铁碳合金相图

铁碳合金相图的分析

Fe-Fe3C相图如图3-25所示。可以看出，Fe-Fe3C相图由三个基本相图（包晶相图、共晶相图和共析相图）组成。相图中有五个基本相：液相L，高温铁素体相，铁素体相，奥氏体相和渗碳体相Fe3C。这五个基本相构成五个单相区（其中Fe3C为一条垂线），并由此形成七个两相区：L+δ、L+、L+ Fe3C、δ+、+ Fe3C 、+和+ Fe3C。

图3-25 以相组成物标注的铁碳合金相图

在Fe-Fe3C相图中，ABCD为液相线，AHJECF为固相线。相图中各特征点的温度、成分及其含义如表3-2所示。 表3-2 铁碳相图中各特征点的说明

点的符号 温度/℃ 含碳量/% 说明

A 1538 0 纯铁熔点

B 1495 0.53 包晶反应时液相的成分

C 1148 4.3 共晶点LC ⇄ E+ Fe3C

D 1227 6.69 渗碳体的熔点

E 1148 2.11 碳在-Fe中的最大溶解度

F 1148 6.69 渗碳体

G 912 0 -Fe ⇄ -Fe同素异构转变点

H 1495 0.09 碳在-Fe中的最大溶解度

J 1495 0.17 包晶点LB+H ⇄ J

K 727 6.69 渗碳体

N 1394 0 -Fe⇄-Fe同素异构转变点

P 727 0.0218 碳在-Fe中的最大溶解度

S 727 0.77 共析点S ⇄ P+ Fe3C

Q 室温 0.0008 室温下碳在-Fe中的溶解度

Fe- Fe3C相图中有三条水平线（三相区）：

HJB水平线（1495C）为包晶线，与该线成分（0.09%~0.53%C）对应的合金在该线温度下将发生包晶转变：L0.53 + 0.09  0.17（式中各相的下角标为相应的含碳量），转变产物为奥氏体。

ECF水平线（1148C）为共晶线，与该线成分（2.11%~6.69%C）对应的合金在该线温度下将发生共晶转变：L4.3  2.11 + Fe3C。转变产物为奥氏体和渗碳体的机械混合物，称为莱氏体，用符号“Le”表示。莱氏体的组织特点为蜂窝状，以Fe3C为基，性能硬而脆。

课题

名称 铁碳合金相图(一)

授课

时间 4月3日 授课

类型 新课

教学

目标 知识

目标 掌握铁碳合金相图，简化图各区域组织符号及名称，铁碳合金相图重要点线的含义，特别是共晶点，共析点及转变式，熟悉掌握铁碳合金的分类。

能力

目标 培养学生分析问题解决问题的能力

情感目标 培养学生的职业道德观及互相协作的精神

重点 简化相图各区域的组织符号及转变。

难点 铁共晶、共析转变成的写法及共晶、共析转变线

教学

场景 教室采取PPT图片与理论相结合

教学过程设计

授课内容 引

入 1、讲授法 2、自主探究法

分析

通过实验，培养学生的分析、设计工艺路程的能力。

相关知识讲解 （一）组织教学

点名考勤，稳定学生情绪，准备上课

（二）导入新课

1、什么是铁碳合金相图？

（三）讲授新课

第二节 铁碳合金的相图（一）

一、铁碳合金相图

1、定义：铁碳合金相图——表示在缓慢冷却（或缓慢加热）的条件下，不同成分的铁碳合金的状态或组织随温度变化的图形。

2、铁碳合金相图

简化后的Fe-Fe3C相图

二、Fe-Fe3C相图中特性点、线的含义及各区域内的组织

1、主要特征点

A点：纯铁的熔点，15380C

D点：渗碳体的熔点，12270C

C点：共晶点，11480C LCC11480(A+Fe3Ci)

E点：C在γ-Fe中最大溶解度，C=2.11％

G点：纯铁的同素异构转变点，9120C，α－Feγ－Fe

S点：共析点， AsC7270P＝（F+Fe3CⅠ）

P点：碳在铁素体（α－Fe）中最大溶解度

其中，（1）在保持温度不变的情况下，从一个液相中同时结晶出两种固相（奥氏体和渗碳体），这种转变称为共晶转变。其产物为共晶体

（2）在保持温度不变的情况下，从一个固相（奥氏体）中同时结晶出两种固相（铁素体和渗碳体），这种转变称为共析转变。其产物为共析体

2、主要特征线

ACD线：液相线，在此线的上方所有的铁碳合金都为液体。称为液相区，用L表示。线上的点对应不同成分合金的结晶开始温度。AC线以下结晶出奥氏体，在CD线以下结晶出渗碳体。

第四章 铁碳合金

第一节 铁碳合金的相结构与性能

一、纯铁的同素异晶转变

δ-Fe→γ-Fe→α-Fe

体心 面心 体心

同素异晶转变——固态下，一种元素的晶体结构

随温度发生变化的现象。

特点：

• 是形核与长大的过程（重结晶）

• 将导致体积变化（产生内应力）

• 通过热处理改变其组织、结构→ 性能

二、铁碳合金的基本相

基本相 定义 力学性能 溶碳量

铁素体 F 碳在α-Fe中的间隙固溶体 强度,硬度低，塑性,韧性好 最大0.0218%

奥氏体 A 碳在γ-Fe中的间隙固溶体 硬度低，塑性好 最大2.11%

渗碳体 Fe3C Fe与C的金属化合物 硬而脆800HBW,δ↑=αk=0 9.69%

第二节 铁碳合金相图

一、相图分析

两组元：Fe、 Fe3C

上半部分图形（二元共晶相图）

共晶转变：

1148℃ 727℃

L4.3 → A2.11+ Fe3C → P +

Fe3C莱氏体Ld Ld′

2、下半部分图形（共析相图）

两个基本相：F、Fe3C

共析转变：

727℃

A0.77 → F0.0218 + Fe3C

珠光体P

二、典型合金结晶过程

分类： 三条重要的特性曲线

① GS线---又称为A3线它是在冷却过程中由奥氏体析出铁素体的开始线或者说在加热过程中铁素体溶入奥氏体的终了线.

② ES线---是碳在奥氏体中的溶解度曲线当温度低于此曲线时就要从奥氏体中析出次生渗碳体通常称之为二次渗碳体因此该曲线又是二次渗碳体的开始析出线.也叫Acm线.

③ PQ线---是碳在铁素体中的溶解度曲线.铁素体中的最大溶碳量于727ºC时达到最大值0.0218%.随着温度的降低铁素体中的溶碳量逐渐减少在300ºC以下溶碳量小于0.001%.因此当铁素体从727ºC冷却下来时要从铁素体中析出渗碳体称之为三次渗碳体记为Fe3CⅢ.

铁碳合金相图

一、选择题

1. 铁素体是碳溶解在（ ）中所形成的间隙固溶体。

A．α-Fe B．γ-Fe C．δ-Fe D．β-Fe

2.奥氏体是碳溶解在（ ）中所形成的间隙固溶体。

A．α-Fe B．γ-Fe C．δ-Fe D．β-Fe

3.渗碳体是一种（ ）。

A．稳定化合物 B．不稳定化合物 C．介稳定化合物 D．易转变化合物

4.在Fe-Fe3C相图中，钢与铁的分界点的含碳量为（ ）。

A．2％ B．2.06％ C．2.11％ D．2.2％

5.莱氏体是一种（ ）。

A．固溶体B．金属化合物 C．机械混合物 D．单相组织金属

6.在Fe-Fe3C相图中，ES线也称为（ ）。

A．共晶线 B．共析线 C．A3线 D．Acm线

7.在Fe-Fe3C相图中，GS线也称为（ ）。

A．共晶线 B．共析线 C．A3线 D．Acm线

8. 在Fe-Fe3C相图中，共析线也称为（ ）。

A．A1线 B．ECF线 C．Acm线 D．PSK线

9.珠光体是一种（ ）。

A．固溶体 B．金属化合物 C．机械混合物 D．单相组织金属 10.在铁－碳合金中，当含碳量超过（ ）以后，钢的硬度虽然在继续增加，但强度却在明显下降。

A．0.8％ B．0.9％ C．1.0％ D．1.1％

11.通常铸锭可由三个不同外形的晶粒区所组成，其晶粒区从表面到中心的排列顺序为（ ）。

A．细晶粒区－柱状晶粒区－等轴晶粒区 B．细晶粒区－等轴晶粒区－柱状晶粒区

C．等轴晶粒区－细晶粒区－柱状晶粒区 D．等轴晶粒区－柱状晶粒区－细晶粒区

12.在Fe-Fe3C相图中，PSK线也称为（ ）。

A．共晶线 B．共析线 C．A3线 D．Acm线

13.Fe-Fe3C相图中，共析线的温度为（ ）。

A．724℃ B．725℃ C．726℃ D．727℃