铁碳合金与铁碳合金相图

ＳＫＩＬＬＳ　Ｉ教学探索　

各个击破“铁碳合金相图＂教学难点　

文／管爱琴　

摘要：铁碳合金相图的绘制、分析和应用是金属材料与热处理教学中的重点，也是难点。本文提供了破解“铁碳合　

金相图”教学难点的方法，只有化解该难点，掌握并灵活运用铁碳合金相图，才能充分理解这门课及其他各章节的知识。　

关键词：铁碳合金相图成分　内部组织性能分析　

金属材料与热处理是技工院校机械类专业中的一门专　

业基础课，通过对这门课的学习，可以帮助学生理解材料　的成分、内部组织、热处理工艺与性能之间的关系；掌握　

它们的内在规律；了解通过控制金属材料的成分和冷、热　加工工艺过程来控制其组织，提高材料性能，或获得具有　

某种特殊性能的新材料知识。最终达到培养学生正确选择　

和合理使用材料，掌握热处理工艺规范等多方面的能力。　学校五年制数控、模具、焊接等机械专业高技班选用　

的是中国劳动社会保障出版社的全国高等职业技术院校机　

械类专业通用教材《金属材料与热处理》第五版，其中第　三章第三节是铁碳合金相图。铁碳合金相图建立、识读和　应用是第三章的难点，也是重点，如果没有掌握好，那么　学生对本章节及其他章节某些知识只会一知半解。金属材　

料中钢和铸铁是工业中应用最广的铁碳合金，要掌握各种　钢和铸铁的组织性能特点及热处理原理，首先必须了解铁　

碳合金的成分、组织与性能之间的相互关系，铁碳合金相　

图就是研究铁碳合金的组织与性能关系的重要工具。它为　铁碳合金的选材提供理论依据，同时又是制定铸、锻、焊、　

热处理等热加工工艺的重要依据之一。所以这部分知识是　

这门课程整个教学内容的重点，它起到一个承前启后、提　纲挈领的作用，在整个知识体系中占有重要的地位。　

铁碳合金相图是难点，笔者在教学中发现，由于这部　分知识的内容较为抽象，又没有具体实验和教具可以演示，　

加上技校的学生缺少实践方面的认识，教和学都存在一定的　难度。笔者尝试将其进行分解，然后采用各个击破、集体记　

忆等方法，效果不错，也希望以此能与各位同行共同切磋。　

简析铁碳合金相图的教学　

文／尹丽萍　教学探索Ｉ　ＳＫＩＬＬＳ　

摘要：由于钢铁材料的成分（含碳量）不同，因此组织和性能也不相同，应用场合也不一样。在材料学中，相图已　

成为研究舍金组织形成和变化规律的有效工具；在生产实践中，铁碳合金相图可作为制订钢材冶炼、铸造、锻压、焊接、　

热处理工艺的重要依据。故铁碳合金相图是金属材料与热处理课程教学的一个重点内容，由于其理论抽象、概念繁杂，对　

于中技生而言要学好这门课有一定的难度。本文根据笔者教学实践，就如何提高课堂教学效果展开探讨。　

关键词：铁碳合金相图教学方法教学效果　

钢铁是现代工业中应用最为广泛的金属材料，其基本　

组元是铁和碳两种元素，故统称为铁碳合金。普通碳钢和　

铸铁均属铁碳合金范畴，合金钢和合金铸铁实际上是有意　加入了合金元素的铁碳合金。铁碳合金因铁、碳含量的不　

同，形成一个复杂的合金系，不同成分的合金，其组织不　

同，即使是同一成分的合金，其组织也随温度变化而变化。　

因此，为了掌握铁碳合金的成分、组织与性能之间的关系，　

必须了解铁碳合金相图。　

铁碳合金相图是反映“成分一温度一组织”三者之间　

关系的图解。它是一个以含碳量为横坐标、温度为纵坐标　

的坐标系，坐标系内的平面区域反映不同成分和温度条件　

下的合金组织。铁碳合金相图的建立，为分析合金成分和　

温度对其组织的影响，继而推断其力学性能，确定其应用　

范围和加工方法等，提供了直观手段。　

一、铁碳合金相图分析　

在铁碳合金相图中，Ｆｅ和Ｆｅ。Ｃ是组成铁碳合金的两个　

基本组元，故又称为Ｆｅ－－Ｆｅ　Ｃ相图（图１）　由于铁与碳之　

间相互作用不同，铁碳合金固态下的相结构形成固溶体和　

金属化合物两类，属于固溶体相有铁索体Ｆ和奥氏体Ａ，属　

于金属化合物相有渗碳体Ｆｃ　Ｃ。与绝大多数合金的组织一　

样，铁碳合金也是固溶体和少量金属化合物组成的混合物。　

组成铁碳合金的混合物有珠光体Ｐ（Ｆ＋Ｆｃ　Ｃ）和莱氏体Ｌｄ　

（Ａ＋Ｆｃ　Ｃ）两种。　

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

教学

目标 1、掌握合金的基本概念及合金的组织。

2、掌握固溶解，金属化合物质、混合物。

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。

教学重点难点

及解决办法 掌握铁碳合金的基本组织、性能

作业

布置 习题册

教

学

后

记 学生听课

情况

学生掌握

情况

存在的问题

审查签字

年 月 日 教学过程

教师活动 教 学 内 容 学生活动

利用多媒体效果观察

一、新课导入

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。

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浅谈铁碳合金相图的教学

作者：陈开亮

来源：《新课程·教师》2014年第11期

摘 要：根据学生学习情况及“铁碳合金相图”内容的枯燥性，改进其教学方法，遵循利用情景创设法激发学习兴趣，适时导入，利用拼图游戏及时巩固相图成分，并采用拼图比赛，巩固学生对知识点的掌握这一系列教学方法，在实际教学中取得较好效果。

关键词：铁碳合金相图；征点和线；拼图游戏

铁碳合金相图在金属材料这门课中起到很重要的作用，为铁碳合金的选材提供理论依据，同时又是制定铸、锻、焊、热处理等工艺的重要依据。那么我们应该如何学习才能巧妙地记住铁碳合金相图呢？

一、学生的学习兴趣

采用情景创设法，让学生观看Flash制作的小动画，两棵小树在大风下，呼呼东倒西歪，我们怎么拯救小树苗呢？引发学生思考……我们帮小树搭建稳定的架子。我们来看一下搭建好的框架是什么样子呢？吸引学生观看，提高学生的学习兴趣。下面来看一下我们这节课的任务，让学生观看铁碳合金相图。我们研究的铁碳合金相图含碳量为什么只到6.69%，不是100%，激发学生的求知欲望，思考后发现工业使用铁碳合金的含碳量一般不超过5%，因为含碳量更高的铁碳合金，脆性很大，难以加工，没有实用价值。所以现在所研究的铁碳合金相图只是整个铁碳合金中的一部分，虽然铁碳合金相图已经过简化，但特性点、线依然很多，学生在听课时注意力无法集中。我在课件中设计了动画效果，使所讲的点能闪动起来，讲到哪点，该点就连续地闪烁，对吸引学生的注意力起到了重要的作用。在讲区域填写时，点到某个区域就显示不同的颜色，给学生留下深刻的印象。

二、采用拼图游戏的方式完成相图成分的填充

拼图游戏我们在很小的时候应该都玩过，在这一过程中采用拼图的方式完成铁碳合金相图成分的填充，可以激发学生的童心，让学生在快乐的环境下记住枯燥的成分。这样学生可以在玩的过程中无意识地记住所学内容，记忆更具有长久性。