航空工程材料教案铁碳相图

1、项目 （任务）学习子情境：铁碳合金相图的认识之二授课班级授课教师地 点课时/累计审批/日期多媒体教室2/22授课周次课程类型理论课教学方法举例教学目标知 识 目 标能力（技能）目标1、 掌握铁碳合金平衡图的分析方法，2、了解铁碳合金组织与性能的关系以及在工艺上应用。会认相图和组织及应用重难点及解决方法重点：铁碳合金相图难点：相图及基本组织解决方法：多媒体演示能力训练任务及案例铁碳合金（碳素钢、铸铁）教学回顾回顾前面所学的合金的相结构与组织，固溶体、金属化合物和相图等。教学过程设计：1.复习上节课的内容。2.熟悉铁碳合金的相图。3.多媒体演示、挂图讲解铁碳合金平衡图的主要应用。§学习子

2、情境： 铁碳合金相图的认识一、教学回顾：铁碳合金组织：铁素体、奥氏体、珠光体、渗碳体等。二、铁碳合金的基本相图：研究铁碳合金在平衡状态下的组织与成分、温度之间的关系。能使我们了解不同含碳量的铁碳合金在各种不同温度条件下的组织状态，也能了解某一成分的铁碳合金在温度发生变化时组织状态转变的规律。FeFe3C相图如下：三、铁碳合金平衡图的分析：为了深入分析FeFe3C平衡图及铁碳合金结晶过程，将平衡图分为钢和生铁两部分来分别研究。1、钢的结晶过程及组织转变 C0.02182.11的铁碳合金称为钢。其特点是所有碳钢从液态结晶完毕都得到单相A。温度继续下降到一定程度，发生-Fe-Fe的同素异晶转变，A最

3、终转变为铁素体与渗碳体的两相机械混合物。其转变过程特点与钢的含碳量有关，分为三种类型：亚共析钢 0.0218C0.77 共析钢 C0.77过共析钢 0.77C2.11（1）共析钢(含碳量为0.77%)过S点作一成分线，交相图于1、2、3、4点，作冷却曲线，可分析其组织转变过程：当金属液冷却到和AC线相交的1点时，开始从液相()中结晶出奥氏体()，到2点时金属液全部结晶终了，此时合金全部由奥氏体组成。在2点到3点间，组织不发生变化。当合金冷却到3点时，奥氏体发生共析反应：S（PFe3CK）共析反应的产物为珠光体P。温度再继续下降，珠光体不再发生变化。共析钢在室温时的组织是珠光体。珠光体是铁素体和

4、渗碳体的机械混合物，用符号来表示。它是渗碳体和铁素体片层相间、交替排列而成的混合物。用金相显微镜放大400×，形似指纹。用电子显微镜放大15000×，可清楚地看到渗碳体呈片状分布于铁素体基体上。（2）亚共析钢(含碳量0.0218<C0.77）以45钢为例：在含碳0.45的成分点作一成分线，交相图于1、2、3、4点，作其冷却曲线，可分析其组织转变过程：金属液冷却到1点时开始结晶出奥氏体，到2点结晶完毕，2点到3点间为单相奥氏体的冷却，当奥氏体冷却到与GS线相交的3点时，奥氏体开始析出铁素体（称先共析铁素体）。由于铁素体中含碳量很低，当铁素体析出时，原来溶解的过多的碳将溶

5、入剩余奥氏体中而使其含碳量增加。随着温度下降，析出的铁素体量增多，剩余的奥氏体量减少，而奥氏体的含碳量沿GS线增加。当温度降至和PSK线相交的4点时，奥氏体的含碳量达到0.77（共析成分），此时剩余奥氏体发生共析反应，转变成珠光体。4点以下至室温，合金组织不再发生变化。所有亚共析钢的结晶过程都和合金相似，它们在室温下的组织：由珠光体和（先共析）铁素体组成。因含碳量不同，珠光体和铁素体的相对量也不同。含碳量越高，铁素体越少，珠光体越多。（3）过共析钢(含碳量0.77<C<2.11)以T12钢为例：在含碳1.2的成分点作一成分线，交相图于1、2、3、4点，作其冷却曲线，可分析其组织转变

6、过程：金属液冷却到1点时，开始结晶出单相奥氏体，到 2点结晶完毕。 2点到3点间为单相奥氏体的冷却。当合金冷却到与ES线相交的3点时，奥氏体中的含碳量达到饱和，继续冷却，由于碳在奥氏体中的溶解度减少，过剩的碳从奥氏体中以二次渗碳体(Fe3C)的形式析出，它沿奥氏体晶界呈网状分布。继续冷却，析出的二次渗碳体的数量增多，剩余奥氏体中的含碳量降低。随着温度下降，奥氏体中的含碳量沿ES线向共析成分变化，当奥氏体温度降至与PSK线相交的4点时，剩余奥氏体中的含碳量达到o.77%，于是发生共析反应，转变成珠光体。从4点以下至室温，合金组织不再发生变化。最后得到珠光体和网状二次渗碳体组织。所有过共析钢的结晶

7、过程都和合金相似，它们的室温组织由于含碳量不同，组织中的二次渗碳体和珠光体的相对量也不同。钢中含碳量越多，二次渗碳体也越多。：若从室温极缓慢加热，钢的组织转变将发生与冷却时相反的转变。平衡图上各临界点的位置不变。这种状态称平衡状态。2、生铁的结晶过程及组织转变C2.116.69的铁碳合金称为生铁。，当生铁中所含的碳全部以渗碳体形式存在时，其断口呈银白色，又称白口铸铁。其特点是金属液结晶时都将发生共晶反应生成莱氏体。根据其含碳量及室温组织的不同，又可分为：亚共晶白口铸铁 2.11C4.3共晶白口铸铁 C4.3 过共晶白口铸铁 4.3C6.69四、铁碳合金的成分、组织和性能的关系1、铁碳合金在室温的组织都是由铁素体和渗碳体两相组成。随着含碳量的增加，铁素体的量逐渐减少，而渗碳体的量则有所增加。2、随着含碳量的变化，不仅铁素体和渗碳体的相对量有变化，而且相互组合的形态也发生变化。随着含碳量的增加，合金的组织将按下列顺序发生变化：Fe3CFe3CFe3C 。3、含碳量越高，钢的强度和硬度越高，而塑性和韧性越低。这是由于含碳量越高，钢中的硬脆相Fe3C越多的缘故。而当含碳直超过0.8时，由于网状渗碳体的出现，使钢的强度有所降低。4、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，钢中的含碳量一般都不超过1.4。五、Fe-Fe3C相图的应用1、作为选用钢铁材料的依据。2、制