1、铁碳合金相图1一、选择题(50 小题,共 100.0 分) 1 铁素体是碳溶解在（ A）中所形成的间隙固溶体。A-Fe B-Fe C-Fe D-Fe2 在铁碳合金中，共析钢的含碳量为（ B ）。A0.67 B0.77 C0.8 D0.87 3 Fe-Fe3C 相图中，共析线的温度为（D）。A724 B725 C726 D7274 在 Fe-Fe3C 相图中，PSK 线也称为（ B）。A共晶线 B共析线 CA3 线 DAcm 线5 通常铸锭可由三个不同外形的晶粒区所组成，其晶粒区从表面到中心的排列顺序为（ A）。A 细晶粒区柱状晶粒区等轴晶粒区 B细晶粒区等轴晶粒区柱状晶粒区C 等轴晶粒区细晶粒
2、区柱状晶粒区D 等轴晶粒区柱状晶粒区细晶粒区6 在铁碳合金中，当含碳量超过（B ）以后，钢的硬度虽然在继续增加，但强度却在明显下降。铁碳合金相图2A0.8 B0.9 C1.0 D1.17 珠光体是一种（C ）。A固溶体 B金属化合物 C机械混合物 D单相组织金属8 在 Fe-Fe3C 相图中，共析线也称为（ A ）。AA1 线 BECF 线 CAcm 线 DPSK 线9 在 Fe-Fe3C 相图中，GS 线也称为（ C ）。A共晶线 B共析线 CA3 线 DAcm 线10 在 Fe-Fe3C 相图中，ES 线也称为（ D ）。A共晶线 B共析线 CA3 线 DAcm 线11 莱氏体是一种（ C
3、 ）。A固溶体 B金属化合物 C机械混合物 D单相组织金属12 在 Fe-Fe3C 相图中，钢与铁的分界点的含碳量为（ C ）。A2 B2.06 C2.11 D2.213 过共析钢平衡组织中的二次渗碳体的形状是（ A ）。A.网状 B. 片状 C.块状铁碳合金相图314 奥氏体是碳溶解在（ B ）中所形成的间隙固溶体。A-Fe B-Fe C-Fe D-Fe15 碳的质量分数为 0.40%的铁碳合金，室温下的平衡组织为（ B ）。A. P B. P+F C. P+Fe3C 16 渗碳体是一种（ C ）。A稳定化合物 B不稳定化合物 C介稳定化合物 D易转变化合物17 T10A 钢室温下的平衡组织
4、为（B ）。A. F+ Fe3C B. P+ Fe3CII C.F+P D. P+Fe3C18 在 Fe-Fe3C 合金的退火组织中，含珠光体量最多的合金的碳含量为（B）A、0.02% B、0.77% C、2.11% D、4.3%19 在 Fe-Fe3C 合金中，其平衡组织中含有二次渗碳量最多的合金的含碳量为（D ）A、0.0008% B、0.021% C、0.77% D、2.11%铁碳合金相图420 45 钢在室温下的平衡组织为（ C ）。AF+Fe3C B P+Fe3CII CF+P D P+Fe3C21 下列组织中塑性最好的是（ A ）。A.铁素体 B.珠光体 C.渗碳体22 在下列材料
5、中，应选择（ C ）材料来制造大型曲轴。A.灰口铸铁 B.白口铸铁 C.球墨铸铁 D.可锻铸铁23 亚共析钢完全奥氏体化的温度应该在（D ）以上。 A. Ar1 B. AC1 C. Ar3 D. AC324 普通钢、优质钢及高级优质钢在化学成分上的主要区别是含（B ）量不同。 A.碳 B.硫、磷 C.硅、锰 D.铬、镍25 碳钢与白口铸铁的化学成分分界点是（C ）%C。 A.0.0218(0.02) B.0.77 C.2.11 D.4.3 26 碳含量为 Wc4.3的铁碳合金具有良好的（ D ）A. 可锻性 B. 切削加工性能 C. 可焊性 D. 铸造性能27 以下材料属于低碳钢的是（ B ）
6、 铁碳合金相图5A45Mn B08F CT12A DT0828 生产中常将钢材加热到什么状态进行压力加工？（A ）A奥氏体 B铁素体 C渗碳体 D珠光体29 铁碳相图中的有益元素是（ A ）A锰和硅 B硫和磷 C稀土和镁 D铜和镍30 下列组织中强度最高的是（B ）。A.铁素体 B.珠光体 C.渗碳体31 下列组织中脆性最大的是（C ）。A.铁素体 B.珠光体 C.渗碳体32 机械制造中，T10 钢常用来制造（ B ）。A.容器； B.刀具； C.轴承； D.齿轮33 以下哪种铸铁的断口呈灰黑色？（D ）A.马口铁； B.白口铸铁； C.麻口铸铁； D.灰铸铁34 在 Fe-Fe3C 和图中，
7、奥氏体冷却到 ES 线时开始析出（ C ）。A.铁素体 B.珠光体 C.二次渗碳体 D.莱氏体铁碳合金相图635 要求高硬度和耐磨性的工具，应选用（B ）的钢。A.低碳成分 B.高碳成分 C.中碳成分36 从可锻铸铁的牌号上可看出它的（ B ）指标。A.强度和硬度 B.强度和塑性 C.硬度和塑性 D.塑性和韧性二、填空题(7 小题,共 14.0 分) 1 在 Fe-Fe3C 相图中，共晶转变温度是（1148），共析转变温度是（727）。2 铸锭可由三个不同外形的晶粒区所组成，即（表层细晶区），（柱状晶区）和心部等轴晶粒区。3 高温莱氏体是（共晶奥氏体）和（共晶渗碳体）组成的机械混合物。4 低温
8、莱氏体是（珠光体）和（共晶渗碳体）组成的机械混合物。5 在 Fe-Fe3C 相图中，共晶点的含碳量为（4.3%），共析点的含碳量为（0.77%）。6 珠光体是（铁素体）和（渗碳体）混合在一起形成的机械混合物。7 碳溶解在（-Fe）中所形成的（固溶体）称为铁素体。铁碳合金相图7三、是非题(43 小题,共 43.0 分) 1 粒状珠光体和片状珠光体一样，都只能由过冷奥氏体经共析转变获得。（ 错）2 随着过冷度的增加，过冷奥氏体的珠光体型转变产物越来越细，其强度越来越高。（对 ）3 接近共晶成分的合金，一般铸造性能较好。（对）4 由于白口铸铁中存在过多的渗碳体，其脆性大，所以较少直接使用。（对）5
9、碳的质量分数小于 2.11%的铁碳合金称为钢。（对 ）6 共析钢中碳的质量分数为 0.77%。（对 ）7 珠光体是奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。（错）8 靠近共晶成分的铁碳合金不仅熔点低，而且凝固温度区间也较小，故具有良好的铸造性，这类合金适用于铸造。（对）9 由于奥氏体组织具有强度低、塑性好，便于塑性变形加工的特点，因此，钢材轧制和锻造多选用在单一奥氏体组织温度范围内。（对 ）10 由于共析转变前后相的晶体构造、晶格的致密度不同，所以转变时常伴随着体积的变化，从而引起内应力。（对 ）铁碳合金相图811 共晶转变虽然是液态金属在恒温下转变成另外两种固相的过程，但和结晶有本质的不同，因此不是一
10、个结晶过程。（错）12 在过共析钢中含碳量越多，则其组织中的珠光体量减少，而铁素体量在增多。（错）13 固溶体的强度和硬度比溶剂金属的强度和硬度高。(对)14 石墨在铸铁中是有害无益的。（错）15 碳溶解在 -Fe 中可形成的间隙固溶体称为奥氏体，其溶碳能力在 727时为 0.0218%。（错）16 在铁碳合金相图中，奥氏体在 1148时，溶碳能力可达4.3%。（错）17 在铁碳合金相图中，钢的部分随含碳量的增加，内部组织发生变化，则其塑性和韧性指标随之提高。(错）18 过共晶白口铁缓冷到室温时，其平衡组织由珠光体和莱氏体组成。（错）19 在亚共析钢平衡组织中，含碳量在 0.0218%0.77
11、%范围内增加，则珠光体量增加，而二次渗碳体量在减少。（对）20 亚共晶白口铁缓冷到室温时，其平衡组织由铁素体，二次渗碳体和莱氏体组成。（错）铁碳合金相图921 珠光体是由奥氏体和渗碳体所形成的机械混合物，其平均含碳量为 0.77%。（错）22 过共析钢缓冷到室温时，其平衡组织由铁素体和二次渗碳体组成。（错）23 在铁碳合金相图中，PSK 线是一条水平线（727），该线叫共晶线，通称 A1 线。（错）24 在 Fe-Fe3C 相图中,GS 斜线表示由奥氏体析出二次渗碳体的开始线，称为 A3 线。（错）25 灰铸铁的力学性能特点是抗压不抗拉。（对）26 钢中随着碳质量分数由小到大，渗碳体量逐渐增多
12、，铁素体量逐渐减少，铁碳合金的硬度越来越高，而塑性、韧性越来越低。（对）27 白口铸铁具有高的硬度，所以可用于制作刀具。（错）28 所谓共晶转变，是指一定成分的液态合金，在一定的温度下同时结晶出两种不同固相的转变。（对 ）29 由于灰铸铁中碳和杂质元素含量高，所以力学性能特点是硬而脆。（错）30 碳素工具钢一般具有较高的碳的质量分数。（对 ）铁碳合金相图1031 铸钢比铸铁的力学性能好，但铸造性能差。（对 ）32 优质碳素结构钢主要用于制造机械零件。（错）33 高碳钢的力学性能优于中碳钢，中碳钢的力学性能优于低碳钢。（错）34 球墨铸铁的力学性能比普通灰铸铁低。（错）35 白口铸铁中的碳绝大多
13、数是以渗碳体的形式存在，所以其具有高硬度、抗磨性和低脆性。（错）36 同一化学成分的情况下，铸铁结晶时的冷却速度对石墨化程度影响很大。冷却速度越快，越有利于石墨化。（错）37 铸铁中的碳和硅都是强烈促进石墨化元素，碳、硅含量越高，石墨化程度越充分。（对）38 ZG200-400 表示该铸造碳钢的抗拉强度为 200Mpa、而其抗弯强度为 400Mpa。（ 错 ）39 碳素工具钢都是优质或高级优质钢。（ 对 ）40 各种牌号的碳素工具钢经淬火后的硬度相差不大，但随着碳质量分数的增加，未溶的二次渗碳体增多，钢的硬度、耐磨性就增加，而韧性则降低。（错 ）铁碳合金相图1141 Q235-AF 表示抗拉强
14、度为 235Mpa 的 A 级沸腾钢。（对）42 可锻铸铁是一种可以锻造的铸铁。（ 错）43 由一种成分的固溶体，在一恒定的温度下同时析出两个一定成分的新的不同固相的过程，称为共析转变。（对）一、是非题(60 小题,共 60.0 分) 1 粒状珠光体和片状珠光体一样，都只能由过冷奥氏体经共析转变获得。（错 ）2 随着过冷度的增加，过冷奥氏体的珠光体型转变产物越来越细，其强度越来越高。（对）3 接近共晶成分的合金，一般铸造性能较好。（对 ）4 由于白口铸铁中存在过多的渗碳体，其脆性大，所以较少直接使用。（对）5 碳的质量分数小于 2.11%的铁碳合金称为钢。（ 对）6 共析钢中碳的质量分数为 0
15、.77%。（ 对 ）7 珠光体是奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。（ 错 ）8 靠近共晶成分的铁碳合金不仅熔点低，而且凝固温度区间也较小，故具有良好的铸造性，这类合金适用于铸造。（ 对 ）铁碳合金相图129 由于奥氏体组织具有强度低、塑性好，便于塑性变形加工的特点，因此，钢材轧制和锻造多选用在单一奥氏体组织温度范围内。（对）10 由于共析转变前后相的晶体构造、晶格的致密度不同，所以转变时常伴随着体积的变化，从而引起内应力。（对）11 共晶转变虽然是液态金属在恒温下转变成另外两种固相的过程，但和结晶有本质的不同，因此不是一个结晶过程。（ 错 ）12 在过共析钢中含碳量越多，则其组织中的珠光体量减少
16、，而铁素体量在增多。（错）13 固溶体的强度和硬度比溶剂金属的强度和硬度高。（对）14 石墨在铸铁中是有害无益的。（错）15 碳溶解在 -Fe 中可形成的间隙固溶体称为奥氏体，其溶碳能力在 727时为 0.0218%。（错）16 在铁碳合金相图中，奥氏体在 1148时，溶碳能力可达4.3%。（错）17 在铁碳合金相图中，钢的部分随含碳量的增加，内部组织发生变化，则其塑性和韧性指标随之提高。（错）铁碳合金相图1318 过共晶白口铁缓冷到室温时，其平衡组织由珠光体和莱氏体组成。（错）19 在亚共析钢平衡组织中，含碳量在 0.0218%0.77%范围内增加，则珠光体量增加，而二次渗碳体量在减少。（对
17、）20 亚共晶白口铁缓冷到室温时，其平衡组织由铁素体，二次渗碳体和莱氏体组成。（错）21 珠光体是由奥氏体和渗碳体所形成的机械混合物，其平均含碳量为 0.77%。（错）22 过共析钢缓冷到室温时，其平衡组织由铁素体和二次渗碳体组成。（错）23 在铁碳合金相图中，PSK 线是一条水平线（727），该线叫共晶线，通称 A1 线。（错）24 在 Fe-Fe3C 相图中,GS 斜线表示由奥氏体析出二次渗碳体的开始线，称为 A3 线。（错）25 灰铸铁的力学性能特点是抗压不抗拉。（对 ）26 钢中随着碳质量分数由小到大，渗碳体量逐渐增多，铁素体量逐渐减少，铁碳合金的硬度越来越高，而塑性、韧性越来越低。（
18、对）铁碳合金相图1427 白口铸铁具有高的硬度，所以可用于制作刀具。（ 错 ）28 所谓共晶转变，是指一定成分的液态合金，在一定的温度下同时结晶出两种不同固相的转变。（对）29 由于灰铸铁中碳和杂质元素含量高，所以力学性能特点是硬而脆。（错）30 碳素工具钢一般具有较高的碳的质量分数。（对 ）31 铸钢比铸铁的力学性能好，但铸造性能差。（对 ）32 优质碳素结构钢主要用于制造机械零件。（对）33 高碳钢的力学性能优于中碳钢，中碳钢的力学性能优于低碳钢。（错）34 球墨铸铁的力学性能比普通灰铸铁低。错）35 白口铸铁中的碳绝大多数是以渗碳体的形式存在，所以其具有高硬度、抗磨性和低脆性。（ 错 ）
19、36 同一化学成分的情况下，铸铁结晶时的冷却速度对石墨化程度影响很大。冷却速度越快，越有利于石墨化。（错 ）37 铸铁中的碳和硅都是强烈促进石墨化元素，碳、硅含量越高，石墨化程度越充分。（ 对）铁碳合金相图1538 ZG200-400 表示该铸造碳钢的抗拉强度为 200Mpa、而其抗弯强度为 400Mpa。（ 错 ）39 碳素工具钢都是优质或高级优质钢。（对 ）40 各种牌号的碳素工具钢经淬火后的硬度相差不大，但随着碳质量分数的增加，未溶的二次渗碳体增多，钢的硬度、耐磨性就增加，而韧性则降低。（对）41 Q235-AF 表示抗拉强度为 235Mpa 的 A 级沸腾钢。（对 ）42 可锻铸铁是一
20、种可以锻造的铸铁。（ 错 ）43 由一种成分的固溶体，在一恒定的温度下同时析出两个一定成分的新的不同固相的过程，称为共析转变。（对 ）44 凡合金两组元能满足形成无限固溶体的条件都能形成匀晶相图。（ 错 ）45 二元合金系中两组元只要在液态和固态下能够相互溶解，并能在固态下形成固溶体，其相图就属匀晶相图。（ 错 ）46 奥氏体和铁素体都是碳溶于铁的固溶体。（对 ）47 一般情况下，金属的晶粒越细，力学性能越好。（对）48 金属都能用热处理的方法来强化。（ 错 ）铁碳合金相图1649 固溶体的强度一般比构成它的纯金属高。（对 ）50 金属结晶时冷却速度越大，结晶晶粒越细。（对）51 凡由液体转变
21、为固体的过程都叫结晶。（ 错 ）52 金属在固态下都有同素异构转变。（ 错 ）53 晶体中的原子在空间是有序排列的。（ 对）54 碳溶解在 -Fe 中所形成间隙固溶体称为铁素体，其溶碳能力在 727时为 0.77%。（错）55 在铁碳合金相图中，铁素体在 727时，溶碳能力可达2.11%。（错）56 硫和磷都是钢中的有害杂质，硫能导致钢的冷脆性，而磷能导致钢的热脆性。 （错）57 渗碳体是钢中的一种基本相。（对）58 在铁碳合金相图中，ES 线是碳在奥氏体中的溶解度变化曲线，称 A1 线。（错）59 奥氏体化的共析钢缓慢冷却到室温时，其平衡组织为莱氏体。（错）铁碳合金相图1760 亚共析钢缓冷
22、到室温时，其平衡组织由铁素体和二次渗碳体组成。（错）二、简答题(26 小题,共 163.0 分) (4 分)1 为什么 -Fe 和 - Fe 的比容不同？一块质量一定的铁发生（-Fe -Fe ）转变时，其体积如何变化？因为 -Fe 和 - Fe 原子排列的紧密程度不同，-Fe 的致密度为 74%,- Fe 的致密度为 68%，因此一块质量一定的铁发生（-Fe -Fe ）转变时体积将发生膨胀(4 分)2 已知铁素体的 b=180-230MPa，=30%-50%，HB=50-80；珠光体的 b=770MPa，=20%-35%，HB=180；,试计算 45 钢的硬度,抗拉强度和伸长率。由已知可得 4
23、5 钢中 Qp=58.4%，Q=41.6%混 = Q+ Q 45 钢的 b=b(F)Q+Qpb（P）=23041.6%+77058.4%=545.36MPa =FQ+Qpp= 0.541.6%+0.3558.4%=41.24%HB=HB(F) Q+ QpHB(p)=8041.6%+18058.4%=138.4(8 分)3 试述碳钢的分类及牌号的表示方法。分类：1）按含碳量分类低碳钢：含碳量小于或等于 0.25%的钢，0.010.25%C 0.25%C铁碳合金相图18中碳钢：含碳量为 0.300.55%的钢 0.250.6%C高碳钢：含碳量大于 0.6%的钢 0.61.3%C 0.6%C（2）按
24、质量分类：即含有杂质元素 S、P 的多少分类：普通碳素钢：S0.055% P0.045%优质碳素钢：S、P0.0350.040%高级优质碳素钢：S0.020.03%；P 0.030.035%（3）按用途分类碳素结构钢：用于制造各种工程构件，如桥梁、船舶、建筑构件等，及机器零件，如齿轮、轴、连杆、螺钉、螺母等。碳素工具钢：用于制造各种刀具、量具、模具等，一般为高碳钢，在质量上都是优质钢或高级优质钢。牌号的表示方法：（1）普通碳素结构钢：用 Q+数字表示，“Q”为屈服点，“屈”汉语拼音，数字表示屈服点数值。若牌号后面标注字母 A、B、C、D，则表示钢材质量等级不同， A、B、C、D 质量依次提高，
25、“F”表示沸腾钢，“b”为半镇静钢，不标“F”和“b”的为镇静钢。（2）优质碳素结构钢：铁碳合金相图19牌号是采用两位数字表示的，表示钢中平均含碳量的万分之几。若钢中含锰量较高，须将锰元素标出，（3）碳素工具钢：这类钢的牌号是用“碳”或“T”字后附数字表示。数字表示钢中平均含碳量的千分之几。若为高级优质碳素工具钢，则在钢号最后附以“A”字(4 分)4 分析含碳量为 1.2%的铁碳合金从液态缓冷至室温的结晶过程，画出结晶曲线? LL+AAA+Fe 3C P+ Fe 3C(5 分)5 指出一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体与共析渗碳体的区别？一次渗碳体：由液相中直接析出来的渗碳体称为一
26、次渗碳体。二次渗碳体：从 A 中析出的 Fe3C 称为二次渗碳体。铁碳合金相图20三次渗碳体：从 F 中析出的 Fe3C 称为三次渗碳体 Fe3C 。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(6 分)6 计算 Fe-1.4%C 合金在 700下各个相及其组分数量和成分。含 1.4%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=(2.14-1.4)/(2.14-0.8)*100%=55% WFe3C =1-55%=45%W =（6.69-1.4）/（6.69-0.02）*1
27、00%=79% WFe3C=1-79%=21%(4 分)7 灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、蠕墨铸铁在组织上的根本区别是什么？四种材料的在组织上的根本区别是铸铁中的石墨的形态不同（形状、大小、数量、分布等），灰铸铁的石墨是片状，球墨铸铁的石墨是球状，可锻铸铁的石墨是团状，蠕墨铸铁的石墨是虫状(8 分)8 试述石墨形态对铸铁性能的影响。灰铸铁中石墨呈片状，片状石墨的强度、塑性、韧性几乎为零,存在石墨地方就相当于存在孔洞、微裂纹,它不仅破坏了基体的连续性,铁碳合金相图21减少了基体受力有效面积,而且在石墨片尖端处形成应为集中,使材料形成脆性断裂。石墨片的数量越多,尺寸越粗大,分布越不均匀,铸铁的抗拉强
28、度和塑性就越低。由于灰铸铁的抗压强度、硬度与耐磨性主要取决于基体,石墨存在对其影响不大。故灰铸铁的抗压强度一般是抗拉强度的 3-4 倍。球墨铸铁中石墨呈球状，所以对金属基体的割裂作用较小,使得基体比较连续,在拉伸时引起应力集中的现象明显下降,从而使基体强度利用率从灰铸铁的 30%50%提高到 70%90%,这就使球墨铸铁的抗拉强度、塑性和韧性、疲劳强度不仅高于其它铸铁,而且可以与相应组织的铸钢相比。可锻铸铁中石墨呈团絮状。与灰铸铁相比对金属基体的割裂作用较小,可锻铸铁具有较高的力学性能,尤其是塑性与韧性有明显的提高(8 分)9 化学成分和冷却速度对铸铁石墨化和基体组织有何影响？(1)化学成分1
29、)碳和硅。碳和硅是强烈促进石墨化元素,铸铁中碳和硅的含量越高,就越容易充分进行石墨化。由于共晶成分的铸铁具有最佳的铸造性能。因此,将灰铸铁的碳当量均配制到 4%左右。2)锰。锰是阻止石墨化的元素,但锰与硫化合成硫化锰,减弱了硫的有害作用,结果又间接促进石墨化的作用。故铸铁中有适量的锰是必要的。铁碳合金相图223)硫。硫是强烈阻碍石墨化的元素,它不仅强烈地促使白口化,而且还会降低铸铁的流动性和力学性能,所以硫是有害元素,必须严格控制其含量。(2)冷却速度生产实践证明,在同一成分的铸铁件中,其表面和薄壁部分易出现白口组织,而内部和厚壁处则容易进行石墨化。由此可见,冷却速度对石墨化的影响很大。冷却速
30、度越慢,原子扩散时间充分,也就越有利于石墨化的进行。冷却速度主要决定于浇注温度、铸件壁厚和铸型材料。4)磷。磷是弱促进石墨化的元素,同时能提高铁液的流动性,但磷的含量过高会增加铸铁的脆性,使铸铁在冷却过程中易开裂,、所以也应严格控制其含量(4 分)10 钢按化学成分可分为哪几类？ 钢按化学成分可分为碳素钢和合金钢两大类。其中，碳素钢按含碳量的多少分低碳钢、中碳钢、高碳钢；合金钢按合金元素种类分锰钢、铬钢、硼钢、铬镍钢、硅锰钢，按合金元素含量的多少分低合金钢、中合金钢、高合金钢(10 分)11 指出下列各种钢的类别、符号、数字的含义、主要特点及用途：铁碳合金相图23Q235-AF、20、45、T
31、8、T12AQ235-AF：普通碳素结构钢，屈服强度为 235MPa 的 A 级沸腾钢。45 含碳量为 0.45%的优质碳素结构钢。45 钢经热处理（淬火+高温回火）后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。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。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。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、
32、样板、锉刀、刮刀、精车刀(6 分)12 低碳钢、中碳钢及高碳钢是如何根据含碳量划分的？分别举例说明他们的用途？低碳钢：含碳量小于或等于 0.25%的钢；08、10、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，拖拉机驾驶铁碳合金相图24室等；15、20、25 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。中碳钢：含碳量为 0.300.55%的钢；30、35、40、45、50 钢经热处理（淬火+高温回火）后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
33、件；高碳钢：含碳量大于 0.6%的钢；60、65 钢热处理（淬火+高温回火）后具有高的弹性极限，常用作弹簧。T7、T8、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。T9、T10、T11、用于制造要求中韧性的工具，如钻头、丝锥、车刀、冲模、拉丝模、锯条。T12、T13、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、精车刀等(6 分)13 钢中常存杂质有哪些？对钢的性能有何影响？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
34、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。铁碳合金相图25S：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 10001200压力加工时，由于FeS-Fe 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
35、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。(4 分)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？Wp=93% =(2.14- WC)/(2.14-0.8)*100%=70% WC=0.89%(4 分)15 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？WFe3C =18% =( WC-0.02)/(6.69-0.02)*100% WC=1.22%(4 分)16 某工厂仓库积压了许多碳钢（退火
36、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由于组织为珠光体+铁素体，说明此钢为亚共析钢。铁碳合金相图26W =80%=(0.8-WC)/(0.8-0.02)*100% WC=0.18%(6 分)17 随着含碳量的增加，钢中组织和性能如何变化根据铁碳合金相图的分析，铁碳合金在室温的组织都是由铁素体和渗碳体两相组成。随着含碳量的增加，铁素体的量逐渐减少，而渗碳体的量则有所增加。随着含碳量的变化，不仅铁素体和渗碳体的相对量有变化，而且相互组合的形态也发生变化。 改变含碳量可以很大范围内改变钢的
37、力学性能，含碳量越高，钢的强度和硬度越高，而塑性和韧性越低，钢中的硬脆相（Fe3C）越多。而当含碳量超过 0.8%时，由于网状渗碳体的出现，钢的强度有所降低。 为了保证钢使用具有足够的强度，并具有一定的塑性和韧性，钢中的含碳量一般都不超过 1.4%(6 分)18 根据 Fe-Fe3C 相图，计算：1） 室温下，含碳 0.6% 的钢中珠光体和铁素体各占多少；2）室温下，含碳 1.2% 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。1）Wp=(0.6-0.02)/(0.8-0.02)*100%=74% W=1-74%=26%2）Wp=(6.69-1.2)/
38、(6.69-0.77)*100%=92% WFe3C=1-92%=8%3）WFe3C =(2.11-0.8)/(6.69-0.8)*100%=23%W Fe3C =0.02/6.69*100%=33%(8 分)19 分析含碳量分别为 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. 铁碳合金相图270.80%C:在 12 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。冷却到 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，
39、其成分沿固溶度线 PQ 变化，析出三次渗碳体 Fe C 3 ，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。0.60% C：合金在 12 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 点时，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，其成分为0.02%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
40、次渗碳体，同样 Fe C 3 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 12 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 体，冷却到 3 点，开始从奥氏体中析出二次渗碳体 Fe3C ，Fe3C 沿奥氏体的晶界析出，呈网状分布，3-4 间 Fe3C 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 Fe3C 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 Fe3C。 室温组织为二次渗碳体和珠光体(7 分)
41、20 亚共析钢、共析钢和过共析钢的组织有何特点和异同点。铁碳合金相图28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(8 分)21 何谓碳素钢？何谓白口铁？两者的成分组织和性能有何差别？碳素钢：含有 0.02%2.14%C 的铁碳合金。白口铁：含大于 2.14%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
42、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 0.8%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 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。铁碳合金相图29(9 分)22 简述 Fe-Fe3C 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。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
43、有P 点成分的铁素体和渗碳体的两相混合物. 0.8 727F0.02+Fe3C6.69 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 反应生成具有 J 点成分的固相 A。L0.5+0.1 14950.16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。 L4.3 11482.14+ Fe3C6.69(10 分)23 Fe-Fe3C 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？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
44、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。为选材提供成分依据：F +Fe C 3 相图描述了铁碳合金的组织随含碳量的变化规律，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，根据相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。铁碳合金相图30对于锻造：根据相图可以确定锻造温度。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：F+ Fe C 3 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
45、选择。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(10 分)24 何谓铁素体（F）,奥氏体（A），渗碳体（Fe3C），珠光体（P）,莱氏体（Ld）？它们的结构、组织形态、性能等各有何特点？铁素体（F）：铁素体是碳在 Fe 中形成的间隙固溶体，为体心立方晶格。由于碳在 Fe 中的溶解度很小，它的性能与纯铁相近。塑性、韧性好，强度、硬度低。它在钢中一般呈块状或片状。奥氏体（A）：奥氏体是碳在 Fe 中形成的间隙固溶体，面心立方晶格。因其晶格间隙尺寸较大，故碳在 Fe 中的溶解度较大。有很好的塑性。渗碳体（Fe3C）：铁和碳相互作用形成的具有复杂晶格的间隙化合物。渗碳体具有很高的硬度，但塑性很差，延伸率接近于零。在钢中以片状存在或网络状存在于晶界。在莱氏体中为连续的基体，有时呈鱼骨状。
