过共析钢平衡结晶过程
机械工程材料习题答案
第六章 钢的热处理
2、何谓本质细晶粒钢？本质细晶粒钢的奥氏体晶粒是否一定比本质粗晶粒钢的细？
答： wC0.45%碳钢属于低碳钢，室温平衡组织为F+P，其中F和P相对含量分别为：
wF%0.77 0. 77 0.4542%
硬因度此和，伸该长碳率钢等的性硬能度指为标：符合加w合P法%则。 00..747558%
伸长率为：
H 4 5H PV P % H FV F % 1 8 0 5 8 % 8 4 2 % 1 0 4 .4 3 .3 6 1 0 7 .7 6
增加，材料硬度增加、塑性下降，强度在~ wC0.90% 时最高，之后下降。
因此，Rm（ σb）： wC0.20%< wC1.20%< wC0.77% HBW： wC0.20%< wC0.77%< wC1.20% A： wC1.20%< wC0.77%< wC0.20%
4、计算碳含量为wC0.20%的碳钢的在室温时珠光体和铁素体的相对含量。
B 将（ α+β ）II 视为一种组织构成项：
WαI=
W（α+β）II=
61.9-30 61.9-19 30-19 61.9-19
=74.36% =25.64%
WαI= W（α+β）II=
61.9-30 61.9-19 30-19 61.9-19
=74.36% =25.64%
则在（ α+β ）II中含有多少α和多少β相？
2、试述固溶强化、加工硬化和弥散强化的强化原理，并说明三者的区别。
答： 固溶强化：溶质原子溶入后，要引起溶剂金属的晶格产生畸变，进而位错运动时受到阻力增大。 弥散强化：金属化合物本身有很高的硬度，因此合金中以固溶体为基体再有适量的金属间化合物均 匀细小弥散分布时，会提高合金的强度、硬度及耐磨性。这种用金属间化合物来强化合金的方式为 弥散强化。 加工强化：通过产生塑性变形来增大位错密度，从而增大位错运动阻力，引起塑性变形抗力的增加， 提高合金的强度和硬度。 区别：固溶强化和弥散强化都是利用合金的组成相来强化合金，固溶强化是通过产生晶格畸变，使 位错运动阻力增大来强化合金；弥散强化是利用金属化合物本身的高强度和硬度来强化合金；而加 工强化是通过力的作用产生塑性变形，增大位错密度以增大位错运动阻力来强化合金；三者相比， 通过固溶强化得到的强度、硬度最低，但塑性、韧性最好，加工强化得到的强度、硬度最高，但塑 韧性最差，弥散强化介于两者之间。
过共析钢平衡结晶过程
过共析钢平衡结晶过程
共析钢的平衡结晶过程是指在共析钢的平衡相图中，钢中的固相首先开始晶化，并且
在整个过程中不断增长，形成各种形状和尺寸的晶粒。
这个过程具有以下几个主要特征：
1. 共析钢的平衡相图中存在两个平衡相区，分别为A相和F相。
在平衡结晶过程中，这两个相区中的晶粒将逐渐生成并增大。
2. 晶粒的生长速率与温度有关，在较高的温度下生长速率较快，而在较低的温度下
则生长速率较慢。
3. 在温度为共析温度时，合金中的各成分比例是固定的。
这时，所有正在晶化的晶
粒将具有相同的组成，因此它们具有相同的形态和尺寸。
具体来说，在共析钢平衡结晶过程中，首先形成的是具有高浓度的组成的A相晶粒。
这些晶粒可能是沿着基体中的特殊取向的界面结晶，或者是形成在基体中的无取向晶核。
接下来，F相晶粒在A相晶粒周围形成，这些晶粒可能是从基体中或A相晶粒表面形成的。
最终，在A相和F相组织之间形成清晰的界面，并在二者之间交替形成晶粒。
在共析钢的平衡结晶过程中，晶粒的形态和尺寸与温度、时间和合金成分等因素有关。
在增大温度或时间的情况下，晶粒的尺寸会增大，形态会变得更规则。
而当合金成分或成
分比例发生变化时，晶粒的组成和形态也会随之改变。
总之，共析钢的平衡结晶过程是一种复杂的过程，其中各种因素的影响都需要认真考虑。
通过深入研究这个过程，可以更好地了解共析钢的结构和性能，并且为钢的制造和加
工提供指导。
铁碳合金的平衡 结晶过程及组织
47.8%
( WγE = 1-47.8% = 52.2% )
第四节 含碳量对铁碳合 金平衡组织和性能的影响
一、含碳量对平衡组织的影响
随C含量 ，铁碳合金组织变化：
α+Fe3C α+P P P+Fe3CⅡ+Ld’ Ld’
P+Fe3CⅡ Ld’+Fe3CⅠ
C% ，Fe3C
Fe3C的形态及分布：随C
L'd
共晶白口铸铁的室温组织
亚共晶白口铁 2.11%<C%<4.3%
t1 t2
t3
L
L 初
L 共晶+Fe3C即Ld
共晶 转变
初Fe3CⅡ 共晶Fe3CⅡ
共+Fe3C即P 初+Fe3C即P
室温组织 ：
共析 转变
P +Fe3CⅡ+L'd(P+Fe3C+ Fe3CⅡ)
组织：P+ Fe3CⅡ +L’d （L’d →P+Fe3CⅡ +Fe3C ）
共 和析 平钢 衡的 结冷 晶却 过曲 程线
组织：P 组织特征：Fe3C片状分布于F基体上，呈 贝壳状 性能：良好的综合力学性能（具有强度较高 和一定的塑、韧性）
共析钢的室温平衡组织 1000 ×
亚 和共 平析 衡钢 结的 晶冷 过却 程曲
线
亚共析钢 （0.0218% < Wc <0.77%）
L’d
Fe3CІ
过共晶白口铸铁室温组织
三、杠杆定律的应用
1、0.4%C钢
K
组织组成物：α+P
S 0.4 0.77 0.4
Wα
PS
工程材料复习资料
⼯程材料复习资料⼆、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α-Fe中所形成的置换固溶体。
【X】4. 铁素体是碳溶解在γ-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γ-Fe中所形成的间隙固溶体。
【】8. ES线是碳在奥⽒体中的溶解度变化曲线，通称Acm线。
【】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γ-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：L—L+A—A—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。
【】15. 铁素体是碳溶解在α-Fe中所形成的间隙固溶体。
【】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。
【】18. 奥⽒体是碳溶解在α-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。
【】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。
钢铁结晶过程及其平衡组织
1.共析钢的结晶过程及平衡组织图中（1）线的共析钢从高温液态冷却时，与相图中的AC、.AE和.PSK线分别交于1、2、3点。
该合金在1点温度以上全部为液相（L）；缓冷至1点温度时，开始从液相中结晶出奥氏体；缓冷至2点温度时，液相全部结晶为奥氏体；当温度缓冷至3点温度时（727℃）时，奥氏体发生共析转变，生成珠光体组织，用符号P表示，共析转变式为。
这种由一定成分的固相，在一定温度下同时析出紧密相邻的两种或多种不同固相的转变，称为共析转变，发生共析转变的温度称共析温度。
当温度继续下降时，铁素体成分沿PQ线变化，将会有少量的渗碳体（称为Fe3CⅢ）从铁素体中析出，并与共析渗碳体混在一起，这种渗碳体（Fe3CⅢ）在显微镜下难以分辩，故可忽略不计。
因此，共析钢的室温平衡组织为珠光体。
2、亚共析钢的结晶过程及平衡组织以图中（2）合金为例。
冷却时与图中的AC、.AE.、GS和PSK线分别交于1、2、3、4点。
该合金在3点以上的结晶过程与共析钢的结晶过程相似。
当其缓冷至3点时，开始从奥氏体中析出铁素体，并且随温度的降纸，铁素体量不断增多，成分沿GP线变化，奥氏体量逐渐减少；当温度降至4点（727℃）时，剩余奥氏体的含碳量达到共析成分（Wc=0.77%），此时会发生共析转变，生成珠光体。
随后的冷却过程中，也会从铁素体中析出三次渗碳体（Fe3CⅢ），但因量少忽略不计，因此亚共析钢的室温平衡组织为珠光体和铁素体。
必须指出，随亚共析钢含碳量的增加，组织中铁素体量将减少。
图中白亮色部分为铁素体，呈黑色或片层状的为珠光体。
3、过共析钢的结晶过程及平衡组织过共析钢的结晶过程以图中（3）中合金为例。
冷却时与图中AC、.AE、.ES和PSK线分别交于1、2、3、4点。
该合金在3点以上的结晶过程与共析钢的结晶过程相似。
当其缓冷至3点时，开始从奥氏体中析出渗碳体（称此为二次渗碳体Fe3CⅡ），随温度的降低，二次渗碳体量逐渐增多，而剩余奥氏体中的含碳量沿ES线变化，当温度降至4点（727℃）时，奥氏体的含碳量达到共析成分（Wc=0.77%），此时会发生共析转变，生成珠光体。
二元相图-题库(14学)
名词解释1.匀晶转变：2.包晶转变：3.平衡凝固：4.伪共晶：5.非平衡共晶：6.共晶转变：7.偏晶转变：8.共析反应：9.包析转变：10.熔晶转变11.合晶转变：12.一次相或初生相；13.二次相或次生相14.扩散退火：15.离异共晶：16.钢17.铸铁18.奥氏体:19.莱氏体：20.珠光体：21.三次渗碳体22.调幅分解23.成分过冷24.枝晶偏析25.正偏析26.宏观偏析概念辨析题1、共晶转变与共析转变2、奥氏体与铁素体的异同点：3、二次渗碳体与共析渗碳体的异同点。
4、稳定化合物与不稳定化合物5、均匀形核与非均匀形核6、平衡凝固与非平衡凝固7、光滑界面与粗糙界面8、钢与铸铁9、热过冷与成分过冷10、一次相与二次相11、伪共晶与离异共晶12、正偏析与反偏析相图题一、相图题(20分)1．画出Fe-Fe 3C 相图，填出各区的组织组成物。
(6分)2．分析含碳O.65％的铁碳合金的平衡结晶过程，画出其冷却曲线和室温时的显微组织示意图。
(8分)3．用杠杆定律计算该合金在室温时的组织组成物和相组成物的量。
(6分)C e F -e F 3相图为二、相图题(22分)1_画出 相图，填出各区域的组织组成物。
(6分) 2．分析含碳0.4％的铁碳合金的平衡结晶过程，画出其冷却曲线和室温时的显微组织示 意图。
(8分)3．用杠杆定律计算该合金在室温时的组织组成物和相组成物的量。
(8分)C e F -e F 3三、相图题(25分)1．画出相图，标出重要点的温度与含碳量，填出各区域的组织组成物。
(7分) 2．分析含碳3.5％的铁碳合金的平衡凝固过程，画出其冷却曲线和室温时的显微组织示意图。
(10分)3．用杠杆定律计算该合金在室温时的组织组成物和相组成物的量。
(8分)四、相图题1、Fe—Fe3C相图，结晶过程分析及计算1）分析含碳0.53～0.77％的铁碳合金的结晶过程，并画出结晶示意图。
2）计算室温下亚共析钢（含碳量为x）的组织组成物的相对量。
铁碳合金相图及结晶组织变化
铁碳合金相图及结晶组织变化铁碳合金的组元和相一、基本概念铁碳合金：碳钢和铸铁的统称，都是以铁和碳为基本组元的合金碳钢：含碳量为0.0218%〜2.11%的铁碳合金铸铁：含碳量大于2.11%的铁碳合金铁碳合金相图：研究铁碳合金的工具，是研究碳钢和铸铁成分、温度、组织和性能之间关系的理论基础，也是制定各种热加工工艺的依据。
注：由于含碳量大于Fe3C的含碳量（6.69% ）时，合金太脆，无实用价值，因此所讨论的铁碳合金相图实际上是F e-Fe3C二、组元1. 纯铁纯铁指的是室温下的a-Fe,强度、硬度低，塑性、韧性好。
2. 碳碳是非金属元素，自然界存在的游离的碳有金刚石和石墨，它们是同素异构体。
3. 碳在铁碳合金中的存在形式有三种：C与Fe形成金属化合物，即渗碳体；C以游离态的石墨存在于合金中。
C溶于Fe的不同晶格中形成固溶体；A. 铁素体：C溶于a-Fe中所形成的间隙固溶体，体心立方晶格，用符号“F或“a表示，铁素体是一种强度和硬度低，而塑性和韧性好的相，铁素体在室温下可稳定存在。
B. 奥氏体：C溶于Y-Fe中所形成的间隙固溶体，面心立方晶格，用符号“A”“表示，奥氏体强度低、塑性好，钢材的热加工都在奥氏体相区进行，奥氏体在高温下可稳定存在。
C. C与Fe形成金属化合物：即渗碳体Fe3C , Fe与C组成的金属化合物，Fe与C组成的金属化合物，含碳量为6.69 %。
以“Fe3C或“ Cm符号表示，渗碳体的熔点为1227 C，硬度很高（HB = 800）而脆，塑性几乎等于零。
渗碳体在钢和铸铁中，一般呈片状、网状或球状存在。
它的形状和分布对钢的性能影响很大，是铁碳合金的重要强化相。
碳在a-Fe中溶解度很低，所以常温下碳以渗碳体或石墨的形式存在。
铁碳合金相图的分析1. 铁碳合金相图由三个相图组成：包晶相图、共晶相图和共析相图；2. 相图中有五个单相区：液相L、高温铁素体3、铁素体a奥氏体Y渗碳体Fe3C ;3. 相图中有三条水平线：HJB水平线（1495 C）：包晶线，发生包晶反应，反应产物为奥氏体。
共析钢的结晶过程
共析钢的结晶过程钢的结晶过程是指在钢的冷却过程中，液态钢转变为固态钢的过程，从而形成钢材的晶粒结构。
下面将详细讨论钢的结晶过程。
钢的结晶过程可以分为凝固和晶粒长大两个阶段。
1.凝固阶段：在钢水冷却至共析温度以下时，开始出现凝固现象。
在这个阶段，钢液中的元素开始凝固，并且在凝固过程中形成了有序的晶粒结构。
晶粒是以晶粒核为起始点，由钢液中的溶质原子结合并连接起来形成的。
钢中的元素以固态结点引发钢液凝固，形成固相晶体。
通常情况下，固相晶体多由α相（铁的一种相）和铁碳间化合物（如Fe3C）组成。
这些固相晶体在凝固过程中不断增大，形成晶粒。
在钢的凝固过程中，晶粒的形状是由凝固前的浸泡组织所决定的。
浸泡组织是指在凝固前的高温下由软化处理或烧结所形成的组织。
这个组织类型通常是由锥形晶粒组成，当凝固开始时，这种形状会影响晶粒的生长。
2.晶粒长大阶段：在凝固阶段后，晶粒开始在不断的冷却中长大。
这个阶段的晶粒生长速度和形态变化受原子的扩散和晶格结构的不断调整所影响。
晶粒的形态、大小和取向是钢材性能的重要影响因素。
晶粒大小通常由冷却速度决定，快速冷却会导致细小的晶粒。
细小的晶粒有更多的晶界，晶界可以阻碍晶界扩张和位错运动，因此细小的晶粒通常具有更好的强度和韧性。
晶粒取向是指晶粒的[100]、[110]和[111]等晶向分布。
晶粒取向的不同会影响钢材的各种性能。
例如，[100]取向的钢材具有良好的塑性，而[111]取向的钢材具有良好的力学性能。
总结起来，钢的结晶过程是一个复杂的过程，涉及到原子的凝固和晶粒的长大。
钢材的晶粒结构对其性能具有重要影响，因此在钢材的生产过程中需要控制好结晶过程，以获得优质的钢材。
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往依附在共析渗碳体上，
5
难于分辨。 5
1.2
τ
过共析钢的结晶过程
过共析钢结晶过程的基本反应：
匀晶反应+二次析出反应+共析反应
过共析钢的结晶过程
过共析钢室温的组织： 珠光体P+网状二次渗碳体Fe3C
过共析钢的计算过程
室温下，含1.2%C过共析钢中二次渗碳体 和珠光体两个组织组成物的相对重量百分 比为：
过共析钢的平衡结晶过程
含碳量在0.77%- 2.11%的碳素钢。显微组织有珠光体和先 析渗碳体。该渗碳体沿原奥氏体晶界成网状分布。过共析 钢因含有较多的碳、热处理后可得到很高的强度和硬度。 通常采用不完全淬火，保留一部分未溶解的渗碳体，淬火 后这些渗碳体以粒状分布在马氏体基体内，能提高钢的耐 磨性。这种钢多用作工具钢使用。
2
2冷-3点却间到2为3点氏奥γ与-.-37分奥含5度47析C发素渗碳，出界不点点γⅡ沿氏碳降出生体碳量开二上断间之变E体量到停变中体随始次呈增，S间0为发0.4线043止化析，E冷沿渗网多.2二点，7珠1生S变87，；出但却奥碳状，次，线二%+光共化奥少是珠氏体分奥渗二变F）次体析到eP氏量它光体，布氏碳次化，3渗γFC反Se4体的们体晶并。体体渗。剩，碳点3’应C成三往的界在在含不碳余转体Ⅱ：FPe3CⅡ
过共析钢的计算过程
过共析钢中Fe3C Ⅱ的量随含碳量增加而增 加，当含碳量达到2.11%时，Fe3C Ⅱ量最 大：
谢谢！
二次渗碳体在降温时因含碳量变化从奥氏体中沿晶界析 出，一般都是呈网状，损害材料的强度、塑形和韧性。 由于对性能的影响不利，常可通过正火的工艺来打断二
次渗碳体过网，共以改析善钢性能的。 显微组织
二次渗碳体
珠光体
过共析钢的结晶过程
1 2 3 4
5
1.2
过共析钢的结晶过程
L
1
T,℃
匀合1晶金转液液变体γL相，在的全1-冷部2点却转间变发为生奥