課題三掌握并運(yùn)用鐵碳合金相圖

課題三掌握并運(yùn)用鐵碳合金相圖第一頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)：掌握鐵碳合金含碳量對(duì)平衡組織及性能的影響。能力目標(biāo)：能把鐵碳合金相圖應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中。純鐵的含碳量Wc<0.0218%鐵碳合金是以鐵和碳為主，并含有少量硅、錳、硫、磷元素的合金，形成具有一定特性的相和組織。任務(wù)一認(rèn)識(shí)鐵碳合金基本組織第二頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二1.純鐵的多晶型轉(zhuǎn)變（同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變）同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：固態(tài)下金屬晶體結(jié)構(gòu)的改變，從一種晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變到另一種結(jié)構(gòu)，也稱相變或重結(jié)晶。每進(jìn)行一次重結(jié)晶，可使晶粒細(xì)化一次。第三頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二當(dāng)純鐵由液態(tài)冷卻至l583℃（熔點(diǎn)）時(shí)，將發(fā)生結(jié)晶，結(jié)晶產(chǎn)物是體心立方晶格δ－Fe；冷至1394℃時(shí)將發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，變?yōu)槊嫘牧⒎骄Ц竦摩茫璅e；當(dāng)冷卻至912℃時(shí)又發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，變?yōu)轶w心立方晶格α－Fe，此后不再發(fā)生變化。δ－Fe、γ－Fe、α－Fe是純鐵的三種同素異構(gòu)體。第四頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二2.鐵碳合金的基本相（1）鐵素體（F）：碳溶解在體心立方晶格α－Fe中所形成的間隙固溶體。碳的溶解度在727℃達(dá)到最大（0.0218％），室溫下幾乎為零。鐵碳合金基本相有：鐵素體、奧氏體、滲碳體鐵素體在鋼中是作為基體，性能與α－Fe類(lèi)似，即強(qiáng)度、硬度很低，而塑性很好。在顯微鏡下觀察，鐵素體晶粒呈白亮色的多邊形，770℃是磁性轉(zhuǎn)化溫度，在770℃以下具有鐵磁性。鐵素體的顯微組織鐵素體第五頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

（2）奧氏體（A）：奧氏體是碳溶于面心立方晶格γ—Fe中形成的間隙式固溶體，代號(hào)為A奧氏體存在于727～1495℃之間。碳在奧氏體中的最大溶解度為2.11％（1148℃）。奧氏體的顯微組織也呈多邊形，無(wú)鐵磁性。硬度很低（170～220HBS），塑性很好（δ＝40％～50％），易發(fā)生塑性變形，適合冷、熱壓力加工。尤其是鍛壓加工都是將鋼鐵材料加熱到奧氏體。奧氏體的顯微組織奧氏體第六頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二（3）滲碳體（Fe3C或Cm）滲碳體的晶胞示意圖滲碳體：含碳量（wc）為6.69％的鐵與碳的金屬化合物，其化學(xué)式為Fe3C。熔點(diǎn)為l227℃，不發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。滲碳體在230℃以下具有弱鐵磁性，230℃以上則失去鐵磁性。滲碳體在不同的相變條件下，形貌可呈片狀、長(zhǎng)條狀、網(wǎng)狀、顆粒狀或球狀等。其形貌與分布對(duì)鋼的性能影響很大。滲碳體的硬度極高（950～1050HV），可刻劃玻璃，但極脆，塑性、韌性幾乎為零。滲碳體在鋼中數(shù)量較少，主要起強(qiáng)化作用第七頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二（1）珠光體（P）：鐵素體和滲碳體的混合物，用符號(hào)P表示。

光學(xué)顯微鏡觀察組織電子顯微鏡觀察組織3.鐵碳合金的基本組織（多相組織）基本組織：珠光體和萊氏體。珠光體wc0.77％，強(qiáng)度(770MPa)較高，硬度（180～200HBS）適中，有一定的塑性（δ≈20％～35％）和韌性,綜合力學(xué)性能較好。適于壓力加工及切削加工。相圖中珠光體是層片狀的組織。第八頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二（2）萊氏體低溫萊氏體的顯微組織萊氏體：分為高溫萊氏體和低溫萊氏體。高溫萊氏體：奧氏體（A）和滲碳體(Fe3C)的混合物，用符號(hào)Ld表示。低溫萊氏體：室溫下的萊氏體，由珠光體(P)和滲碳體(Fe3C)組成，用符號(hào)Ld′表示。萊氏體wc4.3％，F(xiàn)e3C相對(duì)量也較多（約占64％以上），故萊氏體的性能與滲碳體相似，即硬而脆。第九頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二任務(wù)二讀懂鐵碳合金相圖

學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)：會(huì)識(shí)讀鐵碳合金相圖，理解特征點(diǎn)與特征線的含義。能力目標(biāo)：能熟練運(yùn)用鐵碳合金相圖于生產(chǎn)實(shí)際。學(xué)習(xí)內(nèi)容1.鐵碳合金的相圖2.簡(jiǎn)化的鐵碳合金相圖分析第十頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二1.鐵碳合金相圖鐵碳合金的相圖是在緩慢加熱或緩慢冷卻的情況下，不同成分的鐵碳合金的狀態(tài)或組織隨溫度變化的圖形，是通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)出來(lái)的。鐵和碳是組成合金的組元，對(duì)于含碳量大于6.69％的合金脆性大，沒(méi)有使用價(jià)值。目前使用的是含碳量為0～6.69％的簡(jiǎn)化圖，即Fe－Fe3C相圖。第十一頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二Fe和CL相：液態(tài)下無(wú)限互溶、成分均勻固溶體相：C溶于Fe中形成F、A等金屬化合物相：Fe與C化合形成Fe3C鐵碳合金中的組元：Fe、C鐵碳合金中的相：液相L、α、γ和δ固溶體、

Fe3C金屬化合物在鐵碳合金中碳既可溶入α–Fe、γ-Fe，也可以溶入δ-Fe，形成不同的固溶體。第十二頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二2.簡(jiǎn)化鐵碳合金相圖分析Fe－Fe3C相圖為二元合金的相圖，橫坐標(biāo)為成分，縱坐標(biāo)為溫度。特征線將相圖分成八個(gè)區(qū)。每個(gè)區(qū)中的點(diǎn)都表明一定成分合金在一定溫度下所處的相或組織狀態(tài)，這個(gè)點(diǎn)稱為像點(diǎn)，即狀態(tài)點(diǎn)。第十三頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二2.簡(jiǎn)化鐵碳合金相圖分析（1）相圖中的兩個(gè)恒溫轉(zhuǎn)變——共晶轉(zhuǎn)變和共析轉(zhuǎn)變1）共晶轉(zhuǎn)變：一定成分的一個(gè)液相在一定溫度下同時(shí)生成兩個(gè)固相，圖中的共晶轉(zhuǎn)變是在1148℃時(shí)，L4.3％c

A2.11％C＋Fe3C6.69％C第十四頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二2.簡(jiǎn)化鐵碳合金相圖分析2）共析轉(zhuǎn)變：一定成分的一個(gè)固相在一定溫度下同時(shí)生成兩個(gè)固相，圖中發(fā)生的共析轉(zhuǎn)變是在727℃A0.77％C

F0.0218％c

＋Fe3C6.69％C第十五頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二（2）相圖中的特征點(diǎn)第十六頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二（3）相圖中的特征線第十七頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二（3）相圖中的特征線第十八頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二4.鐵碳合金的分類(lèi)白口鑄鐵工業(yè)純鐵Wc<0.0218%組織：鐵素體和少量三次滲碳體鋼亞共析鋼（0.0218％＜Wc<0.77%）

共析鋼（Wc＝0.77%）過(guò)共析鋼（0.77%＜Wc＜2.11％)組織：F+P組織：P+Fe3CⅡ組織：P亞共晶白口鑄鐵(2.11%＜Wc＜4.3％)

組織：P＋Fe3CⅡ＋Ld′共晶白口鑄鐵(Wc＝4.3%)組織：Ld′過(guò)共晶白口鑄鐵(4.3%＜Wc＜6.69％）組織：Ld′+Fe3CⅡ0.0218%＜Wc＜2.11％2.11%＜Wc＜6.69％第十九頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)：掌握典型鐵碳合金結(jié)晶過(guò)程及其組織。能力目標(biāo)：能把鐵碳合金結(jié)晶過(guò)程應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。學(xué)習(xí)內(nèi)容1.共析鋼（Wc＝0.77%Ⅰ號(hào)合金）的結(jié)晶過(guò)程分析2.亞共析鋼（Wc＝0.45%，Ⅱ號(hào)合金）的結(jié)晶過(guò)程分析3.過(guò)共析鋼（Wc＝1.2%，Ⅲ號(hào)合金）的結(jié)晶過(guò)程分析4.共晶白口鐵（Wc＝4.3％，Ⅳ號(hào)合金）結(jié)晶過(guò)程分析5.亞共晶白口鑄鐵（Wc＝3.0％，Ⅳ號(hào)合金）的結(jié)晶過(guò)程分析6．過(guò)共晶白口鑄鐵（Wc＝5.0％，Ⅵ號(hào)合金）的結(jié)晶過(guò)程分析任務(wù)三熟悉鐵碳合金結(jié)晶過(guò)程及其組織第二十頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二I號(hào)合金（0.77％C）從液態(tài)冷卻至室溫，冷卻過(guò)程中的相變過(guò)程及組織變化：LL＋AAA+F＋Fe3CF＋Fe3C。1.共析鋼（Wc＝0.77%，Ⅰ號(hào)合金）的冷卻過(guò)程分析白條（較寬）為鐵素體，黑色條狀為滲碳體，片層相互平行的區(qū)域稱為一個(gè)珠光體團(tuán)。第二十一頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二2.亞共析鋼（Wc＝0.45%，Ⅱ號(hào)合金）的冷卻過(guò)程分析黑色是珠光體，白色塊狀組織是鐵素體，由于放大倍數(shù)太低，珠光體中鐵素體和滲碳體的片層未能區(qū)分開(kāi)。第二十二頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二3.過(guò)共析鋼（Wc＝1.2%，Ⅲ號(hào)合金）的冷卻過(guò)程分析黑色是珠光體，白色網(wǎng)狀組織是二次滲碳體。第二十三頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二4.共晶白口鐵（4.3％C）冷卻過(guò)程分析

Ⅳ號(hào)合金即共晶白口鑄鐵（Wc＝4.3％）結(jié)晶中的相變過(guò)程

概括為第二十四頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二5.亞共晶白口鐵（3.0％C）的冷卻過(guò)程分析

Ⅴ號(hào)合金（3．o％c）的相變過(guò)程

概括為第二十五頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二6.過(guò)共晶白口鐵（5.0％c）的冷卻過(guò)程分析

Ⅵ號(hào)合金冷卻過(guò)程的相轉(zhuǎn)變過(guò)程

概括為第二十六頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二任務(wù)四掌握鐵碳合金相圖在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)：掌握鐵碳合金含碳量對(duì)平衡組織及性能的影響。能力目標(biāo)：能把鐵碳合金相圖應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中。學(xué)習(xí)內(nèi)容1．掌握鐵碳合金含碳量對(duì)平衡組織及性能的影響2.了解鐵碳合金相圖在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用第二十七頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二含碳量對(duì)鐵碳合金平衡組織的影響鐵碳相圖顯示：不同含碳量的鐵碳合金，具有不同的室溫組織，但任何成分的鐵碳合金在室溫下的組織均由鐵素體和滲碳體兩相組成。只是隨含碳量的增加，鐵素體量相對(duì)減少，而滲碳體量相對(duì)增多，滲碳體的形狀和分布也發(fā)生變化，從而形成不同的組織。室溫時(shí)，隨含碳量的增加，鐵碳合金的組織變化如下：第二十八頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

含碳量對(duì)力學(xué)性能的影響（1）含碳量增加，硬度增加（2）含碳量增加，塑性韌性降低（3）含碳量增加，強(qiáng)度先增后降（0.9%最高）鐵素體(F)：軟而韌滲碳體(Fe3C):硬而脆第二十九頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二2.了解鐵碳合金相圖在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用①切削性能:中碳鋼最合適

碳合金相圖能表明材料的組織與成分、溫度之間的關(guān)系，它在選材、鑄造、鍛造、焊接和熱處理等方面都得到廣泛的應(yīng)用第三十頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二②鑄造性能（共晶合金好）根據(jù)Fe－Fe3C相圖確定澆注溫度在液相線以上50～100℃較好。共晶成分的合金熔點(diǎn)最低，結(jié)晶溫度范圍最小，流動(dòng)性好、縮