铁碳合金习题（答案）

铁碳合金

一、填空题

1. 在铁碳合金基本组织中， 奥氏体 、 铁素体 和 渗碳体 属于单相组织。

珠光体 和 莱氏体 属于两相组织。

2. 根据溶质原子在溶剂晶格中的分布情况，固溶体有二种基本类型，它们是 置换

固溶体 和 间隙固溶体 。

3. 根据溶质在溶剂中的溶解情况，置换固溶体可分为 无限固溶体 和 有限固溶

体 两种。

4. 铁素体与渗碳体的机械混合物称为 珠光体 ，渗碳体与铁素体片状相间的组织

又称为 片状珠光体 ，在铁素体基体上分布着颗粒状渗碳体的组织又称为 粒状珠光体 。

5. 不同晶体结构的相，机械地混合在一起的组织，叫做 固态机械混合物 ，铁碳

合金中，这样的组织有 珠光体 和 莱氏体 。

6. 在铁碳合金基本组织中， 铁素体 和 奥氏体 属于固溶体； 渗碳体 属于化合物； 珠光体 和 莱氏体 属于机械混合物。 7. 分别填写下列铁碳合金组织的符号：

奥氏体 A ；铁素体 F ；渗碳体 C ；珠光体 P 。

8. 铁和碳形成的金属化合物（Fe3C）称为 渗碳体 、含碳量为 6.69% 。 9. 铁素体在室温时，对碳的溶解度是 0.008 %，在727℃时溶解度是 0.0218 %。 10. 奥氏体对碳的溶解度，在727℃时溶解度是 0.77 %，在1148℃时溶解度是

2.11 %。

11. 含碳量小于 2.11 %的铁碳合金称为钢，钢根据室温显微组织不同，可分为以

下三类：

亚共析钢 钢，显微组织为 铁素体+珠光体 ，含碳量范围 0.0218～0.77 %； 共析钢 钢，显微组织为 珠光体 ，含碳量范围 0.77 %；

过共析钢 钢，显微组织为 珠光体+渗碳体 ，含碳量范围 0.77～2.11 %。 12. 碳在奥氏体中的溶解度随温度而变化，在1148°时溶碳量可达 2.11 %，在

727°时溶碳量可达 0.77 %。

13. 人们常说的碳钢和铸铁即为 铁 、 碳 元素形成的合金。

18

14. 20钢在650℃时的组织为 铁素体+珠光体 ；在1000℃时的组织为 奥氏体 。

1 奥氏体 ，○2 奥氏体+渗15. 下图所示Fe—Fe3C状态图各区的组织，分别是：○

3 铁素体+奥氏体 ，○4 铁素体 ，○5 铁素体+珠碳体（二次渗碳体） ，○

6 珠光体 ，○7 珠光体+渗碳体（二次渗碳体） 。 光体 ，○

二、判断题（对的打“√”，错的打“×”）

1. 机械制造中常用的金属材料以纯金属为主。 2. 组元是指组成合金的相。

（ × ） （ × ） （ √ ）

3. 形成间隙固溶体时，溶剂原子往往远大于溶质原子。

4. 只要两种原子大小相差不多，原子的性质也较近似时，才可以组成置换固溶体。

（ √ ） （ × ） （ × ）

5. 置换固溶体不可能是无限固溶体。

6. 铁素体是固溶体，有固溶强化现象，所以性能为硬而脆。

7. 金属化合物的特点是硬而脆，莱氏体性能也是硬而脆，故莱氏体属于金属化合物。

19

（ × ） （ × ）

8. 珠光体含碳量为6.69%。

9. 珠光体的机械性能介于铁素体和渗碳体之间。

（ √ ） （ √ ） （ × ） （ √ ） （ √ ）

10. 共析转变、共晶转变都是在恒定温度下进行的。

11. Fe—Fe3C相图中，A3温度是随含碳量增加而上升的。 12. Fe—Fe3C状态图中的S点是A1，A3，Acm三线的交点。 13. PSK线是共析转变线。

三、单项选择题

1. 组成合金的元素，在固态下互相溶解形成均匀单一的固相称为 B 。

A．晶体

B．固溶体

C．化合物

D．共晶体

2. 合金中的相结构有 D

A．固溶体、化合物

B．固溶体、机械混合物

D．固溶体、化合物、机械混合物

A 。

C．化合物、机械混合物

3. 合金在固体状态的相结构大致可分为

A．固溶体和化合物 C．化合物和合金

B．固溶体和液溶体 D．化合物和晶体

4. 合金固溶强化的基本原因是 C A．晶格类型发生了改变 B．晶粒变细C．晶格发生畸变 D．同素异构 5. 珠光体是 A

A．片状铁素体和渗碳体的机械混合物B．球状铁素体和渗碳体的机械混合物 C．是片状渗碳体和片状石墨的机械混合物D．A+C 6. 关于Fe3C（渗碳体）描述错误的是 D 。

A．铁与碳形成的稳态化合物称为渗碳体 C．Fe3C的含碳量为6.69%

B．渗碳体通常用C表示 D．渗碳体的硬度极低

7. 碳溶于?－Fe晶格中所形成的间隙固溶体称为 C 。

A．奥氏体

B．渗碳体

C．铁素体

D．珠光体

8. 碳溶于?－Fe的晶格中形成的固溶体称为 B 。

A．铁素体

B．奥氏体

C．渗碳体

D．马氏体

9. 奥氏体是 D 。

A．组织

B．液相

C．化合物

D．固溶体

10. 奥氏体的最大的溶碳量为D

A．0.77%

B．＞1.0%

20

C．1.0% D．2.11%

11. 渗碳体的含碳量为6.69%，按其晶体结构来说，它是一种C 。

A．间隙式固溶体 B．置换式固溶体 C．金属化合物 D．机械混合物

12. 莱氏体的室温组织是由 D 组成的机械混合物。

A．珠光体+铁素体 C．铁素体+渗碳体

B．铁素体+奥氏体 D．珠光体+渗碳体

13. F的溶碳能力在 B 。

A．0.77%～2.11%

B．0.0008%～0.0218% D．0～0.0218%

C．0.0218%～0.77%

14. F的最大溶碳量为 B 。

A．0.0008%

B．0.0218%

C．0.77%

D．2.11%

15. Fe3C的含碳量为 D 。

A．0.77%

B．2.1%

C．4.3%

D．6.69%

16. 渗碳体的性能特点是 C 。

A．硬度低，塑性好

B．硬度高，塑性好 D．硬度低，塑性差

C．硬度高，塑性差

17. 渗碳体的形态有多种，在室温的共析钢组织中呈A 。

A．片状

B．网状

C.条状

D．块状

18. 下列说法错误的是 A 。

A．铁和碳处于液态时可以溶解成均匀的液相

B．渗碳体通常用C表示，其特点是硬度低而塑性和韧性高 C．铁素体和渗碳体组成的混合物称为珠光体

D．铁碳合金相图是用来研究铁碳合金的成分、温度组织之间的关系 19. 由A转变为P是属于 B 。

A．同素异构转变

B．共析转变

C．共晶转变

D．匀晶转变

20. 铁碳合金相图上的727℃线称 A 。

A．共析线

B．固溶线

C．共晶线

。

D．晶格转变线

。

D．晶格转变线

21. 铁碳合金相图上的1148℃线称为C A．共析线

B．固溶线

C．共晶线

22. 在铁碳合金相图上，温度为1148℃，含碳量为4.3%的C点称B

A．共析点 B．共晶点 C．熔点

21

D．晶格转变点

23. 在铁碳合金相图上，温度为727℃，含碳量为0.77%的S点称

A．共析点

B．共晶点

C．熔点

A 。

D．晶格转变点

D 。

24. 在铁碳合金相图上，奥氏体A和珠光体P的分界点的温度为

A．1538℃

B．1148℃

C．912℃

D．727℃

25. 铁碳合金组织的组成物中哪些在室温下不能存在？ A 。

A．A

B．P

C．F

D．Fe3C

26. 在铁碳合金相图上，钢和铸铁的分界点的含碳量为 C

A．0.0218%

B．0.77%

C．2.11%

D．4.3%

27. 含碳量1.3%的钢，从950℃冷至Ar1～Arcm温度，其组织应是 D

A．奥氏体

B．铁素体+奥氏体 D．奥氏体+二次渗碳体

C．珠光体+奥氏体

28. 含碳量 B 的钢称为亚共析钢。

A．＜0.02%

B．＜0.77%

C．＞0.77%

D．＝0.77%

29. 凡含碳量?0.0218%的铁碳合金称为 C 。

A．钢

D

B．铸铁

C．工业纯铁

D．麻口铁

30. 含碳量为 A．0.02%

的铸铁称为共晶白口铸铁。 B．0.77%

C．2.11%

D．4.3%

31. 亚共析钢的室温平衡组织是由 C 组成的。

A．铁素体和渗碳体 C．铁素体和珠光体

B．低温莱氏体

D．珠光体和呈网状的二次渗碳体

32. 共析钢的室温平衡组织是 C 。

A．F

B．A

C．P

D．F+P

33. 过共析钢的室温平衡组织是 A．F

B．P

D 。

C．F+P

D．P+Fe3C

34. 在下列铁碳合金中含碳量由小到大顺序排列正确的是哪一组？ A A．纯铁→共析钢→铸铁 C．共析钢→纯铁→铸铁

B．铸铁→共析钢→纯铁 D．共析钢→纯铁→铸铁

35. 在铁碳合金相图上，A3是 B 临界点

A．P←→A

B．F←→A C．P+Fe3C←→A

D．F+A←→A

36. 在下列铁碳合金中含碳量由大到小顺序排列正确的是哪一组？ A

22

A．铸铁→共析钢→纯铁 C．共析钢→纯铁→铸铁

B．纯铁→共析钢→铸铁 D．纯铁→铸铁→共析钢

37. 随着含碳量的增加，碳钢的强度 C

A．降低

B．提高

C．先提高后降低

D．先降低后提高

38. 钢铁材料中，含碳量最低的材料是 A 料为

，含碳量最高的材料是

，综合机械性能好，成分为珠光体的材

。

A．工业纯铁/共析钢/铸铁 B．铸铁/钢/工业纯铁 D．铁素体/珠光体/渗碳体

C．亚共析钢/共析钢/过共析钢

39. 生产中使用的钢的含碳量不超过1.35%的原因是 C 。

A．硬度太高

B.强度太高

C．塑性太低（差） D．刚度太高

四、多项选择题

1. 铁素体为 B 晶格，奥氏体为 A 晶格，渗碳体为 D 晶格。

A．面心立方

B．体心立方

C．密排六方

D．复杂的八面体

2. 含碳量1.3%的铁碳合金，在950℃时的组织为 B ，在650℃时的组织

为 D 。A．珠光体 B．奥氏体 C．铁素体+珠光体 D．珠光体+渗碳体 3. 铁碳合金相图上的ES线，其代号用 D 表示，GS线，其代号用 C 表示，PSK线，其代号用 A 表示。A．A1

B．A2

C．A3

D．Accm

4. 铁碳合金相图上的共析线是 C ，共晶线是 A 。

A．ECF线

B．ACD线

C．PSK线

D．AECF线

5. 从奥氏体中析出的渗碳体为 B ，从液体中结晶出的渗碳体为 A 。

A．一次渗碳体 B．二次渗碳体 C．三次渗碳体 D．共晶渗碳体

五、问答题

1. 为什么固溶强化可以提高金属材料的机械性能？

答：由于固溶体的晶格发生畸变，塑性变形抗力增加，因而使固溶体强度、硬度提高，

塑性、韧性下降。

2.试述含碳量对碳钢组织和性能有何影响？

随着含碳量不断增加，合金组织中F软相的量逐渐减少，铁碳合金的塑性不断下降。含碳量超过2.11%后，出现以Fe3C为基体的组织，塑性很差。

冲击韧性基本与塑性的变化一致。Fe3C本身硬而脆，随含碳量不断增加，合金组织中Fe3C量逐渐增加，因此铁碳合金的硬度上升。

铁碳合金的强度与Fe3C的数量及其形态有关，还与珠光体有关。在铁碳合金组织中

23

以珠光体强度最高。当含碳量小于0.90%时，随着含碳量的增加，珠光体的量不断增加，因此强度上升。当含碳量大于0.9%以后，渗碳体以网状分布于晶界处或以粗大片状存在于基体中，使钢的脆性大增，同时珠光体的量不断减少，故而强度也明显下降。 3.比较20钢与40钢，在平衡条件下的硬度、强度、韧性及塑性。

答：由于40钢含碳量高于20钢，故含有珠光体量较多，所以硬度与强度要高于20钢，而塑性与韧性要低于20钢。

4.根据铁碳合金简化相图，说明下列现象的原因：1%含碳量的铁碳合金比0.5%含碳量的铁碳合金的硬度高。

答：根据铁碳合金简化相图，1%含碳量的铁碳合金所含的Fe3C比0.5%含碳量的铁碳合金所含的Fe3C要多得多，而Fe3C硬度很高，所以1%含碳量的铁碳合金比0.5%含碳量的铁碳合金的硬度高。

5.工业用铁碳合金是怎样进行分类的？试根据Fe—Fe3C状态图来说明。 答：工业用铁碳合金含碳量分，可分为三类： （1） 工业纯铁，含碳量小于0.0218%的铁碳合金。

（2） 钢，含碳量在0.0218～2.11%范围内的铁碳合金。其中含碳量在0.0218～0.77%

为亚共析钢；含碳量为0.77%为共析钢；含碳量在0.77～2.11%为过共析钢

（3） 白口铁，含碳量在2.11～6.69%范围内的铁碳合金。其中含碳量在2.11～4.3%

为亚共晶白口铁；含碳量为4.3%为共晶白口铁；含碳量在4.3～6.69%为过共共晶白口铁。

六、画图题

1． 在下列铁碳合金简化相图中填上相应的温度、相组织符号

P

24

2.画出工业纯铁、亚共析钢、共析钢和过共析钢的显微组织示意图，并标出相名称

工业纯铁

亚共析钢

共析钢

过共析钢

3.画出碳钢性能与含碳量之间的关系曲线

QI、完成下列表格中的内容

1． 相图中的特性点

符号 A C D E F G K P S Q 温度0C 室温 含碳量% 0.008 室温时，碳在α—Fe中的溶解度 含义 2． 相图中的特性线

符号 说明 液相线：冷却过程中液态合金开始结晶的线 固相线：冷却过程中液态合金结晶终了的线 共晶线：含碳量>2.11%的液态合金冷至11480C时，剩余的合金发生共晶反应，从液态中同时结晶出奥氏体和渗碳体的机械混合物（高温莱氏体） 共析线（A1）：含碳量>0.0218%的铁碳合金冷至7270C时，组织中的奥氏体发生共析反应，同时析出铁素体和渗碳体的机械混合物（珠光体） 25

碳在奥氏体中的溶解度曲线。（Acm） 1．最大溶解度在11480C时为2.11%； 2．最小溶解度在7270C时为0.77%。 3．当温度11480C冷至7270C过程中，奥氏体中的碳将以渗碳体的形式析出 碳在铁素体中的溶解度曲线。 1．最大溶解度在7270C时为0.0218%； 2．室温下只能溶解0.008%。 3．当温度7270C冷至室温过程中，铁素体中的碳将以渗碳体的形式析出 冷却时A→F转变开始温度线（A3） 冷却时A→F转变终了温度线 3.铁碳合金的分类

名称 工业纯铁 钢 白口铸铁 亚共析钢 共析钢 过共析钢 亚共晶白口铸铁 共晶白口铸铁 过共晶白口铸铁 含碳量% 2.11~4.3 4.3 4.3~6.69 组织 Ld’+P+ Fe3C Ld’ Ld’ + Fe3C 4.指出在下列条件下钢的组织：

含碳量（%） 0.15 0.45 0.75 1.2 1.4

温度（℃） 150 750 900 800 500 组织 26

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