本单元练习题（铁碳合金） （一）填空题
1、铁碳合金的主要力学性能与碳的质量分数之间的关系规律是：当wc﹤0.9%时，随着碳质量分数的增加，其 强度 、 硬度 增加，而 塑性 、 韧性 降低；当wc>0.9%时，其 强度 、 塑性 、 韧性 降低，而 硬度 增加。
2、铁碳合金在室温下平衡组织组成物的基本相是 铁素体 和 渗碳体 ，随着碳的质量分数的增加，渗碳体 相的相对量增多， 铁素体 相的相对量却减少。
3、珠光体是一种复相组织，它由 铁素体 和 渗碳体 按一定比例组成。珠光体用符号 P 表示。
4、铁碳合金中，共析钢的wc= 0.77 %，室温平衡组织为 P ；亚共析钢的wc=0.0218~0.77%，室温平衡组织为 P+F ；过共析钢的wc= 0.77~2.11 %，室温平衡组织为 P+ Fe3CII 。
5、铁碳合金结晶过程中，从液体中析出的渗碳体称为 一次 渗碳体；从奥氏体中析出的渗碳体称为 二次 渗碳体；从铁素体中析出的渗碳体称为 三次 渗碳体。 （二）判断题
１．高碳钢的性能优于低碳钢。（ × ）
２．铁碳合金的结晶都是在某一恒定温度下进行的。（ × ） ３．纯铁在固态下会发生同素异晶转变。。（ √ ） ４．共析钢是指碳质量分数为0.77%的铁碳合金。（ √ ）
５．一般来说，中碳钢不仅强度、硬度较高，而且塑性、韧性也较好。（ √ ） 6. 碳钢平衡结晶后组织中不会出现有莱氏体组织。（ √ ）
7. 铁素体是碳在α-Fe中的间隙固溶体，碳溶解度不超过0.0218%。（ √ ） 8. 碳钢和白口铸铁是属于铁碳合金。（ √ ）
9. 低碳钢中的珠光体，其碳的质量分数较低；高碳钢中的珠光体，其碳的质量分数较高。（ × ）
10. α-Fe和γ-Fe都是纯铁的同素异晶体。（ √ ） （三）选择题
1．下面所列的组织中，脆性最大的是（ d ）；塑性最好的是（c ）。 (a)Ld (b)P (c)A (d)Fe3C
1
2．在平衡状态下，下列钢的牌号中强度最高的是（ d ）,塑性最好的是（ c ）。 (a)45 钢 (b)65钢 (c)08F钢 (d)T10钢。 3．钢牌号Q235A中的235表示的是（ b ）
（a）抗拉强度值 (b)屈服强度值 (c)疲劳强度值 (d)布氏硬度值。 4．下列叙述错误的是（ b ）。
（a）碳在γ-Fe中的间隙式固溶体称为奥氏体 （b）铁素体在室温下的最大溶解度是0.0218% （c）奥氏体在727℃以上具有良好的塑性 （d）奥氏体的溶碳能力比铁素体强
5．将下列组织按其所能达到的最高碳的质量分数从大到小排列，正确的顺序是（ b ）
（1）P （2）F （3）Fe3C （4）Ld' (5) A
（a）1、2、3、4、5 （b)3、4、1、5、2 （c）3、4、5、1、2 (d)2、3、4、5、1
四、简答题
1．何谓纯铁的同素异晶转变，它有什么重要意义？
答：（1）纯铁在固态下随温度的变化，其晶格类型发生转变，这种现象称为纯铁的同素异晶转变。
（2）意义：它是钢和铸铁进行热处理，从而改变其组织和性能的依据，也是钢铁材料性能多样、用途广泛的主要原因之一。
2．什么叫铁素体、奥氏体、珠光体、渗碳体、莱氏体？它们的性能有何特征？
答：（1）铁素体：碳在α-Fe中的间隙固溶体，具有体心立方晶格。性能特点：塑性、韧性好（δ=30%-50%，AKU=128-160J），而强度、硬度低（σb=180-280MPa，50-80HBS）。
(2)奥氏体：碳在γ－Fe中形成的间隙固溶体。性能特点：具有一定的强度和硬度（σb=400MPa，170-220HBS），塑性和韧性好（δ=40%-50%），高温塑性好。
2
（3）珠光体：共析转变所形成的铁素体与渗碳体的机械混合物。性能特点：力学性能介于铁素体和渗碳体之间，强度较高，硬度适中，塑性和韧性较好（δ=20%-35%，AKU=24-32J，σb=770MPa，180HBS）.
（4）渗碳体：是铁和碳形成的一种具有复杂晶格的金属化合物。性能特点：硬度高，脆性大，塑性极差。
（5）莱氏体：由奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。性能特点：硬度很高，塑性极差。
3．试画出简化的Fe-Fe3C相图，并说明图中点，线的意义，并填出各相区的相和组织组成物。
答：
各点的意义分别是： A:1538℃，0wt%， 纯铁熔点 C: 1148 ℃,4.30%，共晶点 D: 1227 ℃，6.69%，渗碳体熔点
E: 1148 ℃，2.11%，碳在?-Fe中的最大溶解度 F:1148 ℃,6.69%，渗碳体
G:912 ℃，0%，?-Fe→ ?-Fe同素异构转变点 P: 727 ℃，0.0218%，碳在?-Fe中的最大溶解度 S: 727 ℃，0.77%，共析点
Q:600 ℃，0.0057%，600 ℃时碳在?-Fe中的溶解度
3
线的意义为：
AC、CD—液相线，AE、ECF—固相线 ECF—共晶转变线，PSK—共析转变线
4．简述非合金钢含碳量、显微组织与力学性能的关系。
答：碳含量对碳钢力学性能的影响：随着碳含量的增加，钢的硬度始终上升，塑性、韧性始终下降；当碳含量小于0.9%时，随着碳含量的增加强度增加，反之，强度下降。
碳含量对碳钢室温组织的影响：随着碳含量的增加，铁素体的量逐渐减少，珠光体的量逐渐增大，当碳含量增大到0.77%时珠光体的量增大到100%；碳含量继续增加时出现了二次渗碳体，当碳含量超过0.9%时二次渗碳体连接成网，组织为珠光体+二次渗碳体。
5．何谓共析反应和共晶反应？分别写出转变表达式。
答：（1）共析反应：由一定成分的固相，在一定温度下同时析出紧密相连的两种或多种不同固相的转变，称为共析转变。
?S?????P?Fe3C727oC （2）共晶反应：在一定温度下，由一定成分的液相同时结晶出两种或多种固相的转变。
6．简述变态（低温）莱氏体与高温莱氏体的区别？并说明它们的性能特点。 答：含碳量为4.3%的共晶白口铸铁在1147 ℃时发生共晶转变，形成 (A+Fe3C)共晶，称为高温莱氏体(Ld)。变态莱氏体(Ld’)是由高温莱氏体冷却后转变得到的，高温莱氏体中的奥氏体在冷却过程中溶解度降低析出Fe3CII，至727℃时，A转变成P，所以低温莱氏体（Ld’）中具有（P+Fe3C）共晶+Fe3CII及少量的Fe3CIII组成。
性能特点：莱氏体的基体是硬而脆的渗碳体，硬度高，脆性大，强度与塑性都很差，几乎没有什么实用价值，一般铁碳合金中应避免出现莱氏体。
L4.3?????2.11?Fe3C6.691148oC 4
7．试以10钢、45钢、T10钢的平衡组织，分析说明这三个钢的力学性能有何不同？
答：10钢和45钢都是亚共析钢，室温平衡组织都为铁素体+珠光体；T10钢为过共析钢，室温平衡组织是珠光体+二次渗碳体。10、45、T10钢含碳量依次增加，平衡组织中铁素体依次减少，渗碳体依次增加，使这三个钢的强度和硬度依次升高，塑性和韧性依次减小。因此，这三个材料中，塑性与韧性最好的为10钢、强度与硬度最高的是T10钢，45钢则具有中等强度、硬度、塑性、韧性等综合力学性能。
8．非合金钢中常存杂质元素，为什么锰和硅是有益元素，而硫和磷是有害元素？
答：锰和硅在钢中具有脱氧除硫的作用，同时还能提高钢的强度和硬度，因此是有益元素。硫形成FeS夹杂，在晶界处有严重偏析，并与铁形成低熔点的共晶体，使钢在热加工时开裂，形成热脆。磷能够剧烈降低钢的韧性，尤其是低温韧性，因此硫与磷都是有害元素。
9．根据Fe-Fe3C相图，完成下表：
非合金钢牌号 20钢 T8钢 T12钢 温度 770 600 600 显微组织 F+A P P+ Fe3CII 温度 950 770 770 显微组织 A A A+ Fe3CII
10．现有形状和大小一样的两块铁碳合金，一块是低碳钢，另一块是白口铸铁，试问可以用什么方法迅速区分它们？
答：参考：（1）两块金属互相敲击，凹陷较深的是低碳钢。（2）可以用采用硬度检验，硬度高的是白口铸铁，硬度低的是低碳钢。（3）用较大力锤击时，白口铸铁会碎裂，而低碳钢不会碎裂。（4）也可用金相观察区分它们，这个方法比要复杂些。
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11．下列零件与工具，由于管理不善，造成钢材错用，请问使用过程中会出现哪些问题？
（1）把25钢当作T12钢制作成锉刀；
答：25钢室温平衡组织是F+P，组织较软，不能够达到作为锉刀的硬度，错用会使锉刀很快磨损变钝。
（2）把Q235B钢当作45钢制造齿轮；
答：Q235B属于低碳钢，具有较高的塑性韧性，强度硬度较低，不能胜任齿轮要求的高的强度、硬度和耐磨性。错用齿轮会早期失效。
（3）把15钢当作60钢制作成弹簧。
答：弹簧用钢要求有高弹性极限和疲劳强度，要求含碳量在0.6%-0.9%之间，15钢为低碳钢，无法达到其使用性能要求。错用会使弹簧过量变形失去弹性。
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