Fe-Fe3C状态图
特性点符号温度/℃含碳量/% 含义
A 1538 0 纯铁熔点
C 1148 共晶点LC→A E+Fe3C
D 1227 渗碳体的熔点
E 1148 碳在γ-Fe中的最大溶解度
G 912 0 纯铁的同素异构转变点α-Fe→γ-Fe
S 727 共析点As→Fp+Fe3C
P 727 碳在α-Fe中的最大溶解度
Q 室温室温时碳在α-Fe中的溶解度ACD为液相线，此线以上的合金为液态，冷却到此线开始结晶。
AECF为固相线，此线以下的合金为固态，合金加热此线开始熔化。
GS是冷却时从不同含碳量的奥氏体中开始析出铁素体的温度线，又称A3线。ES是碳在奥氏体中的溶解度曲线，又称Acm线。
ECF线是共晶线，含碳量大于%的铁碳合金冷却至此温度线（1148℃），在恒温下发生共晶转变，即从液态合金中结晶奥氏体和渗碳体晶体的机械混合物，故此线是一条水平线。
PSK是共析线，又称A1线。Wc=%的奥氏体，冷却至此线（727℃），在恒温下同时析出铁素体和渗碳体晶体的机械混合物成为共析体，称为珠光体。
含量在%—%之间的所有铁碳合金，缓慢冷却到PSK线，都会在恒温下发生共析反应，生成一定数量的珠光体。
共晶转变
Wc=%的液相在1148℃温度下，同时结晶处含碳量为%的奥氏体和含碳量为%的渗碳体，这种转变叫做共晶转变。
共析转变
Wc=%的奥氏体，在727℃（723℃）温度下，同时析出铁素体与渗碳体，这种转变为共析转变。
平衡组织
根据常温下的平衡组织又可分为三类：
（1）亚共析钢—含碳量%%之间的铁素体+珠光体；
（2）共析钢—含碳量%的珠光体；
（3）过共析钢—含碳量%之间的珠光体+渗碳体Ⅱ。
白口铸铁
含碳量%%，根据常温组织也可分为三种：
（1）亚共晶白口铸铁（C<%）：珠光体+渗碳体Ⅱ+莱氏体；
（2）共晶白口铸铁（C=%）：莱氏体；
（3）过共晶白口铸铁（C>%）：莱氏体+渗碳体Ⅰ。
发生相变转变的温度成为临界点：
Ac1—加热时，珠光体转变为奥氏体温度；
Ac3—加热时，铁素体转变为奥氏体的终了温度；
Accm—加热时，二次渗碳体在奥氏体中溶解的终了温度；
Ar1—冷却时，奥氏体转变为珠光体的温度；
Ar3—冷却时，奥氏体转变为铁素体的开始温度；Arcm—冷却时，二次渗碳体从奥氏体中析出的开始温度。
广东省技工学校文化理论课教案 共3页第1页 科目金属 材料 四章一节课题合金的组织 授课 日期 9．1 6 课 时 1 班级12机电班 授 课方式讲授、分析、演示 作业 题数 1 拟 用 时 间 0．1 小 时 教学目的1、了解合金的概念 2、懂得合金的组织类型，及各类的组织成分。 选 用 教 具 挂 图 重 点合金的组织类型 难 点 合金的组织类型 教 学 回 顾 第一章的内容。 审阅签名：年月日
共3 页第 2 页新课 由日常生活所见金属材料引入合金概念 一、合金 合金是一种金属元素与其他金属元素或非金属元素通过熔炼成或其他方法结合而成的具有金属特性的材料。 组元：组成合金的最基本的独立物质成为组元，组元可以为金属元素，非金属元素，或稳定的化合物。 相：在合金中成分，结构及性能相同的组成部分称为相。 二、合金的组织 1、固溶体 2、金属化合物 3、混合物 1、固溶体 固溶体是一种组元的原子溶入另一组元的晶格中所形成的均匀固相。溶入元素成为溶质，而基本元素成为溶剂，固溶仍然保持溶剂的晶格。 固溶体分类 1、间隙固溶体：溶质原子分布于溶剂晶格间隙之中而形成 2、置换固溶体：溶质原子置换了溶剂晶格提点上某些原子而形成。 2、金属化合物 合金组元间发生相互作用而形成一种具有金属特性的物质称为金属化合物。（其晶格类型不同于任一组元） 具有熔点高，硬度高，脆性大的特点。
共 3 页第3页 3、混合物 两种或两种以上的相接一定质量分数组成的物质称为混合物（混和物中各相仍保持自己原来的晶格） 小结 1、合金的概念 2、合金的组织主要有哪几种？ 作业 1、预习第四章三节内容。 2、P51 1
Fe-Fe3C状态图 特性点符号温度/℃含碳量/% 含义 A 1538 0 纯铁熔点 C 1148 4.3 共晶点LC→A E+Fe3C D 1227 6.69 渗碳体的熔点 E 1148 2.11 碳在γ-Fe中的最大溶解度 G 912 0 纯铁的同素异构转变点α-Fe→γ-Fe S 727 0.77 共析点As→Fp+Fe3C P 727 0.0218 碳在α-Fe中的最大溶解度 Q 室温0.0008 室温时碳在α-Fe中的溶解度ACD为液相线，此线以上的合金为液态，冷却到此线开始结晶。 AECF为固相线，此线以下的合金为固态，合金加热此线开始熔化。 GS是冷却时从不同含碳量的奥氏体中开始析出铁素体的温度线，又称A3线。ES是碳在奥氏体中的溶解度曲线，又称Acm线。
ECF线是共晶线，含碳量大于2.11%的铁碳合金冷却至此温度线（1148℃），在恒温下发生共晶转变，即从液态合金中结晶奥氏体和渗碳体晶体的机械混合物，故此线是一条水平线。 PSK是共析线，又称A1线。Wc=0.77%的奥氏体，冷却至此线（727℃），在恒温下同时析出铁素体和渗碳体晶体的机械混合物成为共析体，称为珠光体。 含量在0.02%—6.69%之间的所有铁碳合金，缓慢冷却到PSK线，都会在恒温下发生共析反应，生成一定数量的珠光体。 共晶转变 Wc=4.3%的液相在1148℃温度下，同时结晶处含碳量为2.11%的奥氏体和含碳量为6.67%的渗碳体，这种转变叫做共晶转变。 共析转变 Wc=0.77%的奥氏体，在727℃（723℃）温度下，同时析出铁素体与渗碳体，这种转变为共析转变。 平衡组织 根据常温下的平衡组织又可分为三类： （1）亚共析钢—含碳量0.0218%-0.77%之间的铁素体+珠光体； （2）共析钢—含碳量0.77%的珠光体； （3）过共析钢—含碳量0.77%-2.11之间的珠光体+渗碳体Ⅱ。 白口铸铁 含碳量2.11%-6.69%，根据常温组织也可分为三种： （1）亚共晶白口铸铁（C<4.3%）：珠光体+渗碳体Ⅱ+莱氏体； （2）共晶白口铸铁（C=4.3%）：莱氏体； （3）过共晶白口铸铁（C>4.3%）：莱氏体+渗碳体Ⅰ。 发生相变转变的温度成为临界点： Ac1—加热时，珠光体转变为奥氏体温度； Ac3—加热时，铁素体转变为奥氏体的终了温度； Accm—加热时，二次渗碳体在奥氏体中溶解的终了温度； Ar1—冷却时，奥氏体转变为珠光体的温度；
图3-1 渗碳体的晶体结构 第三章 铁碳合金状态图 钢和铸铁是机械工业上广泛应用的金属材料，它主要由铁和碳两种元素组成，统称为铁碳合金。铁碳合金状态图就是研究铁碳合金的成分、温度和组织之间变化关系的图解。 第一节 铁碳合金的基本组织 铁碳合金在液态时，铁和碳可以无限互溶，在固态时碳能溶解于铁的晶格中，形成间隙固溶体。当含量超过铁的溶解度时，多余的碳与铁形成化合物(Fe 3C)。此外，还可以形成由固溶体与化合物组成机械混合物。铁碳合金的基本组织有以下五种。 一、铁素体(F) 铁素体是指碳溶于a-Fe 中而形成的间隙固溶体。碳在a-Fe 中溶解度极小，在727℃时最大溶解度为0．0218％，而在室温时只有0．008％。因此，铁素体强度、硬度较低(σb =l80～280MPa 。50～80HBS)，塑性，韧性较好(δ=30％～500%、αkU =160—200J ／cm 2)。 铁索体组织适于压力加工。 二、奥氏体(A) 奥氏体是指碳溶于γ-Fe 碳在γ—Fe 中而形成的间隙固溶体。溶解度较大，在1148℃时最大溶碳量为2.11％，在727℃时最大溶碳量为0．77％。因此，固溶强化效应较高，其强度、硬度较高(σb =400 MPa ，160—200HBS)．而塑性、韧性也较好(δ=40％～50％)。奥氏体组织也适用于压力加工。 三、渗碳体(Fe 3C) 渗碳体是一种具有复杂晶体结构的间隙化合物，化学式近似于Fe 3C(碳化三铁)。 Fe 3C 的含碳量为6.69%，如图3—1所示。它无同素异构转变，熔点约为1227℃。其硬度极高(800HBW)，塑性和韧性极低(δ≈0、αku ≈0)，即硬而脆。
第三章铁碳合金状态图 一、填空题 1、合金是指由两种或两种以上化学元素组成的具有___________特性的物质。 2、合金中有两类基本相，分别是___________和__________。 3、铁碳合金室温时的基本组织有___________、__________、_________、珠光体和莱氏体。 4、铁碳合金状态图中，最大含碳量为__________。 5、纯铁的熔点是___________。 6、简化的铁碳合金状态图中有_________个单相区，_________个二相区。 二、单项选择题 7、组成合金最基本的、独立的物质称为（） A、组元 B、合金系 C、相 D、组织 8、金属材料的组织不同，其性能（） A、相同 B、不同 C、难以确定 D、与组织无关系 9、研究铁碳合金状态图时，图中最大含碳量为（） A、0.77% B、2.11% C、4.3% D、6.69% 10、发生共晶转变的含碳量的范围是（） A、0.77%—4.3% B、2.11%—4.3% C、2.11%—6.69% D、4.3%—6.69% 11、液态合金在平衡状态下冷却时结晶终止的温度线叫（） A、液相线 B、固相线 C、共晶线 D、共析线 12、共晶转变的产物是（） A、奥氏体 B、渗碳体 C、珠光体 D、莱氏体 13、珠光体是（） A、铁素体与渗碳体的层片状混合物 B、铁素体与奥氏体的层片状混合物 C、奥氏体与渗碳体的层片状混合物 D、铁素体与莱氏体的层片状混合物 14、共析转变的产物是（） A、奥氏体 B、渗碳体 C、珠光体 D、莱氏体 15、共析钢的含碳量为（） A、Wc=0.77% B、Wc>0.77% C、Wc<0.77% D、Wc=2.11% 16、Wc<0.77%铁碳合金冷却至A3线时，将从奥氏体中析出（） A、铁素体 B、渗碳体 C、珠光体 D、莱氏体 17、Wc >4.3%的铁称为（） A、共晶白口铸铁 B、亚共晶白口铸铁 C、过共晶白口铸铁 D、共析白口铸铁 18、铁碳合金相图中，ACD线是（） A、液相线 B、固相线 C、共晶线 D、共析线 19、铁碳合金相图中的Acm线是（） A、共析转变线 B、共晶转变线 C、碳在奥氏体中的固溶线 D、铁碳合金在缓慢冷却时奥氏体转变为铁素体的开始线 20、工业上应用的碳钢，Wc一般不大于（） A、0.77% B、1.3%—1.4% C、2.11%—4.3% D、6.69% 21、铁碳合金相图中，S点是（） A、纯铁熔点 B、共晶点 C、共析点 D、纯铁同素异构转变点 22、钢的含碳量一般在（）
第三章铁碳合金 §3－1 合金及其组织 教学过程 一、复习提问： 金属的概念、常用金属 二、新课教学： 合金的基本概念 合金的组织 三、课后小结： 比较各类合金组织 四、作业安排： 练习册P10，一、1-5；二、1-3；三、1-3 五、板书设计（见下页）： 六、教学后记： 第三章铁碳合金 合金组成：金属+金属，金属+非金属；(metal+nonmetal) 元素比例：可以调整，得到不同性能； 性能：物理、化学、力学、工艺、热处理性能。 §3－1 合金及其组织 1、组元：组成合金的最基本的独立物质，按组成元素的种类分为二元合金、三元合金 和多元合金。 例：碳素钢由Fe、C、Si、Mn、S、P组成，称铁碳合金, 多元合金；； 黄铜由Cu、Zn组成，称二元合金； 铝由Al、Cu、Mg组成，称三元合金。 2、相：合金中成分、结构及性能相同的组成部分为相，相与相之间以界面分开，固态 相有统一的晶格类型，是组元间的关系。 3、组织：数量、形态、大小和分布方式不同的各种相组成合金组织，是相之间的关系。
组织不同,性能不同。 液相:无晶格 单相组织固溶体 固相 单晶格金属化合物 多相组织：混合物 （多种晶格） 单相组织：一种晶格 单晶体：一个晶粒 一、合金的基本概念 1、液相组织：液态时，合金的组元相互溶解，形成均匀的液溶体。 2、固相组织：固态时，由于合金各组元之间相互作用不同，原子结合力不同，可出现固溶体、金属化合物、机械混合物。 二、合金的组织 1、固溶体 定义：一种组元溶入另一组元的晶格中形成的均匀固相。 属性：单相组织，显微镜下可观察到晶界。 溶剂：基体组元，保持自身晶格类型，溶解其它组元。 溶质：溶入溶剂的组元，自身晶格消失。例如：铁碳合金中铁为溶剂，碳为溶质。 分类： 间隙固溶体(有限) 按溶质与溶剂原子相对位置分： 置换固溶体(无限) 有限固溶体 按溶解度分： 无限固溶体 间隙固溶体—溶质原子分布于溶剂晶格中而形成的固溶体。 由于溶剂晶格的间隙尺寸很小，故溶质原子半径小于1埃，且形成有限固溶体。例如：铁碳合金。 置换固溶体—溶质原子置换了溶剂晶格结点上某些原子而形成的固溶体。 溶质与溶剂的原子半径差别小、晶格类型相同、电子结构相似、元素周期表中位置近，则形成无限固溶体。反之，形成有限固溶体。 例如：黄铜是锌溶入铜形成的置换固溶体。 固溶体性能：固溶强化 在固溶体中，由于溶质原子的溶入，使溶剂晶格畸变，合金对塑性变形的抗力增加，使金属材料强度、硬度升高，此现象为固溶强化。 表3-1 小结：强化金属材料的方法：
第三章铁碳合金状态图 一、判断题 1．铁素体是碳溶于α-Fe的间隙固溶体，体心立方晶格。（） 2．铁碳合金的基本组织是铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体。（） 3．铁碳合金状态图是表示实际生产条件下，不同成分的铁碳合金，在不同温度时所具有的状态或组织的图形。（） 4．简化的Fe-Fe3C状态图上的AECF线是液相线，表示加热到此温度线以上，就会有液相存在。（）5．简化的Fe-Fe3C状态图上的PSK水平线，称为共折线，又称A线，表示Wc＞0.0218%的铁碳合金，缓冷至该线（727℃）时，均发生共折反应，生成珠光体。（） 6．任何成分的铁碳合金在室温时的平衡组织都由铁素体和渗碳体两相组成，随着碳含量增加，渗碳体相对量增多。（） 7．机械零件需要强度、塑性及韧性较好的材料，应选用碳含量高（Wc=0.70%~1.2%）的钢材。（）8．共晶成分的铸铁，结晶温度最低，结晶温度范围最小（为零），因而流动性好，铸件致密，因此生产上铸铁的成分总是接近共晶成分。（） 9．白口铸铁在室温下很硬、很脆，把它加热到1000~1200℃高温，就会变软，可以进行锻造。（）10．钢的锻轧温度一般选在单相奥氏体区，在固相线以下，始锻温度越高越好。（） 二、选择题 1．奥氏体是碳溶于γ-Fe的间隙固溶体，面心立方晶格。γ-Fe中的溶碳量时为0.77%。 a．1148℃；b．912℃；c．727℃ 2．渗碳体是铁与碳形成的金属化合物，复杂的晶体结构。它的碳含量Wc= 。 a．6.69%；b．4.3%；c．2.11% 3．珠光体是由铁素体和渗碳体组成的机械混合物。铁素体与渗碳体片层状交替排列，碳含量平均为Wc= 。 a．0.0218%；b．0.77%；c．2.11%；d．4.3% 4．简化的Fe-Fe3C状态图上的S点是共折点，它的温度是，它的成分Wc= 。 a．1148℃；b．727℃c．0.77%；d．2.11%；e．4.3% 5．过共折钢的含碳量是。 a．0.77%≤Wc≤2.11%；b．0.77%＜Wc＜2.11%； c．0.77%＜Wc≤2.11%；d．0.77%≤Wc＜2.11% 6．当钢中含碳量Wc大于时，二次渗碳体沿晶界折出形成网状，使钢的脆性增加。 a．0.60%；b．0.77%；c．0.90%；d．1.4% ７．根据铁碳合金状态图，Wc=1.0%的碳钢，在700℃时的显微组织是，770℃时的显微组织是。 a．F+P；b．P+Fe3CⅡ；c．A+Fe3CⅡ；d．A 8．确定合金的浇注温度一般在液相线以上。 a．30~50℃；b．50~100℃；c．100~200℃ 答案 一、判断题 1．√2．√3．×4．×5．√6．√7．×8．√9．×10。× 二、选择题 1．c 2．a 3．b 4．b、c 5．c 6．c 7．b、c 8．b 1
图3-1 渗碳体的晶体结构 第三章 铁碳合金状态图 钢和铸铁是机械工业上广泛应用的金属材料，它主要由铁和碳两种元素组成，统称为铁碳合金。铁碳合金状态图就是研究铁碳合金的成分、温度和组织之间变化关系的图解。 第一节 铁碳合金的基本组织 铁碳合金在液态时，铁和碳可以无限互溶，在固态时碳能溶解于铁的晶格中，形成间隙固溶体。当含量超过铁的溶解度时，多余的碳与铁形成化合物(Fe 3C)。此外，还可以形成由固溶体与化合物组成机械混合物。铁碳合金的基本组织有以下五种。 一、铁素体(F) 铁素体是指碳溶于a-Fe 中而形成的间隙固溶体。碳在a-Fe 中溶解度极小，在727℃时最大溶解度为0．0218％，而在室温时只有0．008％。因此，铁素体强度、硬度较低(σb =l80～280MPa 。50～80HBS)，塑性，韧性较好(δ=30％～500%、αkU =160—200J ／cm 2)。 铁索体组织适于压力加工。 二、奥氏体(A) 奥氏体是指碳溶于γ-Fe 碳在γ—Fe 中而形成的 间隙固溶体。溶解度较大，在1148℃时最大溶碳量为 2.11％，在727℃时最大溶碳量为0．77％。因此，固 溶强化效应较高，其强度、硬度较高(σb =400 MPa ， 160—200HBS)．而塑性、韧性也较好(δ=40％～50％)。 奥氏体组织也适用于压力加工。 三、渗碳体(Fe 3C) 渗碳体是一种具有复杂晶体结构的间隙化合物，化学式近似于Fe 3C(碳化三铁)。 Fe 3C 的含碳量为6.69%，如图3—1所示。它无同素异构转变，熔点约为1227℃。其硬度极高(800HBW)，塑性和韧性极低(δ≈0、αku ≈0)，即硬而脆。
第三章复习思考题（铁碳合金相图） 一．名词解释 铁素体、奥氏体、珠光体、莱氏体、高温莱氏体、低温莱氏体、一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、A3线、A cm线、PQ线、渗碳体 二．填空题 1．碳在奥氏体中的溶解度随温度而变化，在1148℃时溶碳量可达，在727℃时为。 2．铁碳合金相图是表示在情况下，随温度变化的图形。 3．含碳量小于的铁碳合金称为钢，根据室温组织的不同，钢可以分为三类：钢，其组织是；钢，其组织是；钢，其组织是。 4．共析钢当加热后冷却到S点时会发生转变，从奥氏体中同时析出和组成的混合物，称为。 5．分别填出下列组织的符号：奥氏体，铁素体，渗碳体，珠光体，高温莱氏体，低温莱氏体。 6．奥氏体和渗碳体组成的共晶产物称为，其含碳量为，当温度低于727℃时，转变为珠光体和渗碳体，又称为。 7．亚共晶白口铸铁的含碳量为，其室温组织为。 8．铁素体是碳溶入中的固溶体，奥氏体是碳溶入中的固溶体，渗碳体是。 9．工业纯铁、亚共析钢、共析钢、过共析钢、亚共晶白口铁、共晶白口铁、过共晶白口铁在室温下的平衡组织分别是，，，，，，。 10．在Fe-Fe3C相图中，HJB线、ECF线、PSK线分别称为，，。 11．根据含碳量和组织特点，可将铁碳合金分为三大类，分别是，，。 12．渗碳体的塑性，脆性，但高。 13．Fe-Fe3C相图中有个单相区，分别是；有个双相区，分别是。 14．纯铁有三种同素异晶状态，分别是，，。 三．选择题 1．铁素体的晶格类型为（） A．面心立方B．体心立方C．密排六方D．复杂的八面体 2．奥氏体的晶格类型为（） A．面心立方B．体心立方C．密排六方D．复杂的八面体 3．渗碳体的晶格类型为（） A．面心立方B．体心立方C．密排六方D．复杂的八面体 4．含碳量1.3%的铁碳合金，在950℃时的组织为（），在650℃时的组织为（） A．珠光体B．奥氏体C．铁素体+珠光体D．珠光体+渗碳体 5．铁碳合金相图中ES线，其代号用（）表示，PSK线用代号（）表示。 A．A1B．A3C．A0D．A cm 6．铁碳合金相图中的共析线是（），共晶线是（） A．ES B．PSK C．ECF D．HJB 7．从奥氏体中析出的渗碳体是（），从液相中结晶出的渗碳体为（） A．一次渗碳体B．二次渗碳体C．三次渗碳体D．共晶渗碳体 8．奥氏体是（） A．碳在γ- Fe 中的间隙固溶体B．碳在α- Fe 中的间隙固溶体 C．碳在α- Fe 中的置换固溶体D．碳在δ- Fe 中的间隙固溶体 9．珠光体是一种（） A．单相固溶体B．两相混合物C．Fe 与C 的化合物D．两相固溶体 四．判断题
邻水县职业中学2015学年度下期 机械加工专业公开课教案 授课时间: 2015年11月5日上午第二节 授课班级:春招15级机械三班 授课内容:铁碳合金状态图 授课教师: 文杰 教学手段：课堂讲授，学生理解 教学目的:1、了解简化的Fe-Fe3C状态图特征线。 2、了解含碳量对铁碳合金性能影响。 重点：Fe-Fe3C状态图特征线。 难点: Fe-Fe3C状态图特征线。 授课形式：新课 所用学时：1学时 使用教材：高等教育版《机械基础》 复习引入 合金状态图就是用热分析法测得不同浓度的铁碳合金的冷却曲线，然后将其冷却曲线上各结晶温度转变点描绘在温度-成分坐标上，以得到铁碳合金金相组织、温度及合金成分间的关系。铁碳合金状态图除用于钢和铸铁的组织转变的研究，作为选择材料的依据外，还可作为制定铸造、锻造、焊接和热处理等工艺规范的重要工具,它将为学习本课程的其他部分奠定必要的基础。 教学过程 一、如图下图所示铁碳合金状态图。(抽学生回答组织符号名称) 1、铁素体：是溶解在a-Fe中形成的间隙固溶体。 2、渗碳体：是铁与碳形成的稳定化合物。 3、奥氏体：是碳溶解在r-Fe中形成的间隙固溶体。 4、珠光体：是铁素体和渗碳体组成的共析体。
5、莱氏体：是由奥氏体和渗碳体组成的共晶体。 二、铁碳合金状态图分析 1、各特性点的含义在铁碳合金状态图中用字母标出的点都表示一定的特性(成分和温度)，所以称为特性点。各主要特性点的含义列于 点名温度含碳量含义 A点：1538℃0% 纯铁的熔点 C点：1148℃% 生铁的共晶点 D点：1227℃% 渗碳体的熔点 E点：1148℃% 碳在奥氏体中的最大溶解度 G点：912℃0% 纯铁的同素异构转变点 S点：727℃% 共析点 2、各主要线的含义 (1)ACD线——液相线，即液体合金冷却到此线时开始结晶，在此线以上的区域为液相。 (2)AECF线——固相线，即合金冷却到此线时金属液全部结晶为固相，在此线以下的区域为固相。 (3)GS线——铁素体析出开始线，通常用A3来表示。 (4)ES线——二次渗碳体析出开始线，通常用A cm来表示。在1148℃时奥氏体中溶碳量达到％，而在727℃时仅为％，所以含碳量大于％的奥氏体冷却到此线时，多余的碳以渗碳体的形式从奥氏体中析出。这种从奥氏体中析出的渗碳体称为二次渗碳体，用Fe3C II表示。在显微镜下观察时，Fe3C II呈网状，故又称网状Fe3C II。 (5)ECF线——共晶线，即含碳量在％～％的铁碳合金，当冷却到此线时(1148℃)，都将发生共晶反应，从液相中同时结晶出两种不同的固相，如生成的共晶混合物称为莱氏体． (6)PSK线——共折线，即含碳量在％～％的铁碳合金，当冷却到此线时(727℃)，都将发生共析反应，从一种固相同时转变为两种不同的固相，如形成的共析混合物称为珠光体。这条线通常用A1来表示。 (7) GP线：0＜Wc＜%的铁碳合金，缓冷时，由奥氏体中析出铁素体的终止线 (8)PQ线：碳在铁素体中溶解度曲线，在727℃时，Wc=%，溶碳量最大，在600℃时，Wc=%。 3、铁碳合金相图中的这几条线把相图分成了几个区域，称为相区。对每一个相区来说，不论温度怎么变,成分怎么变，只要在这个相区内，其组织种类就不会变，但相的成分和相对量可能变化。（单相区，双相区，三相区（课祥））. 4.钢含碳量小于％为工业纯铁，含碳量在％～％的铁碳合金，称为钢。它在高温时都要生成奥氏体。根据室温组织不同，将钢分为3种： 共析钢：％C； 亚共析钢:<％C； 过共析钢:>％C。 (3)白口铸铁％～％C的铁碳合金，称为白口铸铁。它在液相结晶时都将发生共晶反应，生成莱氏体。根据室温组织不同，将铁也分为3种： 共晶白口铸铁:％C； 亚共晶白口铸铁:<％C； 过共晶白口铸铁:>％C。 4、钢在结晶过程中的组织转变 (1)共析钢图中合金I是共析钢，含碳量为％。其冷却过程的组织转变为：L→L+A→A→P。室温平衡组织全部为珠光体。
理论课教案 课题铁碳合金状态图（一）课程机械加工 基础 授课教师专业课型新授教案序号授课时间教学方法 1、掌握合金的基本概念及合金的组织。 教学 2、掌握固溶解，金属化合物质、混合物。 目标 教学重点难点及解决办法 作业 布置 学生听课教 情况学 学生掌握后情况 3、掌握铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体的符号及性能特点。 掌握铁碳合金的基本组织、性能 习题册 存在的问 记 题 审查签字 年月日
教学过程 教师活 教学内容学生活动动 一、新课导入 利用多媒体效果观察 回顾上一次课的内容，以提问的形式检查上节课学生的掌握 情况，举实例有技巧得到如本次课要学习的内容。 二、新课讲授 1、合金及其组织 金属：是由单一元素构成的具有特殊光泽、延展性、导电性、导热性的物质，如铁、金、银、铜、铁、锰、锌、铝等。 合金：是由一种金属元素与其他金属元素或非金属元素通过 熔炼或其他方法合成的具有金属特性的物质。 金属材料：金属及其合金的总称 （1）合金组织 固熔体、金属化合物、混合物 1）固熔体 是一种组元的原子熔入另一种组元的晶格中所形成的均匀固相。 溶入的元素称为溶质，而基体元素称为溶剂。 固溶体仍然保持溶剂的晶格类型。 固熔体根据溶质原子在晶格（溶剂）所处的位置不同可以分为： 间隙固熔体 置换固熔体 间隙固熔体：溶质原子分布于溶剂晶格间隙之中而形成的 固熔体。 举例：碳、氮、硼等非金属元素熔入铁中 特点：由于熔剂的晶格空间有限，所以溶质原子量是有限的。
：溶质原子：溶质原子 ：溶剂原子：溶剂原子 置换固熔体：溶质原子置换了熔剂晶格节点上某些原子而 形成的固熔体。 特点：原子半径相同或接近，周期位置接近，晶格类型差别小。 2）金属化合物： 定义；合金组元间发生相互作用而形成一种具有金属特性的物质。 特性：（1）可用化学式来表示。 （2）复杂的晶格结构“三高一稳”的性能，高熔点、高硬度、高脆性 3）混合物： 定义：两种或两种以上的相按一定质量分数组成的物质。 特征：保持自己原来地晶格类型 性能：取决于组成相的性能，分布形态及数量和大小。 固熔强化：通过溶入溶质元素形成固溶体而使金属材料强度、硬度提高的想象。学生复习总结三种合金组织
Fe-Fe3C状态图 ACD为液相线，此线以上的合金为液态，冷却到此线开始结晶。 AECF为固相线，此线以下的合金为固态，合金加热此线开始熔化。 GS是冷却时从不同含碳量的奥氏体中开始析出铁素体的温度线，又称A3线。ES是碳在奥氏体中的溶解度曲线，又称Acm线。
ECF线是共晶线，含碳量大于2.11%的铁碳合金冷却至此温度线（1148℃），在恒温下发生共晶转变，即从液态合金中结晶奥氏体和渗碳体晶体的机械混合物，故此线是一条水平线。 PSK是共析线，又称A1线。Wc=0.77%的奥氏体，冷却至此线（727℃），在恒温下同时析出铁素体和渗碳体晶体的机械混合物成为共析体，称为珠光体。 含量在0.02%—6.69%之间的所有铁碳合金，缓慢冷却到PSK线，都会在恒温下发生共析反应，生成一定数量的珠光体。 共晶转变 Wc=4.3%的液相在1148℃温度下，同时结晶处含碳量为2.11%的奥氏体和含碳量为6.67%的渗碳体，这种转变叫做共晶转变。 共析转变 Wc=0.77%的奥氏体，在727℃（723℃）温度下，同时析出铁素体与渗碳体，这种转变为共析转变。 平衡组织 根据常温下的平衡组织又可分为三类： （1）亚共析钢—含碳量0.0218%-0.77%之间的铁素体+珠光体； （2）共析钢—含碳量0.77%的珠光体； （3）过共析钢—含碳量0.77%-2.11之间的珠光体+渗碳体Ⅱ。 白口铸铁 含碳量2.11%-6.69%，根据常温组织也可分为三种： （1）亚共晶白口铸铁（C<4.3%）：珠光体+渗碳体Ⅱ+莱氏体； （2）共晶白口铸铁（C=4.3%）：莱氏体； （3）过共晶白口铸铁（C>4.3%）：莱氏体+渗碳体Ⅰ。 发生相变转变的温度成为临界点： Ac1—加热时，珠光体转变为奥氏体温度； Ac3—加热时，铁素体转变为奥氏体的终了温度； Accm—加热时，二次渗碳体在奥氏体中溶解的终了温度； Ar1—冷却时，奥氏体转变为珠光体的温度；
符号温度 （℃） 含碳量[%（质 量）] 含义
课题：铁碳合金相图 【设计者】:浙江工业大学，周云中 【教材】：机械工业出版社《机械制造基础》第二版第四章 【课程标准】：学生通过本课程的学习，了解不同成分的钢和铸铁在 不同温度下所具有的组织或状态，了解铁碳合金的成分，组织，性能之间的关系。并能根据铁碳合金相图选择合适的钢材。 【内容分析】： 铁碳合金相图是研究铁碳合金的重要工具，了解与掌握铁碳合金相图，对于钢铁材料的研究和使用，各种热加工工艺的制订以及工艺废品原因的分析等方面都有重要指导意义。铁碳合金相图描述了铁碳合金的组织随含碳量的变化规律，合金的性能决定于合金的组织，这样根据
零件的性能要求来选择不同成分的铁碳合金；为制定热加工工艺提供依据。 【学情分析】： 本节课是在学生通过《机械制造基础》前三章的学习，已经掌握了金属材料的力学性能和金属和合金的晶体结构及结晶的基础上，探究不同成分的钢和铸铁在不同温度下所具有的组织或状态。在教学时，可以让学生清楚了解不同的含碳量对铁碳合金性能的影响，知道各合金常温下的状态。在这一基础上，进一步让学生体会机械制造的魅力。教材的编写意图是通过本课时学习目标，使学生能把所学，运用到学生的实际生活，培养发展提出问题和解决问题的能力。 【学习目标】： 1：能绘制合金相图 2：学生能对典型铁碳合金的结晶过程分析 3：能应用铁碳合金相图选择合适的钢铁材料 【评价设计】： 1．针对目标1，通过教师在黑板上绘制铁碳合金相图并分析绘制的要点，让学生了解并能跟着教师的步骤一步一步绘制基本的铁碳合金相图 2．针对目标2，教师对书本上铁碳合金的结晶过程做具体的分析，让学生了解典型铁碳合金的过程，教师解释完成后，允许学生以小组的形式互相讨论，5分钟后随机叫学生回答，看学生能否对典型铁碳合金的过程做出分析。
铁碳合金相图 3.3.1 铁碳合金的组元和相 一、基本概念 铁碳合金：碳钢和铸铁的统称，都是以铁和碳为基本组元的合金 碳钢：含碳量为0.0218%～2.11%的铁碳合金 铸铁：含碳量大于2.11%的铁碳合金 铁碳合金相图：研究铁碳合金的工具，是研究碳钢和铸铁成分、温度、组织和性能之间关系的理论基础，也是制定各种热加工工艺的依据。 注：由于含碳量大于Fe3C的含碳量（6.69%）时，合金太脆，无实用价值，因此所讨论的铁碳合金相图实际上是Fe-Fe3C 二、组元 1.纯铁 纯铁指的是室温下的α-Fe，强度、硬度低，塑性、韧性好。 2.碳 碳是非金属元素，自然界存在的游离的碳有金刚石和 石墨，它们是同素异构体。 3.碳在铁碳合金中的存在形式有三种： C与Fe形成金属化合物，即渗碳体； C以游离态的石墨存在于合金中。 C溶于Fe的不同晶格中形成固溶体； A. 铁素体：C溶于α-Fe中所形成的间隙固溶体，体 心立方晶格，用符号“F”或“α”表示，铁素体是一种强度 和硬度低，而塑性和韧性好的相，铁素体在室温下可 稳定存在。 B. 奥氏体：C溶于γ-Fe中所形成的间隙固溶体，面心立方晶格，用符号“A”或“γ”表示，奥氏体强度低、塑性好，钢材的热加工都在奥氏体相区进行，奥氏体在高温下可稳定存在。 C. C与Fe形成金属化合物：即渗碳体Fe3C，Fe与C组成的金属化合物，Fe与C组成的金属化合物，含碳量为6.69％。以“Fe3C”或“Cm”符号表示，渗碳体的熔点为1227℃，硬度很高(HB＝800)而脆，塑性几乎等于零。渗碳体在钢和铸铁中，一般呈片状、网状
或球状存在。它的形状和分布对钢的性能影响很大，是铁碳合金的重要强化相。碳在a-Fe中溶解度很低，所以常温下碳以渗碳体或石墨的形式存在。 3.3.2 铁碳合金相图的分析 1.铁碳合金相图由三个相图组成： 包晶相图、共晶相图和共析相图； 2.相图中有五个单相区：液相L、 高温铁素体δ、铁素体α、奥氏体 γ、渗碳体Fe3C； 3.相图中有三条水平线： HJB水平线（1495℃）：包晶线， 发生包晶反应，反应产物为奥氏 体。 L0.53+δ0.09←→γ0.17 ECF水平线（1148℃）：共晶线， 发生共晶反应，反应产物为奥氏体 和渗碳体的机械混合物，称为莱氏 体，用“Le”表示。 L 4.3←→γ2.11+ Fe3C PSK水平线（727℃）：共析线，发生共析反应，反应产物为铁素体和渗碳体的机械混合物，称为珠光体，用“P”表示。共析线又称为A1线 γ0.77←→F0.0218+ Fe3C 4.图中的特性点 A点：纯铁的熔点 C点：共晶点 D点: Fe3C的熔点 E点：γ-Fe中的最大溶碳量 G点：α-Fe→γ-Fe的同素异构转变点 J点：包晶点 N点：γ-Fe→α-Fe的同素异构转变点 S点：共析点 5.图中的特性线 ABCD－液相线
一、教学目的： 1、了解合金的概念及组织的基本类型。 2、掌握铁碳合金的基本组织、性能及符号。 3、了解简化的Fe—Fe3C相图中特性点、特性线的含义及组织的分布情况。 4、了解相图的应用。 5、了解碳素钢的分类、牌号、性能及用途。 二、重点和难点 1、重点：铁碳合金的基本组织、性能及符号。 2、难点：铁碳合金相图及典型组织的结晶过程分析。 §3－1 合金及其组织 1、组元：组成合金的最基本的独立物质，按组成元素的种类分为二元合金、三元合金 和多元合金。 例：碳素钢由Fe、C、Si、Mn、S、P组成，称铁碳合金, 多元合金；； 黄铜由Cu、Zn组成，称二元合金； 铝由Al、Cu、Mg组成，称三元合金。 2、相：合金中成分、结构及性能相同的组成部分为相，相与相之间以界面分开，固态 相有统一的晶格类型，是组元间的关系。 3、组织：数量、形态、大小和分布方式不同的各种相组成合金组织，是相之间的关系。 组织不同,性能不同。 液相:无晶格 单相组织固溶体 固相 单晶格金属化合物 多相组织：混合物 （多种晶格） 单相组织：一种晶格 单晶体：一个晶粒 一、合金的基本概念 1、液相组织：液态时，合金的组元相互溶解，形成均匀的液溶体。 2、固相组织：固态时，由于合金各组元之间相互作用不同，原子结合力不同，可出现固溶体、金属化合物、机械混合物。 二、合金的组织 1、固溶体 定义：一种组元溶入另一组元的晶格中形成的均匀固相。
属性：单相组织，显微镜下可观察到晶界。 溶剂：基体组元，保持自身晶格类型，溶解其它组元。 溶质：溶入溶剂的组元，自身晶格消失。例如：铁碳合金中铁为溶剂，碳为溶质。 分类： 间隙固溶体(有限 ) 按溶质与溶剂原子相对位置分： 置换固溶体(无限) 有限固溶体 按溶解度分： 无限固溶体 间隙固溶体—溶质原子分布于溶剂晶格中而形成的固溶体。 由于溶剂晶格的间隙尺寸很小，故溶质原子半径小于1埃，且形成有限固溶体。例如：铁碳合金。 置换固溶体—溶质原子置换了溶剂晶格结点上某些原子而形成的固溶体。 溶质与溶剂的原子半径差别小、晶格类型相同、电子结构相似、元素周期表中位置近，则形成无限固溶体。反之，形成有限固溶体。 例如：黄铜是锌溶入铜形成的置换固溶体。 固溶体性能：固溶强化 在固溶体中，由于溶质原子的溶入，使溶剂晶格畸变，合金对塑性变形的抗力增加，使金属材料强度、硬度升高，此现象为固溶强化。 定义-在合金中，当溶质含量超过固溶体的溶解度时，除可形成固溶体外，还将出现新的相，其晶体结构不同于任一组元，而是组元之间相互作用形成一种具有金属特性的物质。 属性：单相组织，显微镜下可观察到晶界。 晶格：金属化合物的晶格不同于任一组元，一般具有复杂晶格。 性能：熔点高，硬度高，脆性大，耐磨性高。 3、混合物 定义：两种或两种以上的相按一定质量百分比组成的物质为混合物。 属性：多相组织，显微镜下可观察到多种相。
铁碳合金教案 §3-1 合金及其组织 教学目的： 1、掌握合金的概念及无相的概念 2、掌握合金的组织概念、性能特点。 3、掌握固溶解，金属化合物质、混合物 教学重点与难点： 掌握合金的概念是教学重点。 掌握三种合金组织的名称及性能是教学难点。 教学过程： 新课 1、合金的概念： 合金是一种金属元素与其它金属元素可非金属元素通过熔炼或其他方法结合而成的具有金属特性的物质。 例如：普通黄铜是由铜锌两种金属元素组成的合金，碳素钢是由铁和碳组成的合金。 2、组元或元的概念： 组成合金的最基本的独立物质称为组元或元。硬铝是由铝、铜、镁或铝、铜、锰组成的三元合金。（∵合金中元数目的多少，合金可分为：二元、三元、多元合金。） 3、相的概念 在合金中成分、结构及性能相同的的组成部分称为相。
?注：合金的性能一般都是由组成合金的各相性能、数量、各相组合情况所决定。 4、组织：所谓合金的组织，是指合金中不同相之间相互组合配置的状态。 ∵合金中各组元之间结合方式不同，∴合金组织可分为： 一、固溶体 固溶体是一种组元的在子深入另一组元的晶格中所形成的均匀固相。 溶入的元素称为溶质，而基体元素称为溶剂。固溶体仍然保持溶剂的晶格类型。 1、分类：∵溶质原子在溶剂晶格中分布情况不同， ∴可分为： 1）、间隙固溶体溶质原子分布于溶剂晶格间隙之中而形成的固溶体称为间隙固溶体。 2）、置换固溶体溶质原子置换了溶剂晶格结点上某些原子而形成的固容体称为置换固溶体。 2、性能影响： 材料塑性变形抗力↑→强、硬度↑的现象称“固溶强化”（强化金材的重要途径）。 二、金属化合物 合金组元间发生相互作用而形成一种具有金属特性的物质称为金属化合物。