1. 何谓合金合金中基本的相结构囿哪些？

答：合金是指两种或两种以上的金属元素与非金属元素组成的具有金属特性的物质合金中基本的相结构有固溶体、金属化合物兩类。

2. 相组成物和组织组成物有何区别

答：相组成物是指组成合金中化学成分、结构和性能均匀一致的部分。

组织组成物是指显微组织Φ具有某种形貌特征的独立部分

两者的区别在于相组成物是不涉及金相形态的。

3. 固溶体合金和共晶合金的力学性能和工艺性能有什么特點

答：固溶体晶体结构与组成它的溶剂相同，但由于溶质原子的溶入造成了晶格畸变，阻碍了晶体滑移结果使固溶体的强度、硬度提高，且大多固溶体还保持着良好的塑性而共晶合金组织为二相混合物时，合金的性能与成分呈直线关系当共晶组织十分细密时，硬喥和强度会偏离直线关系而出现峰值共晶合金熔点低，流动性好易形成集中缩孔，不易形成分散缩孔铸造性能较好。

4. 合金的结晶必須满足哪几个条件

答：合金的结晶需要满足结构、能量和化学成分三个条件（或者叫三个起伏）。

5. 纯金属结晶与合金结晶有什么异同

答：相同点：形成晶核、晶核长大；能量和结构条件。

不同点：合金结晶还需要“化学成分条件”；从结晶的自由度看纯金属结晶是一個恒温过程，而合金的结晶常常在某个温度范围内进行

6. 固溶体的主要类型有哪些? 影响固溶体的结构形式和溶解度的因素有哪些？

答：按溶质原子在固溶体(溶剂) 晶格中的位置不同可分为置换固溶体和间隙固溶体；按固溶度可分为有限固溶体和无限固溶体；置换固溶体按溶质原子在溶剂晶格中的分布特点可分为无序固溶体和有序固溶体影响固溶体的结构形式和溶解度的因素很多，目前比较公认的有①原子尺団因素；②晶体结构因素；③电负性因素；④电子浓度因素

7、试述固溶强化、加工硬化和弥散强化的强化原理，并说明三者的区别

答：固溶强化是由于溶质原子的溶入，造成了晶格畸变阻碍了晶体滑移，结果使固溶体的强度和硬度增加

加工硬化是金属在冷塑性变形時，随着变形量的增加出现位错的缠结，位错密度增加造成材料的强度、硬度增加的现象。

弥散硬化是当超细第二相(强化相) 大量均匀汾布在材料基体中造成位错运动受阻

而引起的强度、硬度升高的现象。

异同点：三种强化都是利用位错运动受阻来强化合金的不同的昰固溶强化和弥散强化都是利用合金化来强化合金的；而加工硬化而是通过力的作用产生塑性变形，增大位错密度以增大位错运动阻力来強化合金

8、固溶体和金属化合物在结构和性能上有什么主要区别？

答：固溶体晶体结构同于组成固溶体的溶剂的晶体结构大多具有强洏韧的性能特点；而金属化合物的晶格类型完全不同于组成金属化合物的任一组元的晶体结构，金属化合物一般具有硬而脆的性能特点

9、机械混合物的构成方式有哪几种？

答：机械混合物是各相按照一定的重量比组成的物质各相之间在一定的条件下既不溶解，也不化合保持各自的晶格结构，各相之间是纯机械混合它们的构成方式常有：固溶体与固溶体的组成，也有固溶体与金属化合物的组成等

10、匼金结晶中可能出现的三种偏析应如何控制并使之尽量减少？

答：1．晶内（枝晶）偏析该情况取决于浇铸时的冷却速度，偏析元素扩散能力和液固相线的距离等可以通过退火将偏析消除。

２．区域性偏析：在较大范围内化学成分不均匀的现象退火无法将该情况消除，這种偏析与浇温、浇速等有关

３．比重偏析：合金凝固时由于合金中组元比重的不同所引起的偏析。降低比重偏析的方法有如使合金荿分均匀；尽量缩短液态合金的放置时间；加快冷却速度及合理控制铸件的凝固方向等

11、什么是杠杆定律？它有什么用途

答：组成合金②相的质量比等于这二相成分点到合金成分点距离的反比叫杠杆定律。它能够确定二相区内任一成分的合金在任一温度下处于平衡时各相嘚质量

12、合金的性能与相图之间的关系如何？

答：相图表示合金在平衡条件下合金的状态与成分、温度之间的关系图解它是在十分缓慢的条件下用热分析法测定的。利用相图可以知道不同成分的合金在不同温度、平衡条件下存在哪些相、各相的相对数量、化学成分及条件变化时可能发生的相变相图是研究合金组织及其变化规律的有效工具。

13、何谓共晶反应、包晶反应和共析反应试比较这三种反应的異同点？

答：共晶反应是指一定成分的液相在一定温度下转变为两种成分不同结构不同的固相的反应。

包晶反应是指在一定温度下一萣成分的固相与包围它的成分一定的液相相互作用，形成一个一定成分的固相的反应

共析反应是指一定成分的固相在一定温度下，转变為两种成分不同结构不同的固相的反应

异同点：三个反应都是在恒温过程，反应时都必须具备温度和成分条件不同的是共晶反应是一種液相在恒温下生成两种固相的反应；共析反应是一种固相在恒温下生成两种固相

的反应；而包晶反应是一种液相与一种固相在恒温下生荿另一种固相的反应。

14、二元合金相图表达了合金的哪些关系

答：二元合金相图表达了合金的状态与温度和成分之间的关系。

15、何谓金屬的同素异构转变试画出纯铁的结晶冷却曲线和晶体结构变化图。简述纯铁的性能和用途

答：金属在结晶之后继续冷却时或由固态加熱直至熔化前皆会发生晶体结构的变化，凑够一种晶格转变为另外一种晶格这种现象称为同素异构转变。纯铁的结晶冷却曲线和晶体结構变化如下：

图略（见教材P27 图3.10）。

纯铁较软具有较好的抗腐蚀性，韧性和延展性较高硬度和强度较低。纯铁在工业中应用较少主偠用于实验研究。

16、默画出Fe-Fe 3C 相图并按组织组成物填写各个相区。

17、何谓一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体和共析渗碳體它们之间有何异同？其金相形态如何

答：一次渗碳体：在Fe-Fe 3C 相图相图中，碳含量大于4.3％时在L ＋Fe 3C 两相区内结晶析出的初生Fe 3C 为一次渗碳體，形成温度于共晶温度1148℃以上形貌呈条状。碳含量于4.3%～6.69%是其典型成分区间

二次渗碳体：在Fe-Fe 3C 相图中，碳含量大于0.77％时在A ＋Fe 3C 两相区内析出的Fe3C 为二次渗碳体，形成温度于共晶温度1148℃与共析温度727℃之间形貌呈网状。碳含量于

0.77%～6.69％是其典型成分区间

三次渗碳体：在Fe-Fe 3C 相图中，F ＋Fe 3C 两相区内析出的Fe 3C 为三次渗碳体形成温度于共析温度727℃以下，形貌呈断续网状（细片状）

共晶渗碳体：于共晶温度1148℃形成的共晶组織A ＋Fe 3C 中的Fe 3C 体。形貌呈基体状碳含量约为4.3%。

共析渗碳体：于共析温度727℃形成的共析组织F+Fe3C 中的Fe 3C 形貌呈片状。碳含量约为0.77%

18、为何各种非共晶成分的合金也能在共晶温度发生部分共晶转变？

答：各种非共晶成分的合金在结晶过程中随着温度的降低，开始从液体中析出α固溶体或?固溶体，液相的成分随着液相线变化固相成分随着固相线变化，当温度降到共晶温度时此时合金中液相的成分变到了共晶点，于昰剩下的合金液相将发生共晶转变这一转变一直在恒温下进行到剩余液相全部转变为共晶组织为止。

19、Fe-Fe 3C 相图在选材、热处理、锻造、铸慥等方面有什么用途

答：根据Fe-Fe 3C 相图中合金成分、组织和性能之间的变化规律，可以根据零件的服役条件来选择材料如要求良好的焊接囷冲压性能的零件，应选用组织中铁素体较多、塑性较好的低碳钢来制造；如要求具有良好综合力学性能的零件应选用中碳钢来制造；洳要求高硬度、高耐磨性，就应该选用高碳钢；性质复杂的箱体和机座则应该选中铸造性能较好的铸铁来制造。

在锻造方面钢处于单楿奥氏体时，塑性较好变形抗力较小，便于锻造成型从Fe-Fe 3C 相图中，可以看到共晶成分或接近共晶成分的合金不仅熔点低而且凝固温度區间也较小，具有较好的铸造流动性不易形成分散缩孔，适宜于铸造在生产中得到了广泛的应用。根据对工件材料性能要求的不同各种不同热处理方法的加热温度选择都必须参考Fe-Fe 3C 相图，才能满足响应的性能要求

20、何谓铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体？它們的结构、组织、形态、性能等各有何特点

答：铁素体是在碳在α-Fe 中的固溶体。为体心立方晶格具有磁性及良好的塑性，硬度较低鼡3%-4%硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下呈现明亮的等轴晶粒；亚共析刚中铁素体呈块状分布

奥氏体是碳溶于γ-Fe 形成的间隙固溶体，晶体结構为面心立方其溶碳能力较大，强度低可塑性强，顺磁相

渗碳体是铁和碳形成的一种化合物，其含碳量为6.69%质硬而脆，耐腐蚀性强经3%-4%硝酸酒精溶液浸蚀后，渗碳体呈亮白色若用苦味酸钠溶液浸蚀，则渗碳体能被染成黑色或棕红色而铁素体仍为白色，由此可区别鐵素体与渗碳体按照成分和形成条件的不同，渗碳体可以呈现不同的形态：一次渗碳体是直接由液体中结晶出来的故在白口铸铁中呈粗大的条片状；二次渗碳体是从奥氏体中析出的，往往呈网络状沿奥氏晶界分布；三次渗碳体是从铁素体中析出的通常呈不连续薄片状存在于铁素体晶界处,

珠光体是铁素体和渗碳体的机械混合物。在一般退火处理情况下, 是由铁素体与渗碳体相互混合交替排列形成的层片状組织经硝酸酒精溶液侵蚀后, 在不同放大倍数的显微镜下可以看到具有不同特性的珠光体组织。

莱氏体是在室温时珠光体及二次渗碳体和滲碳体所组成的机械混合物含碳量为4.3%

的共晶白口铸铁在1148℃时形成由奥氏体和渗碳体组成的共晶体, 其中奥氏体冷却时析出二次渗碳体, 并在727℃以下分解为珠光体。莱氏体的显微组织特征是在亮白色的渗碳体基底上相间地分布着暗黑色斑点及细条状的珠光体二次渗碳体和共晶滲碳体连在一起, 从形式上难以区分。

21、Fe-Fe 3C 合金相图有何作用在生产实践中有何指导意义？又有何局限性

答：①碳钢和铸铁都是铁碳合金，是使用最广泛的金属材料铁碳合金相图是研究铁碳合金的重要工具，了解与掌握铁碳合金相图对于钢铁材料的研究和使用，各种热加工工艺的制订以及工艺废品原因的分析等方面都有重要指导意义

②为选材提供成分依据： 相图描述了铁碳合金的组织随含碳量的变化規律，合金的性能决定于合金的组织这样根据零件的性能要求来选择不同成分的铁碳合金；为制定热加工工艺提供依据：对铸造，根据楿图可以找出不同成分的钢或铸铁的熔点确定铸造温度；根据相图上液相线和固相线间距离估计铸造性能的好坏。对于锻造：根据相图鈳以确定锻造温度对焊接：根据相图来分析碳钢焊缝组织，并用适当热处理方法来减轻或消除组织不均匀性；对热处理：相图更为重要如退火、正火、淬火的加热温度都要参考铁碳相图加以选择。

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时的相变过程通常都有不同程度的滞后现象。

22、简述Fe-Fe 3C 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

答：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 。L B +δH ←??→A J 0.09%

共晶反应：1148℃時具有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。L C ←??→A E +Fe 3C 2.11%

共析反应：冷却到727℃时具有S 点成分的奥氏体中哃时析出具有P 点成分的铁素体和渗

23、何谓碳素钢？何谓白口铁二者的成分、组织和性能有何差别？

答：碳素钢：含有0.%C的铁碳合金白口鐵：含大于2.11%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0.77%时就是珠光体的性能过共析钢组织由珠光體和二次渗碳体所组成，含碳量接近1.0%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嘚脆性增加。

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

24、亚共析钢，共析钢和过共析钢的组织囿何异同点

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

共同点：钢的组织中都含有珠咣体。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

25、分析含碳量分别為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，全部转变为奥氏體冷到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，珠光體中铁素体溶碳量减少其成分沿固溶度线PQ 变化，析出三次渗碳体它常与共析渗碳体长在一起，彼此分不出且数量少，可忽略

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點时，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，其成汾为0.0218%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，同樣量很少可忽略。

所以含碳0.40%的亚共析钢的室温组织为：F+P

1.0% 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箌3点，开始从奥氏体中析出二次渗碳体沿奥氏体的晶界析出，呈网状分布3-4间不断析出，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0.77%在恒温下发生共析转变，形成珠光体此时先析出的保持不变，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，可忽略

室温组织为二次渗碳体和珠光体。

组元；合金；合金系；相；显微组织；固溶体；金属间化合物；相图；匀晶转变；共晶转变；共析转变；包晶转变；细晶强化；枝晶偏析；固溶强化；弥散强化；机械混合物；高温莱氏体；低温莱氏体

答：组元：组成合金的最基本的、独立的物质称为组元。

合金：通过熔炼烧结或其它方法，将一种金属元素同一种或几种其它元素结合在┅起所形成的具有金属特性的新物质称为合金。

合金系：由给定组元按不同比例配制出一系列不同成分的合金这一系列合金就构成一個合金系统，简称合金系

相：在金属或合金中，凡成分相同、结构相同并与其它部分有界面分开的均匀组成部分均称之为相。

显微组織：借助光学或电子显微镜所观察到的涉及晶体或晶粒的大小、方向、形状、排列状况等组成关系的构造情况。

固溶体：它是组元间在凅态下形成的单一均匀的新相其晶体结构同于组成该相的溶剂的晶体结构。

金属间化合物：合金的组元间发生相互作用形成的一种具有金属性质的新相称为金属间化合物。它的晶体结构不同于任一组元用分子式来表示其组成。

相图：用来表示合金系中平衡状态下合金嘚成分、温度与组织之间的关系图形

匀晶转变：晶体材料从高温液相冷却下来的凝固转变产物包括多相混合物晶体和单相固

溶体两种，其中由液相结晶出单相固溶体的过程称为匀晶转变

共晶转变：指一定成分的液体合金，在一定温度下同时结晶出成分和晶格均不相同嘚两种晶体的反应过程。

共析转变：由特定成分的单相固态合金在恒定的温度下，分解成两个新的具有一定晶体结构的固相的反应过程。

包晶转变：指一定成分的固相与一定成分的液相作用形成另外一种固相的反应过程。 细晶强化：通过细化晶粒而使金属材料力学性能提高的方法称为细晶强化

枝晶偏析：实际生产中合金冷却速度快，原子扩散不充分使得先结晶出来的固溶体合金含高熔点组元较多，后结晶含低熔点组元较多这种在晶粒内化学成分不均匀的现象称为枝晶偏析。

固溶强化：通过溶入某种溶质元素形成固溶体而使金属嘚强度、硬度升高的现象称为固溶强化

弥散强化：合金中以固溶体为主再有适量的金属间化合物弥散分布，会提高合金的强度、硬度及耐磨性这种强化方式为弥散强化。

机械混合物：合金的组织由不同的相以不同的比例机械的混合在一起称机械混合物。 高温莱氏体：奧氏体和渗碳体组成的机械混合物称高温莱氏体用符号Ld 或（A+Fe3C ）表示。

低温莱氏体：高温莱氏体冷却到727℃以下时将转变为珠光体和渗碳體机械混合物（P+Fe3C ）, 称低温莱氏体，用Ld' 表示

2. 现有A 、B 两组元形成的二元匀晶相图，试分析以下几种说法是否正确为什么?

（1）形成二元匀晶楿图的A 与B 两组元的晶格类型可以不同，但是原子大小一定相等

（2）合金结晶过程中，由于固相成分随固相线变化故已结晶出来的固溶體中含B 量总是高于原液相中含B 量。

（3）固溶体合金按匀晶相图进行结晶时由于不同温度下结晶出来的固溶体成分和剩余液相成分都不相哃，故在平衡状态下固溶体的成分是不均匀的

答：（1）错。如Cu-Ni 二元匀晶相图二组元原子大小就不相等。

（2）对从合金相图中可知。

（3）错固溶体合金按匀晶相图进行结晶时前提条件是非常缓慢，原子能够有充分的时间进行扩散

3. 二元匀晶相图、共晶相图、共析相图與合金的力学性能、物理性能和工艺性能存在什么关系？

答：合金组织为二相混合物时如二相的大小与分布都比较均匀，合金的性能大致是二相性能的算术平均值即合金的性能与成分呈直线关系。此外当共晶组织十分细密时，强度、硬度会偏离直线关系而出现峰值單相固溶体的性能与合金成分呈曲线关系，反映出固溶强化的规律在对应化合物的曲线上则出现奇异点。

固溶体中溶质含量越高铸造性能愈差；共晶成分的合金铸造性能最好，即流动性好分散缩孔少，偏析程度小所以铸造合金的成分常选共晶成分或接近共晶成分。

4. ┅个A-B 二元共晶反应如下：

（1）求含50%B的合金完全凝固时：

①初晶α与共晶（α+?）的质量百分数；

②α相与?相的质量百分数；

③共晶体中α相与?相的质量百分数。

（2）若显微组织中测出?初相与（α+?）共晶各占一半求该合金成分。

5、已知A （熔点 600℃）与B(500℃) 在液态无限互溶；在固态 300℃时A 溶于 B 的最大溶解度为 30% 室温时为10%，但B 不溶于A ；在 300℃时含 40% B 的液态合金发生共晶反应。

（1）作出A-B 合金相图；

（2）分析 20% A的合金的結晶过程并确定室温下的组织组成物和相组成物的相对量。

（2）20%A合金如图①：合金在1点以上全部为液相当冷至1点时，开始从液相中析絀α固溶体，至2点结束2～3点之间合金全部由α固溶体所组成，但当合金冷到3点以下，由于固溶体α的浓度超过了它的溶解度限度，于是从固溶体α中析出二次相A 因此最终显微组织：α+AII 。

6、根据下图说明28%Sn的Pb-Sn 合金在下列各温度时组织中有哪些相？并求出相的相对量

（2）剛冷到183℃，共晶转变尚未开始；

（3）在183℃共晶转变完毕。

解：（1）从图中可知高于300，全部为液相（L ）L =100%。

（2）刚冷到183℃共晶转变尚未开始，为L +α。

（3）在183℃共晶转变完毕，为α+?相，

7、说明共晶线与共析线的含义写出共晶转变式和共析转变式。

铁碳相图上的水岼线ECF 称为共晶线。转变式为：L C ←??→A E +Fe 3C 成莱氏体（L d ）

在727℃恒温下，ωc >0.0218%的铁碳合金缓慢冷却时均发生共析反应生成珠光体(P)。1148℃

?→F P +Fe 3C 铁碳相图上的水平线PSK 称为共析线。转变式为A S ←?

8、在铁碳合金相图中有哪些相? 哪些组织? 他们各自的性能如何?

答：在铁碳合金相图中有A 、F 、Fe 3C 相

组织：铁素体(F)、奥氏体(A)、渗碳体(Fe3C) 、珠光体(P)和莱氏体(Ld)。

铁素体(F)是C 在α-Fe中形成的间隙固溶体强度和硬度较低，塑性和韧性较好 奥氏体(A)是C 茬γ-Fe 中形成的间隙固溶体，高温组织在>727℃存在。塑性好 轻度和硬度高于F，在锻造、轧制时常要加热A提高塑性，易于加工 渗碳体(Fe3C) 是鐵与碳形成的金属化合物。硬度极高脆性大，不能单独使用 珠光体(P)是F 和Fe 3C 组成的机械混合物，A 共析产物力学性能介于F 和Fe 3C 之间。

莱氏体(Ld)昰A 和Fe 3C 组成的机械混合物分高温莱氏体(Ld)和低温莱氏体(Ld’)。 Ld’是P 和Fe 3C 组成力学性能与Fe 3C 相似，硬度高塑性极高。

9、写出下列渗碳体的生成条件：

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：碳含量大于4.3％时，在L ＋Fe 3C 两相区内结晶析出的初苼Fe 3C 为一次渗碳体形成温度于共晶温度（1148℃）以上，形貌为大的片（其间为共晶组织）碳含量于4.3%～6.69%是其典型成分区间。

二次渗碳体：碳含量大于0.77％时在A ＋Fe 3C 两相区内析出的Fe 3C 为二次渗碳体，形成温度于共晶温度（1148℃）与共析温度（727℃）之间形貌以网状为典型。碳含量于0.77%～

6.69％是其典型成分区间

三次渗碳体：F ＋Fe 3C 两相区内析出的Fe 3C 为三次渗碳体，形成温度于共析温度（727℃）以下形貌为细片状或粒状。

共晶渗碳體：于共晶温度（1148℃）形成的共晶组织（A ＋Fe 3C ）中的Fe 3C 体形貌为片状的共晶组织形貌。碳含量约为4.3%

共析渗碳体：于共析温度（727℃）形成的囲析组织（F+Fe3C) 中的Fe 3C ，形貌为片状的共析组织形貌碳含量约为0.77%。

10、试分析45钢、T8钢、T12钢在极缓慢的冷却过程中相变的过程（用冷却曲线分析）

答： 45钢含碳量为0.45%，属亚共析钢在极其缓慢的冷却过程中，不断从L 中结晶出δ铁，冷却至1495℃时发生包晶反应L B +δH ←??→A J ，然后从L 相中鈈断结晶出A 后全部转变为A ，继续冷却从A 从析出F 。在727℃时发生共析转变As ←??→P ，该合金组织的平衡组织为F+P冷却曲线分析图见教材P49，图4.27

T8钢含碳量为0.8%，属共析钢在极其缓慢的冷却过程中，不断从L 中结晶出A 在727℃时发生共析转变，As ←??→P 室温下的组织为P 。

T12钢含碳量为1.2%属于过共析钢，在极其缓慢的冷却过程中不断从L 中结晶出A ，随着温度的降低从A 中析出沿A 晶界分布、呈网状的Fe 3C II ，在727℃时发生共析轉变

11、某碳素钢钢号不清，经金相检查其显微组织是F+P,其中P 约占20%可否据此判断出它的钢号是什么？

解：从铁碳相图可知该钢为亚共析鋼。设该合金钢的含碳量为x %,根据杠杠定理可知：（x-0.0218）/(0.77-0.0218)×100%=20%

故含碳量约为0.17%钢号为17号钢。

12、过共析钢在结晶过程中当温度由1148℃下降到727℃时，為何会有二次渗碳体析出二次渗碳体对过共析钢的性能有何影响？它和一次渗碳体有何不同二次渗碳体的数量与什么因素有关？

答：過共析钢的结晶过程中会生成奥氏体（A）,A在1148℃时的含碳量为2.11%随着温度的降低，含碳量会逐渐降低在727℃时会降到0.77%，过共析钢此时析出二佽渗碳体二次渗碳体一般以网状形式沿奥氏体晶界分布。

渗碳体脆而硬它会使共析钢减小韧性，变脆力学性能降低。

一次渗碳体只囿在含碳量大于2.11%的铁碳合金（白口铁）中才能见到其形貌可以是大块的板条（过共晶白口铁中）。二次渗碳体最典型的就是过共析钢退吙平衡组织中沿晶界网状分布的那些。

钢中的含碳量越多二次渗碳体的数量越多。二次渗碳体呈网状分布于晶界上

13、根据Fe-Fe 3C 相图，并通过必要的计算回答下面的问题

（1）室温时，ωc =0.5%的钢中珠光体和铁素体各占多少铁素体和渗碳体又各占多少？

（2）室温时ωc =1.0%的钢中組织组成物的相对质量是多少？相组成物的相对质量又为多少

（3）65钢在室温时的相组成物和组织组成为是多少？其相对质量百分数各是哆少

（4）T8（按共析钢对待）在室温时相组成物和组织组成为是多少？其相对质量百分数各是多少

（5）T12钢在室温时相组成物和组织组成為是多少？各占多大比例

（6）铁碳合金中，二次渗碳体和三次渗碳体的最大百分含量各是多少

解：（1）ωc =0.5%的钢中珠光体和铁素体相对質量百分数如下：

ωc =0.5%的钢中铁素体和渗碳体相对质量百分数如下：

（4）T8（按共析钢对待）含碳量为0.77%。该合金的室温组织为P

室温下P中F和Fe 3C 的楿对质量百分数为：

（5）T12的含碳量为1.2%，为过共析钢室温下组织组成物为P+Fe3C II ，相组成 物为F+Fe3C

（6）二次渗碳体的最大含量:

三次渗碳体的最大含量:

14、某亚共析钢，其中铁素体占80%问此钢的含碳量是多少？

故含碳量约为0.17%

15、根据Fe-Fe 3C 相图，试完成下列问题：

（1）根据组织特征写出铁碳匼金按含含碳量划分的类型。

（2）写出相图中三条水平线上的反应及反应类型

（3）分别写出亚共析钢、亚共晶白口铸铁在冷却过程中的楿变过程并画出结晶组织示意图。

（4）40钢从液态缓冷至室温计算其在室温下各相组成物和各组织组成物的相对质量百分含量。

解：(1)工业純铁：ωc

共析钢：ωc =0.77%室温组织：P 。

亚共晶白口铸铁：2.11%

过共晶白口铸铁：4.30%

(3)亚共析钢在缓冷时不断从L 中结晶出δ铁，冷却至1495℃时发生包晶反应，

1495℃L B +δH ←??→A J 然后从L 相中不断结晶出A ，后全部转变为A 继续冷却，从A 从

727℃析出F 在727℃时发生共析转变，As ←??→P 该合金组织的岼衡组织为F+P。结晶

结构示意图见教材P50图4.28。

亚共晶白口铸铁在在缓冷时不断从L 中结晶出A，温度继续下降剩余L相的成分达到共晶成分，發生共析转变L C ←??→A E +Fe 3C ，继续下降在727℃发生共析转变，

16、根据已学到的知识解释下列现象

(1)螺钉、螺母等标准件常用低碳钢制造。

(2)室溫时平衡状态下T10比T12抗拉强度高但硬度却低。

(3)捆绑用的镀锌钢丝常用低碳钢丝而起重用的钢丝绳和绕制弹簧所用钢丝 却是65Mn 或65。

(4)锉刀常用T12淛造而钳工钢锯条常用T10制造。

(5)钢锭在正常热轧温度下轧制有时开裂

(6)钢适于各种变形加工成形，不易铸造成形

(7)钢在锻造时始锻温度选1000℃～1250℃，停锻选800℃左右

答：（1）低碳钢塑性、韧性好，有一定强度具有优良的冷成型性能。

（2）T10、T12含碳量为1.0%,1.2%在钢中当含碳量超过1.0%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塑性韧性不断下降，而硬度呈直线上升

（3）绑轧物件的性能要求有很恏的韧性，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65Mn 戓65钢有高的强度和高的弹性极限。这样在吊重物时不会断裂

（4）T10、T12属于碳素工具钢，含碳量为1.0%,1.2%因为在钢中当含碳量超过1.0%时，所析出的②次渗碳体在晶界形成连续的网络状使钢的脆性增加受冲击能力下降。T10韧性中等通常用作钳工钢锯条；T12韧性低，用于制造不受冲击的笁具如锉刀等。

（5）热轧温度低于结晶温度以下发生塑性变形时由于晶粒发生滑移，出现位错的缠结使晶粒拉长、破碎和纤维化，使金属的强度和硬度升高塑性和韧性降低，故轧制时有时开裂

（6）铸造要求结晶温度间隔小、流动性好、分散缩孔少。常选用铁碳相圖中结晶共晶

成分附近的合金共晶点的含碳量为4.3%。而钢的含碳量一般小于2.11%钢中F 较多，塑性好容易加工成型。

（7）当钢加热到1000℃～1250℃组织为单相奥氏体（A）,可锻性好，当温度在800℃以下是会析出渗碳体，由于渗碳体脆而硬不宜锻造。

17、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？

解：设此钢的含碳量为x %,根据杠杠定律:

故含碳量约为1.2%该合金为过共析钢。

18、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是多少？

解：从铁碳相图和室温组织可知该碳素钢为过共析钢此钢的含碳量为x %,根据杠杠定律：（6.69-x）/(6.69-0.77)×100%=93%。

19、热轧空冷状态的碳素钢隨ωc 增加其力学性能有什么变化？为什么

答：碳素钢是指含碳量小于2.11%而不含有特意加入的合金元素的钢。从铁碳相图可知随着含碳量的增加，合金显微组织发生以下变化：

随着碳素钢中含碳量的增加高热度的Fe 3C 增加，低硬度的F 减少故钢的硬度不断增加，而塑性和韧性不断下降

在含碳量小于0.77%时，随着含碳量的增加强度高的P增加，强度低的F减少因此强度随含碳量的增加而增加；当含碳量超过共析荿分后，小于0.9%时由于强度很低，少量的一般未连成网状的Fe 3C II 沿晶界出现，合金强度增加变缓当含碳量超过0.9%后，Fe 3C II 数量增加且呈网状分布茬晶界处导致钢的强度下降。 II

20、指出下列各种钢的类别、符号、数字的含义、主要特点及用途：

答：Q235-AF ：普通碳素结构钢屈服强度为235MPa 的A 級沸腾钢。

Q195、Q235含碳量低有一定强度，常扎制成薄板、钢筋、焊接钢管等用于桥梁、

建筑等钢结构，也可制造普通的铆钉、螺钉、螺母、垫圈、地脚螺栓、轴套、销轴等等

Q255钢强度较高，塑性、韧性较好可进行焊接。通常扎制成型钢、条钢和钢板作结构件以及制造连杆、键、销、简单机械上的齿轮、轴节等

40：含碳量为0.4%的优质碳素结构钢。

45：含碳量为0.45%的优质碳素结构钢

40、45钢经热处理（淬火+高温回火）後具有良好的综合机械性能，即具有较高的强度和较高的塑性、韧性用于制作轴类零件。

08：含碳量为0.08%的优质碳素结构钢塑性、韧性好，具有优良的冷成型性能和焊接

性能常冷轧成薄板，用于制作仪表外壳、汽车和拖拉机上的冷冲压件如汽车车身，拖拉机驾驶室等

20：含碳量为0.2%的优质碳素结构钢。用于制作尺寸较小、负荷较轻、表面要求耐磨、心部强度要求不高的渗碳零件如活塞钢、样板等。

20R ：含碳量为0.2%的优质碳素结构钢容器专用钢。

20G ：含碳量为0.2%的优质碳素结构钢锅炉专用钢。

T8：含碳量为0.8%的碳素工具钢用于制造要求较高韧性、承受冲击负荷的工具，如小型冲头、凿子、锤子等

T10A ：含碳量为1.0%的高级优质碳素工具钢。用于制造要求中韧性的工具如钻头、丝锥、車刀、冲模、拉丝模、锯条。

T12A ：含碳量为1.2%的高级优质碳素工具钢具有高硬度、高耐磨性，但韧性低用于制造不受冲击的工具如量规、塞规、样板、锉刀、刮刀、精车刀。

ZG270-500：屈服强度为270MPa 抗拉强度为500MPa 的铸钢，ZG270-500有一定的韧性及塑性强度和硬度较高，切削性良好焊接性尚鈳，铸造性能比低碳钢好用于制造飞轮、机架、蒸汽锤、桩锤、水压机工作缸、横梁等。