相图的基本知识

第二章相图的基础知识教学章节：第二章2.1教学内容：合金及其组织教学要求：1、掌握合金的概念及相的概念。

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。

4、了解二元合全相同的建立。

重点难点：1、掌握合金的概念是教学重点；2、掌握三种合金组织的名称及性能。

教学过程（板书设计）：一、金属材料的分类：二、合金的基本概念1、合金：以一种金属为基础，加入其他金属或非金属，经过熔合而获得的具有金属特性的材料。

即合金是由两种或两种以上的元素所组成的金属材料。

2、组元：组成合金最简单的、最基本的、能够独立存在的元物质，简称元3、相：合金中成分、结构及性能相同的组成部分。

4、组织：合金中不同相之间相互组合配置的状态。

换言之，数量、大小和分布方式不同的相构成了合金不同的组织。

提问：相与组元的区别：答：1、相是合金中同一化学成分、同一聚集状态，并以界面相互分开的各个均匀组成部分。

2、组元是组成合金的基本独立物质，组元可以是金属和非金属，也可以是化合物。

三、合金的组织合金组织的分类：1、固熔体固熔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）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。

3）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。

其性能物特点是熔点高，硬度高，脆性大。

金属化合物能提高合金的硬度和耐磨性，但塑性和韧性会降低。

4）混合物两种或两种以上的相按一定质量分类组成的物质称为混合物。

课后习题：1.合金是一种_________与_________________或_____________通过熔炼或其他方法结合而成的具有___________的物质。

2.合金中成分、结构、及性能相同的组成部分称为___________。

3.根据合金中各组元之间的相互作用不同，合金组织可分为___________、____________和____________三种类型。

教学章节：第二章2.2教学内容：合金的基本组织与性能教学要求：掌握铁碳合金基本组织的种类及性能。

重点难点：铁碳合金基本组织的性能及特点。

教学过程（板书设计）：一、铁碳合金的相及组织1、铁素体：1）概念：碳溶解在α-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体。

2）符号：F，体心立方晶格3）溶解能力：溶解度很小，在727℃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。

4）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：1）概念：碳溶解在γ－Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体。

2）符号：A，面心立方晶格3）溶碳能力：较强。

在1148℃时可溶C 为2.11%，在727℃时，可溶C为0.77%。

4）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：1）概念：含碳量为6.69%的铁与碳的金属化合物。

2）符号：Fe3C 复杂的斜方晶体3）溶碳能力：C=6.69%4）性能：熔点1227℃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：1）概念：是铁素体与碳光体的混合物2）符号：P ，是铁素体和渗碳体片层相间，交替排列。

3）溶碳能力：在727℃时，C=0.77%4）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：1）概念：是含碳量为4.3%的液态铁碳合金在1148℃时从液体上中间结晶出的奥氏体和渗碳体的混合物。

2）符号：Ld（高温莱氏体，温度＞727℃）由于奥氏体在727℃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表示3）溶碳能力：C=4.3%4）性能特点：硬度很高，塑性很差。

注意：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。

课后习题：1.铁碳合金的5种基本组织是__________、_________、奥氏体、渗碳体和莱氏体。

2.渗碳体是铁与碳的混合物。

（）教学章节：第二章2.3教学内容：合金相图教学要求：1、掌握铁碳合金相图，简化图各区域组织符号及名称。

2、掌握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。

3、熟悉掌握铁碳合金的分类。

重点难点：1、教学重点是简化相图各区域的组织符号及转变。

2、难点是共晶、共析转变成的写法及共晶、共析转变线。

教学过程（板书设计）：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，1538℃D点：渗碳体的熔点，1227℃C点：共晶点，1148℃LC−11480(A+Fe3CI)−→←CE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，912℃，α－Fe⇔γ－FeS点：共析点，As−7270P＝（F+Fe3CI）←C−→P点：碳在铁素体（α－Fe）中最大溶解度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。

AECF线：固相线，在此线的下方所有的铁碳合金都为固体。

此线以下为固相区。

线上的点对应不同成分合金的结晶终了温度。

在ACD线与AECF线之间是结晶区，即过渡区。

此区域液相与固相并存。

AEC区内为液相合金和固相奥氏体，CDF区内为液相合金与固相渗碳体。

GS线：从A中析出F的开始线，又称A3线。

奥氏体向铁素体的转变是铁发生同素异构转变的结果。

ES线：C在A中溶解度曲线，亦称为Acm线。

在AGSE区内为单相奥氏体。

ECF：共晶线，温度为1148℃。

共晶转变是可逆转变。

PSK线：共析线，727℃，A1线。

共析转变是可逆转变。

三、铁碳合金的分类钢：0.0218%＜C＜2.11%的铁碳合金亚共析钢：0.0718%＜C＜0.77%共析钢：C=0.77%过共析钢：0.77%＜C＜2.11%白口铸铁：2.11%≤C＜6.69%亚共晶白口铸铁：2.11%≤C ＜4.3%共晶白口铸铁：C=4.3%过共晶白口铸铁：4.3%＜C ＜6.69%四、铁碳合金的成分、组织与性能的关系含碳量越高，钢的强度和硬度越高，而塑性和韧性越低。

1、共析钢：（C=0.77%）珠光体合金I ：−→−L ①−−→−+A L ②−→−A ③−→−P 室温强度高、硬度适中，具有一定的塑性和韧性2、亚共析钢：（0.0218%＜C ＜0.77%）合金II ：−→−L ①−−→−+A L ②−→−A ③−−→−+F A ④−−→−+FP 室温白色相的为铁素体，黑色相为珠光体，随着含碳量的增大，强度、硬度逐渐提高，有较好的塑性和韧性。

3、过共析钢：合金III ：0.77%＜C ＜2.11% −→−L ①−−→−+A L ②−→−A ③−−−→−+C Fe A 3④−−−→−+C Fe P 3室温珠光体+网状二次渗碳体（沿晶界分布白色相）硬度较高、塑性差，随着网状二次渗碳体增加，强度降低。

4、共晶白口铸铁：合金IV ：（C=4.3%）−→−L ①−→−Ld ②−→−dL '室温低温莱氏体 硬度大、脆性大、几乎没有塑性。

5、亚共晶白口铸铁：合金V ：（2.11%＜C ＜4.3%）−→−L ①−−→−+A L ②−−−−→−++FeCI A Ld ③−−−−→−++CII Fe P d L 3'室温珠光体（黑色相）+网状二次渗碳体（珠光体周边白色相）+低温莱氏体（黑白相间的麻点状）硬度大、脆性大、几乎没有塑性。

6、过共晶白口铸铁：合金VI ：（4.3%＜C ＜6.69%）−→−L ①−−−→−+CI Fe L 3②−−−→−+CII Fe Ld 3③−−−→−+CI Fe Ld 3室温一次渗碳体（白色条相状）+低温莱氏体 硬度大、脆性大、几乎没有塑性。

五、Fe —Fe 3C 相图的应用。

1、作为选用钢材料的依据：如制造要求塑性、韧性好，而强度不太高的构件，则应选用含碳量较低的钢；要求强度、塑性和韧性等综合性较好的构件，则选用含碳量适中的钢，各种工具要求硬度高及耐性好，则应选用含碳量较高的钢。

2、制定铸、锻和热处理等热加工工艺的依据。

3．在锻造工艺上的应用。

4．在热处理工艺上的应用。

课后习题：1.莱氏体的平均含碳量为2.11%。

（ ）2.简述下钢根据含碳量的不同分成哪几类？。