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工程材料习题 一、晶向、晶面指数 习题 在立方晶系的单位晶胞上作图表示 (1 1 1)、(1 1 0)、(1 0 0) 晶面和 [1 1 1]、[1 1 0]、[0 0 1]、[1 0 0]、[0 1 0] 晶向。 解 二、Fe-C相图类 提示 Fe-C相图是确定钢热处理、铸造、锻造、焊接加热工艺的依据，应熟练掌握相图的绘制、不同成分钢的冷却相变过程及室温组织。 习题 画出 Fe-Fe3C合金相图 （要求标明B、E、C、F、P、S点的成分及共晶线和共析线的温度），分析含碳量0.4% （0.7%、0.77%、1.0% ）的铁碳合金从液态缓冷到室温时的结晶过程（要利用文字和冷却曲线加以说明），画出室温组织的示意图并利用杠杆定律计算其组织组成物的相对质量分数。 分析 Fe-Fe3C相图看似复杂，但若掌握规律就容易了。相图由包晶相变、共晶相变、共析相变三部分组成。绘制时应先绘制三条水平线、确定水平线的温度及每条线上的三个成分点，然后再连接其余曲线即可。 Fe-C相图含碳量分为亚共析钢（0.0218% ≤ C ＜0.77% ）、共析钢（0.77% C ）和过共析钢（0.77 % ＜C ≤ 2.11%）三大类型，其区别在于有先共析铁素体析出、无先共析铁素体和无二次渗碳体析出、有二次渗碳体析出。 解 1、铁碳相图 Fe-C相图见图1.0，要求各相区、线、字母、温度要准确。 2、共析钢（0.77%C） （1）结晶过程分析 冷却曲线见图2.1。在Fe-C相图中要画出表示合金成分的垂线（图中虚线）；冷却曲线中要标明交点及点的顺序；冷却曲线点的顺序要和相图中垂线一致，恒温转变为水平线。 1点以上：液态； 1-2点：匀晶转变析出奥氏体，L→ γ ； 2-3点：γ降温阶段，无组织变化； 3-3 / 点：奥氏体发生共析转变，转变为珠光体，（P）； 3 / 点到室温，从铁素体中析出少量三次渗碳体Fe3CⅢ。 （2）室温组织 显微组织为珠光体，见图2.2。示意图要表明珠光体为层片状。 （3）质量分数 组织组成物为“铁素体”和“渗碳体”，以 0.77% （合金碳含量）为支点，分别以 0.0008% （铁素体碳含量）和 6.69% （渗碳体碳含量）为端点，计算两者的质量分数分别为： 铁素体 Q α = ( 6.69–0.77 ) / (6.69-0.0008 ) × 100% = 88.5% 渗碳体 Q Fe3C = 100% - 88.5% = 11.5% 3、亚共析钢（0.09% ≤ C ＜ 0.77% ） 亚共析钢按含碳量又分为发生包晶反应（0.09% ＜ C ≤ 0.53%）和不发生包晶反应（0.53% ＜ C ＜0.77%）的两类，分述如下。 3.1 发生包晶反应的亚共析钢 以0.4 % C钢为例 （1）结晶过程分析 冷却曲线见图3.1，要求与共析钢的相同。和共析钢比，有三点不同，多“匀晶转变L → δ、包晶反应 L + δ → γ和从 γ中析出α ”。 1 点以上：液相； 1-2 点：匀晶析出 δ 铁素体，L → δ； 2-2/ 点：δ 铁素体与液相发生包晶转变，生成奥氏体； 2/-3 点：剩余的液相匀晶析出奥氏体， L→ γ； 3-4 点：奥氏体降温阶段，无组织变化； 4-5点：奥氏体晶界上开始析出铁素体，γ → α； 5-5/ 点：剩余奥氏体的成分到达 S 点，共析转变为珠光体； 5/ 点以下：从铁素体中析出很少量的三次渗碳体，α →Fe3CⅢ。 （2）室温组织 为铁素体+珠光体，示意图要表明珠光体为层片状，铁素体为等轴状，见图3.2。 （3）质量分数 组织组成物为 “铁素体”和“珠光体”。以 0.4% （合金碳含量）为支点，分别以0.0008%（铁素体碳含量）和0.77%（珠光体碳含量）为端点，两者的质量分数分别为： QP = (0.4﹣0.0008) /(0.77﹣0.0008) ×100% = 51.9%，Q ( = 100%﹣58.40% = 48.1%。 3.2不发生包晶反应的亚共析钢 以0.7 % C钢为例 （1）结晶过程分析 冷却曲线见图4.1，要求与共析钢的相同。和 ≤ 0.53% C 的亚共析钢比，没有包晶相变；和共析钢比，多“从γ中析出α ”。 1点以上：液相； 1～2点：匀晶转变析出奥氏体，L→ γ ； 2～3 点奥氏体降温阶段，无组织变化； 3～4点：奥氏体晶界上开始析出α铁素体，γ → α； 4～4/ 点：剩余奥氏体的成分到达S点，共析转变为珠光体，； 4/ 点以下：从铁素体中析出很少量的三次渗碳