铁碳合金教案

第三章铁碳合金

§3－1 合金及其组织

教学过程

一、复习提问：

金属的概念、常用金属

二、新课教学：

合金的基本概念

合金的组织

三、课后小结：

比较各类合金组织

四、作业安排：

练习册P10，一、1-5；二、1-3；三、1-3

五、板书设计（见下页）：

六、教学后记：

第三章铁碳合金

合金组成：金属+金属，金属+非金属；(metal+nonmetal)

元素比例：可以调整，得到不同性能；

性能：物理、化学、力学、工艺、热处理性能。

§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。

溶质与溶剂的原子半径差别小、晶格类型相同、电子结构相似、元素周期表中位置近，则形成无限固溶体。反之，形成有限固溶体。

例如：黄铜是锌溶入铜形成的置换固溶体。

固溶体性能：固溶强化

在固溶体中，由于溶质原子的溶入，使溶剂晶格畸变，合金对塑性变形的抗力增加，使金属材料强度、硬度升高，此现象为固溶强化。

表3-1 小结：强化金属材料的方法：

定义-在合金中，当溶质含量超过固溶体的溶解度时，除可形成固溶体外，还将出现新的相，其晶体结构不同于任一组元，而是组元之间相互作用形成一种具有金属特性的物质。 属性：单相组织，显微镜下可观察到晶界。

晶格：金属化合物的晶格不同于任一组元，一般具有复杂晶格。 性能：熔点高，硬度高，脆性大，耐磨性高。

3、混合物

定义：两种或两种以上的相按一定质量百分比组成的物质为混合物。

属性：多相组织，显微镜下可观察到多种相。 晶格：各相保持自身原来晶格。

性能：取决于各组成相的大小、形态和分布。 三、比较各类合金组织： 表3-2

§3－2 铁碳合金的基本组织与性能

教学过程

一、复习提问：

合金的基本概念

合金的组织

二、新课教学：

铁素体（F）

奥氏体（A）

渗碳体（Fe3C或Cm）

珠光体（P）

莱氏体（Ld）

三、课堂练习：

铁碳合金的基本组织与性能比较

四、作业安排：

练习册P10，一、6-10；二、4-6；三、4-6

五、板书设计（见下页）：

六、教学后记：

§3－2 铁碳合金的基本组织与性能

铁碳合金：以Fe、C为主要合金元素，S、P、Si、Mn为次要合金元素，由于成分不同，形成不同固溶体、金属化合物或混合物，对外表现不同性能。

一、铁素体（F）

1、定义：碳溶于α-Fe形成的间隙固溶体。

2、符号：F（ferrite）

3、组织类型：单相组织

4、晶格类型：体心立方晶格(有畸变)

5、显微组织：可观察到晶粒间的晶界，

6、存在温度：＜912℃

7、溶碳量：0～0.0218%

8、性能：与纯铁相似，具有良好的塑性和韧性，强度和硬度较低。

二、奥氏体（A）

1、定义：碳溶于γ-Fe形成的间隙固溶体

2、符号：A(austenitic)

4、晶格类型：面心立方晶格

5、显微组织：可观察到晶粒间的晶界，

6、存在温度：727～1394℃（杂质多，熔点低）

7、溶碳量：727℃时溶碳0.77%,1148℃时，溶碳2.11%

8、性能：强度和硬度不高，具有良好的塑性，是绝大多数钢在高温进行锻造和轧制所要求的组织。

三、渗碳体（Fe

C或Cm）

3

1、定义：含碳量为6.69%的铁和碳的金属化合物

C

2、符号：Cm(cementite) Fe

3

3、组织类型：单相组织

4、晶格类型：复杂斜方晶体

5、显微组织：

一次渗碳体：由金属液中结晶出来，温度＜1227℃，呈板条状。

二次渗碳体：由A中析出，温度＜1148℃，呈网状,Rm↓。

共晶渗碳体：金属液发生共晶反应的产物，呈白色基体。

6、存在温度：＜1227℃

7、溶碳量：6.69%

8、性能：硬度高，脆性大，塑性差，A、Z几乎为零，是脆硬相。

9、转变：渗碳体在适当条件下（高温停留或缓慢冷却），可分解为铁和石墨

C 3Fe+C（石墨）

Fe

3

白口铸铁：碳以渗碳体的形式存在，切口为白亮色，作为炼钢原料。

灰口铸铁：碳以石墨的形式存在，切口为灰暗色，作为铸件原料。

四、珠光体（P）

1、定义：F与Cm混合物,是含碳量为0.77%的铁碳合金在727℃时的共析产物。

2、符号：P(pearlite)

3、组织类型：多相组织

4、晶格类型：体心立方晶格+复杂斜方晶格

5、显微组织：F与Cm片层相间、交替排列，

6、存在温度：＜727℃

7、溶碳量：0.77%

8、性能：取决于F与Cm平均值，强度较高，硬度适中，具有一定的塑性。

五、莱氏体（Ld）

1、定义：A与Cm混合物,是含碳量为4.3%的铁碳合金在1148℃时的共晶产物。

2、符号：Ld(ledeburite)

3、组织类型：多相组织

4、晶格类型：面心立方晶格+复杂斜方晶格

5、显微组织：白色渗碳体基体上分布点条状奥氏体，

6、存在温度：727～1148℃

7、溶碳量：4.3% 8、性能：与渗碳体相似，硬度高，塑性差。

六、低温莱氏体—室温下的莱氏体，由珠光体和渗碳体组成，用符号Ld表示。

1、定义：P与Cm混合物，是含碳量为4.3%的铁碳合金在727℃时的共析产物。

2、符号：L’d

3、组织类型：多相组织