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 。

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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 %。

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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。 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 。

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1 奥氏体 ，15. 下图所示Fe—Fe3C状态图各区的组织，分别是：○2 奥氏体+渗碳体3 铁素体+奥氏体 ，4 ○（二次渗碳体） ，○○铁素体 ，○

5 铁素体+珠光体 ，○6 珠光体 ，○渗碳体（二次渗碳体） 。

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7 珠光体+

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。组成合金 （ × ） 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。

（ √ ）

置换固溶体不（只）只可能是无限固溶体。 （ × ）

5. 铁素体是固溶体，有固溶强化现象，所以性能为硬而脆。

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（ × ）

6. 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。 （ × ） 7. 珠光体含碳量为6.69%。 （ × ）

8. 珠光体的机械性能介于铁素体和渗碳体之间。 （ √ ） 9. 共析转变、共晶转变都是在恒定温度下进行的。 （ √ ）

10. Fe—Fe3C相图中，A3温度是随含碳量增加而上升的。 （ × ）

11. Fe—Fe3C状态图中的S点是A1，A3，Acm三线的交点。 （ √ ）

12. PSK线是共析转变线。 （ √ ）

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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 。

A．晶体 B．固溶体 C．化合物 D．共晶体 2. 合金中的相结构有 A．固溶体、化合物 B．固溶体、机械混合物

C．化合物、机械混合物 D．固溶体、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 B．固溶体和液溶体 C．化合物和合金 D．化合物和晶体 4. 合金固溶强化的基本原因是

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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．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 。

A．铁与碳形成的稳态化合物称为渗碳体 B．渗碳体通常用表示

C．Fe3C的含碳量为6.69% 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 。

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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 。 A．铁素体 B．奥氏体 C．渗碳体 D．马氏体 9. 奥氏体是 。

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

A．0.77% B．＞1.0% 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，种 。

A．间隙式固溶体 B．置换式固溶体 C．金属化合物 械混合物

12. 莱氏体的室温组织是由 组成的机械混合物。

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它是一 D．机

A．珠光体+铁素体 B．铁素体+奥氏体 C．铁素体+渗碳体 D．珠光体+渗碳体 13. F的溶碳能力在 。

A．0.77%～2.11% B．0.0008%～0.0218% C．0.0218%～0.77% D．0～0.0218% 14. F的最大溶碳量为 。

A．0.0008% B．0.0218% C．0.77% D．2.11% 15. Fe3C的含碳量为 。

A．0.77% B．2.1% C．4.3% D．6.69% 16. 渗碳体的性能特点是 。 A．硬度低，塑性好 B．硬度高，塑性好 C．硬度高，塑性差 D．硬度低，塑性差

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17. 渗碳体的形态有多种，在室温的共析钢组织中呈 。 A．片状 B．网状 C.条状 D．块状 18. 下列说法错误的是 。

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 。

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 。

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A．共析线 B．固溶线 C．共晶线 D．晶格转变线 21. 铁碳合金相图上的1148℃线称为 。

A．共析线 B．固溶线 C．共晶线 D．晶格转变线 22. 在铁碳合金相图上，温度为1148℃，含碳量为4.3%的C点称 。

A．共析点 B．共晶点 C．熔点 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 D．晶格转变点 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℃

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25. 铁碳合金组织的组成物中哪些在室温下不能存在？ 。 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 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 A．奥氏体 B．铁素体+奥氏体 C．珠光体+奥氏体 D．奥氏体+二次渗碳体 28. 含碳量 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 。 A．钢 B．铸铁 C．工业纯铁 D．麻口铁 30. 含碳量为 的铸铁称为共晶白口铸铁。

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A．0.02% B．0.77% C．2.11% D．4.3% 31. 亚共析钢的室温平衡组织是由 组成的。 A．铁素体和渗碳体 B．低温莱氏体

C．铁素体和珠光体 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 。 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 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．纯铁→共析钢→铸铁 B．铸铁→共析钢→纯铁 C．共析钢→纯铁→铸铁 D．共析钢→纯铁→铸铁 35. 在铁碳合金相图上，A3是 临界点

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A．P←→A B．F←→A C．P+Fe3C←→A D．F+A←→A A．铸铁→共析钢→纯铁 B．纯铁→共析钢→铸铁 C．共析钢→纯铁→铸铁 D．纯铁→铸铁→共析钢 37. 随着含碳量的增加，碳钢的强度

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 ，综合机械性能好，成分为珠光体的材料为 ，含碳量最高的材料是 。 A．工业纯铁/共析钢/铸铁 B．铸铁/钢/工业纯铁 C．亚共析钢/共析钢/过共析钢 D．铁素体/珠光体/渗碳体 39. 生产中使用的钢的含碳量不超过1.35%的原因是 。

A．硬度太高 B.强度太高 C．塑性太低（差） D．刚度太高

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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？

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。

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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？

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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

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关。在铁碳合金组织中以珠光体强度最高。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

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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；

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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

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P

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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

3． 画出碳钢性能与含碳量之间的关系曲线

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过共析钢

七、完成下列表格中的内容 1． 相图中的特性点

符温度含碳

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含义 号 A C D E F G K P S 0C 量% 中的溶解度 Q 室温 0.008 室温时，碳在α—Fe

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2． 相图中的特性线

符号 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）

43 说明 共析线（A1）：含碳量>0.0218%的铁碳合金冷至727C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） 0 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727C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 0 44

碳在铁素体中的溶解度曲线。 1．最大溶解度在727C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 0

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

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含碳量% 组织 亚共析钢 过共析钢 亚共晶白口铸铁 2.11~4.3 4.3 4.3~6.69 Ld’+P+ Fe3C Ld’ Ld’ + Fe3C 钢 共析钢 白口共晶白口铸铁 铸铁

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过共晶白口铸铁 4． 指出在下列条件下钢的组织： 含碳量（%） 温度（℃） 0.15 0.45 0.75 1.2 1.4

150 750 900 800 500 组织 47

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