航空工程材料教案鐵碳合金基本組織和相圖

1、項(xiàng)目 （任務(wù)）學(xué)習(xí)子情境：鐵碳合金基本組織及相圖的認(rèn)識(shí)授課班級(jí)授課教師地 點(diǎn)課時(shí)/累計(jì)審批/日期多媒體教室2/20授課周次課程類型理論課教學(xué)方法舉例教學(xué)目標(biāo)知 識(shí) 目 標(biāo)能力（技能）目標(biāo)1、 掌握鐵碳合金平衡圖的分析方法，2、了解鐵碳合金的基本知識(shí)，掌握鐵碳合金組織與性能的關(guān)系。會(huì)認(rèn)相圖和組織重難點(diǎn)及解決方法重點(diǎn)：鐵碳合金相圖難點(diǎn)：相圖及基本組織解決方法：多媒體演示能力訓(xùn)練任務(wù)及案例鐵碳合金（碳素鋼、鑄鐵）教學(xué)回顧回顧前面所學(xué)的合金的相結(jié)構(gòu)與組織，固溶體、金屬化合物等。教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)：1.復(fù)習(xí)上節(jié)課的內(nèi)容。2.講解鐵碳合金的基本相。3.多媒體演示、掛圖講解鐵碳合金平衡圖的主要特性點(diǎn)與線。

2、7;學(xué)習(xí)子情境： 鐵碳合金相圖的認(rèn)識(shí)一、教學(xué)回顧：三種合金組織：固溶體、金屬化合物、機(jī)械混合物。二、鐵碳合金的基本相：鐵和碳相互作用，碳能溶于鐵的兩種晶格（-Fe和-Fe）中，形成兩種間隙固溶體。當(dāng)碳含量超過(guò)鐵的溶解度時(shí)，多余的碳與鐵化合成鐵碳化合物Fe3C。故鐵碳合金在固態(tài)下有三種基本相：1、奧氏體（A）碳溶解在-Fe中形成的固溶體。為面心立方晶格。（見(jiàn)晶格模型及奧氏體顯微組織掛圖）-Fe晶格雖然原子排列緊密，但空隙較集中，故能溶解較多的碳，在1148時(shí)最多能溶解2.11（重量比）的碳，隨溫度下降溶碳能力降低，至727時(shí)為0.77。奧氏體強(qiáng)度不高，塑性好（壓力加工時(shí)一般把鋼加熱到高溫奧氏體狀

3、態(tài)的原因），奧氏體無(wú)磁性（奧氏體不銹鋼可以用磁鐵辨真假）。2、鐵素體（F）碳溶于-Fe中形成的固溶體。為體心立方晶格。體心立方晶格的原子排列雖不如面心立方晶格緊密，但空隙較分散，幾乎不能溶解碳，在727時(shí)溶解度最大，也只能溶解0.02（重量比）的碳，隨溫度下降溶碳能力更低，室溫時(shí)僅能溶解0.0008，因而可把鐵素體看成純的-Fe。鐵素體性能近似于純鐵，強(qiáng)度、硬度低，塑性、韌性好。在768以下有磁性。3、滲碳體（Fe3C）鐵與碳形成的化合物Fe3C稱滲碳體。其含碳量為6.67，熔點(diǎn)為一計(jì)算值（1227或1600有爭(zhēng)議）。滲碳體晶格復(fù)雜，硬度高（HV860），可刻劃玻璃，但塑性很差，非常脆。故滲碳

4、體不能單獨(dú)使用，一般在合金中與固溶體形成機(jī)械混合物。滲碳體的顯微組織形狀常有片狀、球（粒）狀、網(wǎng)狀幾種，是鋼中主要強(qiáng)化相。合金滲碳體M（Fe、Cr等）3C。4、珠光體（鐵素體+滲碳體，P）珠光體的強(qiáng)度較高，硬度適中，具有一定的塑性。二、鐵碳合金平衡圖的分析：研究鐵碳合金在平衡狀態(tài)下的組織與成分、溫度之間的關(guān)系。能使我們了解不同含碳量的鐵碳合金在各種不同溫度條件下的組織狀態(tài)，也能了解某一成分的鐵碳合金在溫度發(fā)生變化時(shí)組織狀態(tài)轉(zhuǎn)變的規(guī)律。簡(jiǎn)化包晶轉(zhuǎn)變和單相區(qū)后的FeFe3C相圖如下：1、FeFe3C相圖的坐標(biāo)及主要點(diǎn)線（1）坐標(biāo)：縱坐標(biāo)代表溫度；橫坐標(biāo)代表合金成分，常用含碳量表示。02.11C為鋼

5、鐵，2.116.67C生鐵。（2）主要特性點(diǎn)： 1538 0C 純鐵的熔點(diǎn) 1148 4.30C 共晶點(diǎn)，LCAEFe3C 1227 6.69C 滲碳體的熔點(diǎn) 1148 2.11C 碳在a-Fe中的最大溶解度 912 0C 純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)，a-Fe -Fe 727 0.77C共析點(diǎn)，S PeC(3)主要特性線：ACD線：液相線。此線以上區(qū)域全部為液相，用來(lái)表示。金屬液冷卻到此線開(kāi)始結(jié)晶，在AC線以下從液相中結(jié)晶出奧氏體，在CD線以下結(jié)晶出滲碳體。AECF線：固相線。金屬液冷卻到此線全部結(jié)晶為固態(tài)，此線以下為固態(tài)區(qū)。：在液相線與固相線之間為金屬液的結(jié)晶區(qū)域。這個(gè)區(qū)域內(nèi)金屬液與固相并存，AE

6、C區(qū)域內(nèi)為金屬液與奧氏體。DCF區(qū)域內(nèi)為金屬液與滲碳體。GS線：冷卻時(shí)奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變的開(kāi)始線(或加熱時(shí)鐵素體轉(zhuǎn)變成奧氏體的終止線)，常用符號(hào)A3表示。奧氏體向鐵素體的轉(zhuǎn)變是鐵發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的結(jié)果。當(dāng)鐵中溶入碳后，其同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變開(kāi)始溫度則隨溶碳量的增加而降低。ES線：是碳在奧氏體中的溶解度線，常用符號(hào)A表示。在1148時(shí)，碳在奧氏體中的溶解度為2.11(即點(diǎn)含碳量)、在727時(shí)碳降到0.77(相當(dāng)于S點(diǎn))。它表示含碳量大于.77%的鐵碳合金，自1148727緩慢冷卻過(guò)程中，由于碳在奧氏體中的溶解度減少，多余的碳將以滲碳體的形式從奧氏體中析出。為了與自金屬液中直接結(jié)晶出的初生滲碳體(稱為一次滲碳體)相區(qū)別，將奧氏體中結(jié)晶出的滲碳體稱為二次滲碳體(Fe3C)。ECF線：共晶線。當(dāng)金屬液冷卻到此線時(shí)(1148)，都將發(fā)生共晶反應(yīng)，從金屬液中同時(shí)結(jié)晶出奧氏體和滲碳體的機(jī)械混合物，即萊氏體。 PSK線：共析線，常用符號(hào)A1表示。當(dāng)合金冷卻到此線時(shí)(727)，都將發(fā)生共析反應(yīng)，從奧氏體中同時(shí)析出鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物，即珠光體。PQ線：碳在鐵素體中的溶解度曲線。727時(shí)最大溶解度為0.02，溫度下降時(shí)溶碳能力沿PQ線降低，此時(shí)鐵素體中析出滲碳體，稱三次滲碳體Fe3C，但由于量少，對(duì)低碳鋼性能影響極小，可忽略不計(jì)，單相區(qū)可簡(jiǎn)化。（4）四個(gè)單相區(qū)，即：ACD以上液相區(qū)()； ASG奧氏