7 第七章合金与相图.docx
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7第七章合金与相图
第七章二元合金的相结构与结晶
(一)填空题
1合金的定义是
2.合金中的组元是指 。
3.固溶体的定义是
4.Cr、V在γ-Fe中将形成 固溶体。
C、N则形成 固溶体。
5.和间隙原子相比,置换原子的固溶强化效果要 些。
6.当固溶体合金结晶后出现枝晶偏析时,先结晶出的树枝主轴含有较多的组元。
7.共晶反应的特征是 ,其反应式为
8.匀晶反应的特征是 ,其反应式为
9.共析反应的特征是 ,其反应式为
10.合金固溶体按溶质原子溶入方式可以分为 ,按原子溶入量可以分为 和
11.合金的相结构有 和 两种,前者具有较高的 性能,适合于做 相;后者有较高的 性能,适合于做 相
12.看图4—1,请写出反应式和相区:
ABC ;DEF ;GHI ;
① ;② ;③ ;④ ;⑤ ;⑥ ;
13.相的定义是 ,组织的定义是
14.间隙固溶体的晶体结构与 相同,而间隙相的晶体结构与 不同。
15.根据图4—2填出:
水平线反应式 ;有限固溶体 、无限固溶体 。
液相线 ,固相线 ,固溶线 、
16.接近共晶成分的合金,其 性能较好;但要进行压力加工的合金常选用 的合金。
17.共晶组织的一般形态是 。
18.固溶体合金,在铸造条件下,容易产生_______偏析,用__________方法处理可以消除。
19.AL-CuAL2共晶属于_ _型共晶,AL-Si共晶属于 __型共晶,Pb-Sn共晶属于_ _型共晶。
20.固溶体合金凝固时有效分配系数ke的定义
是_ _。
当凝固速率无限缓慢时,ke趋于_ _;当凝固速率很大时,则ke趋于 __。
21.K0<1的固溶体合金非平衡凝固的过程中,K0越小,成分偏析越____,提纯效果越_____;而K0>1的固溶体合金非平衡凝固的过程中,K0越大,成分偏析越____,提纯效果越_____。
22.固溶体合金_____凝固时成分最均匀,液相完全混合时固溶体成分偏析(宏观偏析)最___ ,液相完全无混合时固溶体成分偏析最____,液相部分混合时固溶体成分偏析_________。
(二)判断题
1.共晶反应和共析反应的反应相和产物都是相同的。
()
2.铸造合金常选用共晶或接近共晶成分的合金,要进行塑性变形的合金常选用具有单相()
固溶体成分的合金。
()
3.合金的强度与硬度不仅取决于相图类型,还与组织的细密程度有较密切的关。
()
4.置换固溶体可能形成无限固溶体,间隙固溶体只可能是有限固溶体。
()
5.合金中的固溶体一般说塑性较好,而金属化合物的硬度较高。
()
6.共晶反应和共析反应都是在一定浓度和温度下进行的。
()
7.共晶点成分的合金冷却到室温下为单相组织。
()
8.初生晶和次生晶的晶体结构是相同的。
()
9.根据相图,我们不仅能够了解各种合金成分的合金在不同温度下所处的状态及相的相对量,而且还能知道相的大小及其相互配置的情况。
()
10.亚共晶合金的共晶转变温度与共晶合金的共晶转变温度相同。
()
11.过共晶合金发生共晶转变的液相成分与共晶合金成分是一致的。
()
(三)选择题
1.固溶体的晶体结构是()
A.溶剂的晶型B.溶质的晶型C复杂晶型D.其他晶型
2金属化合物的特点是()
A.高塑性B.高韧性C高硬度D.高强度
3.当匀晶合金在较快的冷却条件下结晶时将产生()
A.匀晶偏析B比重偏C.枝晶偏析D.区域偏析
4.当二元合金进行共晶反应时,其相组成是()
A.由单相组成B两相共存C三相共存D.四相组成
5.当共晶成分的合金在刚完成共晶反应后的组织组成物为()
A.α+βB.(α+L)C.(α+β)D.L+α+β
6.具有匀晶型相图的单相固溶体合金()
A.铸造性能好B.锻压性能好C热处理性能好D.切削性能好
7.二元合金中,共晶成分的合金()
A.铸造性能好B锻造性能好C焊接性能好D.热处理性能好
8.共析反应是指()
A.液相→固相Ⅰ+固相ⅡB固相→固相Ⅰ+固相Ⅱ
C.从一个固相内析出另一个固相D从一个液相中析出另一个固相
9.共晶反应是指()
A.液相→固相Ⅰ+固相ⅡB固相→固相Ⅰ+固相Ⅱ
C.从一个固相内析出另一个固相D从一个液相中析出另一个固相
10.固溶体和它的纯金属组元相比()
A.强度高,塑性也高些B强度低,但塑性高些
C强度低,塑性也低些D强度高,但塑性低些
(四)改错题
1.合金是指两种以上金属元素组成的具有金属特性的物质。
2.在均匀固溶体中,由于存在着晶界,所以此固溶体是由不同位向晶粒所构成的多相系。
3.合金元素Cr、Mn、Si在a-Fe和γ—Fe中只能形成间隙式固溶体;而C、N在α—Fe和γ—Fe中则能形成代位式固溶体。
4.置换原子的固溶强化效果比间隙原子的固溶强化效果大,因为置换原子的半径一般比间隙原子大。
5..杠杆定律只能在三相区内使用。
6.合金在结晶过程中析出的初生相和次生相具有不同的晶型和组织形态。
7.任何类型的固溶体的晶体结构为溶质的晶型。
8.金属化合物的硬度较低。
9.当共晶点成分的合金完成共晶反应后的组织组成物是α+β。
(五)问答题
1.对比纯金属与固溶体结晶过程的异同,分析固溶体结晶过程的特点。
2.试述固溶强化,加工强化和弥散强化的强化原理,并说明它们的区别。
3.什么是固溶体和化合物?
它们的特性如何?
4.何谓相图?
相图能说明哪些问题?
实际生产中有何应用价值?
5.何谓杠杆定律?
它在二元合金系中可以解决什么问题?
6.为什么固溶体合金结晶时成分间隔和温度间隔越大则流动性不好,分散缩孔大、偏析严重以及热裂倾向大?
7.试比较共晶反应与共析反应的异同点。
8.有两个形状和尺寸都完全相同的Cu—Ni合金铸件,其中一个铸件的W(Ni)=90%、另一铸件的w(Ni)=50%,铸造后哪一个偏析严重?
为什么?
9请解释下列现象:
(1)电阻丝大多用固溶体合金制造;
(2)大多数铸造合金都选用共晶成分或接近共晶成分;(3)若室温下存在固溶体+化合物两相,不易进行冷变形,往往把它加热至单相固溶体态进行热变形;(4)若要提高具有共晶成分的铸件的性能,往往增加浇注时的过冷度;(5)钢中若含硫量高会产生热脆性。
10.固溶体合金液相完全无混合凝固时,产生成分过冷的临界条件为:
RG=DmC0.001KK−(m为液相线斜率,G为液相实际温度梯度,R为液-固界面移动速度且KO<1)
1)说明能否产生成分过冷的条件。
2)如果外界条件不变,图中C0和C1两合金相比哪个合金产生成分过冷的倾向大?
为什么?
3)成分过冷对固溶体生成形态有何影响?
对于一定成分的合金CO,如何控制外界条件来避免出现粗大的树枝状组织?
11.试说明晶体生长形态与固相界面形貌、前沿液相温度梯度的关系。
12.试说明在正温度梯度下为什么固溶体合金凝固时一定呈树枝状方式
长大,而纯金属却得不到树枝状晶体?
(七)计算题
1.一个二元共晶反应如下:
L(W(B)=75%)→α(W(B)=15%)+β(W(B)=95%)
(1)求w(B)=50%的合金完全凝固时初晶α与共晶(α十β)的重量百分数,以及共晶体中α相与β相的重量百分数;
(2)若已知显微组织中β初晶与(α+β)共晶各占一半,求该合金成分。
2.在固态下互不溶解的某二元合金,从显微镜下观察得到初生组织W(A)=85%,已知共晶成分中W(A)=24%,求该合金的成分。
3.有一种制造发动机汽缸的典型合金,其成分W(Si)=16%—W(A1)=84%。
已知Al—Si相图如图4—4。
试分析:
(1)熔融的液体合金缓慢冷却时,在什么温
度首先析出固相?
冷却到什么温度该合金完全凝固?
(2)试计算该合金在578℃与在570℃时Al在β相中的溶解度?
4.在Fe—Fe3C相图中,试比较E点与P点,S点与C点;ES线与PQ线、GS线与BC线之间含义上的异同。
5.若要配制四个不同成分的Pb—Sn合金30g,其组织要求为(参阅Pb—Sn合金相图);
(1)α相92%和β相8%;
(2)亚共晶合金中,要求共晶体占30%;
(3)过共晶合金中,要求共晶体占70%;
(4)共晶合金。
问分别计算出需要Pb和Sn各多少克?
(八)思考题
1.试判断图4—5中所列相图的正确性,若有错误,请说明原因,并加以改正。
2.按照下面给出的条件,示意画出二元合金的相图,并填出各区域的相组成物和组织组成物。
再根据相图画出合金的硬度与成分的关系曲线。
已知A、B组元在液态时无限互溶,在固态时能形成共晶,共晶成分为W(B)=35%。
A组元在B组元中有限固溶,溶解度在共晶温度时为15%,在室温时为10%;B组元在A组元中不能溶解。
B组元比A组元的硬度高。
第四章铁碳合金
(一)填空题
1.Cr、V在γ-Fe中将形成 固溶体。
C、N则形成 固溶体。
2.渗碳体的晶体结构是 ,按其化学式铁与碳原子的个数比为
3.当一块质量一定的纯铁加热到 温度时,将发生a-Fe向γ-Fe的转变,此时体积将发生 。
4.共析成分的铁碳合金平衡结晶至室温时其相组成物为 ,组织成物为 。
5.在生产中,若要将钢进行轧制或锻压时,必须加热至 相区。
6.当铁碳合金冷却时发生共晶反应的反应式为 ,其反应产物在室温下被称为 。
7.在退火状态的碳素工具钢中,T8钢比T12钢的硬度 ,强度 。
8.当W(C)=0.77%一2.11%间的铁碳合金从高温缓冷至ES线以下时,将从奥氏体中析出 ,其分布特征是 。
9.在铁碳合金中,含三次渗碳体最多的合金成分点为 ,含二次渗碳体最多的合金成分点为 。
10.对某亚共析碳钢进行显微组织观察时,若估计其中铁素体约占10%,其W(C)= ,大致硬度为
11.奥氏体是 在 的固溶体,它的晶体结构是 。
12.铁素体是 在 的固溶体,它的晶体结构是 。
13.渗碳体是 和 的金属间化合物。
14.珠光体是 和 的机械混合物。
15.莱氏体是 和 的机械混合物,而变态莱氏体是 和 的机械混合物。
16.在Fe—Fe3C相图中,有 、 、 、 、 五种渗碳体,它们各自的形态特征是 、 、 、 、 。
17.钢中常存杂质元素有 、 、 、等,其中 、 是有害元素,它们使钢产生 、 。
18.纯铁在不同温度区间的同素异晶体有(写出温度区间) 、 、 。
19.碳钢按相图分为 、 、 ;按W(C)分为(标出W(C)范围) 、 、 。
10.在铁—渗碳体相图中,存在着四条重要的线,请说明冷却通过这些线时所发生的转变并指出生成物。
ECF水平线 、 ;PSK水平线 、 ;ES线 、 ;GS线 、 。
11.标出Fe—Fe3C相图(图4—3)中指定相区的相组成物:
① ,② ,③ ,④ ,⑤ 。
12.铁碳合金的室温显微组织由 和 两种基本相组成。
13.若退火碳钢试样中先共析铁素体面积为41.6%,珠光体的面积为58.4%,则其W(C)= 。
14.若退火碳钢试样中二次渗碳体面积为7.3%,珠光体的面积为92.7%,则其W(C)= 。
15.平衡条件下,W(C)=0.5%的铁碳合金,100%A相的最低温度为 ;730℃A相的百分含量为 ,A相的W(C)= ;这时先共析铁素体的百分含量为 。
(二)判断题
1.在铁碳合金中,含二次渗碳体最多的成分点为W(C):
4.3%的合金。
()
2.在铁碳合金中,只有共析成分点的合金在结晶时才能发生共析反应,形成共析组织。
()
3.退火碳钢的塑性与韧性均随W(C)的增高而减小。
而硬度与强度则随W(C)的增高而不断增高。
()
4.在铁碳合金中,渗碳体是一个亚稳相,而石墨才是一个稳定相。
()
5.白口铸铁在高温时可以进行锻造加工。
()
6.因为磷使钢发生热脆,而硫使钢发生冷脆,故硫磷都是钢中的有害元素。
()
7.在室温下,共析钢的平衡组织为奥氏体。
()
8.纯铁加热到912℃时,将发生a-Fe一γ—Fe的转变,体积发生膨胀。
()
9.铁碳合金中,一次渗碳体,二次渗碳体和三次渗碳体具有相同的晶体结构。
()
10.在Fe—Fe3C相图中,共晶反应和共析反应都是在一定浓度和恒温下进行的。
()
11.在Fe—Fe3C相图中,凡发生共晶反应的铁碳合金叫做白口铁;凡发生共析反应的铁碳合金叫做钢。
()
12珠光体是单相组织。
()
13.白口铁是碳以渗碳体形式存在的铁,所以其硬度很高,脆性很大。
()
14.W(C)=1.3%的铁碳合金加热到780℃时得到的组织为奥氏体加二次渗碳体。
()
15.a-Fe是体心立方结构,致密度为68%,所以其最大溶碳量为32%。
()
16.γ-Fe是面心立方晶格,致密为0.74,所以其最大溶碳量为26%。
()
17.钢材的切削加工性随w/(C)增加而变差。
()
18.碳钢进行热压力加工时都要加热到奥氏体区。
()
19.W(C)=1.0%的碳钢比W(C)=0.5%的碳钢硬度高。
()
20.在室温下,w(C)=0.8%的退火碳钢的强度比W(C)=1.2%的退火碳钢高。
()
21.钢铆钉一般用低碳钢制成。
()
22.钳工锯T10、T12钢料时比锯10、20钢费力,且锯条容易磨钝。
()
23.钢适宜于通过压力加工成形,而铸铁适宜于通过铸造成形。
()
24.工业纯铁的W(C)<0.2%。
()
25.工业纯铁的室温平衡组织为铁素体。
()
26.汽车外壳用低碳钢板制造,而理发工具用碳素工具钢制造。
()
27.退火碳钢W(C)=0.9%左右时强度极限最高。
()
28.过共析钢由液态缓冷至室温中所析出的二次渗碳体在组织形态与晶体结构方面均与—次渗碳体不相同。
()
(三)选择题
1.渗碳体属于()
A.间隙固溶体B间隙化合物C间隙相D.正常化合物
2.δ-Fe的晶型是()
A.体心立方B.面心立方C密排六方D简单立方
3.铁素体的机械性能特点是()
A.具有良好的硬度与强度B具有良好的综合机械性能
C具有良好的塑性和韧性D.具有良好的切削性和铸造性
4.W(C)=4.3%碳的铁碳合金具有()。
A.良好的可锻性B良好的铸造性C良好的焊接性D.良好的热处理性
5.建筑用钢筋宜选用()
A.低碳钢B中碳钢C高碳钢D.工具钢
6.装配工使用的锉刀宜选用()
A.低碳钢B.中碳钢C高碳钢D.过共晶白口铁
7.纯铁在912℃以下的晶格类型是()
A.密排六方晶格B面心立方晶格C体心立方晶格D.简单立方晶格
8.三次渗碳体是从()
A.钢液中析出的B.铁素体中析出的C奥氏体中析出的D.珠光体中析出的
9.二次渗碳体是从()
A.钢液中析出的B铁素体中析出的C奥氏体中析出的D.莱氏体中析出的
10.在下述钢铁中,切削性能较好的是()
A.工业纯铁B45C.白口铁D.T12A
(四)改错题
1.合金元素Cr、Mn、Si在a-Fe和γ—Fe中只能形成间隙式固溶体;而C、N在α—Fe和γ—Fe中则能形成代位式固溶体。
2.渗碳体具有复杂的晶格类型,但其Fe与C的原子个数比为6.69。
3.当一块纯铁加热到1538'C温度时,将发生α—Fe向γ-Fe转变,此时体积将收缩。
4.在实际生产中,若要钢的变形抗力小,容易变形,必须加热至δ单相区。
5.在普通退火状态下的工具钢中,T8钢比T12钢的强度和硬度都更高。
6.纯铁在(1394~1538)℃之间为面心立方的a-Fe。
7.按铁碳相图,钢与铁的成分分界点一般是W(C)=4.3%。
8.铁素体和奥氏体都具有良好的综合机械性能。
9.W(C)=4.3%的铁碳合金应具有良好的压力加工性能。
10.制作一把手用锉刀,可选用W(C)=0.1%的铁碳合金。
11.在铁碳合金系中,δ-Fe的晶格类型是复杂斜方结构。
12.工业纯铁平衡结晶过程中,可能获得奥氏体;冷到常温时可能获得珠光体。
(五)问答题
1.根据铁碳相图,说明产生下列现象的原因:
(1)在1100℃,W(C)=0.4%的钢能进行锻造,而W(C)=4.0%的生铁则不能锻造;
(2)含碳量高的白口铸铁可做耐磨零部件;
(3)绑扎物件一般采用低碳钢丝,而起重机吊重物时则采用W(C)=o.60%~0.75%的钢
5
丝绳;
(4)用做汽车挡板的材料与用做锉刀的材料为什么不同。
2.试述铁碳相图在理论和实践中的重要意义,并举例说明之;
3.指出Q235、45、T12A钢的类别、主要特点及用途。
4.一块低碳钢和一块白口铸铁,大小和形状都一样,如何迅速把它们区分开来?
5.纯铁的三个同素异构体各叫什么名称?
晶体结构如何?
试绘出温度-时间曲线,并标明转变临界点温度。
6.试述F、A和Fe3C的晶体结构和性能特点。
7.何谓Fe3CⅠ、Fe3CⅡ、Fe3CⅢ、Fe3C共析和Fe3C共晶?
在显微镜下它们的形态有何特点?
请指出Fe3CⅡ、Fe3CⅢ的最大百分含量的成分点。
8.根据铁碳相图,解释下列现象:
(1)T8钢比40钢的强度、硬度高、塑性、韧性差。
(2)T12钢比T8钢的硬度高,但强度反而低;(3)所有碳钢均可加热至(1000~1100)℃区间热锻成型,而任何白口铸铁在该温度区间,仍然塑性、韧性差,不能热锻成型;(4)制造汽车外壳多用低碳钢,W(C)<0.2%;制造机床主轴、齿轮等多用中碳钢W(C)=0.25~0.6%;而制造车刀、丝锥、锯条等则多采用高碳钢W(C)>0.6%,而W(C)=1.3~2.1%之间的碳钢则基本不用。
(七)计算题
1.分析w(C)=0.2%、w(C)=0.6%、w(C)=o.77%的铁碳合金从液态缓冷至室温时的结晶过程和室温组织,分别计算w(C)=0.2%的铁碳合金在室温下相的相对量和组织相对量。
2.分析w(C)=3.2%、w(C)=4.3%、w(C)=4.7%的铁碳合金从液态缓冷至室温时的结晶过程和室温组织,分别计算W(C)=4.3%的铁碳合金在室温下相的相对量和组织相对量。
3.计算在共析反应温度时,珠光体中铁素体与渗碳体的相对量。
4.分别计算共晶莱氏体在共晶反应温度、共析反应温度和室温时,其组成相的相对量。
5.若已知珠光体的HB≈200,δ≈20%;铁素体的HB≈80,δ≈50%,试计算W(C)=0.45%钢的硬度与延伸率。
6.某工厂仓库里积压了一批退火碳钢钢材,如果取出其中的一根经制样后在金相显微镜下观察,其组织为珠光体十铁素体,若其中铁素体约占视场面积的80%时,问此钢材的W(C)大约是多少?
7.在铁碳相图中,若将ES线近似地当成直线,试求W(C)=1.2%的钢在780℃经充分保温并快冷后的二次渗碳体含量。
8.已知某铁碳合金728℃时有奥氏体75%,渗碳体25%。
求此合金的w(C)和室温时的组织组成物和相组成物的百分比。
9.根据Fe—Fe3C相图。
用杠杆定律求w(C)=0.45%的碳钢在略低于727℃时相组成物
和组织组成物的相对量。
10.利用杠杆定律进行下列各题的计算:
(1)w(C)=0.25%的碳钢退火组织中先共析铁素体和珠光体的相对含量各是多少?
(2)w(C)=0.5%的碳钢退火组织中先共析铁素体和珠光体的相对含量各是多少?
(3)w(C)=1.4%的碳钢退火组织中Fe3C:
和P的相对含量各是多少?
(八)思考题
1.分析w(C)二2.11%(正点)的铁碳合金的平衡结晶过程,并计算其室温组织组成物的相对含量。
根据上述结果判断该铁碳合金是碳钢或是白口铁?
2.有一块厚度为10mm的T8钢试样,置于强烈的脱碳性气氛中于930℃长时间(如4~6h)加热,然后缓冷至室温。
请绘出该试样从表面至心部的显微组织示意图,并解释之。
3.有一块厚度为10mm的10钢试样,置于渗碳气氛中于930℃长时间(如4—6h)保温,然后缓冷至室温。
请绘出该试样从表面至心部的显微组织示意图,并解释之。
三、复习自测题
(一)区别概念
1.铁素体和奥氏体 ;
2.珠光体和莱氏体 ;
3.热脆和冷脆 。
(二)填空题
1.白口铸铁中碳主要以 的形式存在,这种铸铁可以制造
2.在铁碳相图中有几条重要线,请说明这些线上所发生的转变并指出生成物。
ECF线 PSK线 ES线 GS线
3.当一块纯铁加热到 温度时,将发生α-Fe向γ-Fe转变,此时体积将 。
4.在实际生产中,若要钢的变形抗力小,容易变形,必须加热至 相区。
(三)判断题
1.室温下共析钢平衡组织是奥氏体。
()
2.a-Fe比γ-Fe的致密度小,因而可以溶解更多的间隙碳原子。
()
3.铁碳合金中,一次渗碳体、二次渗碳体和三次渗碳体具有相同的晶体结构。
()
4.白口铸铁在高温时可以进行锻造加工。
()
5.纯铁在(1394~1538)℃之间,为体心立方的a-Fe。
()
(四)计算题
1.现有A、B两种铁碳合金。
A的显微组织为珠光体量占75%,铁素体量占25%;B的显微组织为珠光体量占92%,二次渗碳体量占8%。
请计算和说明:
①这两种铁碳合金按显微组织的不同而分属于哪一类钢?
②这两种铁碳合金的含碳量各为多少?
③画出这两种材料在室温下平衡状态时的显微组织示意图,并标出各组织组成物的名称。
2.说明W(C)=2.11%的铁碳合金自液态缓慢冷却至室温的结晶过程,并计算室温时各组织组成物
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- 第七章合金与相图 第七 合金 相图