金屬材料與熱處理第四章作業(yè)

1、1名詞定義符號性能特點鐵素體C在a -Fe中的間隙固溶體F/a塑性韌性好，但強度低奧氏體C在丫-Fe中的間隙固溶體A/ 丫塑性好，成型性能好，具有順磁性滲碳體Fe與C形成的間隙化合物Fe3C,含 6.69%Cm塑性差，硬度高珠光體鐵碳相圖中，共析轉(zhuǎn)變形成的 鐵素體和滲碳體的機械混合物P介于鐵素體和滲碳體之間，強度較 高，硬度適中，塑性和韌性較好萊氏體鐵碳相圖中，共晶轉(zhuǎn)變形成的 奧氏體和滲碳體的機械混合物L(fēng)d塑性差，硬而脆父態(tài)萊氏體含碳量為 4.3%的液相在冷卻 至1148c時發(fā)生共晶反應(yīng)，生 成由滲碳體和奧氏體組成的萊 氏體(Ld),繼續(xù)冷卻至727 C 時，萊氏體中的奧氏體發(fā)生共 析反應(yīng)轉(zhuǎn)變

2、為珠光體，此時組 織由滲碳體和珠光體組成，稱 為父態(tài)萊氏體。Ld硬而脆，塑性差，鑄造性能好2 一堆鋼材由于混雜，不知道化學(xué)成分，現(xiàn)抽出一根進行金相分析，其組織為鐵素體加珠 光體，其中珠光體的面積大約占40%,由于珠光體與鐵素體的比容相近，可用顯微組織中珠光體與鐵素體的面積百分數(shù)替代二者的重量百分數(shù)，試估算該鋼材的含碳量。答：由于二者比容相近，可用面積百分數(shù)代替質(zhì)量百分數(shù)，那么該剛才中珠光體質(zhì)量占40%,鐵素體質(zhì)量占60%。根據(jù)杠桿定律可知該剛才的碳含量為：Wc%= 0.0218%+ (0.77-0.0218) %X40%=0.321%3已知珠光體的 HBS=180, 8= 20%,鐵素體的HB

3、S = 80,*50%,試計算含碳量為 0.45% 的碳鋼的硬度和伸長率。(提示：合金的性能值大約是它的各組織組成物的性能值與它的各 組織組成物在合金中的含量的乘積和，或稱為加權(quán)平均值)。答：根據(jù)杠桿定律，含碳量為0.45%的碳鋼室溫組織為珠光體和鐵素體。他們的質(zhì)量分數(shù)為Wf%= (0.77-0.45) /(0.77-0.0218)=42.77%Wp%=1-Wf%=57.23%因此，它的硬度 HBS=180 X 57.23%+80 X42.77%=137.23它的延伸率 8=20% X 57.23%+50% X 42.77%=137.23=32.8%4何謂共析轉(zhuǎn)變和共晶轉(zhuǎn)變？寫出它們的反應(yīng)式答

4、：共析轉(zhuǎn)變由某一固相同時轉(zhuǎn)變成兩種不同的固相的轉(zhuǎn)變，反應(yīng)式 丫一 a +3共晶轉(zhuǎn)變由某一液相同時轉(zhuǎn)變成兩種不同的固相的轉(zhuǎn)變，反應(yīng)式L-a+35指出下列名詞的主要區(qū)別：一次滲碳體、二次滲碳體、三次滲碳體、共晶滲碳體、共析 滲碳體。答：一次滲碳體：在共晶轉(zhuǎn)變之前，直接從液相中結(jié)晶出來的滲碳體二次滲碳體：在共析轉(zhuǎn)變之前，直接從奧氏體中析出滲碳體三次滲碳體：從過飽和鐵素體中析出的滲碳體共晶滲碳體：在共晶點附近，經(jīng)過共晶反應(yīng)得到的滲碳體 共析滲碳體：在共析點附近，經(jīng)過共析反應(yīng)得到的滲碳體6 Si、Mn、S、P對碳鋼性能有何主要影響？碳鋼分類及編號方法。答：硅和鎰是脫氧劑，冷卻后溶于鐵素體中，形成固溶體，

5、提高碳鋼的強度和硬度。含量 不高時，提高鋼的塑性和韌性，含量太高時將降低其塑性和韌性。此外，鎰還是脫硫劑，很 大程度上消除硫的有害影響。硫是碳鋼中有害元素，引起鋼在熱加工時開裂，在鑄造應(yīng)力作 用下產(chǎn)生熱裂紋，也會使焊縫中產(chǎn)生熱裂紋。焊接時產(chǎn)生SO2氣體，還使焊縫產(chǎn)生氣孔和縮松。但硫能提高鋼的切削性能。磷是有害元素，在鋼中具有很高的溶解度，具有很強的固熔強化作用，使鋼的強度、硬度顯著提高，韌性明顯降低。磷還具有嚴(yán)重的偏析傾向，在鐵 素體和奧氏體中擴散速度小，難以用熱處理方法消除。磷可以提高鋼的切削性能，與銅一起可以提高鋼的耐大氣腐蝕能力。按鋼中的含碳量，碳素鋼可以分為低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼。按合

6、金元素的多少分為低合金 鋼、中合金鋼和高合金鋼。按用途可分為結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特殊用鋼。按退火狀態(tài)的組織可分為亞共析鋼、共析鋼、過共析鋼和萊氏體鋼；按正火組織可分為珠光體鋼、貝氏體鋼、馬 氏體鋼和奧氏體鋼；按室溫時的顯微組織可分為鐵素體鋼、奧氏體鋼和雙相鋼。編號方法：對于結(jié)構(gòu)用鋼采用Q+屈服點數(shù)值+質(zhì)量。質(zhì)量由 A到E,磷硫含量降低，鋼的質(zhì)量提高。碳素工具鋼采用T+數(shù)字，數(shù)字表示千分之幾的含碳量。合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號由三部分組成：數(shù)字+合金元素符號+數(shù)字。前面的兩位數(shù)字表示碳含量的萬分之幾，合金元素 后面的數(shù)字表示合金元素的平均含量，以百分之幾表示。7 教材 4-1,4-2, 4-4,4-64-1

7、Wc=0.6%的鐵碳合金屬于亞共析鋼。冷卻曲線和組織示意圖略。室溫下的相組成為：鐵素體和滲碳體。鐵素體含量為(6.69-0.6) /(6.69-0.0218)=91.3%滲碳體含量為8.7%。室溫下的組織為先共析鐵素體和珠光體組織。其中先共析鐵素體組織含量為(0.77-0.6)/(0.77-0.0218)=22.7% ,珠光體組織含量為 1-22.7%=77.3%4-2 Wc=3.5 %的鐵碳合金屬于亞共晶白口鐵，冷卻曲線和組織示意圖略。室溫下相組成為：鐵素體和滲碳體。其中鐵素體含量為(6.69-3.5) /(6.69-0.0218)=47.8%滲碳體含量為52.2%。室溫下的組織為先共析滲碳

8、體和珠光體組織。其中先共析滲碳體組織含量為(3.5-0.77)/(6.69-0.77)=46.96% ,珠光體組織含量為 1-22.7%=53.04% 4-4萊氏體中共晶滲碳體含量(4.3-2.11) /(6.69-2.11)=47.8%二次滲碳體含量(2.11-0.77)/(6.69-0.77) X (1-47.8%)=11.8% 共析滲碳體含量(0.77-0.0218)/(6.69-0.0218) X (1-47.8%-11.8%)=4.5%4-6鐵碳合金在室溫下的組織構(gòu)成如下圖所示。當(dāng)Wc%0.0218時是鐵素體組織，組織較軟,強度較低，塑性較好。0.0218%Wc%0.77%時是先共析

9、鐵素體和珠光體組織，隨著珠光體的增多，強度硬度逐漸升高，塑性韌性下降。當(dāng) Wc%=0.77%時，其性能就是珠光 體性能，強度硬度較高，塑性較差。在過共析鋼0.77%Wc%2.11%中，組織為珠光體和二次滲碳體組織，在含碳量接近1%時，強度達到最高值，此后隨著含碳量的增加，由于脆性相Fe3c形成連續(xù)網(wǎng)絡(luò)，強度下降，脆性增加，而硬度繼續(xù)增大。亞共晶白口 鐵的成分2.11%Wc%4.3% ,組織為珠光體、二次滲碳體和變態(tài)萊氏體，共晶白口鐵 為變態(tài)萊氏體，過共晶白口鐵4.3%Wc%6.69%為一次滲碳體和變態(tài)萊氏體組織，在白口鐵中，滲碳體逐漸增多，脆性很大，強度很低，硬度不斷增加。P + Fe&Cu

10、+LeiFejCf + Le*0, 0218 0., 772. 11四/%12默寫畫出簡化的鐵碳相圖： 寫出主要點(P、Q、S、E、C)、線(PK、EF、 PQ、ES)的意義； 標(biāo)出亞共析鋼、共析鋼、過共析鋼、共晶白口鑄鐵、亞共晶白口鑄鐵、過共晶白口鑄鐵室溫下的平衡組織；運用杠桿定律計算 0.4%C、1.0%C的鋼中先共析相和珠光體的相對重量。有一碳素鋼退 火后在室溫下測得先共析相占5%,求該鋼的成分； 鋼中最重要的強化元素是什么？說明含碳量對退火鋼機械性能的影響規(guī)律，解釋原因。為什么綁扎物體一般用鍍鋅低碳鋼絲，而起重機調(diào)重物用 60、65、70、76等鋼制成的鋼絲。答：(1)如圖所示。P為共

11、析溫度下鐵素體中碳的最大的固溶度。Q為室溫下鐵素體中碳的固溶度。S共析點。E碳在奧氏體鋼中的最大固溶度。 C共晶點。PK為共析線，改線上的 點都會發(fā)生共析反應(yīng)。EF線為共晶線，該線上的點都會發(fā)生共晶反應(yīng)， PQ線為碳在鐵素體 中的溶解度曲線，ES線為碳在奧氏體中的溶解度曲線。(2)亞共析鋼的平衡組織為先共析鐵素體和珠光體；共析鋼的平衡組織為珠光體；過共析 鋼的平衡組織為二次滲碳體和珠光體；亞共晶鋼的平衡組織為二次滲碳體、珠光體和變態(tài)萊氏體；共晶體的平衡組織為變態(tài)萊氏體；過共晶鋼的平衡組織為一次滲碳體和變態(tài)萊氏體。(3) 0.4%C 鋼:先共析鐵素體：Wf= (0.77-0.4) /( 0.77

12、-0.0218) =49.45%, Wp=1-W f=51.55%。1.0%C 鋼 先共析滲碳體 WFe3C= (1.0-0.77) / (6.69-0.77) =38.85%,Wp=1-WFe3c=61.15%若先共析相位鐵素體，則鋼的成分為0.77-(0.77-0.0218) X 5%=0.73%若先共析相為滲碳體，則鋼的成分為0.77+ (6.69-0.77) X 5%=1.03%(4)鋼中最重要的強化元素是碳，在亞共析鋼中，隨著含碳量的增加，珠光體逐漸增多，強度硬度升高，韌性塑性下降。當(dāng)碳量達到0.77%時，其性能就是珠光體性能，強度硬度較高，塑性較差。在過共析鋼中，在含碳量接近1%時，強度達到