工程材料及成形技术林建榕高教版课后习题参考答案

工程材料及成形技术林建榕高教版课后习题参考答案内容摘要：

图加以选择。 ③由于铁碳相图是以无限缓慢加热和冷却的速度得到的，而在实际加热和冷却通常都有不同程度的滞后现象。 FeFe3C 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 : integrated ngy,39。 qPGDSNELV6%zkFBCMA16 C：共晶点 1148℃ %C，在这一点上发生共晶转变，反应式：CFeALc E 3 ，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   CFeALe E 3 E：碳在 Fe 中的最大溶解度点 1148℃ %C G： FeFe   同素异构转变点（ A3） 912℃ 0%C H：碳在 Fe 中的最大溶解度为 1495℃ %C J：包晶转变点 1495℃ %C 在这一点上发生包晶转变，反应式：JHB AL  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。 integrated ngy,39。 qPGDSNELV6%zkFBCMA17 N： FeFe   同素异构转变点（ A4） 1394℃ 0%C P：碳在 Fe 中的最大溶解度点 %C 727℃ S：共析点 727℃ %C 在这一点上发生共析转变，反应式：cFeFA ps 3 ，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（ cFeFp 3 ） 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 CFe3 形式析出，所以具有 %～ %C 的钢冷却到 Acm 线与 PSK 线之间时的组织ⅡCFeA 3 ，从 A 中析出的 CFe3 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 AF。 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 CFe3 形式析出，从 F 中析出的 CFe3 称为三次渗碳体 ⅢCFe3 ， 由于铁素体含碳很少，析出的 ⅢCFe3 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 CFeFA PS 3 ，产物（ P）珠光体，含碳量在 ～ %的铁碳合金冷却到 727℃时都有共析转变发生。 FeFe3C 相图中三个基本反应：包晶反应 ,共晶反应及共析反应，写出反应式，标出含碳量及温度。 integrated ngy,39。 qPGDSNELV6%zkFBCMA18 答： 共析反应 ： 冷却到 727℃时具有 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。 γ   230。 727 + 包 晶反应 ： 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。 +δ   230。 1495 γ 共晶反应 ： 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。   230。 1147 γ +。 何谓白口铁。 两者的成分组织和性能有何差别。 答：碳素钢：含有 %~%C 的铁碳合金。 白口铁：含大于 %C 的铁碳合金。 碳素钢中亚共析钢的组织由铁素体和珠光体所组成，其中珠光体中的 渗碳体以细片状分布在铁素体基体上，随着含碳量的 增加，珠光体的含量增加，则钢的强度、硬度增加，塑性、韧性降低。 当含碳量达到 %时就是珠光体的性能。 过共析钢组织由珠光体和二次渗碳体所组成，含碳量接近%时，强度达到最大值，含碳量继续增加，强度下降。 由于二次渗碳体在晶界形成连续的网络，导致钢的脆性增加。 白口铁中 由于其组织中存在大量的渗碳体，具有很高的硬度和脆性，难以切削加工。 、共析钢和过共析钢的组织有何特点和异同点。 答：亚共析钢的组织由铁素体和珠光体所组成。 其中铁素体呈块状。 珠光体中铁素体与渗碳体呈片状分布。 共析钢的组织由珠光体所组 成。 过共析钢的组织由珠光体和 二次渗碳体 所组成，其中 二次渗碳体在晶界形成连续的网络状。 integrated ngy,39。 qPGDSNELV6%zkFBCMA19 共同点：钢的组织中都含有珠光体。 不同点：亚共析钢的组织是铁素体和珠光体，共析钢的组织是珠光体，过共析钢的组织是珠光体和 二次渗碳体。 % 、 % 、 % 、 % 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： %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 ⅢCFe3 ，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。 % 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， 34 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 %），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 %C，所以共析转变结束后，合金的组织为先共析铁素体和珠光体，当温度继续下降时，铁素体的溶碳量沿 PQ 线变化，析出三次渗碳体，同样 ⅢCFe3 量很少，可忽略。 所以含碳 %的亚共析钢的室温组织为： F+P % C： 合金在 1~2 点间按匀晶转变结晶出奥氏体， 2 点结晶结束，合金为单相奥氏体，冷却到 3 点，开始从奥氏体中析出二次渗碳体 ⅡCFe3 ， integrated ngy,39。 qPGDSNELV6%zkFBCMA20 ⅡCFe3 沿奥氏体的晶界析出 ，呈网状分布， 34 间 ⅡCFe3 不断析出，奥氏体成分沿 ES 线变化，当温度到达 4 点（ 727℃ ）时，其含碳量降为 %，在恒温下发生共析转变，形成珠光体，此时先析出的ⅡCFe3 保持不变，称为先共析渗碳体，所以共析转变结束时的组织为先共析二次渗碳体和珠光体，忽略 ⅢCFe3。 室温组织为二次渗碳体和珠光体。 10．指出下列名词的主要区别： 1）一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体与共析渗碳体 ； 答：一 次渗碳体：由液相中直接析出来的渗碳体称为一次渗碳体。 二次渗碳体：从 A 中析出的 CFe3 称为二次渗碳体。 三次渗碳体：从 F 中析出的 CFe3 称为三次渗碳体 ⅢCFe3。 共晶渗碳体：经共晶反应生成的 渗碳体即 莱氏体 中的渗碳体称为共晶渗碳体。 共析渗碳体：经共析反应生成的 渗碳体即珠光体中的渗碳体称为共析渗碳体。 2） 热脆与冷脆。 答：热脆： S 在钢中以 FeS 形成存在， FeS 会与 Fe 形成低熔点共晶，当钢材在 1000℃ ~1200℃压力加工时，会沿着这些 低熔点共晶体的边界开裂 ，钢材将变得极脆，这种脆性现象称为热脆。 冷脆： P使室温下的钢的塑性、韧性急剧降低，并使钢的脆性转化温度有所升高，使钢变脆，这种现象称为“冷脆”。 11． 根据 FeFe3C 相图，计算： integrated ngy,39。 qPGDSNELV6%zkFBCMA21 1） 室温下，含碳 % 的钢中珠光体和铁素体各占多少； 2）室温下，含碳 % 的钢中珠光体和二次渗碳体各占多少； 3）铁碳合金中，二次渗碳体和三次渗碳体的最大百分含量。 答： 1） Wp=()/()*100%=74% Wα =174%=26% 2） Wp=()/()*100%=70% WFe3CⅡ =170%=30% 3） WFe3CⅡ =()/()*100%=23% W Fe3CⅢ =*100%=33% 12．某工厂仓库积压了许多碳钢（退火状态），由于钢材混杂，不知道钢的化学成分，现找出其中一根，经金相分析后，发现其组织为珠光体 +铁素体，其中铁素体占 80% ，问此钢材的含碳量大约是多少。 答：由于 组织为珠光体 +铁素体 ，说明此钢为亚共析钢。 Wα =80%=()/()*100% WC=% 13．对某退火碳素钢进行金相分析，其组织的相组成物为铁素体 +渗碳体（粒状），其中渗碳体占 18% ，问此碳钢的含碳量大约是多少。 答： WFe3CⅡ =18% =( )/()*100% WC=% 14．对某退火碳素钢进行金相分析，其组织为珠光体 +渗碳体（网状），其中珠光体占 93% ，问此碳钢的含碳量大约为多少。 答： Wp=93% =( WC)/()*100%=70% WC=% %C 合金在 700℃下各个相及其组分数量和成分。 答：含 %C 合金属于 过共析钢，其组织为 珠光体 +二次 渗碳体 ，相为铁素体和渗碳体。 Wp=()/()*100%=55% WFe3CⅡ =155%=45% Wα =（ ） /（ ） *100%=79% WFe3C=179%=21% integrated ngy,39。 qPGDSNELV6%zkFBCMA22 16．根据 FeFe3C 相图，说明产 生下列现象的原因： 1）含碳量为 % 的钢比含碳量为 % 的钢硬度高； 答：钢中随着含碳量的增加，渗碳体的含量增加，渗碳体是硬脆相，因此 含碳量为 % 的钢比含碳量为 % 的钢硬度高。 2）在室温下，含碳 % 的钢其强度比含碳 % 的钢高； 答：因为在钢中当含碳量超过 %时，所析出的 二次渗碳体 在晶界形成连续的网络状，使钢的脆性增加，导致强度下降。 因此 含碳 % 的钢其强度比含碳 % 的钢高。 3）在 1100℃ ，含碳 % 的钢能进行锻造，含碳 % 的生铁不能锻造； 答： 在 1100℃时， 含碳 % 的钢 的组织为奥氏体，奥氏体的塑性很好，因此适合于锻造； 含碳 % 的生铁 的组织中含有大量的渗碳体，渗碳体的硬度很高，不适合于锻造。 4）绑轧物件一般用铁丝（镀锌低碳钢丝），而起重机吊重物却用钢丝绳（用 60 、 65 、 70 、 75 等钢制成）； 答： 绑轧物件 的性能要求有很好的韧性，因此选用 低碳钢 有很好的塑韧性， 镀锌低碳钢丝 ； 而起重机吊重物用钢丝绳 除要求有一定的强度，还要有很高的弹性极限，而 60 、 65 、 70 、 75 钢有高的强度和高的弹 性极限。 这样在吊重物时不会断裂。 5）钳工锯 T8 ， T10,T12 等钢料时比锯 10,20 钢费力，锯条容易磨钝； 答： T8 ， T10,T12 属于碳素工具钢，含碳量为 %， %， %，因而钢中渗碳体含量高，钢的硬度较高；而 10,20 钢为优质碳素结构钢，属于低碳钢，钢的硬度较低，因此 钳工锯 T8 ， T10,T12 等钢料时比锯 10,20 钢费力，锯条容易磨钝。 integrated ngy,39。 qPGDSNELV6%zkFBCMA23 6）钢适宜于通过压力加工成形，而铸铁适宜于通过铸造成形。 答：因为钢的含碳量范围在 %~%之间，渗碳体含量较少， 铁素体含量较多，而铁素体有较好的塑韧性，因而 钢适宜于 压力加工；而铸铁组织中含有大量以渗碳体为基体的莱氏体，渗碳体是硬脆相，因 而铸铁适宜于通过铸造成形。 对钢的性能有何影响。 答： 钢中常存杂质有 Si、 Mn、 S、 P 等。 Mn：大部分溶于铁素体中，形成置换固溶体，并使铁素体强化：另一部分 Mn 溶于 Fe3C 中，形成合金渗碳体，这都使钢的强度提高， Mn与 S 化合成 MnS，能减轻 S 的有害作用。 当 Mn含量不多，在碳钢中仅作为少量杂质存在时，它对钢的性能影响并不明显。 Si： Si与 Mn一样能溶于铁素体 中，使铁素体强化，从而使钢的强度、硬度、弹性提高，而塑性、韧性降低。 当 Si含量不多，在碳钢中仅作为少量夹杂存在时，它对钢的性能影响并不显著。 S：硫不溶于铁，而以 FeS 形成存在， FeS 会与 Fe 形成共晶，并分布于奥氏体的晶界上，当钢材在 1000℃ ~1200℃压力加工时，由于 FeSFe 共晶（熔点只有 989℃）已经熔化，并使晶粒脱开，钢材将变得极脆。 P： 磷在钢中全部溶于铁素体中，虽可使铁素体的强度、硬度有所提高，但却使室温下的钢的塑性、韧性急剧降低，并使钢的脆性转化温度有所升高，使钢变脆。 类及牌号的表示方法。 答：分类： 1）按含碳量分类 低碳钢：含碳量小于或等于 %的钢， ~%C ≤ %C integrated ngy,39。 qPGDSNELV6%zkFBCMA24 中碳钢：含碳量为 ~%的钢 ~%C 高碳钢：含碳量大于 %的钢。