第四章 铁碳合金
一、选择题
1. 纯铁冷却过程中，在912℃发生（ ）。
（a）吸热现象 （b）放热现象 （c）α-Fe→γ-Fe转变 （d）δ-Fe→γ-Fe转变 2. 纯铁加热过程中，在912℃发生（ ）。
（a）吸热现象 （b）放热现象 （c）γ-Fe→α-Fe转变 （d）δ-Fe→γ-Fe转变
3. 某Fe-C合金在平衡冷却条件下，在800℃开始发生A→F转变，727℃发生A→P转变，可以知道（ ）。
（a）该合金的含碳量 （b）该合金属于过共析合金 （c）该合金含碳量大于0.77% （d）其耐磨性比工业纯铁的低 4. 某Fe-C合金在平衡冷却条件下，在800℃开始发生A→Fe3C转变，727℃发生A→P转变，可以知道（ ）。
（a）该合金属于亚共析合金 （b）该合金属于过共析合金 （c）该合金含碳量小于0.02% （d）其耐磨性比工业纯铁的低
5. 已知某优质碳素钢经完全退火后铁素体的体积分数为52%，其钢号是（ ）。
（a）30 （b）40 （c）45 （d）50
6. 已知某优质碳素钢经完全退火后铁素体的体积分数为33%，其钢号是（ ）。
（a）15 （b）20 （c）25 （d）50
7. 已知某优质碳素钢经完全退火后Fe3CⅡ的体积分数为3.5%，其钢号是（ ）。
（a）30 （b）50 （c）T7 （d）T10 8. 在Fe-C合金中，固态可能存在的相是（ ）。 （a）L、δ、γ、α、Fe3C （b）δ、γ、F、Fe3C （c）δ、γ、α、Fe3C （d）δ、A、α、Fe3C 9. Fe-Fe3C相图上有（ ）恒温转变。
（a）1 （b）2 （c）3 （d）4
10. 某Fe-C合金由液态极其缓慢的冷到室温，发生如下反应：L→γ，γ→γ′+Fe3CⅡ，γ→α+Fe3C，该合金的含碳量范围是（ ）。
（a）<0.77% （b）>0.77%且<2.11% （c）>0.77% （d）>2.1%
11. 某Fe-C合金由液态极其缓慢的冷到室温，组织中有莱氏体，该合金的含碳量范围是（ ）。
（a）>0.77% （b）<2.11% （c）>2.11%且<6.69% （d）>4.3%
12. 某Fe-C合金由液态极其缓慢的冷到室温，其组织为F+P，该合金的含碳量范围是（ ）。
（a）>0.77% （b）<2.11% （c）>0.02%且<0.77% （d）>2.1%
13. 某Fe-C合金由液态极其缓慢的冷到室温，其组织为P，该合金的含碳量范围是（ ）。
（a）>0.77% （b）>0.77%且<2.11% （c）0.77% （d）>2.1%
14. 某Fe-C合金由液态极其缓慢的冷到室温，其组织为P+Fe3CⅡ，该合金的含碳量范围是（ ）。
（a）<0.77% （b）>0.77%且<2.11% （c）0.77% （d）>2.1% 15. 在45钢中加入Mn形成45Mn，Mn起到的作用是（ ）。
（a）只有固溶强化作用 （b）溶强化和提高淬透性 （c）细化晶粒 （d）二次硬化 16. 在钢中加入大量的W和V能（ ）。
（a）降低成本 （b）产生二次硬化效应、提高耐磨性 （c）提高塑性 （d）提高导电性 17. 属于非碳化物形成元素是（ ）。
（a）Mn、Si、V （b）B、Si、P、Cr （c）Si、B、Ni、Co （d）Si、Mn 18. 不能提高钢的淬透性的合金元素是（ ）。
（a）Co （b）Si、Mn （c）Co、Cr （d）V、Si、Ni 19. 40Cr的含碳量约为（ ）。
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（a）0.2% （b）0.4% （c）0.6% （d）0.8% 20. 5CrMnMo的含碳量约为（ ）。
（a）0.2% （b）0.3% （c）0.5% （d）0.7% 21. GCr15的含碳量约为（ ）。
（a）0.6% （b）0.8% （c）1.0% （d）1.5% 22. GCr15的含铬量约为（ ）。
（a）0.6% （b）0.8% （c）1.0% （d）1.5% 23. 经过热处理后耐磨性最好的钢是（ ）
（a）20 （b）W18Cr4V （c）20CrMnTi （d）38CrMoAl 24. 经过热处理后韧性最好的钢是（ ）
（a）T10 （b）W18Cr4V （c）38CrMoAl （d）Cr12 25. 价格最高的钢是（ ）。
（a）T10 （b）W18Cr4V （c）38CrMoAl （d）Cr12 26．属于中碳钢的是（ ）。
（a）T10 （b）W18Cr4V （c）38CrMoAl （d）Cr12 1 b c 2 a d 3 a d 4 b c 5 b b 6 d c 7 d 8 c 9 c 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 b c c c b b b c a b c 21 22 23 24 25 26 二、判断题
1. 描述工业纯铁的组织参数主要是铁素体的晶粒大小和形状。（ ） 2. 由于工业纯铁的强度低，所以无实用价值。（ ） 3. 通过冷变形可以提高工业纯铁的塑性变形能力。（ ） 4. 在退火状态下，随含碳量增加，钢的强度总是提高的。（ ） 5. 在退火状态下，随含碳量增加，钢的硬度总是提高的。（ ） 6. 高碳钢的耐磨性总高于低碳钢的耐磨性。（ ） 7. 钢的耐磨性不仅与成分有关，还与其组织有关。（ ） 8. 当过共析钢中出现网状渗碳体时，其强度和塑性比较高。（ ） 9. 白口铸铁在工业上的应用价值不大。（ ） 10. 在优质钢中，S、P元素总是有害元素。（ ） 1
2 3 4 5 6 7 8 9 10 √ × × × √ × √ × √ √ 三、问答题
1.何谓铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体和变态莱氏体？分别写出它们的符号和性能特点。 答：碳溶解到?-Fe所形成的间隙固溶体称为铁素体，用F表示，其强度低，塑性和韧性高。
碳溶解到?-Fe所形成的间隙固溶体称为奥氏体，用A表示，其强度较低，塑性和韧性高。
碳与铁形成的间隙化合物称为渗碳体，用Fe3C表示，其强度、塑性几乎为0，硬度高，耐磨性高。 ?相和渗碳体所形成的机械混合物称为珠光体，用P表示，其强度高，塑性和韧性较高。 ?相和渗碳体所形成的机械混合物称为莱氏体，用Ld表示，其强度较高，塑性和韧性很差。 莱氏体到727℃以下，?→P后的组织称为室温或变态莱氏体，用Ld′表示，其强度低，塑性和韧性极差。
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2.分析含碳量为?C0.2%，?C0.77%和?C1.20%的碳钢的平衡结晶过程及室温平衡组织，并根据组织分析它们Rm、HBW和A的高低。
答：?C0.2%的平衡结晶过程：L→?，?H+LB→?J，L→?，?→?（F），?→P(?+Fe3C)，?（F）→Fe3CⅢ（通常可忽略）；室温平衡组织：F+P(忽略Fe3CⅢ)。
?C0.77%的平衡结晶过程：L→?，?→P(?+Fe3C)，；室温平衡组织：P
?C1.20%的平衡结晶过程：L→?，?→Fe3CⅡ，?→P(?+Fe3C)；室温平衡组织：P+ Fe3CⅡ
由于F的强度
Fe3C使硬度（HBW）提高，所以，?C0.2%的硬度最低，而?C1.2%的硬度最高，?C0.77%的硬度略低于?C1.2%的硬度。
由于F的塑性最好，所以，?C0.2%的延伸率（A）最大，而?C1.2%的最小。 3.计算碳含量为?C0.2%的碳钢在室温时珠光体和铁素体的相对量。 解：?P=0.2/0.77=26%（忽略F中的碳）
?F=1-?P =74%(忽略Fe3CⅢ)
4.某工厂仓库积压了许多碳钢（退火态），由于管理不善，钢材混杂，经金相分析后发现其中铁素体占（体积分数）60%，珠光体占40%，试确定该钢材的碳含量为多少？并写出其钢号。 解：题意分析：
① 因为是退火态，可以看作是平衡组织，因而可以按杠杆定律进行计算； ② F和P的密度差别不大，因而体积分数=质量分数； ③ 忽略F中的含碳量，而P中的含碳量为0.77%； ④ 钢号有10、15、20、25、?间隔为0.05%。 ?C=40%×0.77%=0.308% 其钢号为30。
5.已知珠光体的硬度=180HBW，A=20%铁素体的硬度=80HBW，A=50%，试计算碳含量为?C0.45%碳钢的硬度和伸长率。
解：题意分析：对F+P或其他聚合性组织，可以近似按线性关系计算强度、硬度和延伸率。
对45钢，?P=0.45/0.77=58%，?,F=42% 45钢的硬度=180×58%+80×42%=138HBW 45钢的延伸率=20%×58%+50%×42%=33%
6.一块低碳钢，一块白口铁，它们的形状、大小一样，请说出有哪些简便的方法把它们区分开来。 答：题意分析：根据低碳钢和白口铁的物理、化学和力学性能的不同点进行区分。
① 铁不钢更容易吸收振动能量（铸铁的消振性），可以用敲击的方法，敲击声音长者为低碳钢，短的为
白口铸铁。
② 测硬度，白口铸铁的硬度比低碳钢的硬度高。
③ 破坏性试验，白口铁容易砸碎，断口平齐，无塑性变形，而低碳钢在断裂前发生较大塑性变形。 7.根据Fe-Fe3C相图，说明下列现象的原因：
（1）低碳钢具有较好的塑性，而高碳钢具有较好的耐磨性； （2）钢中碳含量一般不超过?C1.35%；
（3）钢适宜锻压成型，而铸铁不能锻压，只能铸造成型；
（4）碳含量为?C0.45%的碳钢要加热到1200℃开始锻造，冷却到800℃停止锻造。 答：（1）钢中的C无论是固溶在?相中或形成Fe3C都降低其塑性，提高耐磨性，所以，低碳钢具有较好的塑性，而高碳钢具有较好的耐磨性。
（2）钢中碳含量过高，严重降低其塑性和韧性，由于塑性和韧性的降低，其耐磨性增加不大甚至会降低，所以，含碳量不能过高。
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（3）单相固溶体具有良好的塑性，可以发生较大的塑性变形而不开裂，所以，将钢加热到单相奥氏体区进行锻压成型，不仅变形抗力小，而且不容易开裂；而铸铁在固态下都是两相，其中Fe3C几乎不能变形，其组织几乎不能发生塑性变形，所以，不能用锻压方法成型，只能铸造成型。
（4）钢锻压时需要加热到单相奥氏体区，温度越高，变形抗力越小，越容易变形，但过高的温度容易使奥氏体晶粒长大，甚至局部（晶界处）低熔点杂质可能熔化，如果温度过低，变形抗力增大，甚至进入F+P两相区而显著降低其塑性，所以，加热到1200℃开始锻造，冷却到800℃停止锻造。
8.从流动性、收缩率和偏析倾向考虑，哪种成分的铁碳合金铸造合金性能最好？试分析?C0.45%的碳钢铸造性能如何。
答：熔点低、共晶成分的合金流动性好，结晶温度范围小的合金收缩率小，而纯金属和共晶合金的成分偏析小。所以，钢和接近共晶成分的合金铸造性能好。?C0.45%的碳钢的铸造性能虽然不如共晶合金，但也是比较好的。
9.“高碳钢的质量比低碳钢的质量好”，这种说法对吗?碳钢的质量好坏主要按什么标准确定？为什么？ 答：“高碳钢的质量比低碳钢的质量好”，这种说法不对。因为钢的质量主要根据钢中S、P的质量分数确定质量等级。S、P含量越高，钢中夹杂物数量增加，严重降低钢的塑性和韧性。由于高碳钢本身塑性韧性差，所以，通常对高碳钢的S、P含量要更低些。 10.总结合金元素在钢中的主要作用。 答：（1）固溶强化（主要是Mn、Si和Ni）；（2）细化晶粒（W、Mo、V、Ti等）；（3）形成碳化物提高强度和耐磨性（W、Mo、V、Ti等）；（4）提高淬透性（除Co以外的合金元素）；（5）提高回火稳定性（绝大多数合金元素）；（6）二次硬化和提高红硬性（主要W、Mo、V）。
第五章 钢的热处理
一、选择题
1. 把固态金属材料加热到预定温度，保温一段时间后，以一定的速度冷却，从而改变材料的组织结构和性能的热加工工艺叫做（ ）。
（a）退火 （b）淬火 （c）热处理 （d）热加工 2. 珠光体向奥氏体的转变包括（ ）个阶段。
（a）1 （b）2 （c）3 （d）4
3. 亚共析钢和过共析钢的奥氏体形成过程与共析钢基本相同，当加热温度仅超过Ac1时，原始组织中的珠光体转变为奥氏体，仍保留一部分先共析铁素体或先共析渗碳体，该过程称为（ ）。
（a）完全奥氏体化过程 （b）不完全奥氏体化过程 （c）单相区加热 （d）珠光体转变 4. 在临界温度以下存在且不稳定的、将要发生转变的奥氏体称为（ ）。
（a）奥氏体 （b）残余奥氏体 （c）过冷奥氏体 （d）不稳定奥氏体
5. 钢从奥氏体化状态快速冷却，在较低温度下（低于Ms点）发生的转变称为（ ）。
（a）珠光体转变 （b）马氏体转变 （c）上贝氏体转变 （d）下贝氏体转变
6. 将钢加热到临界温度Ac1以上或以下温度，保温一定时间，然后缓慢冷却（如炉冷、坑冷、灰冷）获得接近平衡组织的热处理工艺，称为（ ）。
（a）正火 （b）退火 （c）淬火 （d）回火
7. 将钢加热到Ac3或Accm以上30～50℃，保温一定时间使之完全奥氏体化后，在空气中冷却（大件也可采用鼓风或喷雾），得到珠光体类型组织的热处理工艺称为（ ）。 （a）正火 （b）退火 （c）淬火 （d）回火 8. 把钢加热到临界温度（Ac1或Ac3以上），保温一定时间使之奥氏体化后快速冷却从而获得马氏体组织的热处理工艺叫做（ ）。
（a）正火 （b）退火 （c）淬火 （d）回火
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9. 在一定的温度下，在不同的活性介质中，向钢的表面同时渗入一种或几种元素，从而改变表面层的化学成分、组织和性能的热处理工艺称为（ ）。
（a）渗碳 （b）渗氮 （c）化学热处理 （d）渗金属 10. 45钢常用的淬火加热温度是（ ）。
（a）727℃ （b）840℃ （c）880℃ （d）912℃ 11. T10钢常用的淬火加热温度是（ ）。
（a）727℃ （b）780℃ （c）850℃ （d）912℃ 12. 45钢常用的淬火冷却介质是（ ）。
（a）空气 （b）油 （c）水 （d）油+水 13. 40Cr钢常用的淬火冷却介质是（ ）。
（a）空气 （b）油 （c）水 （d）盐水
14. 共析碳钢过冷奥氏体最容易发生转变的温度是（ ）。
（a）727℃ （b）650℃ （c）550℃ （d）450℃ 15. 共析碳钢过冷奥氏体发生下贝氏体转变的温度是（ ）。
（a）727℃ （b）550℃ （c）300℃ （d）100℃ 16. 共析碳钢过冷奥氏体发生上贝氏体转变的温度是（ ）。
（a）600℃ （b）550℃ （c）450℃ （d）300℃ 17. 在F、P、S、T组织中，强度由低到高的顺序是（ ）。
（a）T→S→P→F （b）F→S→T→P （c）S→P→T→F （d）F→P→S→T 18. 对同一种钢，S回、T回、M回的强度由高到低的顺序是（ ）。
（a）S回→T回→M回 （b）S回→M回→T回 （c）T回→M回→S回 （d）M回→T回→S回 19. 含碳量为0.2%的钢淬火后得到马氏体，这种马氏体称为（ ）。
（a）孪晶马氏体 （b）位错马氏体 （c）混合马氏体 （d）蝶状马氏体 20. Ms表示（ ）。
（a）马氏体转变结束温度 （b）贝氏体转变开始温度 （c）贝氏体转变结束温度 （d）马氏体转变开始温度 21. 减少高碳钢残余奥氏体量可以采用的方法是（ ）。
（a）提高加热温度 （b）降低加热温度 （c）采用水冷 （d）采用油冷 22. 减少高碳钢残余奥氏体量可以采用的方法是（ ）。
（a）提高加热温度 （b）采用水冷 （c）淬火后立即进行冷处理 （d）采用油冷 23. 经过冷轧后的15钢钢板，要求低硬度和高塑性，应该采用的合适热处理方法是（ ）。
（a）淬火+高温回火 （b）完全退火 （c）高温回火 （d）再结晶退火 24. ZG35的铸造齿轮应该采用的合适退火工艺是（ ）。
（a）完全退火 （b）不完全退火 （c）再结晶退火 （d）球化退火 25. 具有较严重网状碳化物的T12钢应采用的预先热处理工艺是（ ）。
（a）球化退火 （b）完全退火 （c）正火+球化退火 （d）正火+完全退火 26. 具有较严重网状碳化物的GCr15钢应采用的预先热处理工艺是（ ）。
（a）球化退火 （b）正火+完全退火 （c）正火+球化退火 （d）完全退火 27. 某机床变速箱齿轮（模数m=4），要求齿面耐磨，心部强度和轫性要求不高，比较合适的选材和热处理工艺是（ ）。
（a）5CrMnMo，调质处理 （b）20CrMnTi渗碳+淬火+低温回火 （c）45钢感应加热淬火 （d）45钢退火处理
28. 某机床主轴，要求有良好的综合力学性能，轴颈部分要求耐磨（50~55HRC），比较合适的选材和热处理工艺是（ ）。
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