第4章 习题
4-1 分析wC=%、wC=%、wC=%的铁碳合金从液态平衡冷却至室温的转变过程，用冷却曲线和组织示意图说明各阶段的组织，并分别计算室温下的相组成物和组织组成物的含量。 解：在室温下，铁碳合金的平衡相是α-Fe(碳的质量分数是%)和Fe3C(碳的质量分数是%)，故
(1) wC=%的合金在室温时平衡状态下α相和Fe3C相的相对量分别为
wC=%的合金在室温下平衡态下的组织是α-Fe和P，其组织可近似看做和共析转变完时一样，在共析温度下α-Fe碳的成分是%，P的碳的成分为%，故wC=%的合金在室温时组织中P和α的相对量分别为 (2) wC=%的合金在室温时平衡状态下α相和Fe3C相的相对量分别为
wC=%的合金在室温下平衡态下的组织是α-Fe和P，在室温时组织中P和α的相对量为
(3) wC=%的合金在室温时平衡状态下α相和Fe3C相的相对量分别为
wC=%的合金在室温下平衡态下的组织是P和Fe3C，在室温时组织中P的相对量为
4-2 分析wC=%、wC=%的铁碳合金从液态平衡冷却至室温的平衡结晶过程，画出冷却曲线和组织变化示意图，并计算室温下的组织组成物和相组成物的含量。
解：wC=%的铁碳合金在室温平衡相是α-Fe(碳的质量分数是0)和Fe3C(碳的质量分数是%)，故
(1) wC=%的合金在室温时平衡状态下α相和Fe3C相的相对量分别为
因为刚凝固完毕时，初生γ相和Ld中碳的成分分别为%和%，所以刚凝固完毕时初生γ相和Ld的相对量分别为
碳的成分为%的初生γ相从共晶温度冷却到共析温度后，它的成分变为%，在冷却过程中它析出Fe3CII，每份γ相析出Fe3CII的量为
现在初生γ相的量是%，所以到共析温度析出的Fe3C相对于整体的相对量为
因为合金中的初生γ相到共析温度析出Fe3C，初生γ相的相对量减少%，余下的γ相在共析温度都转变为P，所以P的相对量为
(2) wC=%的合金在室温时平衡状态下α相和Fe3C相的相对量分别为
因为刚凝固完毕时，初生FeCI和Ld中碳的成分分别为%和%，所以刚凝固完毕时初生FeCI和Ld的相对量分别为
4-3 计算铁碳合金中二次渗碳体和三次渗碳体最大可能含量。
解：
4-4 分别计算变态莱氏体中共晶渗碳体、二次渗碳体和共析渗碳体的含量。
解：共晶渗碳体含量
4-5 为了区分两种弄混的碳钢，工作人员分别截取了A、B两块试样，加热至850℃保温后以极缓慢的速度冷却至室温，观察金相组织，结果如下：
A试样的先共析铁素体面积为%，珠光体的面积为%。
B试样的二次渗碳体的面积为%，珠光体的面积为%。
设铁素体和渗碳体的密度相同，铁素体中的含碳量为零，试求A、B两种碳钢含碳量。
解：假设A试样中的碳含量为x1
假设B试样中的碳含量为x2
4-6 利用Fe-Fe3C相图说明铁碳合金的成分、组织和性能之间的关系。
答：
一、含碳量—相相对量：C%↑→F%↓，Fe3C%↑
二、含碳量—组织：F→F+P→P→P+Fe3CII→P+Fe3CII+L’d →L’d→L’d+Fe3CII→Fe3C
三、含碳量与力学性能间的关系
1、硬度：取决于相及相对量。随碳含量的增加, 由于硬度高的Fe3C增多, 硬度低的F减少，合金的硬度呈直线关系增大，由全部为F的硬度约80HB增大到全部为Fe3C时的约800HB。
2、强度：C%↑→σ↑磨球—%↑→σ↓（因网状Fe3CII的存在）
3、塑性、韧性：C%↑→塑性↓、韧性↓。
4-7 Fe-Fe3C相图有哪些应用，又有哪些局限性
答：
一、Fe-Fe3C相图的应用
1、在钢铁材料选用方面的应用
建筑结构和各种型钢 需用塑性、韧性好的材料，选用碳含量较低的钢材。
机械零件 需要强度、塑性及韧性都较好的材料，应选用碳含量适中的中碳钢。
工具 要用硬度高和耐磨性好的材料，则选碳含量高的钢种。
纯铁 强度低，不宜用做结构材料，但由于其导磁率高, 矫顽力低，可作软磁材料使用，例如做电磁铁的铁芯等。
白口铸铁 硬度高、脆性大，不能切削加工，也不能锻造，但其耐磨性好，铸造性能优良，
适用于作要求耐磨、不受冲击、形状复杂的铸件，例如拔丝模、冷轧辊、货车轮、犁铧、球磨机的磨球等。
2、在铸造工艺方面的应用
根据Fe-Fe3C相图可以确定合金的浇注温度。浇注温度一般在液相线以上50~100℃。从相图上可看出，纯铁和共晶白口铸铁的铸造性能最好，它们的凝固温度区间最小，因而流动性好，分散缩孔少，可以获得致密的铸件，所以铸铁在生产上总是选在共晶成分附近。在铸钢生产中，碳质量分数在%~%之间，因为这个范围内钢的结晶温度区间较小，铸造性能较好。
3、在热锻、热轧工艺方面的应用
钢处于奥氏体状态时强度较低，塑性较好，因此锻造或轧制选在单相奥氏体区进行。一般始锻、始轧温度控制在固相线以下100~200℃范围内。一般始锻温度为1150~1250℃, 终锻温度为750~850℃。
4、在焊接工艺方面的应用
随着含碳量的增加，可焊性变差，故焊接用钢主要是低碳钢和低合金钢，铸铁主要是修复和焊补。
5、在切削加工方面的应用
一般认为钢的硬度在160~230HBS时，切削加工性能最好。
6、在热处理工艺方面的应用
Fe-Fe3C相图对于制订热处理工艺有着特别重要的意义。一些热处理工艺如退火、正火、淬火的加热温度都是依据Fe-Fe3C相图确定的。
二、Fe-Fe3C相图的局限性
1、Fe-Fe3C相图只反映铁碳二元合金中相的平衡状态，如含有其它元素，相图将发生变化。
2、Fe-Fe3C相图反映的是平衡条件下铁碳合金中相的状态，若冷却或加热速度较快时，其组织转变就不能只用相图来分析了。
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