§3—2铁碳合金的基本组织与性能
铁碳合金的基本组织与状态图课件
n 3) 在压力加工成型方面
n 钢处于奥氏体状态时强度较低，塑性较 好，因此锻造或轧制选在单相奥氏体区进 行。一般始锻、始轧温度控制在固相线以 上100℃~200℃范围内。一般始锻温度为 1150℃~1250℃，终锻温度为750℃~ 850℃。
55
n 4) 在热处理工艺方面的应用
n Fe- Fe3C相图对于制订热处理工艺有着特 别重要的意义。一些热处理工艺如退火、 正火、淬火的加热温度都是依据Fe- Fe3C相 图确定的。这将在热处理中详细阐述。
溶体。由于晶格间的最大空隙比α—Fe大 ， 溶碳能力较大11480C时为2.11%随温度 下降溶碳量逐渐减小7270C时为0.77%。
n 奥氏体存在于727~14950C的温度范围， 强度低，塑性好，伸长率为40%，硬度 (HB) 为170~220，无铁磁性。
6
奥氏体组织金相图
7
(三)渗碳体 (Fe3C) 铁与碳形成的具有复杂结构的金属化合物，含
n
n “二”指二个坐标： C/％、 T ／0C；在画的 时候容易忘记这两坐标标注。
23
n “三”指三个单项：A (奥氏体) 、 P (珠 光体) 、 Ld (莱氏体) 。在铁碳合金相图 中，只有三个区域中是单项组织，其中在 7270C以下含碳量为0.77％时，其成分只有 P (珠光体) ，11480C以下含碳量为4.3％ 时，其成分只有Ld (莱氏体) ，在这些地 方经常容易漏掉。
n 1-5-3 铁碳状态图上合金的分类及其组织 n 根据相变特征和室温组织不同，可将铁碳
状态图上的各种合金分为工业纯铁、钢和 白口铸铁三类： n 1、工业纯铁C＜0.0218%的铁碳合金。
28
n 2、钢C 0.0218~2. 11%的铁碳合金。特点是 高温固态组织为塑性很好的奥氏体，常用 于热压力加工。根据相变特征和室温组织
铁碳合金基本组织
第二章 铁碳合金 第一节 铁碳合金的基本组织*什么叫组织？ 表示晶体的种类、大小、分布状况。
可以由一个相或多个相组成一．纯铁的晶体结构及其结晶1．(简)同素异晶体：同种元素组成的具有不同晶体结构的晶体，如石墨是金刚石的同素异晶体；α-Fe 与γ-Fe2．(简)纯铁的同素异晶转变α-Feγ-Fe3．重结晶固态下的结晶与液态到固态的结晶的异同．．．．．．．．．．．（以铁为例）同：都属于结晶过程，都有“形核——长大”的过程、“过冷”等现象。
异：在固态下结晶时应力不能及时释放，产生应力。
因此把这种结晶称作：重结晶钢铁材料的种类较多，掌握其性能不太容易。
但这些材料的性能是由其组织决定的。
二．铁碳合金的五种基本组织及其性质1．铁素体温（F ） 形成：碳溶入α-Fe特点：塑性、韧性好，强度、硬度低 δ：30~50%σb ：180~280MPa 。
HBS ：50~80，很软。
小刀刻划例：08钢，F 含量90%，估计其塑性、韧性2．奥氏体（A ） 形成：碳溶入γ-Fe特点：常温下：塑性和韧性好，具有一定的强度和硬度。
δ：40~50% σb ： HBS ：170~220高温下（800o C 以上）：塑性极好，强度极低。
应用：锻压。
“趁热打铁” 3．渗碳体（Fe 3C ）形成：铁与碳生成的化合物 特点：硬而脆、塑性极差 作用：？(双重) 4．珠光体（P ）形成：Fe 3C 与F 片状交分布形成的层状结构。
（示意图） 特点：强度、硬度较高。
塑性和韧性不高。
δ：20~30% σb ：770MPaHBS ：1805．莱氏体（Ld ）形成：由A 与Fe 3C 组成 特点：类似于渗碳体根据钢的组织比较性能：10钢（F 多87%+P ）与45钢（F 少42%+P ） 10钢（F 多87%+P ）与20钢（F 中等74%+P ） 45钢（F+P ）与T10A 钢（P+Fe 3C ）第二节 铁碳相图如何才能知道钢中某种组织的含量？一．基本概念 1．相图的作用了解合金的组织指导热加工和选材例：仪表、汽车的外壳 选塑性好的材料 F 含量多的钢。
第二章(3)铁碳相图
匀晶相图 L+A
L
1148℃ C
共晶相图
D
L+ Fe3CⅠ F
G 共析相图
A
E A+ Fe3CⅡ
( A+Fe3C )
Ld
A+Ld+Fe3CⅡ P+Ld’+Fe3CⅡ Ld’ ( P+Fe3C )
Ld+Fe3CⅠ
727℃ K Ld’+Fe3CⅠ
S A+F F P ( F+ Fe3C )
P
Q P+F
网状分布.
室温组织：P+Fe3CⅡ
含1.4%C钢的组织
过共析钢室温组织为P+ Fe3CⅡ
Fe3CⅡ量随含碳量而增加, 含 碳量为2.11%时, Fe3CⅡ量最大：
含1.4%C钢的组织
QFe C
3
II
2.11 0.77 100% 22.6% 6.69 0.77
室温下两相的相对重量 百分比：
含碳量对碳钢力学性能的影响
白口铸铁的力学性能特点
1600 温 1500 度 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 500 1538℃ 1394℃
δ - Fe
γ - Fe
912℃
α - Fe
δ- Fe
bcc
1394 ℃
γ- Fe
912 ℃
fcc
α- Fe
bcc
同素异构转变：金属在固态下由于温度的改变而发生晶 格类型转变的现象。 纯铁的居里温度：770℃ ＜ 770℃呈铁磁性，＞ 770℃磁性消失。 纯铁的力学性能： 塑性和韧性很好，但其强度很低，很少用作结构材料 。 纯铁的主要用途是利用它的铁磁性，例如各种仪器仪表 的
第三章 铁碳合金
把以铁及铁碳为主的合金（钢铁）称为 黑色金属，而把其他金属及其合金称为 有色金属。
§3-1 合金及其组织
一、合金的基本概念
1、合金
所谓合金，是以一种金属为基础，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，即合金是两种或两种以上的元 素所组成的金属材料。
合金具有比纯金属高得多的强度、硬度、耐磨性等机械性能， 是工程上使用得最多的金属材料，如机器中常用的黄铜是铜 和锌的合金；钢是铁和碳的合金；焊锡是锡和铅的合金。
3、在锻造工艺上的应用
对可锻性而言，低碳钢比高碳钢好。由于钢加热呈 单相奥氏体状态时，塑性好，强度的，便于塑性变 形，所以一般锻造都在奥氏体状态下进行，锻造时 必须根据铁碳合金相图确定合适的温度，始轧和始 锻温度不能过高，以免产生过烧；始轧和始锻温度 不能过低，以免产生裂纹。
§3-4 碳素钢
碳素钢（简称碳钢）是含碳量大于
主要应用在钢材料的选用和加热工工艺的制度两方面。
1、作为选用钢材料的依据
制造要求塑性、韧性好，而强度不太高的构件，选 用含碳量较低的钢；
要求强度、塑性和韧性等综合性能较好的构件，选 用含碳量适中的钢； 各种工具要求硬度高及耐磨性好，选用含碳量较高 的钢。
2、在铸造生产中的应用
对于铸造性能来说，铸铁的流动性比钢好，易于铸 造，特别是靠近共晶成分的铸铁，其结晶温度低， 流动性好，更具有良好的铸造性能。
二、合金的组织
根据合金中各组元之间结合方式的不同， 合金组织可分为固溶体、金属化合物和混合 物三类。
1、固溶体
固溶体是一种组元的原子溶于另一组元 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。固溶体保持 溶剂的晶格类型。固溶体一般用α、β、 γ……来表示。
3-2铁碳合金的基本组织
明朝国家栋梁
谢 谢
谢谢观看！ 请多指导！
渗碳体 Fe C 3
珠光体 莱氏体
P
Ld
L
4.3
硬度很高，塑性、韧性 极差
§3－2 铁碳合金的基本组织与性能
1、铁碳合金的基本组织的符号。
2、铁碳合金的基本组织的含碳量。 3、铁碳合金的基本组织的性能。
一、填空题：
1、铁碳合金的基本组织有五种， 它们是 铁素体、 奥氏体、
渗碳体、 珠光体、 莱氏体。
国
家
重
点
全国中等职业技术学校机械类通用教材
中国劳动社会保障出版社
金属材料与热处理
张春英
第五版
第三章
§3 －2
铁碳合金
铁碳合金的基本组织与性能
1、什么是合金？ 2、什么是合金中的组元和相？ 3、什么是合金的组织？
4、合金的组织有哪几种类型？
1、什么是合金？
合金是由两种或两种 以上的元素所组成的金属 材料。
奥 氏 体
1、符号： 用“A ”表示
2、溶碳能力： 较强。在1148℃时可溶碳 为2.11%，在727℃时，可 溶碳为0.77%。
3、性能特点：
强度、硬度不高，具有良好 的塑性，是绝大多数钢在高温 进行锻造和轧制时所要求的组 织。
三、渗碳体 渗碳体是含碳
量为6.69％的铁
与碳的金属化合 物，其化学式为
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的混合物。
2、溶碳能力：C=4.3% 3、性能特点：硬度很高，塑 性、韧性极差。
.
组织名称
符号
含碳量 %
性能特点
铁素体
F A
奥氏体
第三章 铁碳合金(二、三)
§3-2铁碳合金的基本组织和性能钢和铁是工业上应用最广泛的金属材料，它们都是铁碳合金。
不同成分的钢和铸铁的组织都不相同，因此，它们的性能和应用也不一样。
铁碳合金中碳原子和铁原子可以有几种不同的结合方式：一种是碳溶于铁中形成固溶体；另一种是碳和铁化合形成化合物；此外，还可以形成由固溶体和化合物组成的混合物。
一、铁素体(F)它是碳溶解于α-Fe中的间隙固溶体称为铁素体(简称α固溶体)。
通常用符号F表示。
晶体结构呈体心立方晶格，碳在α铁中的溶解度极小，随温度的升高略有增加，在室温时的溶解度仅有0.008%，在727℃时最大溶解度为0.0218%。
铁素体的性能几乎与纯铁相同，它的强度和硬度较低，σb=250MPa，HBS=80，塑性和韧性则很高，δ= 50%。
二、奥氏体(A)碳溶解于γ-Fe中的间隙固溶体称为奥氏体(简称γ固溶体)，通常用符号A表示。
晶体结构呈面心立方晶格。
由于γ铁晶格中间隙较大，因此在727℃时能溶解0.77%碳，在1148℃时的最大溶解度达到2.11%，奥氏体存在于727℃以上的高温区间，具有一定的强度和硬度，以及很好的塑性，是绝大多数钢在高温进行锻造或轧制时所要求的组织。
三、渗碳体(Fe3C)它是铁与碳形成的金属化合物Fe3C，含碳量为6.69%，其晶胞是八面体，晶格构造十分复杂。
渗碳体的性能很硬很脆，HBW≈800，δ≈0。
渗碳体在钢中主要起强化作用，随着钢中含碳量的增加，渗碳体的数量增多，钢的强度和硬度提高，而塑性下降。
四、珠光体(P)珠光体是由铁素体和渗碳体组成的机械混合物，用符号P表示，它是由硬的渗碳体片和软的铁素体片层片相间，交错排列而成的组织。
所以其性能介于它们二者之间，强度较高,σb=750MPa ，HBS=180，同时保持着良好的塑性和韧性δ=（20～25）%。
五、莱氏体(L d)奥氏体与渗碳体的机械混合物称为莱氏体，用符号Ld表示。
它是C=4.3%的铁碳合金液体在1148℃发生共晶转变的产物。
铁碳合金相图
200×
(６)过共晶白口铁 ( C % = 3 % )结晶过程
室温组织:
Le′+ Fe3CI
500×
标注了组织组成物的相图
3．铁碳合金的 成分-组织-性能关系
含碳量与相的相对量关系：
C %↑→F %↓，Fe3C %↑
含碳量与组织关系： 图（a）和（b） 含碳量与性能关系 HB：取决于相及相对量 强度：C%=0.9% 时最大 塑性、韧性：随C%↑而↓
图4-13
6.亚共晶白口铁结晶过程
图4-14 亚共晶白口铁结晶过程示意图
亚共晶白口铁组织金相图
图4-15
7.过共晶白口铁结晶过相图
图4-17
二、碳对铁碳合金平衡组织和性 能的影响
含碳量对平衡组织的影响 含碳量对铁碳合金机械性能的影响
Ⅲ 3 Ⅱ
3
Ⅰ
含碳量对平衡组织的影响
图4-18 含碳量对平衡组织的影响示意图
含碳量对铁碳合金机械性能的影响
图4-19含碳量对铁碳合金机械性能的影响
§4铁碳合金的成分—组织—性能
关系
一、含碳量与平衡组织间的关系
一、含碳量与平衡组织间的关系
1、含碳量——相相对量 C%↑→F%↓，Fe3C%↑ 2、含碳量——组织 F--->F+P--->P--->P+Fe3CII-->P+Fe3CII+Le’--->Le’-->Le’+Fe3CII--->Fe3C
第四章 铁碳合金相图
§1铁碳合金的基本相 §2 铁碳相图 §3典型铁碳合金的结晶过程及其组织 §4铁碳合金的成分—组织—性能关系
§1铁碳合金的基本相
• 一、铁碳合金相图中组元的性质和相的类
§3-2 铁碳合金的基本组织与性能
§3－2 铁碳合金的基本组织与性能
一、铁素体（F）
二、奥氏体（A）
三、渗碳体（Fe3C或Cm） 四、珠光体（P） 五、莱氏体（Ld）
一、铁素体（F）
碳溶解在α—Fe中形成的间隙固溶体，用符号 F 表示。
铁素体的晶胞示意图
铁素体的显微组织
铁素体（F）
（1）概念：碳溶解在α-Fe中形成的间隙固溶体称
有奥氏体和渗碳体； L΄d(低温莱氏体，温度＜7270C) 有珠光体和渗碳体组成。 （3）溶碳能力：C=4.3% （4）性能特点：硬度很高，塑性很差。
小结
1.铁碳合金有五种组织：铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、 莱氏体 2.铁碳合金三种基本组织：铁素体、渗碳体、奥氏体
3.室温下铁碳合金由铁素体和渗碳体组成
珠光体（P）
（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7270C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。
五、莱氏体（分为高温莱氏体和低温莱氏体）
（一)、高温莱氏体 1.定义： 液态铁碳合金发生共晶转变所形成奥氏体 和渗碳体组成的混合物 2.表示符号： Ld 3.存在温度区间： 727℃ ——1148℃ 4.含碳量： 4.3% 5.特点：硬度高，塑性很差。
三、渗碳体（Fe3C或Cm）
渗碳体是含碳量为 6.69％的铁与碳的金属
化合物，其化学式为
Fe3C。
渗碳体的晶胞示意图
渗碳体（Fe3C或Cm）
（ 1 ）概念：含碳量为 6.69% 的铁与碳的金属化合
物。
（2）符号：Fe3C （3）溶碳能力： 复杂的斜方晶体 C=6.69%
金属材料与热处理(第七版)习题册 答案
金属材料与热处理（第七版）习题册参考答案绪论一、填空题1. 石器青铜器铁器水泥钢铁硅新材料2.材料能源信息3. 40 5% 金属材料4.金属材料的基本知识金属的性能金属学基础知识热处理的基本知识金属材料及其应用5.成分热处理用途二、选择题1.A2.B3.C三、思考与练习1.答：为了能够正确地认识和使用金属材料，合理地确定不同金属材料的加工方法，充分发挥它们的潜力，就必须熟悉金属材料的牌号，了解它们的性能和变化规律。
为此，需要比较深入地去学习和了解有关金属材料的知识。
2.答：3. 答：要弄清楚重要的概念和基本理论，按照材料的成分和热处理决定其性能，性能又决定其用途这一内在关系进行学习和记忆；注意理论联系实际，认真完成作业和试验等教学环节，是完全可以学好这门课程的。
第一章金属的结构与结晶§1—1 金属的晶体结构1.非晶体晶体晶体2.体心立方面心立方密排六方体心立方面心立方密排六方3.晶体缺陷点缺陷线缺陷面缺陷二、判断题1．√ 2．√ 3．×4．×三、选择题1．A 2．C 3．C四、名词解释1．答：晶格是假想的反映原子排列规律的空间格架；晶胞是能够完整地反映晶体晶格特征的最小几何单元。
2．答：只由一个晶粒组成的晶体称为单晶体；由很多大小、外形和晶格排列方向均不相同的晶粒所组成的晶体称为多晶体。
五、思考与练习答：三种常见的金属晶格的晶胞名称分别为：（体心立方晶格）（面心立方晶格）（密排六方晶格）§1—2 纯金属的结晶一、填空题1.液体状态固体状态2.过冷度3.冷却速度冷却速度低4.形核长大5.强度硬度塑性二、判断题1．×2．×3．×4．√ 5．√6．√1．CBA 2．B 3．A 4．A四、名词解释1．答：结晶指金属从高温液体状态冷却凝固为原子有序排列的固体状态的过程。
在结晶的过程中放出的热量称为结晶潜热。
2．答：在固态下，金属随温度的改变由一种晶格转变为另一种晶格的现象称为金属的同素异构转变。
铁碳合金
第二章铁碳合金§2-1 铁碳合金的基本组织一、【纯铁的同素异构转变】：固态金属随温度变化而发生晶格改变的现象，称为同素异构转变。
纯铁即具有同素异构转变的特征，如图所示：同素异构转变是纯铁的一个重要特性，以铁为基的铁碳合金之所以能通过热处理显著改变其性能，就是由于铁具有同素异构转变的特性。
金属的同素异构转变过程与液态金属的结晶过程相似，实质上它是一个重要结晶过程。
因此，它同样遵循着结晶的一般规律：有一定的转变温度；转变时需要过冷；有潜热产生；转变过程也括晶核的形成和晶核的长大两阶段。
二、铁碳合金的基本组织【铁碳合金的（基本组织）相】：铁素体、奥氏体、渗碳体均是铁碳合金的基本相。
1、【铁素体Ferrite（F）】：碳溶于α铁中的间隙固溶体称为铁素体，用符号F或α表示。
它仍保持α铁的体心立方晶格；在727℃时的最大溶碳量为Ｗｃ＝0.0218％，在600℃是溶碳量约为Ｗｃ＝0.0057％，室温下几乎为零Ｗｃ＝0.0008％。
其室温性能几乎和纯铁相同，铁素体的强度、硬度不高（σb=180-280MPa,50-80HBS），但具有良好的塑性和韧性(δ=30%-50%,Akv=128-160J)。
所以以铁素体为基体的铁碳合金适于塑性成形加工。
2、【奥氏体Austenite（Ａ）】：碳溶于γ铁中的间隙固溶体称为奥氏体，用符号Ａ或γ表示。
它仍保持γ铁的面心立方晶格。
在727℃时的溶碳量为Ｗｃ＝0.77％，到1148℃是时达到最大Ｗｃ＝2.11％。
奥氏体的力学性能与其溶碳量及晶粒大小有关，一般奥氏体的强度、硬度为（σb 约为400MPa,160-200HBS），但具有良好的塑性和韧性(δ=40%-50%)，无磁性。
因为奥氏体的硬度较低而塑性较高，易于锻压成型。
3、【渗碳体Cementite】渗碳体具有复杂晶格的间隙化合物，分子式为Fe3C，其Ｗｃ＝6.69％，是钢和铸铁中常用的固相。
熔点约为1227℃，渗碳全硬度很高（950－1050ＨＶ），而塑性与韧性几乎为零，脆性很大。
金属材料与热处理(第七版)习题册 答案
金属材料与热处理（第七版）习题册参考答案绪论一、填空题1. 石器青铜器铁器水泥钢铁硅新材料2.材料能源信息3. 40 5% 金属材料4.金属材料的基本知识金属的性能金属学基础知识热处理的基本知识金属材料及其应用5.成分热处理用途二、选择题1.A2.B3.C三、思考与练习1.答：为了能够正确地认识和使用金属材料，合理地确定不同金属材料的加工方法，充分发挥它们的潜力，就必须熟悉金属材料的牌号，了解它们的性能和变化规律。
为此，需要比较深入地去学习和了解有关金属材料的知识。
2.答：3. 答：要弄清楚重要的概念和基本理论，按照材料的成分和热处理决定其性能，性能又决定其用途这一内在关系进行学习和记忆；注意理论联系实际，认真完成作业和试验等教学环节，是完全可以学好这门课程的。
第一章金属的结构与结晶§1—1 金属的晶体结构1.非晶体晶体晶体2.体心立方面心立方密排六方体心立方面心立方密排六方3.晶体缺陷点缺陷线缺陷面缺陷二、判断题1．√ 2．√ 3．×4．×三、选择题1．A 2．C 3．C四、名词解释1．答：晶格是假想的反映原子排列规律的空间格架；晶胞是能够完整地反映晶体晶格特征的最小几何单元。
2．答：只由一个晶粒组成的晶体称为单晶体；由很多大小、外形和晶格排列方向均不相同的晶粒所组成的晶体称为多晶体。
五、思考与练习答：三种常见的金属晶格的晶胞名称分别为：（体心立方晶格）（面心立方晶格）（密排六方晶格）§1—2 纯金属的结晶一、填空题1.液体状态固体状态2.过冷度3.冷却速度冷却速度低4.形核长大5.强度硬度塑性二、判断题1．×2．×3．×4．√ 5．√6．√1．CBA 2．B 3．A 4．A四、名词解释1．答：结晶指金属从高温液体状态冷却凝固为原子有序排列的固体状态的过程。
在结晶的过程中放出的热量称为结晶潜热。
2．答：在固态下，金属随温度的改变由一种晶格转变为另一种晶格的现象称为金属的同素异构转变。
第三节铁碳合金
4.相图的实际应用
1）为选材提供成分依据 2）为制定热加工工艺提供依据 3）局限性
1）为选材提供成分依据
• 若零件要求塑性，韧性好，如建筑结构和容器等， 应选用低碳钢（0.10~0.25%C）；
• 若零件要求强度、塑性、韧性都较好，如轴等，应 选用中碳钢（0.25~0.60%C）；
• 若零件要求硬度高、耐磨性好，如工具等，应选用 高碳钢（0.6~1.3%C）。
Fe3C % ≈ 0.4 / 6.67 = 6 % F % ≈ 1 – 6 % = 94 %
室温组织:
F + P，500×
亚共析钢
亚 共 析 钢
(4)过共析钢 ( C % = 1.2 % )结晶过程
各组织组成物的相对量：
Fe3CII % = ( 1.2 – 0.77 ) / ( 6.67 – 0.77 ) ≈7%
共晶铸铁
共 晶 铸 铁
（6）亚共晶白口铁 ( Wc = 3.0% )
（7）过共晶白口铁 ( Wc = 5.0% )
标注了组织组成物的相图
3．铁碳合金的 成分-组织-性能关系
含碳量与相的相对量关系： C %↑→F %↓，Fe3C %↑
含碳量与组织关系： 图（a）和（b）
含碳量与性能关系 HB：取决于相及相对量 强度：C%=0.9% 时最大 塑性、韧性：随C%↑而↓
2. 1) 铁素体的本质是碳在α- Fe 中的间隙相。（No） 2) 20 钢 比 T12 钢 的碳质量分数要高。（No）
3) 在退火状态（接近平衡组织）45 钢 比 20 钢 的塑性和强度都 高。 （No）
4) 在铁碳合金平衡结晶过程中，只有碳质量分数为4.3%的铁 碳合金才能发生共晶反应。（No）
3. 1) 奥氏体是：
金属材料铁碳合金教案
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。
习题册参考答案-《金属材料与热处理(第七版)习题册》-A02-3671
金属材料与热处理（第七版）习题册参考答案绪论一、填空题1.石器青铜器铁器水泥钢铁硅新材料2.材料能源信息3.405% 金属材料4.金属材料的基本知识金属的性能金属学基础知识热处理的基本知识金属材料及其应用5.成分热处理用途二、选择题1.A2.B3.C三、思考与练习1.答：为了能够正确地认识和使用金属材料，合理地确定不同金属材料的加工方法，充分发挥它们的潜力，就必须熟悉金属材料的牌号，了解它们的性能和变化规律。
为此，需要比较深入地去学习和了解有关金属材料的知识。
2.答：3.答：要弄清楚重要的概念和基本理论，按照材料的成分和热处理决定其性能，性能又决定其用途这一内在关系进行学习和记忆；注意理论联系实际，认真完成作业和试验等教学环节，是完全可以学好这门课程的。
第一章金属的结构与结晶§1—1 金属的晶体结构1.非晶体晶体晶体2.体心立方面心立方密排六方体心立方面心立方密排六方3.晶体缺陷点缺陷线缺陷面缺陷二、判断题1．√ 2．√ 3．×4．×三、选择题1．A 2．C 3．C四、名词解释1．答：晶格是假想的反映原子排列规律的空间格架；晶胞是能够完整地反映晶体晶格特征的最小几何单元。
2．答：只由一个晶粒组成的晶体称为单晶体；由很多大小、外形和晶格排列方向均不相同的晶粒所组成的晶体称为多晶体。
五、思考与练习答：三种常见的金属晶格的晶胞名称分别为：（体心立方晶格）（面心立方晶格）（密排六方晶格）§1—2 纯金属的结晶一、填空题1.液体状态固体状态2.过冷度3.冷却速度冷却速度低4.形核长大5.强度硬度塑性二、判断题1．×2．×3．×4．√ 5．√6．√1．CBA 2．B 3．A 4．A四、名词解释1．答：结晶指金属从高温液体状态冷却凝固为原子有序排列的固体状态的过程。
在结晶的过程中放出的热量称为结晶潜热。
2．答：在固态下，金属随温度的改变由一种晶格转变为另一种晶格的现象称为金属的同素异构转变。
第三章 铁碳合金相图
A金属 bcc 高 100% 90% 80% …….. 20% 10% 0%
B金属 bcc 低 0% 10% 20% ……. 80% 90% 100%
不同成分以及经过不同加工处理的合金具有不同的性能。 这种现象就是由其不同的相结构和组织引起的。
合金中相的晶体结构称为相结构 在显微镜下观察到的具有某种形态或形 貌特征的组成部分总称为组织。
Fe3（ C、N）或 Fe3（ C、B）
Fe3C→3Fe+G（石墨）
机电学院 NWPU
4、珠光体（P）
定义：F与 Fe3C 所形成的机械混合物（平均含碳量：
0.77%）。其显微组织珠光体强度较高，塑性、韧性和硬 度介于渗碳体和铁素体之间。
性能：Rm≈750MPa HBS=180 A≈20%～25%
室温组织：P+Fe3C（网状）
过共析钢的结晶过程
过共析钢组织金相图
过共析钢应用举例
T12 钢 碳含量 1.2％
返回
5.共晶白口铁 ( Wc = 4.3% )
室温组织:
（P + Fe3CII + （低温）莱氏体 Le′ ）,
莱氏体 Le′的性能：硬而脆
共晶白口铁组织金相图
(６)亚共晶白口铁 (2.11%<Wc % <4.3 % )结晶过程
合金中的各种相是组成合金的基本单元； 合金组织是合金中各种相的综合体。
不同含碳量的显微组织
二.合金的相结构
根据构成合金的各组元之间相互作用的不同，固态
合金的相可分为固溶体和金属化合物两大类。
1）固溶体
固溶体是指合金在固态下，组元间仍能互相溶解而形
成的均匀相。
固溶体
置换固溶体
铁碳合金相图知识汇总.ppt
相相对量：F%=
Fe3C%=
组12织组成物：F 和 Fe3CIII
工业纯铁的机械性能特点是强度低、硬度低、 塑性好。主要机械性能如下： 抗拉强度极限 σb 180MPa～230MPa
抗拉屈服极限 σ0.2 100MPa～170MPa 延伸率 δ 30%～50% 断面收缩率 ψ 70%～80% 冲击韧性 ak 1.6×106J/m2～2×106 J/m2
一些热处理工艺如退火、正火、淬火的加热 温度都是依据Fe- Fe3C相图确定的。因此有重要 的意义。
34
在运用Fe-Fe3C相图时应注意以下两点： ①Fe-Fe3C相图只反映铁碳二元合金中相的平
衡状态, 如含有其它元素, 相图将发生变化。 ②Fe-Fe3C相图反映的是平衡条件下铁碳合金 中相的状态, 若冷却或加热速度较快时, 其组 织转变就不能只用相图来分析了。
23
Fe3C%=
7．过共晶白口铸铁
相组成物：F%=
组织组成物：Le’%=Lc%=
24
Fe3C%= Fe3C%=
小结：标注组织的铁碳相图
25
第ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ节、Fe-C合金的成分-组织-性能关系
含碳量——铁碳合金在室温下的组织都由F和 Fe3C两相组成, 两相的质量分数由杠杆定律确
26 定。随C%↑→F%↓，Fe3C%↑
铁熔点或凝固点为1538℃, 相对密度是7.87g/cm3。 纯铁 从液态结晶为固态后, 继续冷 却到1394℃及912℃时, 先后发 生两次同素异构转变。
11
1．工业纯铁（C%≤0.0218%）
L → L+A → A → A+F → F → F + Fe3CIII
相组成物：F+Fe3C (C%>0.0008%)或 F（C%<0.0008%）
3-2 铁碳合金的基本组织与性能
2、奥氏体（A） 奥氏体是碳溶解在γ -Fe中形成的间隙固溶体。 它保持γ -Fe的面心立方晶格结构。 因其晶格间隙较大，所以溶碳能力比铁素体 强，在727℃时溶碳量为0.77%，1148℃时溶碳量 达到2.11%。 奥氏体的强度、硬度较低，但具有良好的塑性， 是绝大多数钢高温进行压 力加工的理想组织。 由于γ -Fe一般存在于 727～1394℃之间，所以奥 氏体也只出现在高温区域 内，奥氏体与γ -Fe 均具有 顺磁性。
单相组织 多相组织
3、渗碳体（ Fe3C或Cm ） 渗碳体是铁与碳形成的具有复杂斜方结构的 间隙化合物，分子式为Fe3C,含碳量为6.69%，
硬度很高（800HBW）， 脆性大，塑性和韧性 几乎为零。主要作为 铁碳合金中的强化相 存在。 在一定条件下可以 分解为铁和石墨状的自 由碳。这对铸铁的形成 具有重要意义。
4、珠光体 珠光体是铁素体和渗碳体组成的共析体（机 械混合物）。是奥氏体冷却时，在727℃恒温下发 生共析转变的产物。 珠光体的平均含碳量为0.77%，在727℃以下 温度范围内存在。 力学性能介于铁素体和渗碳体之间，即综合 性能良好。
5、莱氏体（Ld） 是由奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。是在 1148℃恒温下发生共晶转变的产物，平均碳含量 4.3%。 铁碳合金中含碳量为4.3%的液体冷却到1148℃ 时发生共晶转变，生成高温莱氏体（Ld）。 合金继续冷却到727℃时，其中的奥氏体转变 为珠光体，故室温时由珠光体和渗碳体组成，叫低 温莱氏体（L’d）。统称莱氏体。 莱氏体中由于大量渗碳体存在，其性能与渗碳 体相似，即硬度高，塑性差。
§3-2 铁碳合金的基本组织 与性能
铁素体
奥氏体
渗碳体
珠光体
莱氏体
铁碳合金PPT介绍
• 什么是铁碳合金？ 以铁、碳为主要成分的合金。其中铁的含量大
于 95%。
• 学习内容 1.纯铁的晶体结构及其同素异晶转变 2.铁碳合金的基本组织 3.铁碳合金状态图 4.工业用钢
第一节 纯铁的晶体结构及其同素异晶 转变
【重点内容】
1.金属的结晶、结晶过程、晶核的形成，长大规 律及其影响因素。
Ld+Fe3CІ 727
S
K
F
F+P P Fe3CⅡ+P
Ld’
Ld’+Fe3CⅡ+P
Ld’+Fe3CІ
Q0
0.77
Fe
2.11
4.3
wC/%→
6.69
Fe3C
Fe-Fe3C状态图
3．特性线：
温度/℃→
1538
A
1227 ① ACD线—液相线
D ② AECF线—固相线
L
L+ A
F 1148L+Fe3CІ
5.铁碳合金的分类
工业纯铁：C%<0.0218 共析钢：C%=0.77 亚共析钢：
0.0218<C%<0.77 过共析钢：
0.77<C%<=2.11 共晶白口铁：C%=4.3 亚共晶白口铁：
2.11<C%<4.3 过共晶白口铁：
4.3<C%<6.69
三、钢在结晶过程中的组织转变
共析钢(І)：L→L+A→A→P 亚共析钢(Ⅱ)：L→L+A→A→A+F→P+F 过共析钢(Ⅲ)： L→L+A→A→A+Fe3CⅡ →P+Fe3CⅡ 共晶白口铁：L→Ld→Ld’ 亚共晶白口铁： L→L+A→Ld+A+Fe3CⅡ
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§3—2铁碳合金的基本组织与性能
1、铁碳合金的定义：钢铁是现代工业中应用最为广泛的合金，他们均是以铁和碳为基本组元的合金，故又称为铁碳合金。
2、铁碳合金的分类：铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体五种。
教师组织
教师指导
教师强调
板书
教学重点
教师示范
教学重点
边讲解边演示
河源市高级技工学校理论课教案
河源市高级技工学校理论课教案
教学过程
教பைடு நூலகம்设计
【小结】
通过对铁碳合金组织种类的的简单小结，突出铁碳合金各种组织性能不同的重点内容。
【作业布置】
课后P324.5.6
【板书设计】
投影幕
插图
课题
一、
二、
．
．
．
．
．
．
．
小结
作业
【教学后记】
审查
日期
2、说明本课题的教学目的和要求
3、稳定学生的情绪，集中学生精力进行上课
【复习旧课】
1、金属材料的损坏形式；
2、影响金属变形的因素；
3、金属的力学性能。
【导入新课】
在生产和生活中，纯金属虽然得到一定的应用，但强度和硬度一般都较低，冶炼困难，因而价格较高，在使用上受到限制。在工业上，应采取什么样的材料可以弥补这个不足呢？这节课就让我们一起来学习一下。
五、莱氏体（Ld）
1、定义：莱氏体是奥氏体和渗碳体的混合物。
2、性能：由于莱氏体的基体是渗碳体，所以它的性能接近于渗碳体，硬度很高，塑性很差。
结论：以上五种组织中，铁素体、奥氏体、渗碳体都是单相组织，称为铁碳合金的基本相；珠光体和莱氏体是由基本相组成的多相组织。
河源市高级技工学校理论课教案
教学过程
教法设计
河源市高级技工学校理论课教案
教师
李晓红
13模具数控班
授课日期
8周星期2第56节
科目
金属材料与热处理
课题
§3—2铁碳合金的基本组织与性能
教学
目的
1、掌握合金的有关概念及组织；
2、理解铁碳合金的基本组织；
3、了解铁碳合金的组织性能
重点
难点
铁碳合金的基本组织
教具
多媒体
教学过程
教法设计
【组织教学】
1、检查学生的考勤
教学过程
教法设计
1、铁素体（F）
1、定义：碳溶解在α—Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体。
2、性能：铁素体是钢在五种组织中含碳量最低的组织，其室温性能接近于纯铁，即具有良好的塑性、韧性，较低的强度、硬度。
二、奥氏体（A）
1、定义：碳溶于γ—Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体。
2、性能：奥氏体的含碳量虽比铁素体高，但其呈面心立方晶格，强度、硬度虽不高，却具有良好的塑性，尤其是具有良好的锻压性能。
三、渗碳体（Fe3C或Cm）
1、定义：渗碳体是含碳量为6.69%的铁与碳的金属化合物，其化学式为Fe3C。
2、性能：熔点高、高硬度，塑性和韧性几乎为零，脆性极大。
四、珠光体（P）
1、定义：珠光体是铁素体与渗碳体的混合物，用符号P表示。
2、性能：由于珠光体是由硬的渗碳体和软的铁素体组成的混合物，因此其力学性能是两者的结合，强度较高，硬度适中，具有一定的塑性。