铁碳合金教案

教学方案备注第三节铁碳合金相图重点内容：1．铁碳合金相图的分析2．铁碳合金的冷却过程及组织3．含碳量对铁碳合金组织和性能的影响难点：铁碳合金相图的分析一、铁碳合金的基本相1.纯铁1）含义2）性能1)熔点——1538℃（一个大气压下）2)密度——7.87g/cm23)力学性能——强硬度低，塑韧性好（σb=180-280MPa,δ=40-50%,HB=50-80）4)物理性能——磁导率高3）同素异晶转变1）δ-Fe（体心立方晶格）——1394℃-1538℃2）γ-Fe（面心立方晶格）——912℃-1394℃3）α-Fe（体心立方晶格）——912℃以下2.铁碳合金的基本相1）渗碳体（Fe3C）（1）含义——铁和碳形成的一种具有复杂斜方晶格的金属化合物（2）性能——硬度高（HV950-1050）强度低，塑韧性低（接近0），熔点1227℃（3）组织特征——（4％硝酸酒精）白亮色2）铁素体（F或α）（1）含义——碳在α-Fe中的间隙固溶体（2）性能——强硬度低(σb=180-280MPa)，塑韧性好（σ=30-50%,HB=50-80）（3）组织特征——（4％硝酸酒精）白亮色3）奥氏体（A）（1）含义——碳在γ-Fe中形成的间隙固溶体（2）性能——强硬度低，塑韧性好（3）组织特征：（4％硝酸酒精）白亮色二、铁碳合金相图分析1.两个重要的特性点教学方案备注1）C点为共晶点（1）合金在平衡结晶过程中冷却到1148℃时，C点成分的L发生共晶反应，生成E点成分的A和Fe3C。共晶反应在恒温下进行，反应过程中L、A、Fe3C三相共存，反应式为：。（2）共晶反应的产物是A与Fe3C的共晶混合物，称莱氏体，用符号Ld表示（3）莱氏体组织中的渗碳体称为共晶渗碳体。在显微镜下莱氏体的形态是块状或粒状A（727℃时转变为珠光体）分布在渗碳体基体上。2）S点为共析点（1）合金在平衡结晶过程中冷却到727℃时，S点成分的A发生共析反应，生成P点成分的F和Fe3C。共析反应在恒温下进行，反应过程中P、A、Fe3C三相共存，反应式为：（2）共析反应的产物是F与Fe3C的共析混合物，称珠光体，用符号表示（3）珠光体组织中的渗碳体称为共析渗碳体。在显微镜下珠光体的形态呈层片状。在放大倍数很高时，可清楚看到相间分布的渗碳体片（窄条）与铁素体片（宽条）。（4）的强度较高，塑性、韧性和硬度介于渗碳体和铁素体之间教学方案备注2.相图中的特性点特性点符号温度/℃ωc（%）含义A15380熔点：纯铁的熔点C11484.3共晶点：发生共晶转变D12276.69熔点：渗碳体的熔点E11482.11碳在γ-Fe中的最大溶解度点G9120同素异构转变点S7270.77共析点：发生共析转变P7270.0218碳在α-Fe中的最大溶解度点Q6000.0008室温下碳在α-Fe中的溶解度3.相图中的特性线1）AC线液体向奥氏体转变的开始线。即：L→A。2）CD线液体向渗碳体转变的开始线。即：L→Fe3CⅠ。ACD线统称为液相线，在此线之上合金全部处于液相状态，用符号L表示。教学方案备注3）AE线液体向奥氏体转变的终了线。4）ECF水平线共晶线。AECF线统称为固相线，液体合金冷却至此线全部结晶为固体，此线以下为固相区。5）ES线又称Acm线，是碳在奥氏体中的溶解度曲线。即：L→Fe3CⅡ。6）GS线又称A3线，7）GP线奥氏体向铁素体转变的终了线。8）PSK水平线共析线（727℃），又称A1线。9）PQ线碳在铁素体中的溶解度曲线。三、典型铁碳合金的冷却过程及组织1．铁碳含金的分类1）2）3）2．典型铁碳含金冷却过程分1）共析钢教学方案备注2）亚共析钢3）过共析钢4）共晶白口铸铁教学方案备注5）亚共晶白口铸铁6）过共晶白口铸铁——同上，析出一次渗碳体四、含碳量对铁碳合金组织和性能的影响1．C对平衡组织的影响1）引起相组成物中F、Fe3C相对量的变化：C％↑——F％↓、Fe3C％↑2）引起组织组成物的变化C％↑——F→F+P→P→P+Fe3CⅡ→P+Fe3CⅡ+Le’→Le’→Fe3CⅠ+Le’→Fe3CⅠ3）引起组织形态的变化。例Fe3CⅡ：C％↑—不连续→连续网状2．C对力学性能的影响1）原因（1）室温组织类型、相组成和组织组成物相对量不同（2）组织的形态与分布不同（尤其应注意Fe3CⅡ的分布）2）影响（1）对钢的影响——C％↑—硬度↑，塑、韧性↓强度：先升后降（当C％＞1.0％时，Fe3CⅡ呈连续网状）（2）对白口铁的影响：脆性很大，强度很低,硬度、耐磨性很高五、Fe——Fe3C相图的应用和局限性1．Fe——Fe3C相图的应用1）在钢铁材料选用方面的应用2）在铸造工艺方面的应用3）在热锻、热轧工艺方面的应用4）在热处理工艺方面的应用教学方案备注2．Fe3——Fe3C相图的局限性1）Fe3——Fe3C相图反映的是平衡相，而不是组织。相图能给出平衡条件下的相、相的成分和各相的相对质量，但不能给出相的形状、大小和空间相互配置的关系。2）Fe3——Fe3C相图只反映铁碳二元合金中相的平衡状态。实际生产中应用的钢和铸铁，除了铁和碳以外，往往含有或有意加入其它元素。被加入元素的含量较高时，相图将发生重大变化。严格说，在这样的条件下铁碳相图已不适用。3）Fe3——