鐵碳合金教案

教學(xué)方案備注第三節(jié)鐵碳合金相圖重點(diǎn)內(nèi)容：1．鐵碳合金相圖的分析2．鐵碳合金的冷卻過程及組織3．含碳量對鐵碳合金組織和性能的影響難點(diǎn)：鐵碳合金相圖的分析一、鐵碳合金的基本相1.純鐵1）含義2）性能1)熔點(diǎn)——1538℃（一個(gè)大氣壓下）2)密度——7.87g/cm23)力學(xué)性能——強(qiáng)硬度低，塑韌性好（σb=180-280MPa,δ=40-50%,HB=50-80）4)物理性能——磁導(dǎo)率高3）同素異晶轉(zhuǎn)變1）δ-Fe（體心立方晶格）——1394℃-1538℃2）γ-Fe（面心立方晶格）——912℃-1394℃3）α-Fe（體心立方晶格）——912℃以下2.鐵碳合金的基本相1）滲碳體（Fe3C）（1）含義——鐵和碳形成的一種具有復(fù)雜斜方晶格的金屬化合物（2）性能——硬度高（HV950-1050）強(qiáng)度低，塑韌性低（接近0），熔點(diǎn)1227℃（3）組織特征——（4％硝酸酒精）白亮色2）鐵素體（F或α）（1）含義——碳在α-Fe中的間隙固溶體（2）性能——強(qiáng)硬度低(σb=180-280MPa)，塑韌性好（σ=30-50%,HB=50-80）（3）組織特征——（4％硝酸酒精）白亮色3）奧氏體（A）（1）含義——碳在γ-Fe中形成的間隙固溶體（2）性能——強(qiáng)硬度低，塑韌性好（3）組織特征：（4％硝酸酒精）白亮色二、鐵碳合金相圖分析1.兩個(gè)重要的特性點(diǎn)教學(xué)方案備注1）C點(diǎn)為共晶點(diǎn)（1）合金在平衡結(jié)晶過程中冷卻到1148℃時(shí)，C點(diǎn)成分的L發(fā)生共晶反應(yīng)，生成E點(diǎn)成分的A和Fe3C。共晶反應(yīng)在恒溫下進(jìn)行，反應(yīng)過程中L、A、Fe3C三相共存，反應(yīng)式為：。（2）共晶反應(yīng)的產(chǎn)物是A與Fe3C的共晶混合物，稱萊氏體，用符號(hào)Ld表示（3）萊氏體組織中的滲碳體稱為共晶滲碳體。在顯微鏡下萊氏體的形態(tài)是塊狀或粒狀A(yù)（727℃時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w）分布在滲碳體基體上。2）S點(diǎn)為共析點(diǎn)（1）合金在平衡結(jié)晶過程中冷卻到727℃時(shí)，S點(diǎn)成分的A發(fā)生共析反應(yīng)，生成P點(diǎn)成分的F和Fe3C。共析反應(yīng)在恒溫下進(jìn)行，反應(yīng)過程中P、A、Fe3C三相共存，反應(yīng)式為：（2）共析反應(yīng)的產(chǎn)物是F與Fe3C的共析混合物，稱珠光體，用符號(hào)表示（3）珠光體組織中的滲碳體稱為共析滲碳體。在顯微鏡下珠光體的形態(tài)呈層片狀。在放大倍數(shù)很高時(shí)，可清楚看到相間分布的滲碳體片（窄條）與鐵素體片（寬條）。（4）的強(qiáng)度較高，塑性、韌性和硬度介于滲碳體和鐵素體之間教學(xué)方案備注2.相圖中的特性點(diǎn)特性點(diǎn)符號(hào)溫度/℃ωc（%）含義A15380熔點(diǎn)：純鐵的熔點(diǎn)C11484.3共晶點(diǎn)：發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變D12276.69熔點(diǎn)：滲碳體的熔點(diǎn)E11482.11碳在γ-Fe中的最大溶解度點(diǎn)G9120同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)S7270.77共析點(diǎn)：發(fā)生共析轉(zhuǎn)變P7270.0218碳在α-Fe中的最大溶解度點(diǎn)Q6000.0008室溫下碳在α-Fe中的溶解度3.相圖中的特性線1）AC線液體向奧氏體轉(zhuǎn)變的開始線。即：L→A。2）CD線液體向滲碳體轉(zhuǎn)變的開始線。即：L→Fe3CⅠ。ACD線統(tǒng)稱為液相線，在此線之上合金全部處于液相狀態(tài)，用符號(hào)L表示。教學(xué)方案備注3）AE線液體向奧氏體轉(zhuǎn)變的終了線。4）ECF水平線共晶線。AECF線統(tǒng)稱為固相線，液體合金冷卻至此線全部結(jié)晶為固體，此線以下為固相區(qū)。5）ES線又稱Acm線，是碳在奧氏體中的溶解度曲線。即：L→Fe3CⅡ。6）GS線又稱A3線，7）GP線奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變的終了線。8）PSK水平線共析線（727℃），又稱A1線。9）PQ線碳在鐵素體中的溶解度曲線。三、典型鐵碳合金的冷卻過程及組織1．鐵碳含金的分類1）2）3）2．典型鐵碳含金冷卻過程分1）共析鋼教學(xué)方案備注2）亞共析鋼3）過共析鋼4）共晶白口鑄鐵教學(xué)方案備注5）亞共晶白口鑄鐵6）過共晶白口鑄鐵——同上，析出一次滲碳體四、含碳量對鐵碳合金組織和性能的影響1．C對平衡組織的影響1）引起相組成物中F、Fe3C相對量的變化：C％↑——F％↓、Fe3C％↑2）引起組織組成物的變化C％↑——F→F+P→P→P+Fe3CⅡ→P+Fe3CⅡ+Le’→Le’→Fe3CⅠ+Le’→Fe3CⅠ3）引起組織形態(tài)的變化。例Fe3CⅡ：C％↑—不連續(xù)→連續(xù)網(wǎng)狀2．C對力學(xué)性能的影響1）原因（1）室溫組織類型、相組成和組織組成物相對量不同（2）組織的形態(tài)與分布不同（尤其應(yīng)注意Fe3CⅡ的分布）2）影響（1）對鋼的影響——C％↑—硬度↑，塑、韌性↓強(qiáng)度：先升后降（當(dāng)C％＞1.0％時(shí)，F(xiàn)e3CⅡ呈連續(xù)網(wǎng)狀）（2）對白口鐵的影響：脆性很大，強(qiáng)度很低,硬度、耐磨性很高五、Fe——Fe3C相圖的應(yīng)用和局限性1．Fe——Fe3C相圖的應(yīng)用1）在鋼鐵材料選用方面的應(yīng)用2）在鑄造工藝方面的應(yīng)用3）在熱鍛、熱軋工藝方面的應(yīng)用4）在熱處理工藝方面的應(yīng)用教學(xué)方案備注2．Fe3——Fe3C相圖的局限性1）Fe3——Fe3C相圖反映的是平衡相，而不是組織。相圖能給出平衡條件下的相、相的成分和各相的相對質(zhì)量，但不能給出相的形狀、大小和空間相互配置的關(guān)系。2）Fe3——Fe3C相圖只反映鐵碳二元合金中相的平衡狀態(tài)。實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用的鋼和鑄鐵，除了鐵和碳以外，往往含有或有意加入其它元素。被加入元素的含量較高時(shí)，相圖將發(fā)生重大變化。嚴(yán)格說，在這樣的條件下鐵碳相圖已不適用。3）Fe3——