工程材料复习资料.doc

二、合金相图自主测试二、判断题（本大题共37小题，每小题1分，共37分） 1. 在铁碳合金平衡结晶过程中，只有碳质量分数为4.3的铁碳合金才能发生共晶反应。【X】 2. 合金元素在固态下彼此相互溶解或部分地溶解，而形成成分和性能均匀的固态合金称为金属化合物。【X】 3. 铁素体是碳溶解在-Fe中所形成的置换固溶体。 【X】 4. 铁素体是碳溶解在-Fe中所形成的间隙固溶体。 【X】 5. 渗碳体是一种不稳定化合物，容易分解成铁和石墨。 【X】 6. GS线表示由奥氏体冷却时析出铁素体的开始线，通称Acm线。 【X】 7. 奥氏体是碳溶解在-Fe中所形成的间隙固溶体。 【P】 8. ES线是碳在奥氏体中的溶解度变化曲线，通称Acm线。 【P】9. ES线是碳在奥氏体中的溶解度变化曲线，通称A1线。 【X】 10. 奥氏体是碳溶解在-Fe中所形成的置换固溶体。 【X】 11. 在Fe-Fe3C相图中的ES线是碳在奥氏体中的溶解度变化曲线，通常称为A3线。 【X】 12. 共析钢结晶的过程是：LL+AAP。 【P】 13. GS线表示由奥氏体冷却时析出铁素体的开始线，通称A1线。【X】 14. 铸铁在室温下的相组成物是铁素体和渗碳体。 【P】 15. 铁素体是碳溶解在-Fe中所形成的间隙固溶体。 【P】 16. 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。 【X】 17. 过共析钢缓冷到室温时，其平衡组织由珠光体和二次渗碳体组成。 【P】 18. 奥氏体是碳溶解在-Fe中所形成的间隙固溶体。 【X】 19. ES线表示由奥氏体冷却时析出铁素体的开始线，通称Acm线。 【X】 20. GS线表示由奥氏体冷却时析出铁素体的开始线，通称A3线。【P】 21. 金属化合物的性能特点时硬度高，熔点低、脆性大。 【X】 22. 在亚共析钢平衡组织中，随含碳量的增加，则珠光体量增加，而二次渗碳体量在减少 【X】 23. 合金中各组成元素的原子按一定比例相互作用而生成的一种新的具有金属特性的物质称为固溶体。 【X】 24. 在铁碳合金平衡结晶过程中，只有碳质量分数为0.77的铁碳合金才能发生共析反应。 【X】 25. 在亚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。 【X】 26. 铁碳合金的室温的相组成为铁素体和渗碳体。 【P】 27. 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。 【X】 28. 一个合金的室温组织为+ + (+ )， 它由三相组成。 【X】 29. 亚共析钢的冷却转变过程是：LL+AAA+Fe3CP+ Fe3C 【X】 30. 45钢冷却过程中组织转变是：LL+AAA+FP+ F 【P】 31. 过共析钢结晶的过程是：LL+AAA+Fe3CP+ Fe3C。【P】 32. T12钢冷却过程中组织转变是：LL+AAA+Fe3CP+ Fe3C. 【P】33. 莱氏体的含碳量为6.69。 【X】 34. 珠光体的含碳量为0.77。 【P】 35. 珠光体的含碳量为6.69。 【X】 36. 铁素体是碳在- Fe 中的间隙固溶体。 【X】 37. 亚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。 【X】 三、实验题（本大题共2小题，每小题15分，共30分） 1.实验中观察了20钢、45钢、T8钢金相组织，其金相照片如下，试指出各照片的钢号，并用箭头标明图中各组织名称，分析比较三种钢的力学性能（b、HB、k）。（15分） 答;（1）金相照片对应的钢号及各组织如下图：（2）三种钢的力学性能比较如下：b和HB由大到小依次为：T8，45，20 和k由大到小依次为： 20，45，T82.实验中观察了工业纯铁、45钢、T12钢金相组织，其金相照片如下，试指出各照片的钢号，并用箭头标明图中各组织名称（10分），并计算T12钢中珠光体和Fe3C的相对含量（10分）。 答;（1）金相照片对应的钢号及各组织如下图：（2）计算T12钢中珠光体和Fe3C的相对含量mp=（6.67-1.2）/（6.67-0.77）*100%=93%mFe3C = 1-93%=7%四、简答题（本大题共24小题，每小题10分，共240分） 1.根据铁碳合金相图填表 钢号温度显微组织温度显微组织温度显微组织20700F+P800F+A920A45700F+P750F+A850AT12700P+Fe3C780A+Fe3C920A2.合金中固溶体和金属间化合物在结构和性能上有什么主要差别？ 在结构上：固溶体的晶体结构与溶剂的结构相同，而金属间化合物的晶体结构不同于组成它的任一组元，它是以分子式来表示其组成。 在性能上：形成固溶体和金属间化合物都能强化合金，但固溶体的强度、硬度比金属间化合物低，塑性、韧性比金属间化合物好，也就是固溶体有更好的综合机械性能。3.铁碳合金中基本相有哪几相？ 铁碳合金中基本相有3个：铁素体（F）,奥氏体（A）,渗碳体（Fe3C）4.铁碳合金中基本组织是哪些？并指出哪个是单相组织、哪个是双相混合组织。 铁碳合金中基本组织有6个：F,A,Fe3C,P,Ld,Ld 单相组织有3个：F,A,Fe3C 双相混合组织有3个：P,Ld,Ld5.试写出T12钢冷却时的结晶过程转变表达式，计算该钢在室温下的组织组成物的相对百分含量，并估算此钢的大致硬度。(已知：珠光体的大致硬度是240HB，渗碳体的大致硬度是800HB) （1）结晶过程转变表达式：LL+AAA+ Fe3CP+ Fe3C（2）T12钢室温下组织为：P，Fe3C计算珠光体和二次渗碳体的相对百分含量： mp=（6.67-1.2）/（6.67-0.77）*100%=93% mFe3C = 1-93%=7%（3）此碳钢的大致硬度为：93%*240+7%*800=279.2HB 6.二块钢样，退火后经显微组织分析，其组织组成物的相对含量如下：第一块：珠光体占40%，铁素体60%。第二块：珠光体占95%，二次渗碳体占5%。试问它们的含碳量约为多少？（铁素体含碳量可思略不计）第一块：Wc=40%*0.77%=0.308% 第二块：Wc=95%*0.77%+5%*6.67%=1.08% 7.写出铁碳相图上共晶和共析反应式及反应产物的名称。 共晶反应：LELd(A+Fe3C)。产物名称：高温莱氏体 共析反应：ASP(F+Fe3C)。产物名称：珠光体8.请填写出FeFe3C相图上1-7处的组织。1：L+A； 2：L+Fe3C； 3：A； 4：P+F； 5：P+Fe3C； 6：Ld+P+Fe3C； 7：Ld+Fe3C9.试分析含碳量为0.6%的铁碳含金在室温下相的相对含量和组织相对含量。 （1）室温下组织为：P和F mp=0.6/0.77*100%=78% mF= 1-78%=22% （2）室温下相为： F和Fe3C mF=（6.67-0.6）/6.67*100%=91% mFe3C = 1-91%=9% 10.结合Fe-Fe3C相图指出A1、A3和Acm代表哪个线段，并说明该线段表示的意思。 A1：即PSK线，共析转变线，在这条线上发生共析转变，转变产物为珠光体A3：即GS线，奥氏体冷却时析出铁素体的开始线Acm：即ES线，碳在奥氏体中的溶解度曲线11.试计算退火状态的T10钢珠光体和二次渗碳体的相对含量，并估算此碳钢的大致硬度。（已知：珠光体的大致硬度是240HB，渗碳体的大致硬度是800HB） （1）T10钢室温下组织为：P，Fe3C计算退火状态的T10钢珠光体和二次渗碳体的相对含量： mp=（6.67-1.0）/（6.67-0.77）*100%=96% mFe3C = 1-96%=4%（2）此碳钢的大致硬度为：96%*240+4%*800=262.4HB12.二块钢样，退火后经显微组织分析，其组织组成物的相对含量如下： 第一块：珠光体占30%，铁素体70%； 第二块：珠光体占93%，二次渗碳体占7%。 试问它们的含碳量约为多少？（铁素体中含碳量可忽略不计） 本题答案：（1）第一块：Wc=30%*0.77%=0.23% （2）第二块：Wc=80%*0.77%+20%*6.67%=1.2% 13.一块钢样，退火后经显微组织分析，其组织组成物的相对含量如下：珠光体占40%，铁素体60%。请问它的含碳量约为多少？试写出该钢在冷却过程中的组织转变表达式。（铁素体含碳量可忽略不计） 本题答案：（1）此钢含碳量大约为： Wc=40%*0.77%=0.308% （2）转变表达式：LL+AAA+FP+F 14.根据Fe Fe3C相图计算： 20钢和T12钢室温下组织组成物的相对质量百分比（铁素体含碳量忽略不计）。 本题答案：（1）20钢：室温下组织为：P和F mp=0.2/0.77*100%=21% mF= 1-21%=79%（2）T12钢：室温下组织为：P和Fe3C mp=（6.67-1.2）/（6.67-0.77）*100%=93% mFe3C = 1-93%=7%15.根据Fe Fe3C相图计算： 60钢和T10钢室温下组织组成物的相对质量百分比（10分）（铁素体含碳量忽略不计） （1）60钢：室温下组织为：P和F mp=0.6/0.77*100%=78% mF= 1-78%=22%（2）T10钢：室温下组织为：P和Fe3C mp=（6.67-1.0）/（6.67-0.77）*100%=96% mFe3C = 1-96%=4% 16.45钢退火状态，已知其珠光体硬度240HB，试计算45钢的硬度并估算其强度。 （1）室温下组织为：P和Fmp=0.45/0.77*100%=58% mF= 1-58%=42%（2）此碳钢的大致硬度为：58%*240+42%*80=172.8HB（3）此碳钢的大致强度为：b=3.5172.8=605MPa 17.某退火态的碳钢，经金相分析，其组织为珠光体和二次渗碳体，二次渗碳体约占7.5%，问此钢材含碳量大约是多少？可能是哪种牌号的钢？ （1）此钢含碳量大约为：Wc=92.5%*0.77%+7.5%*6.67%=1.212% （2）可能是T12钢 18.试计算20钢退火态室温下组织相对含量，并估算其硬度。已知：铁素体的硬度80HB, 珠光体的硬度240HB。 20钢：（1）室温下组织为：P和Fmp=0.2/0.77*100%=21% mF= 1-21%=79（2）大此钢致硬度为：21%*240+79%*80=113.6HB 19.铁碳合金室温基本相有哪几相？铁碳合金室温基本组织是哪些？ （1）室温基本相：F和Fe3C （2）室温基本组织：F，P，Fe3C，Ld 20.下图为铁碳合金相图，请回答下列问题：(共10分) 1）相图中液相线为 ，固相线为 。（2分） 2）图中ECF线为 线，成分在EF范围间的合金在 会发生 反应，反应产物叫 。（4分） 3）图中PSK线为 线，成分在PK范围间的合金在 会发生 反应，反应产物叫 。（4分）本题答案：1)ACD，AECF 2)共晶，1148，共晶，高温莱氏体 3)共析，727，共析，珠光体21.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。现要求： 1）作出A-B 合金相图； 2）分析 20% A,45%A,80%A 等合金的结晶过程，并确定室温下的组织组成物和相组成物的相对量。本题答案：（1）（2）结晶过程组织转变表达式20% A合金结晶过程组织转变表达式：LLL+ A45%A合金结晶过程组织转变表达式：LL+(A+) + A80%A合金结晶过程组织转变表达式：L+AA+(A+)20%A合金如图中：合金在1点以上全部为液相，当冷至1点时，开始从液相中析出固溶体，至2点结束，23点之间合金全部由固溶体所组成，但当合金冷到3点以下，由于固溶体的浓度超过了它的溶解度限度，于是从固溶体中析出二次相A，因此最终显微组织：+A mA=（90-80/90）*100%=11% m=1-A%=89%相组成物: +A mA=（90-80/90）*100%=11% m=1-A%=89%45%A合金如图中：合金在1点以上全部为液相，冷至1点时开始从液相中析出固溶体，此时液相线成分沿线BE变化，固相线成分沿BD线变化，当冷至2点时，液相线成分到达E点，发生共晶反应，形成（A+）共晶体，合金自2点冷至室温过程中，自中析出二次相A，因而合金室温组织：A+(A+) 相组成物:A+组织： m（A+）=（70-55）/(70-40）*100%=50% m= 1- m（A+）*70/100*100%=50%70%100%=35%A=1- m（A+）- m=1-50%-35%=15%相：mA=（90-55）/90*100%=50% m=1-A%=50%80%A合金如图中：合金在1点以上全部为液相，冷至1点时开始从液相中析出A，此时液相线成分沿AE线变化，冷至2点时，液相线成分到达点，发生共晶反应，形成(A+)共晶体，因而合金的室温组织：A+ (A+) 相组成物：A+组织：mA=（40-20）/40*100%=50% m(A+)=1-A%=50%相:：A=（90-20）/90*100%=78% =1-A%=22% 22.某合金相图如图所示。 1）试标注空白区域中存在相的名称； 2）指出此相图包括哪几种转变类型； 3）说明合金的平衡结晶过程及室温下的显微组织。 答：1)：L+ : + : +(+) : + 2)匀晶转变；共析转变3)合金在1点以上全部为液相,冷至1点时开始从液相中析出固溶体至2点结束,23点之间合金全部由固溶体所组成,3点以下,开始从固溶体中析出固溶体,冷至4点时合金全部由固溶体所组成,45之间全部由固溶体所组成,冷到5点以下,由于固溶体的浓度超过了它的溶解度限度,从中析出第二相固溶体,最终得到室稳下的显微组织: + 23.有形状、尺寸相同的两个 Cu-Ni 合金铸件，一个含 90% Ni ，另一个含 50% Ni,铸后自然冷却，问哪个铸件的偏析较严重？ 答：含 50% Ni的Cu-Ni 合金铸件偏析较严重。在实际冷却过程中，由于冷速较快，使得先结晶部分含高熔点组元多，后结晶部分含低熔点组元多，因为含 50% Ni的Cu-Ni 合金铸件固相线与液相线范围比含 90% Ni铸件宽，因此它所造成的化学成分不均匀现象要比含 90% Ni的Cu-Ni 合金铸件严重。 24.根据 Fe-Fe3C 相图，说明产生下列现象的原因： 1）含碳量为 1.0% 的钢比含碳量为 0.5% 的钢硬度高； 2）在室温下，含碳 0.8% 的钢其强度比含碳 1.2% 的钢高； 3）在 1100，含碳 0.4% 的钢能进行锻造，含碳 4.0% 的生铁不能锻造； 4）绑轧物件一般用铁丝（镀锌低碳钢丝），而起重机吊重物却用钢丝绳（用 60 、65 、70 、75 等钢制成）； 5）钳工锯 T8 ， T10，T12 等钢料时比锯 10，20 钢费力，锯条容易磨钝； 6）钢适宜于通过压力加工成形，而铸铁适宜于通过铸造成形。 本题答案：1）含碳量为 1.0% 的钢比含碳量为 0.5% 的钢硬度高； 钢中随着含碳量的增加，渗碳体的含量增加，渗碳体是硬脆相，因此含碳量为1.0%的钢比含碳量为0.5%的钢硬度高。 2）在室温下，含碳 0.8% 的钢其强度比含碳 1.2% 的钢高； 因为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，导致强度下降。因此含碳 0.8% 的钢其强度比含碳 1.2% 的钢高。 3）在 1100，含碳 0.4% 的钢能进行锻造，含碳 4.0% 的生铁不能锻造； 在 1100时，含碳 0.4% 的钢的组织为奥氏体，奥氏体的塑性很好，因此适合于锻造；含碳 4.0% 的生铁的组织中含有大量的渗碳体，渗碳体的硬度很高，不适合于锻造。 4）绑轧物件一般用铁丝（镀锌低碳钢丝），而起重机吊重物却用钢丝绳（用 60 、 65 、 70 、 75 等钢制成）； 绑轧物件的性能要求有很好的韧性，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60 、 65 、 70 、 75钢有高的强度和高的弹性极限。这样在吊重物时不会断裂。 5）钳工锯 T8 ，T10，T12 等钢料时比锯 10,20 钢费力，锯条容易磨钝； T8,T10,T12属于碳素工具钢，含碳量为0.8%,1.0%,1.2%,因而钢中渗碳体含量高,钢的硬度较高；而10,20钢为优质碳素结构钢，属于低碳钢，钢的硬度较低，因此钳工锯 T8 ,T10,T12 等钢料时比锯 10,20 钢费力，锯条容易磨钝。 6）钢适宜于通过压力加工成形，而铸铁适宜于通过铸造成形。 答：因为钢的含碳量范围在0.02%2.14%之间，渗碳体含量较少，铁素体含量较多，而铁素体有较好的塑韧性，因而钢适宜于压力加工；而铸铁组织中含有大量以渗碳体为基体的莱氏体，渗碳体是硬脆相，因而铸铁适宜于通过铸造成形。 五、单选题（本大题共19小题，每小题1分，共19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.-Fe 2. 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.-Fe 3. 渗碳体是一种（ B ）。 A.固溶体 B.金属间化合物 C.机械混合物 D.非金属化合物 4. 在Fe-Fe3C平衡相图中，钢与铁的分界点的含碳量为（ C ）。 A.2 B.2.06 C.2.11 D.2.2 5. 莱氏体是一种（ C ）。 A.固溶体 B.金属化合物 C.机械混合物 D.单相组织金属 6. 在Fe-Fe3C相图中，ES线也称为（ D ）。 A.共晶线 B.共析线 C.A3线 D.Acm线 7. 在Fe-Fe3C相图中，GS线也称为（ C ）。 A.共晶线 B.共析线 C.A3线 D.Acm线 8. 在Fe-Fe3C相图中，共析线也称为（ D）。 A.A3线 B.ECF线 C.Acm线 D.A1线 9. 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 10. 在Fe-Fe3C相图中，PSK线也称为（ B ）。 A.共晶线 B.共析线 C.A3线 D.Acm线 11. Fe-Fe3C平衡相图中，共析线的温度为（ D ）。 A.724 B.725 C.726 D.727 12. 在铁碳合金平衡相图中，共析钢的含碳量为（ B ）。 A.0.67 B.0.77 C.0.85 D.0.87 13. 根据Fe-Fe3C平衡相图，含碳量为3.0%的合金平衡冷却至750时的组织为（ C ）。 A.P+Fe3C+LdB.A+Fe3C+LdC.A+Fe3C+Ld D.P+Fe3C+Ld 14. 40钢中，珠光体的含量大约（ C ）。 A.20 B.35 C.50 D.70 15. 固溶体的晶体结构（ A ） A.与溶剂相同 B.与溶质相同 C.为其他晶型 D.都有可能 16. 根据Fe-Fe3C平衡相图，含碳量为3.0%的合金平衡冷却至室温的组织为（ D ） A.P+Fe3C+Ld B.A+Fe3C+Ld C.A+Fe3C+Ld D.P+Fe3C+Ld 17. 根据Fe-Fe3C平衡相图，含碳量为4.3%的合金平衡冷却至室温的组织为（ C ） A.P+Fe3C+Ld B.A+Fe3C+Ld C.Ld D.Ld 18. 共晶成分的铁碳合金发生共晶反应时，其反应式为（ C ） A.L+FA B.AF+Fe3C C. LA+Fe3C D. AP 19. 铁素体的机械性能特点是（ C ） A.强度高、塑性好、硬度低 B.强度低、塑性差、硬度低 C.强度低、塑性好、硬度低 D.强度高、塑性好、硬度低 六、填空题（本大题共13小题，每小题2分，共26分） 1.根据溶质原子在溶剂晶格中分布情况的不同，可将固溶体分为（置换固溶体）和（间隙固溶体）。2.相是指合金中具有相同的（物理和化学性能），并与其他部分以（界面）相分开的均匀一致的组成部分。 3.合金的基本相结构有（ 固溶体 ）和（ 金属间化合物 ）两种类型。 4.珠光体是（ 铁素体 ）和（ 渗碳体 ）混合在一起形成的机械混合物。 5.碳溶解在（ a-Fe ）中所形成的（ 固溶体 ）称为铁素体。 6.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% ）。7.低温莱氏体是（ 珠光体 ）和（ 渗碳体 ）组成的机械混合物。 8.高温莱氏体是（ 奥氏体 ）和（渗碳体 ）组成的机械混合物。 9.在Fe-Fe3C相图中，共晶转变温度是（ 1148 ），共析转变温度是（ 727 ）。 10.碳在奥氏体中的溶解度随温度而变化，在1148时溶解度为（2.11 ），在727时达（ 0.77 ）。 11.填写下列组织的符号：奥氏体（ A ）、铁素体F、渗碳体Fe3C和珠光体（ P ）。 12.奥氏体和渗碳体组成的共晶组织称为（高温莱氏体），其含碳量为（ 4.3 ）。 13.碳在-Fe中的固溶体称为（ 铁素体 ），在-Fe中的固溶体称为（ 奥氏体 ）。