铁碳合金状态图教案_铁碳合金相图教案

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邻水县职业中学2015学年度下期

机械加工专业公开课教案

授课时间: 2015年11月5日上午第二节 授课班级:春招15级机械三班 授课内容:铁碳合金状态图 授课教师: 文 杰 教学手段：课堂讲授，学生理解

教学目的:

1、了解简化的Fe-Fe3C状态图特征线。

2、了解含碳量对铁碳合金性能影响。

重点：Fe-Fe3C状态图特征线。难点: Fe-Fe3C状态图特征线。授课形式：新课 所用学时：1学时

使用教材：高等教育版《机械基础》

复习引入

合金状态图就是用热分析法测得不同浓度的铁碳合金的冷却曲线，然后将其冷却曲线上各结晶温度转变点描绘在温度-成分坐标上，以得到铁碳合金金相组织、温度及合金成分间的关系。铁碳合金状态图除用于钢和铸铁的组织转变的研究，作为选择材料的依据外，还可作为制定铸造、锻造、焊接和热处理等工艺规范的重要工具,它将为学习本课程的其他部分奠定必要的基础。教学过程

一、如图下图所示铁碳合金状态图。(抽学生回答组织符号名称)1、2、3、4、铁素体：是溶解在a-Fe中形成的间隙固溶体。渗碳体：是铁与碳形成的稳定化合物。

奥氏体：是碳溶解在r-Fe中形成的间隙固溶体。珠光体：是铁素体和渗碳体组成的共析体。

5、莱氏体：是由奥氏体和渗碳体组成的共晶体。

二、铁碳合金状态图分析

1、各特性点的含义 在铁碳合金状态图中用字母标出的点都表示一定的特性(成分和温度)，所以称为特性点。各主要特性点的含义列于

点名 温度 含碳量 含 义 A点：1538℃ 0% 纯铁的熔点 C点：1148℃ 4.3% 生铁的共晶点 D点：1227℃ 6.69% 渗碳体的熔点

E点：1148℃ 2.11% 碳在奥氏体中的最大溶解度 G点：912℃ 0% 纯铁的同素异构转变点 S点：727℃ 0.77% 共析点

2、各主要线的含义

(1)ACD线——液相线，即液体合金冷却到此线时开始结晶，在此线以上的区域为液相。(2)AECF线——固相线，即合金冷却到此线时金属液全部结晶为固相，在此线以下的区域为固相。

(3)GS线——铁素体析出开始线，通常用A3来表示。

(4)ES线——二次渗碳体析出开始线，通常用Acm来表示。在1148℃时奥氏体中溶碳量达到2.11％，而在727℃时仅为0.77％，所以含碳量大于0.77％的奥氏体冷却到此线时，多余的碳以渗碳体的形式从奥氏体中析出。这种从奥氏体中析出的渗碳体称为二次渗碳体，用Fe3CII表示。在显微镜下观察时，Fe3CII呈网状，故又称网状Fe3CII。

(5)ECF线——共晶线，即含碳量在2.11％～6.69％的铁碳合金，当冷却到此线时(1148℃)，都将发生共晶反应，从液相中同时结晶出两种不同的固相，如生成的共晶混合物称为莱氏体．

(6)PSK线——共折线，即含碳量在0.0218％～6.69％的铁碳合金，当冷却到此线时(727℃)，都将发生共析反应，从一种固相同时转变为两种不同的固相，如形成的共析混合物称为珠光体。这条线通常用A1来表示。

(7)GP线：0＜Wc＜0.0218%的铁碳合金，缓冷时，由奥氏体中析出铁素体的终止线(8)PQ线：碳在铁素体中溶解度曲线，在727℃时，Wc=0.0218%，溶碳量最大，在600℃时，Wc=0.0057%。

3、铁碳合金相图中的这几条线把相图分成了几个区域，称为相区。对每一个相区来说，不论温度怎么变,成分怎么变，只要在这个相区内，其组织种类就不会变，但相的成分和相对量可能变化。（单相区，双相区，三相区（课祥））.4.钢 含碳量小于0.0218％为工业纯铁，含碳量在0.0218％～2.11％的铁碳合金，称为钢。它在高温时都要生成奥氏体。根据室温组织不同，将钢分为3种：

共析钢 ：0.77％C；

亚共析钢 :

过共析钢:>0.77％C。

(3)白口铸铁 2.11％～6.69％C的铁碳合金，称为白口铸铁。它在液相结晶时都将发生共晶反应，生成莱氏体。根据室温组织不同，将铁也分为3种：

共晶白口铸铁 :4.3％C；

亚共晶白口铸铁:

过共晶白口铸铁 :>4.3％C。

4、钢在结晶过程中的组织转变

(1)共析钢 图中合金I是共析钢，含碳量为0.77％。其冷却过程的组织转变为：L→L+A→ A→P。室温平衡组织全部为珠光体。

(2)亚共析钢 图中合金Ⅱ是亚共析钢，含碳量为0.4％，冷却过程的组织转变为：L→L+A→A→A+F→P+F。室温平衡组织由铁素体和珠光体组成。

(3)过共析钢 图中合金Ⅲ是过共析钢，含碳量为1.2％。冷却过程的组织转变为：L→L+A→A→A+ Fe3CⅡ→P+ Fe3CⅡ。室温平衡组织是由珠光体和呈网状的二次渗碳体组成。

(4)共晶白口铸铁 图中合金Ⅳ是共晶白口铸铁，含碳量为4.3％，冷却过程的组织转变为：L→Ld→Ld’。室温平衡组织是低温莱氏体(由珠光体和渗碳体组成)，用Le’表示。

(5)亚共晶白口铸铁 图中合金Ⅴ是亚共晶白口铸铁，含碳量3.0％。冷却过程的组织转变为：L→L+A→A→Ld+A+ Fe3CⅡ→Ld’+P+ Fe3CⅡ。室温平衡组织由珠光体、二次渗碳体和低温莱氏体所组成。

5.共晶反应：指一定成分的液体合金，在一定温度下，同时结晶出成分 和晶格均不相同的两种晶体的反应。

包晶反应：指一定成分的固相与一定成分的液相作用，形成另外一种 固相的反应过程。

共析反应：由特定成分的单相固态合金，在恒定的温度下，分解成两 个新的，具有一定晶体结构的固相的反应。

共同点：反应都是在恒温下发生，反应产物都具有一定的相。

不同点：共晶反应是一种液相在恒温下产生成两种固相的反应；共析 反应是一种固相在恒温下生成两种固相的反应；而包晶反应是一种液 相与一种固相在恒温下生成另一种固相的反应。

(抽学生回答铁碳合金图中的共晶反应，包晶反应，共析反应的位置)6.含碳量与力学性能间的关系

强度：当含碳量小于0.9％时，随着含碳量增加，不断提高；当含碳量大于0.9％时，由于渗碳体在晶界呈网状分布，使钢的强度下降。硬度：随含碳量的增加而提高。塑性：随含碳量增加而迅速降低。韧性：随含碳量增加而迅速降低。

作业

课后把铁碳合金状态图绘制好并把各点及各线的含义完善一下。板书 多媒体教学（课祥）