2016金属工艺学（高职 机械工业版）授课教案：金属材料基础知识05.docVIP

《金属工艺学》（高职 机械工业版）授课教案 教案五 一、教学组织 1．提问10分钟 2．讲解70分钟 3．小结5分钟 4．布置作业5分钟 二、教学内容 模块十 铁碳合金组织与铁碳合金相图 铁和碳的合金称为铁碳合金，如钢和铸铁都是铁碳合金。 铁碳合金相图是研究铁碳合金组织、化学成分和温度之间相互关系的重要图形。 一、铁碳合金基本组织 铁碳合金在固态下的基本组织有铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体。 1．铁素体(F) 铁素体是指α-Fe或其内固溶有一种或数种其他元素所形成的晶体点阵为体心立方的固溶体，用符号F(或α)表示。铁素体仍保持α-Fe的体心立方晶格。 α-Fe的溶碳量很小，在727℃时溶碳量最大（WC=0.0218%），随着温度的下降其溶碳量逐渐减少，铁素体的性能几乎和纯铁相同，即强度和硬度(σb=180～280N／mm2，50～80HBW)较低，而塑性和韧性较高(δ=30%～50%，AКU=128～160J)。 铁素体在770℃（居里点）有磁性转变，在770℃以下具有铁磁性，在770℃以上则失去铁磁性。 2．奥氏体(A) 奥氏体是指γ-Fe内固溶有碳和(或)其它元素所形成的晶体点阵为面心立方的固溶体，常用符号A(或γ)表示。奥氏体仍保持γ-Fe的面心立方晶格。 奥氏体溶碳能力较大，在1148℃时溶碳量最大（WC=2.11%），随着温度下降溶碳量逐渐减少，在727℃时的溶碳量为WC=0.77%。 奥氏体具有一定的强度和硬度，塑性好(σb≈400N／mm2，160～220HBW，δ≈40%～50%)，在机械制造中，钢材大多数要加热至高温奥氏体状态进行塑性变形加工。 稳定的奥氏体属于铁碳合金的高温组织，当铁碳合金缓冷到727℃时，奥氏体将发生转变，转变为其它类型的组织。奥氏体是非铁磁性相。 3.渗碳体(Fe3C) 渗碳体是铁和碳的金属化合物，具有复杂的晶体结构，用化学式Fe3C表示。渗碳体的晶格形式，与碳和铁都不一样，是复杂的晶格类型。 渗碳体的碳的质量分数是6.69%，熔点为1227℃。渗碳体的结构较复杂，硬度高，脆性大，塑性与韧性极低。渗碳体在钢和铸铁中与其他相共存时呈片状、球状、网状。 渗碳体不发生同素异构转变，有磁性转变，在230℃以下具有弱铁磁性，而在230℃以上则失去磁性。渗碳体是碳在铁碳合金中的主要存在形式，是亚稳定的金属化合物，在一定条件下，渗碳体可分解成石墨。 4.珠光体(P) 珠光体是铁素体(软)和渗碳体(硬)组成的机械混合物。常用符号“P”表示。其显微组织特征为铁素体薄层和渗碳体薄层交替重叠的层状复相组织。0.77%。珠光体的性能介于铁素体和渗碳体之间，有一定的强度（σb≈400N／mm2），硬度（180HBW左右）适中，塑性与韧性（δ≈20%～35%，AКU=24～32J）较好，是一种综合力学性能较好的组织。 5.莱氏体(Ld) 莱氏体是指高碳的铁基合金在凝固过程中发生共晶转变所形成的奥氏体和渗碳体所组成的共晶体，莱氏体碳的质量分数为4.3%。 莱氏体用符号Ld表示。由于奥氏体在727℃时转变为珠光体，所以，在室温时莱氏体是由珠光体和渗碳体所组成。为了区别起见，将727℃以上存在的莱氏体称为高温莱氏体(Ld )，在727℃以下存在的莱氏体称为低温莱氏体（L′d），或称变态莱氏体。 莱氏体的性能与渗碳体相似，硬度高，塑性很差。莱氏体的显微组织可以看成是在渗碳体的基体上分布着颗粒状的奥氏体(或珠光体)。 二、铁碳合金相图 铁碳合金相图是铁碳合金在极缓慢冷却(或加热)条件下，不同化学成分的铁碳合金，在不同温度下所具有的组织状态的图形。我们实际上研究研究Fe—Fe3C相图。 1．铁碳合金相图中的特性点 表2—3 铁碳合金相图中的特性点 特性点 温度（℃） WC（%） 特性点的含义 A 1538 0 纯铁的熔点或结晶温度 C 1148 4.3 共晶点，发生共晶转变L4.3?A2.11+Fe3C D 1227 6.69 渗碳体的熔点 E 1148 2.11 碳在γ-Fe中的最大溶碳量，也是钢与生铁的成分分界点 F 1148 6.69 共晶渗碳体的成分点 G 912 0 α-Fe?γ-Fe同素异构转变点 S 727 0.77 共析点，发生共析转变A0。77?F0.0218+Fe3C P 727 0.0218 碳在α-Fe中的最大溶碳量 2．铁碳合金相图中的主要特性线 （1）液相线ACD 碳的质量分数WC≤4.3%的铁碳合金在AC线开始结晶出奥氏体(A)；碳的质量分数WC4.3%的铁碳合金在CD线开始结晶出渗碳体，称一次渗碳体，用Fe3CⅠ表示。 （2）固相线AECF 在