发布时间 : 星期日 文章机械工程材料及应用教案王纪安更新完毕开始阅读b6aca1bda4e9856a561252d380eb6294dc88227f
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基本组织。 【板书】
组织名称 符号 含义 含碳量 性能
铁素体 F 碳溶解在α－Fe中的 0.0008％ 塑性、韧性很好，强度、硬度
间隙固溶体。 （ 室温） 低。（δ：30~50％,Ak：128~160J， （指导观察图3-4、3-5） σ b：180~280MPa，HBS：50~80）
奥氏体 A 碳溶解在γ－Fe中的 0.77％ 塑性、韧性好，强度、硬度不
间隙固溶体。 （727℃） 高（伸长率δ：45％～60％σ b： （指导观察图3-6、3-7） 400MPa，HBS：160～200）
渗碳体 Fe3C 铁与碳反应形成的金 6.69％ 硬度很高（相当于800HBS），塑
属化合物。 性、韧性几乎为零，脆性很大。
珠光体 P 铁素体与渗碳体组成 0.77％ 强度较高，硬度适中，有一
的机械混合物。 （727℃以下） 定的塑性。（σ b：800MPa，HBS：（指导观察图3-8） 160～280，δ：20％～25％）
莱氏体 Ld 由奥氏体和渗碳体组成。 （727℃以上） 硬度高（相当于700HBS），
Ldˊ 由珠光体和渗碳体组成。 （727℃以下） 塑性很差。
（指导观察图3-9）
注： 在完成上述内容教学时，结合完成下列内容教学。 【交流与讨论】
下表为纯铁的力学性能，通过学习比较可以发现铁素体力学性能与纯铁基本相同，请问你是如何看待这一问题的？ 力学性能 抗拉强度 （σ b） 硬度（HBS） 伸长率 （δ） 断面收缩率（ψ） 韧性 （Ak） 力学性能指标值 176-276 MPa 50-80 40%-50% 70%-80% 128-160J 【讲解】渗碳体有片状、球状（粒状）、网状等不同形态，其数量、形态与分布对铁碳合金
的性能有很大的影响。渗碳体在适当的条件下，能分解为铁和石墨：
Fe3C─→3Fe+C（石墨）
【交流与讨论】
在铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体中：属于合金基本相的是____________________________，属于机械混合物的是____________________________，只能存在______________________。
727℃以上组织是
【板书】二.铁碳合金相图分析
铁碳合金相图：表示在极缓慢加热（或冷却）情况下，不同成分的铁碳合金的状态或组织随温度变化的图形。
【讲解】铁碳合金中，铁和碳可以形成一系的化合物， 如Fe3C、Fe2C、FeC等，如图3—10所示。
由于含碳量＞6.69%的铁碳合金脆性很大，没有实用价值。 因此，目前应用的铁碳合
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金相图仅研究含碳量从0%~6.69%，也就是Fe-Fe3C相图。图3-11为简化后的Fe-Fe3C相图。图中纵坐标为温度，横坐标为含碳量的质量百分数，从左向右表明含碳量从零增加到6.69%。 【板书】1、Fe-Fe3C相图
【板书】2、Fe-Fe3C相图特性点
特性点 温度（℃） 含碳量（%） 含 义 A 1538 0 纯铁的熔点 D 1227 6.69 渗碳体的熔点
C 1148 4.30 共晶点（教师板书出反应式） S 727 0.77 共析点（教师板书出反应式） E 1148 2.11 碳在γ-Fe中的最大溶解度 G 912 0 纯铁α-Fe ?γ-Fe转变温度 【板书】3、Fe-Fe3C相图特性线 ACD线——液相线。此线以上全部为液相。〔用L表示。铁碳合金冷却到此线开始结晶，在AC线以下从液相中结晶出奥氏体，在CD线以下结晶出一次渗碳体（Fe3CI）。〕 AECF线——固相线。液态合金冷却到此线全部结晶为固相。（此线以下全部为固相区） GS线（A3）——冷却时奥氏体开始转变为铁素体的开始线，或加热时铁素体全部转变为奥氏体终了线。 ES线（Acm）——碳在γ-Fe中溶解度曲线。此线以下开始从奥氏体中析出二次渗碳体（Fe3C。 Ⅱ）
ECF线——共晶线。〔含碳量在2.11-6.69%的合金冷却到此线时（1148℃）都发生共晶反应，同时结晶出奥氏体与渗碳体混合物——莱氏体。）〕 PSK线（A1）——共析线。〔含碳量在0.0218-6.69%的合金冷却到此线时（727℃）都反生共析反应，同时析出铁素体与渗碳体混合物——珠光体。〕
【练习】教师指导学生画出Fe-Fe3C相图（其尺寸与图3-11）并填写出各区域的组织。 【板书】4、相区 四个单相区、 五个两相区
【板书】三、典型合金的结晶过程及组织
铁碳合金的分类
钢 含碳量小于2．11%的铁碳合金。
分类 含碳量 室温组织
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亚共析钢 C＜0.77% F+P
共析钢 C = 0.77% P 过共析钢 C＞0.77% Fe3CⅡ+P
白口铸铁 含碳量2．11%~6.69%的铁碳合金。
分类 含碳量 室温组织 亚共晶白口铸铁 C＜4.3% P+ Fe3CⅡ+L`d 共晶白口铸铁 C = 4.3% L`d 过共晶白口铸铁 C＞4.3% Fe3CI+L`d
分析六种典型铁碳合金的结晶过程和组织
四、含碳量对铁碳合金组织和性能的影响
1、含碳量对组织的影响
（教师引导学生分析图3-22）
亚共析钢 共析钢 过共析钢 F减少 全部为P Fe3CⅡ增多 P增多 P减少 2、含碳量对性能的影响
含碳量越高，钢的强度、硬度越高，塑性、韧性越低。但当钢的含碳量大于0.9%时，因网状渗碳体的出现，使钢的强度有所降低。
为了保证工业上使用的钢具有足够的强度，并具有一定的塑性和韧性，钢中的
含碳量一般不超过1.4%。
Fe-Fe3C相图不仅大大地推动了金相学的发展，而且在生产实践中具有重要的现实意义。它为研究钢铁的组织，合理选用钢铁材料，科学制订钢铁材料铸造、锻造和热处理等热加工工艺提供了重要的科学依据，本节课我们讨论Fe-Fe3C相图的应用。 【板书】五、Fe-Fe3C相图的应用
1、选材方面
（教师讲读教材内容，指导完成“交流与讨论”） 2、铸造方面
接近共晶成分的铸铁铸造性好，在铸造生产中获得广泛应用。
原因：接近共晶成分的铸铁不仅熔点低，而且凝固区间小，且流动性好，收缩性小。 3、锻造方面
钢材锻造、轧制的温度范围通常选择在Fe—Fe3C相图中奥氏体区。
原因：钢处于奥氏体状态时，强度较低，塑性较好，便于塑性变形。 4、热处理方面
【讲解】Fe-Fe3C相图诞生100多年来，它为钢铁金相组织的研究，钢铁材料的合理选用，科学制订钢铁材料铸造、锻造和热处理等热加工工艺提供了重要的科学依据，发挥了巨大的指导作用。然而，我们也应认识它的缺陷和不足。实际生产中使用的钢铁材料，除铁和碳两种元素外，还有其他杂质元素（主要是硅、锰、硫、磷）或合金元素，而Fe-Fe3C相图仅研究铁、碳两种元素的相互作用和影响，没有考虑其他杂质元素或合金元素对铁碳合金的影响。
我们还知道，Fe—Fe3C相图是钢在极缓慢加热（或冷却）时测定绘制的，因而，在实际生产加热时，由于加热速度较快，钢的组织转变总会发生滞后现象，实际加热转变温度总要高于Fe—Fe3C相图的A1、A3、Acm。例如，依据Fe—Fe3C相图，含碳量为0.45%钢由铁素体转变为奥氏体的转变终了温度为766℃，而含碳量为0.45%钢在实际加热时铁素体转变为奥氏体的终了温度为780℃。为了将Fe—Fe3C相图的加热临界温度A1、A3、Acm和实际生产加热临界温度加以区别，通常把实际加热的各临界温度分别用Ac1、Ac3、Accm表示， 【板书】实际加热的各临界温度
相图加热临界温度 A1 A3 Acm 实际加热临界温度 Ac1 Ac3 Accm
Ac1 实际加热时，珠光体转变为奥氏体的终了温度；
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Ac3 实际加热时，铁素体转变为奥氏体的终了温度； Accm 实际加热时，Fe3CⅡ溶入奥氏体的终了温度。
【讲解】必须指出的是，在实际生产冷却时，由于冷却速度较快，钢的组织转变临界温度也会发生滞后现象，在此我们不作讨论。 【小结】
一、纯金属结晶特点
纯金属是在恒定的温度下结晶的。 二、纯金属的结晶过程 晶核形成与晶核长大
三、晶粒大小对其力学性能的影响
晶粒越细，金属材料的力学性能越好。 细化晶粒的方法。
F P Ldˊ Fe3C
含碳量 小 ————————————————→ 大 塑性、韧性 好 ————————————————→ 差
硬度 小 ————————————————→ 大 四、Fe-Fe3C相图的分析特性点、相图特性线； 五、含碳量对钢组织和性能的影响 六、Fe-Fe3C相图的应用；
【作业】习题思考