20 44 诚] 呦 llXPtli XPcPri nf % So⏺温组织 由相图(图3-1)可知,成分为 w(Pb=50%)、w(Sn=50%)的Pb-Sn合金(亚共晶合金)以慢速度冷却至室温时发生的结晶过程为:先进行匀晶 转变(L -a ),匀晶转变剩余的液相再进行共晶转变。极慢冷却至室温后 形成的组织为先共晶固溶体 a和共晶组织(a +仇)由于a固溶体的溶解度随温度变化较大,所以先共晶固溶体 a中有点状3 II析出(图3-2)。相组成:先共晶 a相的相对量为:1- (50-19.2) /(61.9-19.2)=72.13% 共晶组织中的a相占全部合金的相对量:45.5%*72.13%=32.82% 共晶组织中的 3相相对量为1-32.82%=67.18%3-4请根据图3.44分析解答下列问题:分析合金1、2的平衡结晶过程,并会岀冷却曲线;说明室温下1、2的相和组织是什么,并计算相和组织的相对含量; 如果希望得到的组织为:共晶组织和 5%的?初,求该合金的成分。解(1) ( 2):合金的冷却曲线如图 3-3所示。⏺图3-3 合金I的冷却曲线其结晶过程为:1以上,合金处于液相;1〜2时,L-a, L和a的成分分别沿液相线和固相线变化,到达 2时,全部凝固完毕;2时,为单相a;2~3时,a — p oil a —僅室温下,I合金由两个相组成,即 a和B相,其相对量为Ma =(0.90-0.20)/(0.90-0.05)*100%=82% Mp =1- Ma =18%I合金的组织为a +P其相对量与组成物相同。II合金的冷却曲线如图 3-4所示。⏺图3-4 合金II的冷却曲线其结晶过程如下:1以上,合金处于均匀的液相;1〜2时,进行匀晶转变 L-B初;2时,两相平衡共存,L0.50== B 0.902~2,时,剩余液相发生共晶反应: L0.50== a 0.20+ B 0.902~3时,发生脱溶转变,a^pn室温下,II合金由两个相组成,即 a相和p相,其相对量为:Ma =(0.90-0.80)/(0.90-0.05)*100%=12% Mp =1- Ma =88%II合金的组织为:P初+ ( a +P共晶;组织组成物的相对量为:mp 初=(0.80-0.50)/(0.90-0.50)*100%=75% m ( a +)共晶=1-mp 初=25%解(3):设合金的成分为 wB=x,由题意知:mp 初=(x-0.50)/(0.90-0.50)*100%=5%所以x=0.52,即该合金成分为 wB=0.52.3-5画出相图,标出相区及各主要点的成分和温度,并回答下列问题:(1) 45、60、T12钢的室温平衡组织分别是什么 ?它们从高温也太平衡 冷却到室温要经过哪些转变?45钢 室温平衡组织: 铁素体 +珠光体P冷却过程:匀晶转变 L0.45 — L0.53+ 8;包晶转变 L0.53 + 5 — y 0,5同素异晶转变 丫0・45 — a + 丫0.共析转变 丫0・77 — ( a +Fe3C)60钢 室温平衡组织:铁素体 +珠光体P冷却过程:匀晶转变 L0.60 — L0.53+ 8包晶转变 L0.53 + 8 — y 0.60同素异晶转变 丫0・60 — a + 丫0.共析转变 丫0・77 — ( a +Fe3C)T12钢 室温平衡组织:珠光体 P +渗碳体Fe3C冷却过程:过共析钢在液态到室温的冷却过程中,首先进行匀晶 转变,形成单相固溶体 Y;当温度到达ES线以下时,过饱和的固溶体 丫中析岀渗碳体(二次渗碳体 Fe3CII ),奥氏体 丫的成分变到共析点S(0.77%C);共析转变 y 0.77 — ( a +F,3形成珠光体 P。(2)画岀纯铁45钢T12钢的室温平衡组织,并标注其中的组织。⏺图3-3 45钢的室温平衡组织(铁素体 +珠光体P)图3-4 T12钢的室温平衡组织(珠光体 P +渗碳体Fe3C)(3)计算室温下45钢T12钢的平衡组织中相组成和组织组成物的相 对量。应用杠杆定律计算45钢中铁素体a和珠光体P的相对量,选择a + 二 相区,共析温度727OC。QP=1-33.9%=66.1%(4 )计算鉄碳合金中二次渗碳体和三次渗碳体最大的相对量。WFe3C n =(2.14-0.8)/(6.69-0.8)*100%=23%W Fe3C 山=0.02/6.69*100%=33%二次渗碳体的最大百分含量为 22.6%,三次渗碳体的最大百分含量为0.33%(5)应用相图解释下列现象:1钢柳丁一般用低碳钢合成;钢柳丁一般要求具有良好的塑性和韧性, 所以钢柳丁一般要求用低碳钢合成。2绑扎物件一般用铁丝(镀锌低碳钢丝) ,而起重机吊重物时却用钢丝绳(60钢65钢70刚等组成);亚共析钢(碳的质量分数在 0.0218%〜0.77%)室温下的组织为铁 素体加珠光体,低碳钢丝(碳的质量分数在 0.0218%〜0.25%)组织中铁素体的比例大,所以低碳钢丝塑性、韧性好,绑扎物件时,易于操作; 而60钢、65钢、70钢等组织中珠光体的量多,所以强度,适于作起重机吊重物用的钢丝绳。3T8钢的强度高于T12钢的强度。强度〉T12钢,因为强度是一个组织敏感量,当含碳量超过 0.9%以后, 二次渗碳体呈网状分布,将珠光体分割开,因此强度下降。3-6现有两种鉄碳合金,其中一种合金的显微组织中珠光体量占 75%,铁素体量占25% ;另一种合金的显微,组织中珠光体量占 92%,二次渗碳体量占8%,这两种合金各属于哪一类合金?其含碳量各为多少? 答:第一种是亚共析钢,含碳量为 0.0218%到0.77%之间,后面一种是过共析钢碳含量为0.77%到2.11%。3-7现有形状 尺寸完全相同的4块平衡状态的鉄碳合金,他们的含碳量 分别为 w(C)=0.2%、w(C)=0.4%、w(C)=1.2%、w(C)=3.5%。根据你 所学的知识,可用那些办法来区别他们?
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li XPcPri nf % So⏺
温组织 由相图(图3-1)可知,成分为 w(Pb=50%)、w(Sn=50%)的Pb-Sn合金
(亚共晶合金)以慢速度冷却至室温时发生的结晶过程为:先进行匀晶 转变(L -a ),匀晶转变剩余的液相再进行共晶转变。极慢冷却至室温后 形成的组织为先共晶固溶体 a和共晶组织(a +仇)由于a固溶体的溶解
度随温度变化较大,所以先共晶固溶体 a中有点状3 II析出(图3-2)。
相组成:先共晶 a相的相对量为:1- (50-19.2) /(61.9-19.2)=72.13% 共晶组织中的a相占全部合金的相对量:45.5%*72.13%=32.82% 共晶组织中的 3相相对量为1-32.82%=67.18%
3-4请根据图3.44分析解答下列问题:
分析合金1、2的平衡结晶过程,并会岀冷却曲线;
说明室温下1、2的相和组织是什么,并计算相和组织的相对含量; 如果希望得到的组织为:共晶组织和 5%的?初,求该合金的成分。
解(1) ( 2):合金的冷却曲线如图 3-3所示。⏺
图3-3 合金I的冷却曲线
其结晶过程为:
1以上,合金处于液相;
1〜2时,L-a, L和a的成分分别沿液相线和固相线变化,到达 2时,
全部凝固完毕;
2时,为单相a;
2~3时,a — p oil a —僅室温下,I合金由两个相组成,即 a和B相,其
相对量为
Ma =(0.90-0.20)/(0.90-0.05)*100%=82% Mp =1- Ma =18%
I合金的组织为a +P其相对量与组成物相同。
II合金的冷却曲线如图 3-4所示。⏺
图3-4 合金II的冷却曲线
其结晶过程如下:
1以上,合金处于均匀的液相;
1〜2时,进行匀晶转变 L-B初;
2时,两相平衡共存,L0.50== B 0.90
2~2,时,剩余液相发生共晶反应: L0.50== a 0.20+ B 0.90
2~3时,发生脱溶转变,a^pn
室温下,II合金由两个相组成,即 a相和p相,其相对量为:
Ma =(0.90-0.80)/(0.90-0.05)*100%=12% Mp =1- Ma =88%
II合金的组织为:P初+ ( a +P共晶;组织组成物的相对量为:
mp 初=(0.80-0.50)/(0.90-0.50)*100%=75% m ( a +)共晶=1-
mp 初=25%
解(3):设合金的成分为 wB=x,由题意知:
mp 初=(x-0.50)/(0.90-0.50)*100%=5%
所以x=0.52,即该合金成分为 wB=0.52.
3-5画出相图,标出相区及各主要点的成分和温度,并回答下列问题:
(1) 45、60、T12钢的室温平衡组织分别是什么 ?它们从高温也太平衡 冷却到室温要经过哪些转变?
45钢 室温平衡组织: 铁素体 +珠光体P
冷却过程:匀晶转变 L0.45 — L0.53+ 8;包晶转变 L0.53 + 5 — y 0,5
同素异晶转变 丫0・45 — a + 丫0.共析转变 丫0・77 — ( a +Fe3C)
60钢 室温平衡组织:铁素体 +珠光体P
冷却过程:匀晶转变 L0.60 — L0.53+ 8包晶转变 L0.53 + 8 — y 0.60
同素异晶转变 丫0・60 — a + 丫0.共析转变 丫0・77 — ( a +Fe3C)
T12钢 室温平衡组织:珠光体 P +渗碳体Fe3C
冷却过程:过共析钢在液态到室温的冷却过程中,首先进行匀晶 转变,形成单相固溶体 Y;当温度到达ES线以下时,过饱和的固溶体 丫
中析岀渗碳体(二次渗碳体 Fe3CII ),奥氏体 丫的成分变到共析点
S(0.77%C);共析转变 y 0.77 — ( a +F,3形成珠光体 P。
(2)画岀纯铁45钢T12钢的室温平衡组织,并标注其中的组织。⏺
图3-3 45钢的室温平衡组织(铁素体 +珠光体P)
图3-4 T12钢的室温平衡组织(珠光体 P +渗碳体Fe3C)
(3)计算室温下45钢T12钢的平衡组织中相组成和组织组成物的相 对量。
应用杠杆定律计算45钢中铁素体a和珠光体P的相对量,选择a + 二 相区,共析温度727OC。
QP=1-33.9%=66.1%
(4 )计算鉄碳合金中二次渗碳体和三次渗碳体最大的相对量。
WFe3C n =(2.14-0.8)/(6.69-0.8)*100%=23%
W Fe3C 山=0.02/6.69*100%=33%
二次渗碳体的最大百分含量为 22.6%,三次渗碳体的最大百分含量为
0.33%
(5)应用相图解释下列现象:
1钢柳丁一般用低碳钢合成;
钢柳丁一般要求具有良好的塑性和韧性, 所以钢柳丁一般要求用低碳钢
合成。
2绑扎物件一般用铁丝(镀锌低碳钢丝) ,而起重机吊重物时却用钢丝
绳(60钢65钢70刚等组成);
亚共析钢(碳的质量分数在 0.0218%〜0.77%)室温下的组织为铁 素体加珠光体,低碳钢丝(碳的质量分数在 0.0218%〜0.25%)组织中
铁素体的比例大,所以低碳钢丝塑性、韧性好,绑扎物件时,易于操作; 而60钢、65钢、70钢等组织中珠光体的量多,所以强度,适于作起重
机吊重物用的钢丝绳。
3T8钢的强度高于T12钢的强度。
强度〉T12钢,因为强度是一个组织敏感量,当含碳量超过 0.9%以后, 二次渗碳体呈网状分布,将珠光体分割开,因此强度下降。
3-6现有两种鉄碳合金,其中一种合金的显微组织中珠光体量占 75%,
铁素体量占25% ;另一种合金的显微,组织中珠光体量占 92%,二次
渗碳体量占8%,这两种合金各属于哪一类合金?其含碳量各为多少? 答:第一种是亚共析钢,含碳量为 0.0218%到0.77%之间,后面一种是
过共析钢碳含量为0.77%到2.11%。
3-7现有形状 尺寸完全相同的4块平衡状态的鉄碳合金,他们的含碳量 分别为 w(C)=0.2%、w(C)=0.4%、w(C)=1.2%、w(C)=3.5%。根据你 所学的知识,可用那些办法来区别他们?
题目解答
答案
答:第一种:根据金相实验铁碳相图来区别它们:含碳量分别为
W(C)=0.2%的鉄碳合金金相中全部是单相的 a相。而含碳量分别为
W(C)=0.4%的鉄碳合金金相由 a相和珠光体(P)相组成;而含碳量分
别为W(C)=1.2%的鉄碳合金金相由珠光体(P)相和二次渗碳体组成; 而含碳量分别为 w(C)=3.5%的鉄碳合金金相主要由变态莱氏体(Ld ' 相和一次渗碳体相组成。
第二种:随着含碳量的增加,铁碳合金的硬度随之增加,分别测
试其硬度,按照其硬度大小可得其含碳量的大小。
3-8简述晶粒大小对金属力学性能的影响,并列举几种实际生产中细化 铸造晶粒的方法。
晶粒大小对金属力学性能和工艺性能有很大影响。在一般情况下,晶粒 愈细小,金属的强度、塑性、韧性及抗疲劳能力愈好,所以,细化晶粒 是强化金属材料的最重要途径之一。为了细化铸件晶粒以改善其性能, 常采用以下方法:增加过冷度;进行变质处理(孕育处理) ;振动和搅 拌。
3-9说明金属实际凝固时,铸锭的 3种宏观组织的形成机制。
金属铸锭凝固时,由于表面和中心的结晶条件不同, 其结构是不均匀的,
整个体积中明显的分为三种晶粒状态区域: 细等轴晶区、柱状晶区和粗
等轴晶区。(1)液体金属注入锭模时,由于锭模温度不高,传热快,外 层金属受到激冷,过冷度大,生成大量的晶核。同时模壁也能起非自发 晶核作用。结果,在金属的表层形成一层厚度不大、 晶粒很细的细晶区。
(2)细晶区形成的同时,锭模温度升高,液体金属的冷却速度降低, 过冷度减小,生核速率降低,但此时长大的速度受到的影响较小,结晶 过程进行的方式主要是,优先长大方向与散热最快方向的反方向一致的 晶核向液体内部平行长大,结果形成柱状晶区。 (3)随着柱状晶区的发
展,液体金属的冷却速度很快降低, 过冷度大大减小,温度差不断降低,
趋于均匀化,散热逐渐失去方向性,所以在某个时候,剩余液体中被推 来的杂质及从柱状晶上被冲下来的晶枝碎块, 可能成为晶核,向各个方
向均匀长大,最后形成粗大的等轴晶区。
5-3过冷奥氏体在不同温度等温转变时,可得到哪些转变产物?试列表 比较他们的组织和性能。
根据等温温度不同,其转变产物有珠光体型和贝氏体型两种。
高温转变
Ac1〜650 C珠光体P粗片状铁素体与渗碳体混合物 HRC<25 ;
650〜600 C索氏体S 600倍光学金相显微镜下才能分辨的细片状 珠光体HRC为25〜35;
600〜550C托氏体T在光学金相显微镜下已无法分辨的极细片
状珠光体 HRC为35〜40;
中温转变
550〜350C 上贝氏体 B上羽毛状组织 HRC40〜45;