第三章 铁碳相图(含答案)

第三章铁碳相图

一、填空题（在空白处填上正确的内容）

1、从相变的角度来看，钢与铸铁是按________来区分的，钢与工业纯铁是按________来

区分的。

答案：有无共晶转变、有无共析转变

2、碳溶解在________中形成的间隙固溶体称为奥氏体，常用符号________表示；奥氏体

的力学性能是________和________不高，但具有良好的________。

答案：γ-Fe、A、强度、硬度、塑性

3、渗碳体是铁和碳的化合物，常用________表示；渗碳体的含碳量为6．69％，具有复杂的晶格，它的________很高，脆性很大，而________和________几乎等于零。

C、硬度、塑性、韧性

答案：Fe

3

C相图，它由三个典型的二元合金相图组合而成，即________、________和4、统观Fe-Fe

3

________。

答案：匀晶（型）相图、共晶（型）相图、包晶（型）相图

5、铁碳合金在固态下的基本相有________、________和________三种。

答案：铁素体（F）、奥氏体(A)、渗碳体(Fe3C)

6、在钢中，由于铁与碳的相互作用，可以形成四种基本组织，即________、________、

________和________。

答案：铁素体（F）、奥氏体（A）、渗碳体（Fe3C）、珠光体（P）

7、Fe-Fe

C相图中，根据E点（含碳量为________）可将铁碳合金分为________和________

3

两大部分。

答案：2.11%、（碳）钢、铸铁

8、在铁碳合金的基本相中，属于固溶体的有________、________，属于金属间化合物的

有________。

答案：奥氏体、铁素体、渗碳体

9、含碳量为4.3％的铁碳合金叫________，在1148℃以上为________，缓冷至1148℃时发

生________反应，继续冷却到727℃时发生________转变，其室温组织为________。答案：共晶铸铁、液相、共晶、共析、变态莱氏体

10、在钢中，铁与碳的相互作用有两种形式，即________和________。

答案：形成固溶体、形成（金属间）化合物

11、在Fe-Fe

C相图中ECF线称为________，合金冷却到此线时(1148℃)，从液体合金中

3

同时结晶出________和________的机械混合物，即莱氏体。

答案：共晶反应线、奥氏体、渗碳体

12、铁素体和渗碳体组成的机械混合物称为_________，用符号_________表示；其力学性能是_________较高，硬度适中，具有一定的_________。

答案：珠光体、P、强度、塑性

13、含碳量为0.77％的铁碳合金叫_________钢，其室温组织为_________。

答案：共析、珠光体

二、单项选择（下列题中选项可能多个正确，但只选择其中最佳的一项）

1、碳溶解在γ-Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体，奥氏体的性能是( )。

A、低的塑性和韧性，较高的强度和硬度

B、强度和硬度不高、塑性良好

C、强度较高、硬度适中，有一定的塑性

答案：B

2、碳原子和氮原子溶入铁原子晶格中形成的固溶体类型（）。

A、前者为置换式，后者为间隙式

B、前者为间隙式，后者为置换式

C、两者均为间隙式

答案：C

3、铁碳合金中碳的质量分数越高，则（）。

A、渗碳体含量越多

B、铁素体含量越多

C、莱氏体含量越多

答案：A

4、钢材锻造的温度范围必须选择在铁碳相图中的（）；

A、F＋P区

B、A＋F区

C、单一A区

答案：C

5、铁素体的力学性能是（）；

A、强度高、塑性好、硬度低

B、强度低、塑性差、硬度低

C、强度低、塑性好、硬度低

答案：C

6、在平衡状态下，当钢的含碳量超过0.9％时，强度下降，塑性、韧性降低，硬度( )。

A、下降

B、升高

C、不再升高

答案：B

7、碳的质量分数为1.2％的铁碳合金的室温组织为（）

A、珠光体和铁素体

B、百分之百的珠光体

C、珠光体和二次渗碳体

答案：C

8、所有过共析钢在室温下的组织都由珠光体和二次渗碳体组成，但含碳量不同，珠光体和二次渗碳体相对数量不同，含碳量增加，则组织中的二次渗碳体数量( )。

A、增加

B、减少

C、不增不减

答案：A

9、渗碳体的合金结构为（）。

A.置换固溶体

B.机械混合物

C.金属间化合物

答案：C

10、碳的质量分数为1.2％的铁碳合金的室温组织为（）

A.珠光体和铁素体

B.百分之百的珠光体

C.珠光体和二次渗碳体

答案：C

11、将共析钢缓慢加热到750℃时，此时共析钢的组织是（）。

A、Fe+Fe

C

3

B、A

C、A+L

答案：B

12、在亚共析钢的室温组织中，随着含碳量增加，则组织中的珠光体数量( )。

A、增多

B、减少

C、不增不减

答案：A

三、是非题（判断下列说法正确与否,正确用√错误用×表示）

1、铸铁的含碳量小于2.11％。 ( )

答案：×

2、含碳量大于2.11％小于6.69％的铁碳合金从液态冷却到1148℃时都会发生共晶转变。( )

答案：√

3、钢材轧制或锻造的温度范围必须选择在Fe-Fe

3

C相图中均匀单一的奥氏体区域内。 ( ) 答案：√

4、碳素钢含碳量越高，力学性能越好。 ( )

答案：×

5、亚共析钢随含碳量的提高，其强度、硬度提高，而塑性、韧性下降。 ( )

答案：√

6、珠光体和莱氏体都是机械混合物，所以它们的力学性能相同。 ( )

答案：×

7、在典型铁碳合金的结晶过程分析中，亚共析钢的结晶过程为L→L+A→A→A+Fe

3C

Ⅱ→

P+Fe

3C

Ⅱ

。( )

答案：×

8、在金属材料中，只有铁和铁合金有同素异构转变，因此在工艺中应用很广。（）

答案：×

四、问答题（回答下列问题，有计算时应列出公式、算式及计算步骤）

1、在平衡条件下，45钢、T8钢和T12钢的硬度、强度、塑性和冲击韧性哪个大哪个小？变

化规律是什么？原因是什么？

答案：45钢的硬度、强度最低而塑性、冲击韧性最高，T8钢的强度最高，T12的硬度最高而塑性、冲击韧性最低。（2分）

随着含碳量的增加，钢中渗碳体的量也增多，形成珠光体的量也增多，钢的强度和硬度升高，而塑性、韧性下降；（2分）

当含碳量超过共析成分后，由于形成二次渗碳体，珠光体的量开始下降，二次渗碳体随含碳量的继续增加而逐渐增加，并沿原奥氏体晶界形成网状后因割断了晶粒之间的联系，使强度明显下降，塑性和韧性也急剧降低，但硬度值仍继续升高。（2分）

2、结合Fe-Fe

3

C相图阐述共析转变与共晶转变的异同点。

答案：共析转变为固相奥氏体（A）→珠光体（α+ Fe3C），（2分）而共晶转变是液体(L) →莱氏体(A+ Fe3C)。（2分）两个转变的相同点都是由一个相同时转变为两个相的机械混合物；（1分）不同点是共析转变是固相转变为固相，而共晶转变是液相转变为固相。（1分）

3、试比较45、T8和T12钢的硬度、强度、塑性和冲击韧性有何不同。 答案：45钢的硬度、强度最低而塑性、冲击韧性最高；（2分） T8钢的强度最高；（1分）

T12的硬度最高而塑性、冲击韧性最低。（1分）

4、分析碳钢中成分（含碳量）和力学性能之间的关系。

答案：随碳含量增加，硬度提高，而塑性和韧性下降；（2分）

当碳含量小于0.9%时，随碳含量增加，强度增高；当碳含量达0.9%时，由于Fe 3C 呈网状分布，使强度开始下降，将随碳含量增加，强度下降（2分）

五、综合分析题（根据题目给出内容，用所掌握知识综合分析下列各题）

1、利用铁碳平衡相图分析15钢、20钢、30钢、45钢、55钢、60钢、T10、T11、T1

2、T13的平衡结晶过程，画出这一过程的冷却曲线及组织转变示意图，并计算15钢室温时组织组成物的相对量。

15钢：F=%83%1000218

.077.015.077.0=?--；（3分） P=1-F%=1-83%=17%（1分 ）

20钢：F=%

76%1000218.077.02

.077.0=?--(3分)

P=1-76%=24%（1分）

30钢：F=%

63%1000218.077.030

.077.0=?--；（3分）

P=1-F%=1-63%=37%（1分）

T10钢：

%

9677

.069.60

.169.6=--=

P

Fe 3C Ⅱ=1-96%=4%

45钢:

%

43%1000218.077.045

.077.0=?--=

α；

P=1-43%=57%

55钢：F=%

1000218.077.055

.077.0?--=30%；（3分）；P=1-F%=1-30%=70%（1分）

60钢：F=%

23%1000218.077.060

.077.0=?--；（3分）P=1-F%=1-23%=77%（1分 ）

T11钢： %

94%10077.069.61

.169.6=?--=

P ；Fe 3C Ⅱ=1-94%=6%

T12钢：

%

93%10077.069.62

.169.6=?--=

P ；Fe 3C Ⅱ=1-93%=7%

Fe -Fe 3C 相图

C 1

2

3

4

5

6

6.69

温

度

D

T13钢：

%

91

%

100

77

.0

69

.6

3.1

69

.6

=

?

-

-

=

P

；Fe3C

Ⅱ

=1-91%=9%

2、综述碳钢中成分（含碳量）—平衡组织—力学性能之间的关系。

答案：碳钢中，成分与平衡组织的关系：

亚共析钢的平衡组织位。随碳含量增高，F的相对量减少，而P的相对量增加；（2分）当碳含量达0.77%（即共析钢）时，P达100%；（1分）

过共析钢中，平衡组织为P+Fe

3C。随含碳量增高，P的量相对减少，而Fe

3

C的量增加。（2

分）

成份与力学性能的关系：

随碳含量增加，硬度提高，而塑性和韧性下降；（2分）

当碳含量小于0.9%时，随碳含量增加，强度增高；（1分）

当碳含量达0.9%时，由于Fe3C呈网状分布，使得强度将随碳含量的增加而下降（2分）

3、在钢中，由于铁与碳的相互作用，能形成那些基本组织？这些基本组织的结构和力学性能有何特点？

答案：形成的基本组织有铁素体（F）、奥氏体（A）、渗碳体（Fe3C）和珠光体（P）（2分）

其中铁素体（F）强度、硬度低而塑性、韧性高。（1分）

奥氏体的强度、硬度不高，塑性、韧性较好。（1分）

渗碳体硬而脆。（1分）

珠光体强度高，硬度适中，具有一定的塑性。

（1分）

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