2016临汾职院金属工艺学（机工版）教案：铁碳合金相图（一）.docVIP

临汾职业技术学院教案 授课教师： 班级：汽修131 授课日期：2014年03月10日 课时：2 课 题： 1.3 铁碳合金相图（一） 教 学 目 的：通过学习理解合金相图的含义，掌握铁碳合金的基本组织及相图中每条特性线的含义。 教学重点和难点：重点：铁碳合金的基本组织。 难点: 相图中的特性点、线的含义。 教 学 方 法：讲授法、分析法、举例法 授 课 内 容： 旧课复习 1、什么是合金? 2、什么合金相图，它与合金的性能和加工工艺有什么关系？ 新课学习 1.3 铁碳合金相图（一） 一、铁碳合金 铁碳合金由铁和碳两种元素为主组成，不同成分的铁碳合金在不同温度下有不同的组织结构，因而表现出不同的性能。 铁碳合金中的碳，可以溶入铁的晶格而形成固溶体，也可以与铁形成Fe3C、Fe2C、FeC等，由于碳含量高的Fe2C、FeC脆性大，无使用价值，因此一般研究碳含量WC6.69%的铁碳合金。 二、铁碳合金的基本组织 （一）纯铁的同素异晶转变 金属在固态时随温度变化而晶格类型发生变化的现象，称同素异晶转变，也称同素异构转变。如液态铁从高温冷却至1538℃以下变为体心立方晶格δ-Fe；固态的体心立方晶格δ-Fe冷却至1394℃以下体心立方晶格δ-Fe变为面心立方晶格γ-Fe；继续冷却至912℃以下，变为面心立方晶格γ-Fe变为体心立方晶格α-Fe直至室温。将室温的纯铁进行加热，上述转变可逆向进行。 同素异晶转变是原子重新排列的一个结晶过程，要求有较大的过冷度，为区别液态金属结晶，称同素异晶转变的结晶过程为“重结晶”。 （二）铁碳合金的基本组织 铁和碳相互作用形成的基本组织有：铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体。 1、铁素体（F） 铁素体是碳溶解在α-Fe中形成的间隙固溶体。 由于α-Fe晶粒的间隙小，溶解碳量极微，其最大溶碳量只有0.0218%（727℃）所以是几乎不 含碳的纯铁。 性能： σb =180～230MPa HB=50～80 δ=30～50% φ=70～80% ak=156～196J·cm-2 显微镜下观察，铁素体呈灰色并有明显大小不一的颗粒形状。 2、渗碳体（Fe3C） 渗碳体是铁与碳形成的稳定化合物。 含碳量为6.69% 性能：HB=800，硬度很高，脆性极大，是钢中的强化相。 显微镜下观察，渗碳体呈银白色光泽。 渗碳体在一定条件下可以分解出石墨， 3、奥氏体（A） 奥氏体是碳溶解在γ-Fe中形成的间隙固溶体。 γ-Fe的溶碳能力较高，最大为2.11%（1148℃）。 由于γ-Fe一般存在于727～1394℃之间，所以奥氏体也只出现在高温区域内。 显微镜观察，奥氏体呈现外形不规则的颗粒状结构，并有明显的界限。 性能： δ=40～50%，具有良好的塑性和低的变形抗力。是绝大多数钢种在高温进行压力 工所需的组织。 4、珠光体（P） 珠光体是铁素体和渗碳体组成的共析体。 珠光体的平均含碳量为0.77%，在727℃以下温度范围内存在。 显微镜观察，珠光体呈层片状特征，表面具有珍珠光泽，因此得名。 性能： σb =750MPa HB=160～180 较高 δ =20～25% φ=30～40% 适中 5、莱氏体（Ld） 莱氏体是由奥氏体和渗碳体组成的共晶体。 铁碳合金中含碳量为4.3%的液体冷却到1148℃时发生共晶转变，生成高温莱氏体。合金继续冷 却到727℃时，其中的奥氏体转变为珠光体，故室温时由珠光体和渗碳体组成，叫低温莱氏体。统称莱氏体。 三、铁碳合金相图 铁碳合金相图是表示不同成分的铁碳合金在缓慢加热、冷却条件下，不同温度时的组织状态图形，又称铁碳合金状态图或铁碳合金平衡图。是制定热加工工艺和选材的重要依据，也是钢铁热处理的主要理论基础。 1、 Fe—Fe3C相图分析 相图的纵坐标表示温度，横坐标表示含碳量。横坐标左端含碳量为零是纯铁；右端含碳量为6.69%是Fe3C。 2、Fe—Fe3C相图中的特性点 A 1538℃ Wc=0% 纯铁熔点 C 1148℃ Wc=4.3% 共晶点 D 1227℃ Wc=6.69% 渗碳体熔点 E 1148℃ Wc=2.11% 碳在γ-Fe中的最大溶解度 G 912℃ Wc=0%