铁碳合金相图(一)
(完整版)铁碳合金相图(一)
符号：Fe3C 复杂的斜方晶体
存在温度区间：室温——1148℃
溶碳能力： C=6.69%
性能：熔点 12270C 硬度很高，塑性很差，伸长率和冲击韧 度几乎为零，是一个硬而脆的组织。
（4）珠光体：
概念：是铁素体与碳光体的混合物
符号： P 是铁素体和渗碳体片层相间，交替排列。
存在温度区间： 室温——727℃
溶碳能力：在 7270C 时，C=0.77%
性能特点：取决于铁素体和渗碳体的性能，强度较高，硬度 适中，具有一定的塑性。
5、莱氏体
概念：是含碳量为 4.3%的液态铁碳合金在 11480C 时从液体 上中间结晶出的奥氏体和渗碳体的混合物。
符号：Ld 高温莱氏体，温度＞727℃
由于奥氏体在 7270C 时转变为珠光体，所以在室温下的莱氏 体由珠光体和渗碳体组成叫低温莱氏体。
作业 布置
教
学生听课 情况
学 学生掌握
后
情况
记 存在的问 题
审查签字
习题册
年月日
教师活 动
一、新课导入
教学过程 教学内容
学生活动
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。
符号：A
面心立方晶格
存在温度区间：大于 727℃
溶碳能力：较强。在 11480C 时可溶 C 为 2.11%，在 7270C 时，可溶 C 为 0.77%。(0.0218% ——2.11%)
性能：强度、硬度不高，具有良好的塑性，是绝大多数钢在 高温进行锻造和扎制时所要求的组织。
铁碳相图(有各特征点、线顺序演示画法)
共析转变线PSK: （A1线）
AS 727℃ FP+ Fe3C P
A
F
珠光体是铁素体 和渗碳体片层相 间的组织, 呈指 纹状。 较高强度和硬度, 塑性较差
HJB: 包晶反应 LB+δH⇄ AJ
δ
L
A
三条重要的相界线 Acm
A3
三、典型合金的平衡结晶过程
㈥ 亚共晶白口铁的结晶过程 L → L + A→ A(初生) + Ld → A+ Fe3CⅡ+ Ld → P+Fe3CⅡ+Ld’ • 亚共晶白口铁室温组织为P+Fe3CⅡ+Ld’。
㈦ 过共晶白口铁的结晶过程 L → L+Fe3CⅠ →Ld+ Fe3CⅠ →Ld’+ Fe3CⅠ,
• 过共晶白口铸铁室温组织为Fe3CⅠ+Ld’。
1 2
L+A
A
3
3’
F +Fe3C
4
• 珠光体是铁素体与渗碳体片层相间的组织, 呈指 纹状。
㈢ 亚共析钢的结晶过程 L→L+δ →L+ A → A → F+A → F+ P (F+Fe3C)
F中析出Fe3CⅢ， 量少,忽略不计. 室温组织: F＋P
亚共析钢室温组织: F＋P， 随C％增加，P含量增加。
＞0.9%C, Fe3CⅡ为晶界 连续网状, 强度下降, 但硬度仍上升。
＞2.11%C, 组织中有以 Fe3C为基的Le’,硬度高 脆性大, 难以切削加工。
⒊ 含碳量对工艺性能的影响 ① 切削性能: 中碳钢合适 ② 可锻性能: 低碳钢好 ③ 焊接性能: 低碳钢好 ④ 铸造性能: 共晶合金好
第一节 Fe-Fe3C合金相图
工 业 纯 铁
共 析 钢
共 晶 白 口 铁
亚共析钢
过共析钢
亚共晶白口铁
过共晶白口铁
（一）工业纯铁——Wc < 0.02%的铁碳合金 的铁碳合金
组织： 或 通常沿晶界析出。 组织：F或F+ Fe3C Ⅲ ，Fe3C Ⅲ 通常沿晶界析出。 性能： 性能：σb 、HBS↓δ 、Ak↑ 晶界
L
γ+L L+Fe3C
中的间隙固溶体， ⑶α相 是碳在 相 是碳在α—Fe中的间隙固溶体， 中的间隙固溶体 呈体心立方晶格。 呈体心立方晶格 。 其中碳的固溶度室 温 时 约 为 0.0008% ， 600℃ 时 为 ℃ 0.0057% ， 在 727℃ 时 为 0.0218% 。 其 ℃ 性能特点是强度低、 硬度低、 性能特点是强度低 、 硬度低 、 塑性好 中的间隙固溶体， ⑷ γ相 是碳在 相 是碳在γ—Fe中的间隙固溶体， 中的间隙固溶体 呈面心立方晶格。 呈面心立方晶格 。 其中碳的固溶度在 α 1148℃时为 ℃时为2.11%。其性能特点是强度 。 较低，硬度不高， 较低，硬度不高，易于塑性变形
§3.1 Fe-Fe3C合金相图 合金相图 本章主要内容 §3.2 碳钢 §3.3 合金钢概述
§3.1 Fe-Fe3C合金相图 合金相图
一、铁碳合金相图 二、铁—碳合金中的组织及其性能 碳合金中的组织及其性能 三、Fe-C合金的分类 Fe四、组织组成物与含碳量关系 五、含碳量与力学性能的关系 六、铁碳相图的应用
δ+L δ δ+γ L L+ γ L+ Fe3C
γ α+γ
α
γ + Fe3C
α + Fe3C
相组成物表示的 表示的Fe-Fe3C相图 以组织组成物和相组成物表示的 相图
铁碳相图1
石墨形态对铸铁性能的影响
石墨片越圆整、越细小、 石墨片越圆整、越细小、分布越均匀对 基体 割裂作用越小。 割裂作用越小。
铸铁的石墨化
碳以石墨的形式析出的过程。 碳以石墨的形式析出的过程。 通常视石墨 化过程充分与否，会得到不同基体的铸铁组织。 化过程充分与否，会得到不同基体的铸铁组织。 铸铁的基体通常有： 铸铁的基体通常有： *铁素体灰口铸铁 铁素体灰口铸铁 *铁素体 珠光体灰口铸铁 铁素体—珠光体灰口铸铁 铁素体 *珠光体灰口铸铁 珠光体灰口铸铁
灰铁部分
灰口铸铁 可以看成是在钢的基体上分布着不同形态的石墨。 可以看成是在钢的基体上分布着不同形态的石墨。而 石墨的形态、大小和分布直接影响着铸铁的性能。 石墨的形态、大小和分布直接影响着铸铁的性能 根据铸铁中石墨形态的不同，灰口铸铁可以分为： 根据铸铁中石墨形态的不同，灰口铸铁可以分为：
球墨铸铁： 球墨铸铁：石墨呈球状 可锻铸铁： 可锻铸铁：石墨呈团絮状 普通灰口铸铁： 普通灰口铸铁：石墨呈片状 蠕墨铸铁： 蠕墨铸铁：石墨呈蠕虫状
概述
1.钢 和铸铁(Cast irons)是应用最广的金属材 1.钢(Steels)和铸铁 和铸铁 是应用最广的金属材 虽然它们的种类很多，成分不一， 料，虽然它们的种类很多，成分不一，但是它们的基本 组成都是铁(Fe)和碳 两种元素。因此，学习铁碳相 和碳(C)两种元素 组成都是铁 和碳 两种元素。因此， 图、掌握应用铁碳相图的规律解决实际问题是非常重要 的。 2.建立相图方法 实验测定和理论计算。 建立相图方法： 2.建立相图方法：实验测定和理论计算。 3. 实验测定手段：配不同成分合金；测相变临界点； 实验测定手段：配不同成分合金；测相变临界点； 将这些点标在温度成分坐标图上； 将这些点标在温度成分坐标图上；将相同意义的点连接 起来。 起来。 4.测相变临界点方法：热分析法；膨胀法；磁性法； 测相变临界点方法： 测相变临界点方法 热分析法；膨胀法；磁性法； 电阻法；金相法； 射线结构分析法 射线结构分析法。 电阻法；金相法；X射线结构分析法。
铁碳相图和铁碳合金
铁碳相图和铁碳合金(一)钢(Steels)和铸铁(Cast irons)是应用最广的金属材料，虽然它们的种类很多，成分不一，但是它们的基本组成都是铁(Fe)和碳(C)两种元素。
因此，学习铁碳相图、掌握应用铁碳相图的规律解决实际问题是非常重要的。
Fe和C能够形成Fe3C, Fe2C 和FeC等多种稳定化合物。
所以，Fe-C相图可以划分成Fe-Fe3C, Fe3C-Fe2C, Fe2C-FeC和FeC-C四个部分。
由于化合物是硬脆相，后面三部分相图实际上没有应用价值（工业上使用的铁碳合金含碳量不超过5％），因此，通常所说的铁碳相图就是Fe-Fe3C部分。
化合物Fe3C称为渗碳体(Cementite)，是一种亚稳定的化合物，在一定条件下可以分解为Fe和C，C原子聚集到一起就是石墨。
因此，铁碳相图常表示为Fe-Fe3C和Fe-石墨双重相图（图1）。
Fe-Fe3C相图主要用于钢，而Fe-石墨相图则主要用于铸铁的研究和生产。
这里主要分析讨论Fe-Fe3C相图，Fe-石墨相图与此类似，只是右侧的单相是石墨而不是Fe3C。
图1 铁碳双重相图【说明】图1中虚线表示Fe-石墨相图，没有虚线的地方意味着两个相图完全重合。
铁具有异晶转变，即固态的铁在不同的温度具有不同的晶体结构。
纯铁的同素异晶转变如下：由于Fe的晶体结构不同，C在Fe中的溶解度差别较大。
碳在面心立方(FCC)的γ-Fe中的最大溶解度为2.11%，而在体心立方(BCC)的α-Fe和δ-Fe中最大仅分别为0.0218%和0.09%。
纯铁纯铁的熔点1538℃，固态下具有同素异晶转变：912℃以下为体心立方(BCC)晶体结构，912℃到1394℃之间为面心立方(FCC), 1394℃到熔点之间为体心立方。
工业纯铁的显微组织见图2。
图2 工业纯铁的显微组织图3 奥氏体的显微组织铁的固溶体碳溶解于α－Fe和δ－Fe中形成的固溶体称为铁素体(Ferrite)，用α、δ或F表示, 由于δ－Fe是高温相，因此也称为高温铁素体。
铁碳合金相图
碳钢，自液态缓冷至室温时的结晶过程和室温组织。
第四节 铁碳合金的成分、组织、性能间的关系
一、含碳量与平衡组织间的关系
运用杠杆定律求得含碳量与铁碳合金缓冷后的组织组分及相组分间 的定量关系（如图4-16所示）
图4-16 铁碳合金中含碳量与组织组分及相组分间的关系
二、含碳量与力学性能间的关系
由图4-17可知，当钢中 ω C<0.9%时，随着钢中含碳量的增 加，钢的强度、硬度呈直线上升， 而塑性、韧性不断降低； 当钢中ω C>0.9%时，因渗碳体 网的存在，不仅使钢的塑性、韧 性进一步降低，而且强度也明显 下降。
Fe3C的结构 渗碳体硬度很高，脆性很大，塑性极差。
8
渗碳体的分子式为 Fe3C ，它是一种具有复杂晶格结
构的间隙化合物。它的含碳量为6.69%;熔点为1227℃ 左右;不发生同素异晶转变;但有磁性转变，它在230℃ 以下具有弱铁磁性，而在230℃以上则失去铁磁性;其 硬度很高(相当于HB800)，而塑性和冲击韧性几乎等于 零，脆性极大。
f.在进行热轧和锻造时，通常将钢材加热到1000~1250℃。
g.钢铆钉一般用低碳钢制作。 h.钳工锯削70钢、T10钢、T12钢比锯20钢、30钢费力，锯条易磨钝。
简化后的Fe-Fe3C相图
三、铁-渗碳体相图中铁碳合金的分类
Fe-Fe3C相图中不同成分的铁碳合金，具有不同的显微组织和性能， 通常根据相图中P点和E点，可将铁碳合金分为工业纯铁，钢和白口铸 铁三大类。 工业纯铁（P点左面）
它的力学性能介于铁素
体和渗碳体之间，即其 强度、硬度比铁素体显 著增高，塑性、韧性比 铁素体要差，但比渗碳
体要好得多。
珠光体组织呈指纹状，其中白色的基底为铁素体
铁碳相图分析(一)
[提问] 复习：组元、相等术语铁碳相图中有哪些相、组织四、铁—渗碳体相图分析（一）上半部图形---由液态转变为固态的一次结晶（>912o C）γ-F e与F e3C为该相图的个组元图中各点的分析：1．A、D为熔点2．E点为在1148o C是碳在γ-F e中最大溶解度（w c=2.11%）3．C点为共晶点：共晶转变：是指一定成分的液相在恒温下同时结晶出两个固相的转变。
L C （A E+F e3C）称为莱氏体：Ld图中各线的分析：1．AC、CD线为液相线2．AE为固相线、ECF为固相线；共晶线3．ES线为碳在A中固溶线；A中析出的F e3C又称F e3C II学生思考、回答画图要准确相图分上、下两部分讲，可以进行比较的讲，学生容易记住要求学生记住每一点、每一条线的含义（二）下半部分图形---固态下的相变图中各点的分析1．G点：为α-F eγ-F e的同素异晶转变温度。
2．P点：为在727o C时碳在α-F e中最大溶解度（W c=0.0218%）3．S点：共析点共析转变：由一定成分的固相，在一定温度下，同时析出成分不同的两种固相转变。
A s（F p+F e3C）共析转变后所获得的细密混合物（F+F e3C）称珠光体，符号P小结：共析转变是从固相发生转变，共析转变产物称共析体，由于原子在固态下扩散较困难，因此共析体比共晶体更细密。
图中各线的分析1．GS线：冷却时由A转变成F的开始线。
2．GP线：冷却时由A转变成F的终了线。
3．PKS线：共析线1148----727o C的莱氏体（A+F e3C）Ld < 727o C （P+F e3C）L’d 4．PQ线为碳在F中的固溶线F中析出的F e3C，为F e3C III铁---渗碳体相图中各点、线含义的小结五、铁---渗碳体相图中铁碳合金的分类（一）工业纯铁：（W c<0.0218%）成分为P点左面的铁碳合金。
F（二）钢：（W c=0.0218%--2.11%）成分为P点与E点间的铁碳合金，其特点是高温固态组织为塑性很好的A因而可进行热压加工。
6讲铁碳合金相图(1)
5）PQ线:碳在铁素体中 L+A 的溶解度曲线。铁素体冷 C 1148℃ E 却到此线，将以Fe3C形 A ( A+Fe C ) G 式析出过饱和的碳，称为 Ld A+ 三次渗碳体（Fe3CⅢ）， Fe CⅡ A+Ld+Fe CⅡ A+F S F P 数量极少。 ( F+ Fe C ) P+Ld’+Fe CⅡ Ld’ 一、二、三次渗碳体， P ( P+Fe C ) 对钢铁性能的影响是一样 Q P+F P+Fe CⅡ 0.0218%C 0.77%C 2.11%C 4.3%C 的。
•
3
• 3、奥氏体 碳溶入γ -Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏 体，呈面心立方晶格，用A表示。 • γ -Fe的溶碳能力较α -Fe高许多。在 1148 ℃时，最大溶碳量为2.11%；温度 降低时，溶碳能力也随之下降，到727 ℃ 时，溶碳量为0.77%。由于γ -Fe仅存在 于高温，因此，稳定的奥氏体通常存在 727 ℃以上，故在铁碳合金中奥氏体属于 高温组织。 • 奥氏体的力学性能与其溶碳量有关。一 般来说，其强度、硬度不高；但塑性优 良（δ=40%~50%）。在钢的轧制或锻造 时，为使钢易于进行塑性变形，通常将 钢加热到高温，使之呈奥氏体状态。 • 在显微镜下，奥氏体也是呈多边形晶粒， 但晶界较铁素体平直，并存有双晶带。
5
5、珠光体： 铁素体和渗碳体组成的机械混合物称为珠光体，用符号P或 （F+ Fe3C）表示。珠光体的含碳量为0.77 %。由于渗碳体在混合 物中起强化作用，因此，珠光体有着良好的力学性能，如其抗 拉强度高σb≈750Mpa）、硬度较高（180HBS）且仍有一定的 塑性和韧性δ=20%~25%、ak=30~40J/cm2珠光体在显微镜下 呈层片状。其中白色基体为铁素体，黑色层片为渗碳体。
(完整版)铁碳合金相图(一)
理论课教案2、纯铁的同素异构转变(1)金属的晶格体心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格(2)纯铁的同素异构转变同素异构转变的概论：金属在固态下，随温度的改变有一种晶格转变为另一晶格的现象称为同素异构转变。
具有同素异构转变的金属有：铁、钻、钛、锡、锰等。
引导学生分析寸铁的冷却过程纯铁的冷却曲线1394 CS — Fe体心立方晶格Y — Fe面心立方晶格3、铁碳合金的基本组织与性能(1) 铁素体：概念：碳溶解在a -Fe 中形成的间隙固溶体称为铁素体。
符号：F 体心立方晶格 存在温度区间：室温 912C溶解能力：溶解度很小，在7270C 时，碳在a -Fe 中的最大 溶碳量为0.0218%,随温度的降低逐渐减小。
性能：由于铁素体的含碳量低，所以铁素体的性能与纯铁相 似。
即有良好的塑性和韧性，强度和硬较低。
(2) 奥氏体：概念：碳溶解在丫一 Fe 中形成的间隙固溶体称为奥氏体。
符号：A面心立方晶格存在温度区间：大于727C溶碳能力：较强。
在11480C 时可溶C 为2.11%,在7270C 时，可溶 C 为0.77%。
(0.0218% ——2.11%)性能：强度、硬度不高，具有良好的塑性，是绝大多数钢在 高温进行锻造和扎制时所要求的组织。
(3) 渗碳体：概念：含碳量为6.69%的铁与碳的金属化合物。
符号：Fe3C复杂的斜方晶体存在温度区间：室温 ------ 1148C 溶碳能力： C=6.69%912 C体心立方晶格结合纯铁 冷却曲线 得到铁碳 合金五种 组织。
铁碳合金相图1
一、铁碳合金相图 铁碳合金相图是研究钢 和铸铁的基础，对于钢铁材 料的选用以及热加工和热处 理工艺的制订也具有重要的 指导意义。 铁和碳可以形成一系列 化合物，如Fe3C、Fe2C、FeC 等, 有实用意义并被深入研 究的只是Fe-Fe3C部分。 ☆ 老师提示：重点内容
二、 铁碳合金中的基本相及组织 1、纯铁的同素异构转变
铁碳 合金
钢
含碳量为2.11%—6.69%的铁碳合金。 白口铸铁 共晶白口铸铁：含碳量为4.3%; 亚共晶白口铸铁：含碳量在2.11%—4.3%之间； 过共晶白口铸铁：含碳量在4.3%—6.69%之间；
3、典型铁碳合金的结晶过程分析
工业纯铁的结晶过程
（1） 共析钢 [w(C) = 0.77%]平衡结晶过程
渗碳体的显微组织
奥氏体的晶格结构
渗碳体的晶格结构
5、珠光体（ pearlite ）： 铁素体（F）和渗碳体（Fe3C）组成的机械混合物。 用符号P表示。 性能---力学性能介于两者之间。常见的形态是铁素体与渗碳 体片层相间分布的，片层越细密，强度越高。
珠光体的显微组织
珠光体的显微组织
6、莱氏体（ ledeburite ）： 奥氏体（A）和渗碳体（Fe3C）组成的机械混合物。 用符号Ld表示。 性能---硬度高，塑性差。
（3）过共析钢[0.77%<w(C) ≤2.11%]平衡结晶过程
L→L+A→A→A+Fe3CII→As+Fe3CII →P+Fe3CII
因此室温平衡组织为Fe3CII +P。 在显微镜下, Fe3CII呈网状分布在层片状P周围。
T12钢的室温平衡组织 Fe3CII +P 含1.2%C的过共析钢的组成相为F和Fe3C； 组织组成物为 Fe3CII和 P, 它们的质量分数为多少？
铁碳相图01
二、典型铁碳合金的平衡结晶过程及பைடு நூலகம்织
2.碳钢的结晶过程分析
1）共析钢（T8钢） 含碳量为0.77% 1点以上 L 1～2 L＋A 2～3 A 3～3’点 A→P 3点以下 P(F+Fe3C)
Ｐ中各相含量
共析钢组织金相图
2）亚共析钢(45钢） 含碳量在 0.02%~0.77%之间 1点以上 L 1～2 L＋A 2～3 A 3～4 A+F 4～4’ A→P 4’点以下 P+F
力学性能；
高碳钢具有高的硬度。
为了保证钢具有足够的强度和一定的塑性、韧性，工业上所 用碳钢的含碳量 一般都不超过 1.3％。
纯铁含碳量很低，由单相α构成，塑性好，硬度和强度都很 低。 亚共析钢的组织有不同数量的α和P组成。随着含碳量的增 加，组织中P的数量相应增加，钢的硬度、强度上升，而塑性 下降。 共析钢的缓冷组织由片层状的P构成。由于Fe3C是一个强化 相，以细片状分散分布在软韧的α基体上，起到了强化作用， 使P具有较高的强度和硬度，但塑性较差。 过共析钢缓冷后的组织由P和Fe3CⅡ所组成。随着含碳量的 增加，Fe3CⅡ的数量逐渐增加。当含碳量不超过1.0%时，由 于晶界上析出的Fe3CⅡ一般还没有连成网状，故对性能影响不 大。当含碳量超过1.0%后，因数量的增加并呈连续网状分布 ，故使钢具有很大的脆性，塑性很低，强度也随之降低。
亚共晶白口铁组织金相图
(3)过共晶生铁结晶过程分析(4.3%<wc<6.69%)
1点以上 L 1~2 L+Fe3CⅠ 2~2’ Fe3CⅠ+Ld 2~3 Fe3CⅠ+Ld （A+Fe3CⅡ+Fe3C) 3~3’ Fe3CⅠ+ Ld’ （P+Fe3CⅡ+Ld’) 3~4 Fe3CⅠ+ Ld’
铁碳合金相图(超清楚版)
特性点符号 温度/ ℃ ω c（%） 含义
A 1 538
0
熔点：纯铁的熔点
C 1 1 48
4. 3 共晶点：发生共晶转变L4. 3→Ld( A2. 1 1 %+Fe3C共晶)
D 1 227
6. 69 熔点：渗碳体的熔点
E 1 1 48
2. 1 1 碳在γ- Fe中的最大溶解度点
G 91 2
0
同素异构转变点
温度/ ℃
A1 538 L+δ
1 500
δ
B( 1 495/ 0. 53) δ +γ
1 400 N1 394
1 300
00
L+γ
E 2. 1 1
1 1 48
900 G91 2
A+Fe3CⅡ+Ld
800 700
α
α+γ P
0. 0218
A+Fe3CⅡ S
0. 77
600Q F+P P P+Fe3CⅡ
P+Fe3CⅡ+L' d
L C 4. 3
L' d
1 227 D L+Fe3CⅠ
F
Fe3CⅠ+Ld 727 K
Fe3CⅠ+L' d
F+Fe3CⅢ
Fe
1
22. 1 1 3
4 4.3 5
6 6. 69 C( %)
Fe- Fe3C合金相图
1 、铁素体：碳在α-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体，用符号F或α表示。碳在 α - Fe中的溶解度很低，因此，铁素体的机械性能与纯铁相近，其强度、硬度较低， 但具有良好的塑性、韧性。
S 727 P 727
铁碳合金相图1-2
Cu-Ni、Au-Ag、Fe-Ni、Cu-Au、Cr-Mo等。
1.相图分析
相图的基本分析
对相图中各重要的点、各重要的线和各个面（区域）进行分析。
典型合金的结晶过程分析 选择若干典型合金，分析它们从高温冷却至室温的过程中所发生的 各种变化。
4.2 二元合金相图
相图分析和典型合金平衡结晶过程分析：
T,C
液相线 （Liquidus） 固相线 （Solidus） L
t3 t2
L＋
合金结晶开始的温度连线 L
B
合金结晶终了的温度连线
L
t1
1 2
t4
匀晶转变 L
A
3
冷却曲线
Cu-Ni合金相图
t
4.2 二元合金相图 固溶体合金的结晶特点：
①固溶体的结晶过程与纯金属一样由形核和长大完成。 实际结晶时也需要一定的过冷度。 ②结晶是在一温度范围内进行的。 只有在温度不断下降时，固相 的相对量才增加，温度不变，液相L和 固相 的相对量保持不变，即达到平衡状态。 ③结晶时，L相和 相的成分分别沿着液相线和固相线变化。 ④结晶时，L相和 相的相对量不断变化。
4.2 二元合金相图
Cu-Ni二元合金相图的建立
wNi=80% wNi=100% wNi=60%
wNi=40%
温 wNi=20% 度
wCu=100%
时间
Cu
20
40
60
80
Ni
wNi（%）
4.2 二元合金相图
2、基本相图
大多数二元相图都是由几类最基本的相图组合而成的，或者说，许多 二元相图都包含了几类基本相图。
两种或两种以上的相按一定的质量百分数，以混合形式组合在一起的 组成物。
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存在温度区间：大于 727℃ 溶碳能力：较强。在 11480C 时可溶 C 为 2.11%，在 7270C 时，可溶 C 为 0.77%。(0.0218% ——2.11%) 性能：强度、硬度不高，具有良好的塑性，是绝大多数钢在 高温进行锻造和扎制时所要求的组织。 （3）渗碳体： 概念：含碳量为 6.69%的铁与碳的金属化合物。 符号： Fe3C 复杂的斜方晶体
学生复习 总结三种 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、 合金组织
性能：取决于组成相的性能，分布形态及数量和大小。
硬度提高的想象。
2、纯铁的同素异构转变
（1）金属的晶格
体心立方晶格面
心立方晶格
密排六方晶格
（2）纯铁的同素异构转变 同素异构转变的概论： 金属在固态下，随温度的改变有一种晶格转变为另一晶格的 现象称为同素异构转变。 具有同素异构转变的金属有：铁、钴、钛、锡、锰等。
利用多媒 体效果观 察
教 学 内 容
学生活动
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 ：溶剂原子
理论课教案
课 题
铁碳合金状态图（一）
专 业 授课时间
பைடு நூலகம்课 课
程 型
机械加工 基础 新授
授课教师 教案序号
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 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 习题册 布置
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 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。
熟记铁碳 合金五种 组织
：溶质原子 ：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
引导学生 分析寸铁 的冷却过 程
1394℃
912℃
δ －Fe
体心立方晶格
γ －Fe
面心立方晶格
α －Fe
体心立方晶格
3、铁碳合金的基本组织与性能 （1）铁素体： 概念：碳溶解在α -Fe 中形成的间隙固溶体称为铁素体。
结合纯铁 冷却曲线 得到铁碳 合金五种 组织
符号： F
体心立方晶格
存在温度区间：室温——912℃ 溶解能力：溶解度很小，在 7270C 时，碳在α -Fe 中的最大 溶碳量为 0.0218%，随温度的降低逐渐减小。 性能：由于铁素体的含碳量低，所以铁素体的性能与纯铁相 似。即有良好的塑性和韧性，强度和硬较低。 （2）奥氏体： 概念：碳溶解在γ －Fe 中形成的间隙固溶体称为奥氏体。 符号： A 面心立方晶格
存在温度区间：室温——1148℃ 溶碳能力： C=6.69%
性能：熔点 12270C 硬度很高，塑性很差，伸长率和冲击韧 度几乎为零，是一个硬而脆的组织。 （4）珠光体： 概念：是铁素体与碳光体的混合物 符号： P 是铁素体和渗碳体片层相间，交替排列。 室温——727℃
存在温度区间：
溶碳能力：在 7270C 时，C=0.77% 性能特点：取决于铁素体和渗碳体的性能，强度较高，硬度 适中，具有一定的塑性。 5、莱氏体 概念：是含碳量为 4.3%的液态铁碳合金在 11480C 时从液体 上中间结晶出的奥氏体和渗碳体的混合物。 符号： Ld 高温莱氏体，温度＞727℃ 由于奥氏体在 7270C 时转变为珠光体，所以在室温下的莱氏 体由珠光体和渗碳体组成叫低温莱氏体。 L’d 低温莱氏体，温度<7270C 溶碳能力： C=4.3% 性能特点：硬度很高，塑性很差。 F、A、Fe3C 是单相组织，称铁碳合金的基本相。 P、Ld 是由基本相混合组成的多相组织。 三、课堂小结 以叙述的方式对这两节课的内容进行概括性的总结。 四、作业 习题