问答题

根据图11-1所示铁碳亚稳平衡相图和你所学所有知识，回答下列问题：

问答题

分析氢、氮、碳、硼在γ-Fe中形成固溶体的类型，进入点阵中的位置和固溶度大小。已知元素的原子半径如下：氢0.046nm，氮0.071nm，碳0.077nm，硼0.091nm，γ-Fe0.126nm。

【正确答案】

【答案解析】γ-Fe为FCC结构，八面体间隙半径r=0.414R_原子=0.0522nm，四面体间隙半径r=0.225R_原子=0.0284nm。可见氢、氮、碳原子在γ-Fe中一般会溶入八面体间隙中心，形成间隙固溶体，固溶度较小；硼在γ-Fe中一般也是位于八面体间隙中心，形成间隙固溶体，但是有时也可以形成置换固溶体。

问答题

标注相图中平衡反应的成分及温度，写出平衡反应式。

【正确答案】

【答案解析】图中平衡反应成分、温度和反应式如下(三条水平线，从上到下)：
1495℃，L_B+δ_H→γ_J，B、H和J点成分分别为：w_C=0.09%，w_C=0.17%，w_C=0.53%。
1148℃，L_C→γ_E+Fe₃C，C、E点和Fe₃C成分分别为：w_C=4.3%，w_C=2.11%，w_C=6.69%。
727℃，γ_S→α_P+Fe₃C，S、P点和Fe₃C成分分别为：w_C=0.77%，w_C=0.0218%，w_C=6.69%。

问答题

分析w_C=1%的铁碳合金平衡凝固到室温过程的组织变化。

【正确答案】

【答案解析】合金平衡凝固到室温过程的组织变化为：
L→γ；γ；γ→Fe₃C_Ⅱ；γ_S→α_P+Fe₃C(P)

问答题

指出γ相的晶体结构、密排方向、密排面、致密度、配位数、晶胞中原子数和通常情况下的滑移系；画出其中一个滑移系，并标明指数。

【正确答案】

【答案解析】γ为FCC结构，其密排方向、密排面、致密度、配位数、晶胞中原子数分别为＜110＞、{111}、0.74、12和4；通常情况下的滑移系为{111}＜110＞，其中一个滑移系为(111)，指数如图11-3所示。

问答题

结合你所学的有关知识，说明如何提高Fe-C合金的强度。

【正确答案】

【答案解析】(简答)提高Fe-C合金的强度方法有多种，主要有加工硬化、微合金强化、固溶强化、细化晶粒强化、热处理强化(马氏体相变强化等)。

问答题

w_C=0.1%的铁碳合金在拉伸中，一种情况是在拉伸出现塑性变形后去载，立即再加载；另一种情况是去载后时效再加载。试解释前者无屈服现象后者有屈服现象的原因。

【正确答案】

【答案解析】w_C=0.1%合金中由Fe原子与Fe的弹性交互作用，形成柯垂尔气团(亦称柯氏气团)，柯垂尔气团与位错的交互作用导致合金出现屈服现象，在拉伸出现塑性变形后去载，立即再加载是已经克服了柯垂尔气团对位错的阻碍，立即再加载不会重新出现屈服现象，而卸载后时效再加载会使溶质原子重新聚集形成与位错的新的交互作用，从而使合金再次出现屈服现象。

问答题

w_C=0.1%的铁碳合金制作成齿轮，对齿轮气体渗碳强化。画出钢在渗碳后的组织分布示意图；渗碳在γ-Fe中进行而不在γ-Fe中进行，即渗碳温度选择要高于A₃温度，为什么?渗碳温度高于1100℃会出现什么问题?

【正确答案】

【答案解析】w_C=0.1%合金齿轮渗碳后的组织分布示意图如图11-4所示。

渗碳在γ温度范围中(A₃温度以上)进行而不在仅温度范围中进行的主要原因是，温度较高，渗碳速度可以较快，同时在γ温度范围中进行渗碳，可以得到较大的含碳量，但是渗碳温度高于1100℃会导致基体合金晶粒粗大，力学性能下降，同时对渗碳设备也会提出更高要求。