根据铁碳合金相图判断碳素钢的性能

授课日期 班 级 9.19 机11技师1班 课题： 根据铁碳合金相图判断碳素钢的性能 教学目的要求：1.熟练掌握铁碳合金中的相结构与性能；2.熟练掌握铁碳合金状

态图并利用状态图对典型合金的结晶过程进行分析。

教学重点、难点： 1. 铁碳合金的各种基本组织的概念； 授课方法： 面授（课堂教学） 教学参考及教具（含电教设备）： 《金属材料及热处理》

授课执行情况及分析：

板书设计或授课提纲

根据铁碳合金相图判断碳素钢的性能 一、铁与碳相互作用构成的基本相 1、铁素体 2、奥氏体 3、渗碳体 4、珠光体 5、莱氏体 二、铁碳相图分析 1、特征点 2、特征线 2. 铁碳合金的成份、组织与性能之间的关系。

【复习提问】 1.为什么钢铁材料可以通过热处理改变其力学性能？ 2．生产中细化晶粒的目的是什么？ 【引入新课】 人们之所以会用低碳钢钢丝捆扎物体，而用高碳钢钢丝起吊 重物，是因为碳含量低的钢塑性好，易变形。而碳含量高的钢的强 度高，承载能力大。那么，为什么碳含量的高低会影响钢的性能呢？ 这可以从铁碳合金相图中找到答案，并找出碳含量对碳钢性能影响 的规律。 【讲授新课】 众所周知，钢铁材料具有一系列优良的机械性能和工艺性能， 是现代工农业生产中应用最广泛的金属材料，它们是以铁和碳作为 基本元素的合金，改变其化学成分和工艺条件，就可以获得不同的 组织和性能，从而能满足生产和使用的多种需要。 铁碳合金相图是研究在平衡条件下，铁碳合金的成分、组织 和性能之间的关系及变化规律，这里的平衡是指极其缓慢的冷却。 铁碳相图是长期的生产和科学实验中总结出来的，是研究钢铁材 料，制定热加工工艺的重要理论依据和工具。 一、铁与碳相互作用构成的基本相 在铁碳合金中，由于含碳量和温度的不同，铁原子和碳原子 相互作用可以形成铁素体、奥氏体和渗碳体等基本相。 1．铁素体 铁素体是碳在Fe中形成的固溶体。常用“F”表示，是间 隙固溶体，Fe为溶剂，保持体心立方晶格，碳在Fe中的溶 解度度很小，最大溶解度在727℃时为0.02%，室温时仅溶C 0.0008%。 2．奥氏体 奥氏体是碳在Fe中形成的固溶体，常用“A”表示，奥氏 体也是间隙固溶体，故碳在Fe中的溶解度较大。727℃ 溶碳 0.77% 温度↑ 溶碳量↑。1148℃ 达到最大溶碳量2.11%。 3．渗碳体 渗碳体是铁和碳相互作用形成的具有复杂晶格的间隙化合 物，分子式Fe3C，是铁碳相图中的另一个组元，其含碳量为6.69%， 熔点为1227℃，没有同素异构转变。 4．珠光体 铁素体和渗碳体的混合物。 5．莱氏体 奥氏体和渗碳体的混合物，分高温莱氏体和低温莱氏体。 二、铁碳相图分析 1600A(0.09)温 度HL+δ(0.53)14001200BLC(4.3)L+Fe3CⅠLeLe+Fe3CⅠ 1394℃γ912℃α+L+γDFK ℃10001148E(2.11)A+Fe3CⅡ+LeG800α600400200QA3γγ+Fe3CⅡ0.02LeFe3CⅡ+Le'+P+Fe3CⅡP+Fe3CⅡ+Le'P（0.77）PS4αPFe1.02.03.04.0Fe3C5.06.06.69 图 4-2 Fe -Fe3C 合金相图 FeFe3C相图中的特性点和特性线： 1．特性点： A：铁的熔点1538℃ 0%C C：共晶点1148℃ 4.30%C， D：渗碳体熔点（计算值）1227℃ 6.69%C E：碳在Fe中的最大溶解度点1148℃ 2.11%C G：FeFe同素异构转变点（A3）912℃ 0%C S：共析点727℃ 0.77%C 在这一点上发生共析转变，反应 AFpFe3c 式：s， 2．特性线： ABCD线：液相线 ，ABCD线以上全部是液体 AHJECF：固相线 ，固相线以下全部是固体 整个相图主要是由包晶、共晶和共析三个恒温转变等组成。 ECF线：共晶转变线，在这条线上发生共晶转变 AEFe3C混合物）LCAEFe3C，转变产物Le（，含碳在2.11～ 6.69%的铁碳合金冷却到1148℃时都有共晶转变发生。 PSK线：共析转变线，在这条线上发生共析转变 ASFPFe3C，产物（P）珠光体，含碳量在0.02～6.69%的铁 碳合金冷却到727℃时都有共析转变发生。 ES线：碳在奥氏体中的溶解度曲线，又称Acm温度线，随温 度的降低，碳在奥化体中的溶解度减少，多余的碳以Fe3C形式析 出，所以具有0.77%～2.11%C的钢冷却到Acm线与PSK线之间时的 组织AFe3CⅡ，从A中析出的Fe3C称为二次渗碳体。 GS线：不同含碳量的奥氏体冷却时析出铁素体的开始线称A3 线，GP线则是铁素体析出的终了线，所以GSP区的显微组织 是FA 【小结】 本节主要讲解了铁碳合金相图中的几种基本相以及相图中的 特性点和特性线。 【作业】 无