任务三铁碳相图（情景二）

1、 项目三：金属材料及其工艺项目三：金属材料及其工艺轮机工程基础模块轮机工程基础模块任务三任务三 铁碳合金相图铁碳合金相图情景任务一情景任务一分析铁碳合金相图中的点、线、相区； 分析铁碳合金相图中成分、组织性能的相互转换关系情景情景任务二任务二 项目三：金属材料及其工艺项目三：金属材料及其工艺轮机工程基础模块轮机工程基础模块【学习情境二学习情境二】分析铁碳合金相图中成分、组织分析铁碳合金相图中成分、组织性能的相互转换关系性能的相互转换关系能力目标：能力目标：学习任务：学习任务：1.掌握铁碳合金室温平衡组织掌握铁碳合金室温平衡组织课内实践：课内实践：利用铁碳合金相图来分析典型铁碳利用铁碳合金相图来

2、分析典型铁碳合金的平衡结晶过程合金的平衡结晶过程。教学方法：教学方法：引导文教学法引导文教学法1理解铁碳合金的分类理解铁碳合金的分类2.掌握每一类的室温平衡组织掌握每一类的室温平衡组织 项目三：金属材料及其工艺项目三：金属材料及其工艺轮机工程基础模块轮机工程基础模块学习领域：铁碳合金相图学习情境：铁碳合金相图工作任务：利用铁碳合金相图来分析典型铁碳合金的平衡结晶过程。具体任务：掌握铁碳合金的室温组织 引导文2. 每种铁碳合金在室温下的组织？4. 合金的成分、组织、性能之间的关系？1. 铁碳合金的分类？3. 不同钢的平衡相变过程？ 项目三：金属材料及其工艺项目三：金属材料及其工艺轮机工程基础模块

3、轮机工程基础模块【任务描述任务描述】铁碳合金相图中的组成物有哪些？它们成分、组织具有什么特点？铁碳合金按什么分类？每一类的室温平衡组织是什么？如何利用铁碳合金相图来分析典型铁碳合金的平衡结晶过程？ 项目三：金属材料及其工艺项目三：金属材料及其工艺轮机工程基础模块轮机工程基础模块根据根据含碳量和室温组织特点，铁碳合金可分为以含碳量和室温组织特点，铁碳合金可分为以下三类：下三类：Wc0.0218的铁碳合金。其室温组织为的铁碳合金。其室温组织为F或或F+少量少量Fe3C；具有优良的塑性。；具有优良的塑性。【背景知识背景知识】一、铁碳合金的分类一、铁碳合金的分类1工业纯铁（工业纯铁（industria

4、l pure iron） 项目三：金属材料及其工艺项目三：金属材料及其工艺轮机工程基础模块轮机工程基础模块0.0218Wc2.11的铁碳合金。特点是高温固态组织为奥氏体，因而易于锻造。根据其室温组织不同，又可分为三种：2钢（钢（steel）名称名称含碳量含碳量组织组织亚共析钢（hypoeutectoid steel）0.0218Wc0.77FP共析钢（eeutectoid steel）Wc0.77P过共析钢（hypereutectoid steel）0.77Wc2.11PFe3C 项目三：金属材料及其工艺项目三：金属材料及其工艺轮机工程基础模块轮机工程基础模块 特点特点是液态结晶时都有共晶转变

5、，因此铸造性好，是液态结晶时都有共晶转变，因此铸造性好，但结晶后生成莱氏体，脆性大，不宜锻造。按白但结晶后生成莱氏体，脆性大，不宜锻造。按白口铸铁室温组织特点，也可分为三种口铸铁室温组织特点，也可分为三种： 3白口铸铁（白口铸铁（white cast iron）名称名称含碳量含碳量组织组织亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁（hypoeutectic white cast iron）2.11Wc4.3PFe3CLd共晶白口铸铁共晶白口铸铁（eutectic white cast iron）Wc=4.3Ld过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁（hypereutectic white cast iron）4.3W

6、c6.69Fe3C+ Ld 项目三：金属材料及其工艺项目三：金属材料及其工艺轮机工程基础模块轮机工程基础模块铁碳合金的分类铁碳合金的分类 项目三：金属材料及其工艺项目三：金属材料及其工艺轮机工程基础模块轮机工程基础模块1. 1. 工业纯铁工业纯铁 wc0.0218%0.0218%室温平衡组织室温平衡组织:F+ Fe:F+ Fe3 3C C 二、典型合金的平衡结晶过程二、典型合金的平衡结晶过程 项目三：金属材料及其工艺项目三：金属材料及其工艺轮机工程基础模块轮机工程基础模块工业纯铁的结晶过程工业纯铁的结晶过程 项目三：金属材料及其工艺项目三：金属材料及其工艺轮机工程基础模块轮机工程基础模块2.

7、共析钢共析钢 项目三：金属材料及其工艺项目三：金属材料及其工艺轮机工程基础模块轮机工程基础模块共析钢的结晶过程共析钢的结晶过程 项目三：金属材料及其工艺项目三：金属材料及其工艺轮机工程基础模块轮机工程基础模块F Fe3C珠光体珠光体 500 项目三：金属材料及其工艺项目三：金属材料及其工艺轮机工程基础模块轮机工程基础模块3. 亚亚共析钢共析钢 项目三：金属材料及其工艺项目三：金属材料及其工艺轮机工程基础模块轮机工程基础模块亚共析钢的结晶过程亚共析钢的结晶过程 项目三：金属材料及其工艺项目三：金属材料及其工艺轮机工程基础模块轮机工程基础模块 亚共析钢室温下的组织为亚共析钢室温下的组织为F+P。

8、在在0.02180.77%C 范围内范围内珠珠光体的量随含碳量增加而增光体的量随含碳量增加而增加。加。含含0.45%C钢的组织钢的组织含含0.20%C钢的组钢的组织织含含0.60%C钢的组织钢的组织 项目三：金属材料及其工艺项目三：金属材料及其工艺轮机工程基础模块轮机工程基础模块4. 过过共析钢共析钢 项目三：金属材料及其工艺项目三：金属材料及其工艺轮机工程基础模块轮机工程基础模块过共析钢的结晶过程过共析钢的结晶过程 项目三：金属材料及其工艺项目三：金属材料及其工艺轮机工程基础模块轮机工程基础模块 过共析钢室温组织过共析钢室温组织为为P+ Fe3C 。 Fe3C量随含碳量量随含碳量而增加而增加

9、, , 含碳量为含碳量为2.11%时时, Fe3C量量最大。最大。含含1.4%C钢的组织钢的组织 项目三：金属材料及其工艺项目三：金属材料及其工艺轮机工程基础模块轮机工程基础模块5. 共晶白口铸铁共晶白口铸铁 项目三：金属材料及其工艺项目三：金属材料及其工艺轮机工程基础模块轮机工程基础模块共晶白口铸铁的结晶过程共晶白口铸铁的结晶过程 项目三：金属材料及其工艺项目三：金属材料及其工艺轮机工程基础模块轮机工程基础模块 共晶白口铁室共晶白口铁室温组织为温组织为Ld (P+ Fe3C), 它它是由是由P、Fe3C、Fe3C共晶共晶组成的组成的混合物混合物。PFe3C 项目三：金属材料及其工艺项目三：金

10、属材料及其工艺轮机工程基础模块轮机工程基础模块6. 亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁 项目三：金属材料及其工艺项目三：金属材料及其工艺轮机工程基础模块轮机工程基础模块亚共晶白口铸铁的结晶过程亚共晶白口铸铁的结晶过程 项目三：金属材料及其工艺项目三：金属材料及其工艺轮机工程基础模块轮机工程基础模块 亚共晶白口铸铁室温组织为亚共晶白口铸铁室温组织为P+Fe3C+Ld，黑色，黑色的斑点和细条以及亮白色的基体是的斑点和细条以及亮白色的基体是Ld ，P呈暗呈暗黑色枝晶状，黑色枝晶状，Fe3C与与Fe3C共晶共晶混成一体。混成一体。PLd 项目三：金属材料及其工艺项目三：金属材料及其工艺轮机工程基础模块轮机工

11、程基础模块7. 过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁 项目三：金属材料及其工艺项目三：金属材料及其工艺轮机工程基础模块轮机工程基础模块过共晶白口铸铁的结晶过程过共晶白口铸铁的结晶过程 项目三：金属材料及其工艺项目三：金属材料及其工艺轮机工程基础模块轮机工程基础模块FeFe3CSQPKGFEDCAA+ Fe3CA+FL+AFALL+ Fe3CF+ Fe3CA+ Fe3CA+ Fe3C+LdLdLd+ Fe3CLd+ Fe3CLdP+ Fe3C+LdP+ Fe3CP+FPC%温度温度F+ Fe3C 项目三：金属材料及其工艺项目三：金属材料及其工艺轮机工程基础模块轮机工程基础模块钢钢铁素体铁素体F亚共析钢亚

12、共析钢过共析钢过共析钢亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁共晶白口铸铁共晶白口铸铁共析钢共析钢白白 口口 铸铸 铁铁二次渗碳体二次渗碳体工工业业纯纯铁铁珠光体珠光体莱氏体莱氏体一次渗碳体一次渗碳体Fe3C钢钢 铁铁分分 类类组织组组织组成物相成物相对量对量%相组成相组成物相对物相对量量%含碳量含碳量% 0 0.02180.772.114.36.6910010000三次渗碳体三次渗碳体 1. 含碳量对室温平衡组织的影响含碳量对室温平衡组织的影响 三、合金三、合金成分、组织、性能之间的关系成分、组织、性能之间的关系 项目三：金属材料及其工艺项目三：金属材料及其工艺轮机工程基础模

13、块轮机工程基础模块 亚亚共析钢共析钢随含碳量增加，随含碳量增加，P量增量增加，加，钢的强度、硬度升高，塑性、钢的强度、硬度升高，塑性、韧性下降。韧性下降。 0.77%C时，组织为时，组织为100% P, 钢钢的性能即的性能即P的性能。的性能。 0.9%C，Fe3C为晶界连续网为晶界连续网状，强度下降状，强度下降, 但硬度仍上升。但硬度仍上升。 2.11%C，组织中有以，组织中有以Fe3C为为基的基的Ld,合金太脆合金太脆.2. 含碳量对铁碳合金力学性能的影响含碳量对铁碳合金力学性能的影响 项目三：金属材料及其工艺项目三：金属材料及其工艺轮机工程基础模块轮机工程基础模块 切削性能切削性能: 中碳

14、钢合适中碳钢合适 可锻性能可锻性能: 低碳钢好低碳钢好 焊接性能焊接性能: 低碳钢好低碳钢好 铸造性能铸造性能: 共晶合金好共晶合金好 热处理性能热处理性能: 下章介绍下章介绍铸铸造造焊缝组织焊缝组织模锻模锻切削加工的基本形式切削加工的基本形式车车刨刨钻钻铣铣磨磨3. 含碳量对铁碳合金工艺性能的影响含碳量对铁碳合金工艺性能的影响 项目三：金属材料及其工艺项目三：金属材料及其工艺轮机工程基础模块轮机工程基础模块1.1.选择材料方面的应用选择材料方面的应用（1） 分析零件的工作条件分析零件的工作条件, , 根据铁碳合金成分、根据铁碳合金成分、组织、性能之间的变化规律进行选择材料。组织、性能之间的变

15、化规律进行选择材料。（2）根据铁碳合金成分、组织、性能之间）根据铁碳合金成分、组织、性能之间 的的变化规律变化规律 , 确定选定材料的工作范围。确定选定材料的工作范围。【拓展延伸拓展延伸】铁铁碳合金相图的应用碳合金相图的应用 项目三：金属材料及其工艺项目三：金属材料及其工艺轮机工程基础模块轮机工程基础模块，例如做等。用途用途性能性能材料材料建筑构件和各种型钢需用塑性、韧性好的材料碳含量较低的钢材机械零件需用强度、塑性及韧性都较好的材料碳含量适中的中碳钢各种工具需用硬度高和耐磨性好的材料选碳含量高的钢种电磁铁的铁心磁导率高，矫顽力低，可作软磁材料使用纯铁拔丝模、冷轧辊、货车轮、犁铧、球磨机的磨球

16、等硬度高、脆性大，不能切削加工，也不能锻造，但其耐磨性好，铸造性能优良，适用于作要求耐磨、不受冲击、形状复杂的铸件，白口铸铁 项目三：金属材料及其工艺项目三：金属材料及其工艺轮机工程基础模块轮机工程基础模块2.2.在铸造工艺方面的应用在铸造工艺方面的应用 3.3.在热缎、热轧工艺方面的应用在热缎、热轧工艺方面的应用4.4.在热处理工艺方面的应用在热处理工艺方面的应用 根据FeFe3C相图可以确定合金的浇注温度。浇注温度一般在液相线以上50100。 锻造或轧制选在单相奥氏体区内进行。一般始缎、始轧温度控制在固相线以下100200范围内，终缎、终轧温度不能过低。亚共析钢热加工终止温度多控制在GS线

17、以上一点，过共析钢变形终止温度应控制在PSK线以上一点，一般始缎温度为11501250，终缎温度为800850。 FeFe3C相图对于制订热处理工艺有着特别重要的意义。一些热处理工艺如退火、正火、淬火的加热温度都是依据FeFe3C相图确定的。 项目三：金属材料及其工艺项目三：金属材料及其工艺轮机工程基础模块轮机工程基础模块5.5.制定热加工工艺方面的应用制定热加工工艺方面的应用 项目三：金属材料及其工艺项目三：金属材料及其工艺轮机工程基础模块轮机工程基础模块 【分组讨论分组讨论】：铁碳合金：铁碳合金相图的应用相图的应用？铁碳合金相图 铁碳合金的结晶过程铁碳合金的结晶过程 合金成分组织性能的关系合金成分组织性能的关系 铁碳合金相图的应用铁碳合金相图的应用 项目三：金属材料及其工艺项目三：金属材料及其工艺轮机工程基础模块轮机工程基础模块评价阶段评价阶段 相关知识理解自评自评 互评互评 教师点评教师点评 项目三：金属材料