莱氏体，共晶白口铁为变态莱氏体，过共晶白口铁4.3%wc%6.69%为一次渗碳体和变态莱氏体组织，在白口铁中，渗碳体逐渐增多，脆性很大，强度很低，硬度不断增加。12 默写画出简化的铁碳相图： 写出主要点（p、q、s、e、c）、线(pk、ef、 pq、es)的意义； 标出亚共析钢、共析钢、过共析钢、共晶白口铸铁、亚共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁室温下的

10、平衡组织； 运用杠杆定律计算0.4%c、1.0%c的钢中先共析相和珠光体的相对重量。有一碳素钢退火后在室温下测得先共析相占5，求该钢的成分； 钢中最重要的强化元素是什么？说明含碳量对退火钢机械性能的影响规律，解释原因。 为什么绑扎物体一般用镀锌低碳钢丝，而起重机调重物用60、65、70、76等钢制成的钢丝。答：（1）如图所示。p为共析温度下铁素体中碳的最大的固溶度。q为室温下铁素体中碳的固溶度。s共析点。e碳在奥氏体钢中的最大固溶度。c共晶点。pk为共析线，改线上的点都会发生共析反应。ef线为共晶线，该线上的点都会发生共晶反应，pq线为碳在铁素体中的溶解度曲线，es线为碳在奥氏体中的溶解度曲线

11、。（2）亚共析钢的平衡组织为先共析铁素体和珠光体；共析钢的平衡组织为珠光体；过共析钢的平衡组织为二次渗碳体和珠光体；亚共晶钢的平衡组织为二次渗碳体、珠光体和变态莱氏体；共晶体的平衡组织为变态莱氏体；过共晶钢的平衡组织为一次渗碳体和变态莱氏体。（3）0.4%c钢：先共析铁素体：wf=（0.77-0.4）/（0.77-0.0218）=49.45%，wp=1-wf=51.55%。1.0%c钢 先共析渗碳体wfe3c=（1.0-0.77）/（6.69-0.77）=38.85%,wp=1-wfe3c=61.15%若先共析相位铁素体，则钢的成分为0.77-（0.77-0.0218）5%=0.73%若先共析相为渗碳体，则钢的成分为0.77+（6.69-0.77）5%=1.03%（4）钢中最重要的强化元素是碳，在亚共析钢中，随着含碳量的增加，珠光体逐渐增多，强度硬度升高，韧性塑性下降。当碳量达到0.77%时，其性能就是珠光体性能，强度硬度较高，塑性较差。在