航空工程材料教案鐵碳相圖

1、項(xiàng)目 （任務(wù)）學(xué)習(xí)子情境：鐵碳合金相圖的認(rèn)識(shí)之二授課班級(jí)授課教師地 點(diǎn)課時(shí)/累計(jì)審批/日期多媒體教室2/22授課周次課程類型理論課教學(xué)方法舉例教學(xué)目標(biāo)知 識(shí) 目 標(biāo)能力（技能）目標(biāo)1、 掌握鐵碳合金平衡圖的分析方法，2、了解鐵碳合金組織與性能的關(guān)系以及在工藝上應(yīng)用。會(huì)認(rèn)相圖和組織及應(yīng)用重難點(diǎn)及解決方法重點(diǎn)：鐵碳合金相圖難點(diǎn)：相圖及基本組織解決方法：多媒體演示能力訓(xùn)練任務(wù)及案例鐵碳合金（碳素鋼、鑄鐵）教學(xué)回顧回顧前面所學(xué)的合金的相結(jié)構(gòu)與組織，固溶體、金屬化合物和相圖等。教學(xué)過程設(shè)計(jì)：1.復(fù)習(xí)上節(jié)課的內(nèi)容。2.熟悉鐵碳合金的相圖。3.多媒體演示、掛圖講解鐵碳合金平衡圖的主要應(yīng)用。§學(xué)習(xí)子

2、情境： 鐵碳合金相圖的認(rèn)識(shí)一、教學(xué)回顧：鐵碳合金組織：鐵素體、奧氏體、珠光體、滲碳體等。二、鐵碳合金的基本相圖：研究鐵碳合金在平衡狀態(tài)下的組織與成分、溫度之間的關(guān)系。能使我們了解不同含碳量的鐵碳合金在各種不同溫度條件下的組織狀態(tài)，也能了解某一成分的鐵碳合金在溫度發(fā)生變化時(shí)組織狀態(tài)轉(zhuǎn)變的規(guī)律。FeFe3C相圖如下：三、鐵碳合金平衡圖的分析：為了深入分析FeFe3C平衡圖及鐵碳合金結(jié)晶過程，將平衡圖分為鋼和生鐵兩部分來分別研究。1、鋼的結(jié)晶過程及組織轉(zhuǎn)變 C0.02182.11的鐵碳合金稱為鋼。其特點(diǎn)是所有碳鋼從液態(tài)結(jié)晶完畢都得到單相A。溫度繼續(xù)下降到一定程度，發(fā)生-Fe-Fe的同素異晶轉(zhuǎn)變，A最

3、終轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體與滲碳體的兩相機(jī)械混合物。其轉(zhuǎn)變過程特點(diǎn)與鋼的含碳量有關(guān)，分為三種類型：亞共析鋼 0.0218C0.77 共析鋼 C0.77過共析鋼 0.77C2.11（1）共析鋼(含碳量為0.77%)過S點(diǎn)作一成分線，交相圖于1、2、3、4點(diǎn)，作冷卻曲線，可分析其組織轉(zhuǎn)變過程：當(dāng)金屬液冷卻到和AC線相交的1點(diǎn)時(shí)，開始從液相()中結(jié)晶出奧氏體()，到2點(diǎn)時(shí)金屬液全部結(jié)晶終了，此時(shí)合金全部由奧氏體組成。在2點(diǎn)到3點(diǎn)間，組織不發(fā)生變化。當(dāng)合金冷卻到3點(diǎn)時(shí)，奧氏體發(fā)生共析反應(yīng)：S（PFe3CK）共析反應(yīng)的產(chǎn)物為珠光體P。溫度再繼續(xù)下降，珠光體不再發(fā)生變化。共析鋼在室溫時(shí)的組織是珠光體。珠光體是鐵素體和

4、滲碳體的機(jī)械混合物，用符號(hào)來表示。它是滲碳體和鐵素體片層相間、交替排列而成的混合物。用金相顯微鏡放大400×，形似指紋。用電子顯微鏡放大15000×，可清楚地看到滲碳體呈片狀分布于鐵素體基體上。（2）亞共析鋼(含碳量0.0218<C0.77）以45鋼為例：在含碳0.45的成分點(diǎn)作一成分線，交相圖于1、2、3、4點(diǎn)，作其冷卻曲線，可分析其組織轉(zhuǎn)變過程：金屬液冷卻到1點(diǎn)時(shí)開始結(jié)晶出奧氏體，到2點(diǎn)結(jié)晶完畢，2點(diǎn)到3點(diǎn)間為單相奧氏體的冷卻，當(dāng)奧氏體冷卻到與GS線相交的3點(diǎn)時(shí)，奧氏體開始析出鐵素體（稱先共析鐵素體）。由于鐵素體中含碳量很低，當(dāng)鐵素體析出時(shí)，原來溶解的過多的碳將溶

5、入剩余奧氏體中而使其含碳量增加。隨著溫度下降，析出的鐵素體量增多，剩余的奧氏體量減少，而奧氏體的含碳量沿GS線增加。當(dāng)溫度降至和PSK線相交的4點(diǎn)時(shí)，奧氏體的含碳量達(dá)到0.77（共析成分），此時(shí)剩余奧氏體發(fā)生共析反應(yīng)，轉(zhuǎn)變成珠光體。4點(diǎn)以下至室溫，合金組織不再發(fā)生變化。所有亞共析鋼的結(jié)晶過程都和合金相似，它們?cè)谑覝叵碌慕M織：由珠光體和（先共析）鐵素體組成。因含碳量不同，珠光體和鐵素體的相對(duì)量也不同。含碳量越高，鐵素體越少，珠光體越多。（3）過共析鋼(含碳量0.77<C<2.11)以T12鋼為例：在含碳1.2的成分點(diǎn)作一成分線，交相圖于1、2、3、4點(diǎn)，作其冷卻曲線，可分析其組織轉(zhuǎn)變

6、過程：金屬液冷卻到1點(diǎn)時(shí)，開始結(jié)晶出單相奧氏體，到 2點(diǎn)結(jié)晶完畢。 2點(diǎn)到3點(diǎn)間為單相奧氏體的冷卻。當(dāng)合金冷卻到與ES線相交的3點(diǎn)時(shí)，奧氏體中的含碳量達(dá)到飽和，繼續(xù)冷卻，由于碳在奧氏體中的溶解度減少，過剩的碳從奧氏體中以二次滲碳體(Fe3C)的形式析出，它沿奧氏體晶界呈網(wǎng)狀分布。繼續(xù)冷卻，析出的二次滲碳體的數(shù)量增多，剩余奧氏體中的含碳量降低。隨著溫度下降，奧氏體中的含碳量沿ES線向共析成分變化，當(dāng)奧氏體溫度降至與PSK線相交的4點(diǎn)時(shí)，剩余奧氏體中的含碳量達(dá)到o.77%，于是發(fā)生共析反應(yīng)，轉(zhuǎn)變成珠光體。從4點(diǎn)以下至室溫，合金組織不再發(fā)生變化。最后得到珠光體和網(wǎng)狀二次滲碳體組織。所有過共析鋼的結(jié)晶

7、過程都和合金相似，它們的室溫組織由于含碳量不同，組織中的二次滲碳體和珠光體的相對(duì)量也不同。鋼中含碳量越多，二次滲碳體也越多。：若從室溫極緩慢加熱，鋼的組織轉(zhuǎn)變將發(fā)生與冷卻時(shí)相反的轉(zhuǎn)變。平衡圖上各臨界點(diǎn)的位置不變。這種狀態(tài)稱平衡狀態(tài)。2、生鐵的結(jié)晶過程及組織轉(zhuǎn)變C2.116.69的鐵碳合金稱為生鐵。，當(dāng)生鐵中所含的碳全部以滲碳體形式存在時(shí)，其斷口呈銀白色，又稱白口鑄鐵。其特點(diǎn)是金屬液結(jié)晶時(shí)都將發(fā)生共晶反應(yīng)生成萊氏體。根據(jù)其含碳量及室溫組織的不同，又可分為：亞共晶白口鑄鐵 2.11C4.3共晶白口鑄鐵 C4.3 過共晶白口鑄鐵 4.3C6.69四、鐵碳合金的成分、組織和性能的關(guān)系1、鐵碳合金在室溫的組織都是由鐵素體和滲碳體兩相組成。隨著含碳量的增加，鐵素體的量逐漸減少，而滲碳體的量則有所增加。2、隨著含碳量的變化，不僅鐵素體和滲碳體的相對(duì)量有變化，而且相互組合的形態(tài)也發(fā)生變化。隨著含碳量的增加，合金的組織將按下列順序發(fā)生變化：Fe3CFe3CFe3C 。3、含碳量越高，鋼的強(qiáng)度和硬度越高，而塑性和韌性越低。這是由于含碳量越高，鋼中的硬脆相Fe3C越多的緣故。而當(dāng)含碳直超過0.8時(shí)，由于網(wǎng)狀滲碳體的出現(xiàn)，使鋼的強(qiáng)度有所降低。4、為了保證工業(yè)上使用的鋼具有足夠的強(qiáng)度，并具有一定的塑性和韌性，鋼中的含碳量一般都不超過1.4。五、Fe-Fe3C相圖的應(yīng)用1、作為選用鋼鐵材料的依據(jù)。2、制