铁碳合金相图浅析.doc

铁碳合金相图浅析徐 道 芬叶 东杜 春 平（桂林航天工业高等专科学校 机 械 工 程 系 ，广 西 桂 林）摘 要铁碳合金相图是研究钢和铸铁的重要理论基础，掌握在平衡状态下铁碳合金成分 组织 性能之间的关系及变化规律，对于钢铁材料的应用及热加工工艺的制定具有指导意义。铁碳合金相图；成分；组织；性能关键词中图分类号：文献标志码：文章编号：（）工程材料与热处理课程是高职院校机械专业一门十分重要的专业基础 课 程，在教学中占有重要地位。 铁 碳 合 金相图是该课程教学中的重点和难点，但其内容抽象、概念 繁多，学生很难完全理解，只是机械地、死记硬背地把铁 碳 合金相图中各区域的组 织 记 下 来，根本没掌握各组织的转 变规律。 知其然不知其 所 以 然，就很难利用铁碳合金 相 图 来解决实际问题。 本文通过利 用 相 图 对 典 型 成 分的铁碳合金的结晶过 程 进 行 分 析，使学生进一步掌握铁 碳合金成分、组织和性能之间的关系，并指导钢材的选用和 制定热处理、热加工工艺。想。 为此，本人在铁碳合金相图教学中做了一些尝试，将绘制过程分为以下三个步骤：第一步，建立以横坐标表示含碳量，纵坐标表示温度的 坐标系；标出纯铁 的 熔 点 ，同 素 异 构 转 变 温 度 点 画 出 共晶线和共析线并标上 符 号 点，结合第二章共晶转变和共 析转变定义可以确定共晶点 在 之间，共析点 在 之间（如图）。第二步，先画出液相线 ，再 连 接 线，就 有 了 固 相线 ；然后 再 找 出 共 析 点 ，连 接 ， 即 可（如图 ）。第三步，标出组织，其分析过程如下。铁碳合金相图简介铁碳合金相图是以温度为纵坐标、含 碳 量 为 横 坐 标 绘 制的图形，如图 所 示，其中包晶转变部分实际应用较 少，故简化为 点。 工业纯铁在实际应 用 中 非 常 少，对 点的研究未见报道，文献中未给确 定 位 置。 由于含碳量大于 的 铁 碳合金脆性非常大，在工业上无实用价值，故目前应用的铁 碳合金相图的碳质量分数不是 的完整图形，而是 只研究碳质量分数在 的一部分，即以 作为一 组元，碳质量分数为 的 作为另一组元的 二元合金相图。 相图是经过长期 多 次 实 验 得到的，图形已基本确定，图上所有特性点的符号已全部得 到学术界公认和肯定。铁碳合金相图分析绘制相图铁碳合金相图是工程材料与热处理课程的难点和重点，要求每个学生都应该能绘制，但传统教学效果不是很理基金项目：广西区教育厅教 改 项 目 以模具工国家职业标准为导向，构建模具设计与制造专业理实一体化教学体系 （编 号：入手，含 量为，结合工业纯铁的同素异晶转变，知 点以上为液相， 温度范围内为 ， 点以下为 ； 向右推进，少 量 溶 于 中 形 成 奥 氏 体，溶 于 中形成铁素体，分别用符号 、 表示；至含 量 为 时（相图右 纵 坐 标），与 形 成 渗 碳 体，用 符 号 表 示。在铁碳合金相图空图中填写上述四个基本相，即 、 、，并分析铁素体、奥氏体和渗碳体的定义、力学性 能、特点及三者之间的联系与区别等。 结合建立相图 的 基 本知识，让学生分析 线、 线、 线、 线 的 含 义， 这样即巩固了所学知识，又提高了学生参与课堂活动的积 极性。（）结合第二章所学的共晶相图和共析 相 图，知 铁 碳 合金相图中 线为共晶反应线，结 晶 时 冷 却 至 时， 点成分的液相发生共晶反应，即 幑帯帯帯幐 （ ）（高温莱氏体）； 线为 共 析 反 应 线，结 晶 时冷却 至 时， 点成分的奥氏体发生共析反 应，即 幑帯幐（ ）（珠光体）；高 温莱氏体冷却到 以下时，将转变为低温莱氏体 ，是（）机械混合物。、 和 均为机械混合物，但是只用一个符号 表示，为了 便 于 掌 握，亦 视 为 “单 相”（并 非 单 相，是 基 本 组 织）。 在相图中填写 、和 ，并 分 析 莱 氏 体、珠 光 体 的 定义、力学性能及特点等。（）将（）、（）所得的基本相和组织填入相图中，如 图所示。（）结合铁碳合金基本相特点分析相图、填写其余各区 组织。 根据两单相之间为双相的性质，我们就可以很 好 地 归纳出相图中部分 区 域 的 组 织，如 图 所 示： 区 在 和 之间，其 组 织 为 ； 区 在 和 之 间，组 织为 ； 区 在 和 之 间，组 织 为 ；亚 共析钢区在 和 （ 非常少，忽略不计）之间，组织为 ； 以上过共晶白口铸铁区在 和 之 间， 组织为 ；在室温下，将转变为 。 剩下区域 中组织的填写是该相图 分 析 的 难 点，但是通过分析发现只 要弄明白 线 的 含 义，问题就将迎刃而解了。 由 前 面 的分析知 为单一的奥氏体相区， 点为碳在 中的最大溶解度。 根据以前学过的物理知识，随 着 温 度 降 低，溶解度减小，可推断 线为碳在 中的溶解 度 曲 线。 当温度低于 线 时，将 有 碳 析 出，生成二次渗碳体。 故在 以上过共析钢的组织为 ；亚共晶白口填写组织学生普遍反映相图不难画，可是组织不好记忆，即使记 住的也是机械式记忆，隔一段时间就会忘记。 为此，本文采 用逻辑推理法来填写各区组织，具体做法如下：（）首先画出铁碳合金相图空图（框架），如图 。（）分析铁碳合金中的四个基本相。 从 相 图 左 纵 坐 标铸铁区在 和 之间，组织为；在 室温下， 将转 变 为 。 分析的同时填写组织，如 图 所示。注：在冷却过 程 中 液 相、 相 和 相析出的渗碳体分 别称为 、 、 。（）综上所述，在室温下，随着含碳量增大，组织分别按 下列顺序变化：、 、 、 、。 在讲述的基础上让学生自己动手 绘制一次，绝大部分学生都可以记住相图，同时也提高学生 分析和理解相图的能力。中曲线交于、 点，如图所示。 其结晶过程为： 共析反应同时，还可以画出冷 却 曲 线，给 出 组 织 形 貌 图，这 样 既 形象生动，又可让学生更好地掌握成分、组织、性能三者 之 间的关系。分析典型成分的结晶过程根据铁碳相图，铁碳合金可分为三类：（）工业纯铁（ ）。（）钢 （ ）。 钢分为亚共析钢 （ ）、共析钢（ ）和过共析 钢（ ）。（）白口 铸 铁（ ）。 白 口 铸 铁 分 为亚共晶白口铸铁（ ）、共晶白口铸铁（ ）和过共晶白口铸铁（ ）。为进一步认识和理 解 铁 碳 相 图，现分析典型铁 碳 合 金的结晶过程。 以含碳量为 的亚共析钢为例，在 合 金 成分点处做一条竖线（都以结晶处含 量 恒 定 研 究），与 图结束语利用铁碳合金相图分析合金典型成分的结晶 过 程，掌 握成分、组织、性能三者之间的关系，对钢铁材料的选用 和 热加工工艺的制定有指导性意义。 但 是，在 实 际 生 产 过 程 中，不能完全照搬铁碳合金相图，因为其他合金元素、加 热 冷却速度均会导致相图发生变化。参考文献程 晓 宇 工程材料与热加工技术 西 安 ：西安电子科技大学出版社 ，王 体 民 铁碳合金相图教学探索 中国科教创新导刊 ，（）：严 满 清 ，徐 更 生 ，王 海 燕 铁 碳 合 金 相 图 的 教 学 探 究 安徽电子信息职业技术学院学报 ，（）：（责任编