第17练 铁碳合金相图简析 江苏省（职教高考）机械类《机械基础》（高教版·第3版）一课一练

编写说明：考虑到中职学生普遍基础知识相对薄弱的情况，我们依据支架式教学理念，精心编制了江苏省（职教高考）机械类《机械基础》（高教版·第3版）一课一练。专辑里的每一份练习，都与课堂所授知识点紧密相关，题目围绕课堂所学知识点呈现。目的在于激发学生的学习兴趣，培养他们的学习自觉性，帮助学生扎实掌握课程的基本概念与基本方法，为他们后续的逐步提升奠定坚实基础。 本卷是江苏省（职教高考）机械类《机械基础》（高教版·第3版）一课一练的第17练，内容涵盖3-3 铁碳合金相图简析。 江苏省（职教高考）机械类 一课一练 《机械基础》（高教版·第3版） 第17练 模块3 工程材料 第3节 铁碳合金相图简析 一、单项选择题 1．铁碳合金在室温下的基本组织中，碳溶解于α-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体。铁素体的含碳量极低，其力学性能特点是（ ） A．硬度高、强度高、塑性差 B．强度低、硬度低、塑性好 C．硬而脆，不能单独使用 D．强度和塑性均适中 2．铁碳相图上S点（含碳量0.77%，温度727°C）是钢中组织转变的关键点。在该点奥氏体同时析出铁素体和渗碳体的层片状机械混合物，该转变称为（ ） A．共析转变 B．共晶转变 C．包晶转变 D．马氏体转变 3．共析钢（含碳量0.77%）在室温下的平衡组织全部为珠光体。珠光体是铁素体和渗碳体的层片状机械混合物，其力学性能特点是（ ） A．硬度很高但脆性极大 B．塑性很好但强度很低 C．综合力学性能较好，强度硬度适中 D．与铁素体的力学性能完全相同 4．随着含碳量从0.0218%增加到2.11%，钢中亚共析钢的室温组织由铁素体+珠光体组成，且珠光体量逐渐增多。这一组织变化导致钢的力学性能呈现的趋势是（ ） A．强度和硬度下降，塑性和韧性提高 B．塑性和韧性不变，强度线性增加 C．强度硬度变化不大，塑性显著下降 D．强度硬度提高，塑性和韧性下降 5．将钢加热到727°C以上时珠光体转变为奥氏体。奥氏体是碳溶解于γ-Fe中形成的固溶体，在高温下的一个重要特性是（ ） A．塑性好，是钢进行锻造和热处理的理想组织 B．硬度极高，无法进行塑性加工 C．在室温下可稳定存在 D．具有铁磁性，可被磁铁吸引 二、填空题 6．铁碳合金室温下的基本组织包括：碳溶于α-Fe中的____、碳溶于γ-Fe中的____、碳与铁的化合物____、铁素体和渗碳体的层片状混合物____，以及奥氏体和渗碳体的混合物____。 7．铁碳相图中S点称为____点，含碳量为____%，温度为____°C，对应组织为____。C点称为____点，含碳量为____%，温度为____°C。 三、问答题 8．铁碳相图是研究钢铁材料成分、组织和性能关系的重要工具。请回答：（1）随着含碳量增加（从工业纯铁到白口铸铁），钢的室温组织如何变化？（2）含碳量如何影响钢的强度、硬度、塑性和韧性？说明变化趋势并解释原因。 9．铁素体、渗碳体和珠光体是钢中三种最基本的组织组成物。请分别说明三者的形成条件、微观特征和力学性能特点，并解释为什么含碳0.77%的共析钢退火后获得全部珠光体时具有较好的综合力学性能。 四、计算题 10．某亚共析钢的室温平衡组织为铁素体F和珠光体P，珠光体的质量分数为60%。铁素体含碳量可近似为零，珠光体含碳量为0.77%（共析成分）。试求该钢的平均含碳量。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 编写说明：考虑到中职学生普遍基础知识相对薄弱的情况，我们依据支架式教学理念，精心编制了江苏省（职教高考）机械类《机械基础》（高教版·第3版）一课一练。专辑里的每一份练习，都与课堂所授知识点紧密相关，题目围绕课堂所学知识点呈现。目的在于激发学生的学习兴趣，培养他们的学习自觉性，帮助学生扎实掌握课程的基本概念与基本方法，为他们后续的逐步提升奠定坚实基础。 本卷是江苏省（职教高考）机械类《机械基础》（高教版·第3版）一课一练的第17练，内容涵盖3-3 铁碳合金相图简析。 江苏省（职教高考）机械类 一课一练 《机械基础》（高教版·第3版） 第17练 模块3 工程材料 第3节 铁碳合金相图简析 一、单项选择题 1．铁碳合金在室温下的基本组织中，碳溶解于α-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体。铁素体的含碳量极低，其力学性能特点是（ ） A．硬度高、强度高、塑性差 B．强度低、硬度低、塑性好 C．硬而脆，不能单独使用 D．强度和塑性均适中 【答案】B 【解析】铁素体含碳量极低（≤0.0218%），性能接近纯铁——强度低（σb≈250MPa）、硬度低（≈80HB）、塑性好（δ≈50%）。铁素体是低碳钢的主要组成相，提供塑性和韧性。 2．铁碳相图上S点（含碳量0.77%，温度727°C）是钢中组织转变的关键点。在该点奥氏体同时析出铁素体和渗碳体的层片状机械混合物，该转变称为（ ） A．共析转变 B．共晶转变 C．包晶转变 D．马氏体转变 【答案】A 【解析】S点为共析点——γ(0.77%C)→α+Fe₃C（珠光体），727°C是钢热处理的理论基础温度。共晶转变在C点（4.3%C，1148°C）发生，液体同时结晶出奥氏体和渗碳体——莱氏体。注意区分共析（固态转变）和共晶（液态转变）。 3．共析钢（含碳量0.77%）在室温下的平衡组织全部为珠光体。珠光体是铁素体和渗碳体的层片状机械混合物，其力学性能特点是（ ） A．硬度很高但脆性极大 B．塑性很好但强度很低 C．综合力学性能较好，强度硬度适中 D．与铁素体的力学性能完全相同 【答案】C 【解析】珠光体中软韧的铁素体为基体提供塑性，硬质的渗碳体片层作为强化相提高强度——两相优势互补。强度σb约750MPa、硬度约200HB，综合性能较好。纯铁素体强度不足、纯渗碳体脆性太大，珠光体取长补短。 4．随着含碳量从0.0218%增加到2.11%，钢中亚共析钢的室温组织由铁素体+珠光体组成，且珠光体量逐渐增多。这一组织变化导致钢的力学性能呈现的趋势是（ ） A．强度和硬度下降，塑性和韧性提高 B．塑性和韧性不变，强度线性增加 C．强度硬度变化不大，塑性显著下降 D．强度硬度提高，塑性和韧性下降 【答案】D 【解析】含碳量增加→渗碳体量增多（强化相增加）→强度硬度提高；铁素体量减少（软韧相减少）→塑性和韧性下降。含碳量对钢性能的基本规律：强度硬度与塑性韧性此消彼长。 5．将钢加热到727°C以上时珠光体转变为奥氏体。奥氏体是碳溶解于γ-Fe中形成的固溶体，在高温下的一个重要特性是（ ） A．塑性好，是钢进行锻造和热处理的理想组织 B．硬度极高，无法进行塑性加工 C．在室温下可稳定存在 D．具有铁磁性，可被磁铁吸引 【答案】A 【解析】奥氏体塑性极好——是钢进行锻造、轧制的理想组织。普通钢奥氏体在727°C以上稳定，室温下不稳定（除奥氏体不锈钢外）。奥氏体无铁磁性（铁素体有）。 二、填空题 6．铁碳合金室温下的基本组织包括：碳溶于α-Fe中的____、碳溶于γ-Fe中的____、碳与铁的化合物____、铁素体和渗碳体的层片状混合物____，以及奥氏体和渗碳体的混合物____。 【答案】铁素体；奥氏体；渗碳体；珠光体；莱氏体 【解析】五大基本组织：铁素体F（软韧）、奥氏体A（高温、塑性好）、渗碳体Fe₃C（硬脆）、珠光体P（F+Fe₃C、综合性能好）、莱氏体Ld（A+Fe₃C、硬脆）。珠光体和莱氏体均为机械混合物。 7．铁碳相图中S点称为____点，含碳量为____%，温度为____°C，对应组织为____。C点称为____点，含碳量为____%，温度为____°C。 【答案】共析；0.77；727；珠光体；共晶；4.3；1148 【解析】S点和C点是铁碳相图最重要的两个特征点。共析转变：γ(0.77%C)→α+Fe₃C（珠光体）。共晶转变：L(4.3%C)→γ+Fe₃C（莱氏体）。727°C是钢热处理的理论基础温度。 三、问答题 8．铁碳相图是研究钢铁材料成分、组织和性能关系的重要工具。请回答：（1）随着含碳量增加（从工业纯铁到白口铸铁），钢的室温组织如何变化？（2）含碳量如何影响钢的强度、硬度、塑性和韧性？说明变化趋势并解释原因。 【答案】（1）含碳量从低到高：工业纯铁为铁素体；亚共析钢（0.0218%至0.77%）为铁素体+珠光体，含碳量增加→珠光体量增多、铁素体减少；共析钢（0.77%）为全部珠光体；过共析钢（0.77%至2.11%）为珠光体+二次渗碳体（沿晶界网状分布）；白口铸铁（>2.11%）中出现莱氏体。（2）强度：先升后降，约0.9%C达最高，随后因网状二次渗碳体割裂基体而下降。硬度：持续上升（渗碳体量增加，渗碳体为硬脆相）。塑性：持续下降（铁素体量减少）。韧性：持续下降（片状渗碳体造成应力集中，裂纹易扩展）。含碳量每增0.1%，σb约增60至80MPa（亚共析范围）。 【解析】含碳量→组织→性能是铁碳相图的工程应用主线。组织决定性能，这一规律是合理选材和制定热处理工艺的理论基础。 9．铁素体、渗碳体和珠光体是钢中三种最基本的组织组成物。请分别说明三者的形成条件、微观特征和力学性能特点，并解释为什么含碳0.77%的共析钢退火后获得全部珠光体时具有较好的综合力学性能。 【答案】（1）铁素体：碳在α-Fe中的间隙固溶体，体心立方晶格。室温至727°C稳定。含碳极低，强度低（σb≈250MPa）、硬度低（≈80HB）、塑性好（δ≈50%）。工业纯铁为100%铁素体。（2）渗碳体：铁与碳的化合物Fe₃C，含碳6.69%，复杂斜方晶格。硬度极高（≈800HB）、极脆（δ≈0），不能单独使用。在钢中以层片状、粒状或网状起强化作用。（3）珠光体：铁素体和渗碳体的层片状机械混合物，由奥氏体在727°C共析转变形成，含碳固定0.77%。强度σb≈750MPa、硬度≈200HB，综合性能较好。珠光体综合性能好的原因：软韧铁素体提供塑性和韧性，均匀分布的硬质渗碳体片层作为强化相提高强度硬度。两相交替层状排列使裂纹扩展路径曲折。铁素体和渗碳体优势互补——纯铁素体强度不足、纯渗碳体脆性太大，组合成珠光体取长补短。 【解析】珠光体是铁素体和渗碳体的天然复合材料。复合材料原理在自然界和工程中普遍存在——珍珠层、钢筋混凝土、玻璃钢均为类似思路。 四、计算题 10．某亚共析钢的室温平衡组织为铁素体F和珠光体P，珠光体的质量分数为60%。铁素体含碳量可近似为零，珠光体含碳量为0.77%（共析成分）。试求该钢的平均含碳量。 【答案】设钢的平均含碳量为x。铁素体质量分数为100%减60%等于40%，珠光体为60%。由含碳量加权平均：x等于40%×0加60%×0.77%等于0.462%。该钢平均含碳量约为0.46%，属中碳钢（接近45钢的0.45%）。杠杆定律本质是质量守恒——各相含碳量的加权平均值等于材料平均含碳量。 【解析】杆杆定律实用计算：已知组织组成物质量分数和各组成物含碳量→反求材料平均含碳量。结果0.46%C对应45钢，室温组织约40%铁素体+60%珠光体。杠杆定律还可求相质量分数、确定加热温度等。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $