工程材料教案-5铁碳合金.doc

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1、课程名称：《工程材料》第周，第讲次摘要授课题目（章、节）第五章铁碳合金第一节铁碳合金的相图与性能第二节铁碳合金相图第三节碳钢本讲目的要求及重点难点：［目的要求】1.熟练掌握铁碳合金中的相结构与性能；2.熟练掌握铁碳合金状态图并利用状态图对典型合金的结晶过程进行分析；会用杠杆定律计算铁碳合金中相组成物与组织组成物的相对量；3.掌握碳钢的牌号及用途；【重点】1.铁碳合金的各种基本组织的概念；2.铁碳合金相图中各点、线、区的含义，了解成份、温度、组织、相之间的关系和变化规律，根据相图，分析各种典型成份的铁碳合金的结晶过程；3.铁碳合金的成份、组织与性能之间的关系；4.钢

2、中常见杂质对钢的性能的影响；5.碳钢的分类，编号和用途；【难点】铁碳合金平衡结晶过程分析、杠杆定律的计算、含碳量对铁碳合金性能的影响、碳钢的牌号与应用。内容【本讲课程的引入】众所周知，钢铁材料具有一系列优良的机械性能和工艺性能，是现代工农业生产中应用最广泛的金属材料，它们是以铁和碳作为基本元素的合金，改变其化学成分和工艺条件，就可以获得不同的组织和性能，从而能满足生产和使用的多种需要。现代机械制造业中应用最多的金属材料是钢和铸铁，它们都是以铁、碳两种元素为主构成的合金，故统称为铁碳合金，本章将介绍有关铁碳合金的知识。【本课程的内容】第一节铁碳合金的相结构与性能1.

3、纯铁屉是VIIIB族26号元素，具有一系列优良的物理及化学性质，大家都比较熟悉，这里就不涉及，只讲铁在晶体结构上的一个性质一一多晶型性，即在不同的条件下，铁具有不同的晶体结构，在条件改变时铁会发生同素异构转变。在温室一912°C体心立方（b.c、c）a-Fe912°C—1394°C面心立方（f、c、c）y-Fe1394°C—熔点体心立方（b、c、c）6-Fe（不同于a-Fe,晶格尺寸较大）2.铁与碳相互作用构成的基本相在铁碳合金中，由于含碳量和温度的不同，铁原子和碳原子相互作用可以形成铁素体、奥氏体和渗碳体等基本相。1）铁素体铁素体是碳在a-Fe中形成的固溶体o（

4、Ferrite）常用“F”表示，是间隙固溶体，a-Fe为溶剂，保持体心立方晶格，由于a-Fe的晶格间隙比碳原子的半径小得多，la-Fe的最丸间隙球半径0.37A,C原子溶入的间隙尺寸仅为0.19A，而C原子半径为0.77A）,所以，碳原子很难溶入晶格间隙，一般存在于晶格缺陷处，碳在a-Fe中的溶解度度很小，最大溶解度在727°C时为0.02%,室温时仅溶C0.0008%。2）奥氏体奥氏体是碳在y-Fe中形成的固溶体，（Austenite）,常用“A”表示，奥氏体也是间隙固溶体，因其晶格间隙尺寸较大，（最大间隙球半径为0.52人）。故碳在y-Fe中的溶解度较大。72

5、7°C滚碳0.77%温度t滚碳量1148°C达到最大溶碳量2.11%。3）渗碳体渗碳体是铁和碳相互作用形成的具有复杂晶格的间隙化合物，分子式Fe.C,是铁碳相图中的另一个组元，其含碳量为6.69%,熔点为1227°C，没有同素异构转变。F^C是亚稳定化合物，在一定条件下，可以分解为陀和石墨态的自由碳：FsCt3F£+G（石墨）在降低冷却速度或添加石墨化元素Si等，均可使分解为Fw和石墨状态的自由碳。第二节铁碳合金相图铁碳合金相图是研究在平衡条件下，铁碳合金的成分、组织和性能之间的关系及变化规律，这里的平衡是指极其缓慢的冷却。铁碳相图是长期的生产和科学实验中总结出来

6、的，是研究钢铁材料，制定热加工工艺的重要理论依据和工具。铁和碳可以形成Fe£、Fe2C.FeC等金属化合物。Fe+CTF^C、F—C、FeC……整个铁碳相图可以看成是由Fe-Fe.C；Fe.C-Fe.C-,Fe2C-FeC等各部分相图所组成。由于含碳量超过5%的铁碳合金机械性能和工艺性能差，没有实用价值，因此在铁碳相图中只研究Fe-Fe3C相图部分，下面要分析的铁碳相图实际上就是Fe-Fe.C相图，实际上普遍应用的也是Fe-Fe.C相图，如图5-1所示。1FeFeCFe£!FeCC图5-1Fe-C相图%1.铁碳相图分析温度°CFesCFe-Fe.C相图中的特性点和

7、特性线：1.特性点：A：铁的熔点1538°C0%CB：包晶反应时液态合金的浓度，1495°C0.53%CC:共晶AH48°C4.30%C,在这一点上发生共晶转变，反应式：Lc^AE+Fe3C,当冷到1148°C时具有C点成分的液体中同时结晶出具有E点成分的奥氏体和渗碳体的两相混合物——莱氏体（以）T（AE+Fe.C）D:渗碳体熔点（计算值）1227°C6.69%CE：碳在y—Fe中的最大滚解度点1148°C2.11%CF:渗碳体1148°C6.69%CG:cc_FeOY_Fe同素异构转变点（A3）912°C0%CH：碳在6-Fe中的最大溶解度为1495°C0.09

8、%CJ:包