《机械工程材料》教案(7)

【小结】

F P Ldˊ Fe3C

含碳量 小 ————————————————→ 大 塑性、韧性 好 ————————————————→ 差

硬度 小 ————————————————→ 大

【作业】

课堂练习 开展记忆铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体比赛。 书面作业 （ 略）

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课 题：第三节 铁碳合金相图（1课时）

教学要求：了解铁碳合金相图，掌握Fe-Fe3C相图特性点、特性线和各区域的组织。 教学重点：Fe-Fe3C相图特性点、特性线。 教学难点：共析点、共晶点。 教学过程：

【复习】1、请说出铁碳合金五种组织的名称和符号。

2、铁碳合金五种组织中，哪一种是存在于727℃以上温度的？它的性能是怎样的？ 3、铁碳合金五种组织中，室温下存在的是哪是哪四种？它们的性能各是怎样的？

【新课导入】从铁碳合金组织学习中我们知道，室温下的组织F、P、Ldˊ、Fe3C随着含碳量增加，它们的性能变化是规律的，塑性、韧性由好变差，硬度由大变小，其实这种变化规律我们是可以从材料专家绘制的铁碳合金相图反映出来的。我们今天的新课就是学习讨论： 【板书】 第三节 铁碳合金相图

铁碳合金相图：表示在极缓慢加热（或冷却）情况下，不同成分的铁碳合金的状态

或组织随温度变化的图形。

【讲解】铁碳合金中，铁和碳可以形成一系的化合物， 如Fe3C、Fe2C、FeC等，如图3—10所示。

由于含碳量＞6.69%的铁碳合金脆性很大，没有实用价值。 因此，目前应用的铁碳合金相图仅研究含碳量从0%~6.69%，也就是Fe-Fe3C相图。图3-11为简化后的Fe-Fe3C相图。图中纵坐标为温度，横坐标为含碳量的质量百分数，从左向右表明含碳量从零增加到6.69%。 【板书】Fe-Fe3C相图

（教师指导阅读“材料史话”）

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【板书】一、Fe-Fe3C相图特性点

特性点 温度（℃） 含碳量（%） 含 义 A 1538 0 纯铁的熔点 D 1227 6.69 渗碳体的熔点

C 1148 4.30 共晶点（教师板书出反应式） S 727 0.77 共析点（教师板书出反应式） E 1148 2.11 碳在γ-Fe中的最大溶解度 G 912 0 纯铁α-Fe ?γ-Fe转变温度 【板书】二、Fe-Fe3C相图特性线 ACD线——液相线。此线以上全部为液相。〔用L表示。铁碳合金冷却到此线开始结晶，在AC线以下从液相中结晶出奥氏体，在CD线以下结晶出一次渗碳体（Fe3CI）。〕 AECF线——固相线。液态合金冷却到此线全部结晶为固相。（此线以下全部为固相区） GS线（A3）——冷却时奥氏体开始转变为铁素体的开始线，或加热时铁素体全部转变为奥氏体终了线。 ES线（Acm）——碳在γ-Fe中溶解度曲线。此线以下开始从奥氏体中析出二次渗碳体（Fe3C。 Ⅱ）

ECF线——共晶线。〔含碳量在2.11-6.69%的合金冷却到此线时（1148℃）都发生共晶反应，同时结晶出奥氏体与渗碳体混合物——莱氏体。）〕 PSK线（A1）——共析线。〔含碳量在0.0218-6.69%的合金冷却到此线时（727℃）都反生共析反应，同时析出铁素体与渗碳体混合物——珠光体。〕

【练习】教师指导学生画出Fe-Fe3C相图（其尺寸与图3-11）并填写出各区域的组织。 【小结】学习内容

Fe-Fe3C相图

一、Fe-Fe3C相图特性点 二、Fe-Fe3C相图特性线

学习重点：Fe-Fe3C相图特性点、特性线和钢部分的相图的各区域的组织。

【作业】略

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课 题：第三节 铁碳合金相图（1课时）

教学要求：明确铁碳合金的分类，掌握含碳量对钢组织和性能的影响。 教学重点：钢的分类和组织，含碳量对钢组织和性能的影响。 教学难点：含碳量对钢组织和性能的影响。 教学过程：

【复习】1、请说明C点、S点的意义。

2、请说明A3、Acm、A1的意义

3、画出Fe-Fe3C相图，写出各区域的组织。

【新课导入】本节课我们将继续讨论Fe-Fe3C相图的知识。 【板书】三、铁碳合金的分类

钢 含碳量小于2．11%的铁碳合金。

分类 含碳量 室温组织

亚共析钢 C＜0.77% F+P

共析钢 C = 0.77% P 过共析钢 C＞0.77% Fe3CⅡ+P

白口铸铁 含碳量2．11%~6.69%的铁碳合金。

分类 含碳量 室温组织 亚共晶白口铸铁 C＜4.3% P+ Fe3CⅡ+L`d 共晶白口铸铁 C = 4.3% L`d 过共晶白口铸铁 C＞4.3% Fe3CI+L`d

四、含碳量对钢组织和性能的影响 1、含碳量对钢组织的影响

（教师引导学生分析图3-12a）

亚共析钢 共析钢 过共析钢 F减少 全部为P Fe3CⅡ增多 P增多 P减少 2、含碳量对钢性能的影响 （教师引导学生分析图3-12b）

含碳量越高，钢的强度、硬度越高，塑性、韧性越低。但当钢的含碳量大于0.9%时，因网状渗碳体的出现，使钢的强度有所降低。

为了保证工业上使用的钢具有足够的强度，并具有一定的塑性和韧性，钢中的

含碳量一般不超过1.4%。

【小结】学习内容

一、铁碳合金的分类

二、含碳量对钢组织和性能的影响 学习重点

1、钢的分类和组织

2、含碳量对钢性能的影响

【作业】略

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课 题：第三节 铁碳合金相图（1课时）

教学要求：理解Fe-Fe3C相图的应用，明确钢的实际加热临界温度。 教学重点：钢在锻造和铸造中的应用，钢的实际加热临界温度。 教学难点：理解钢的实际加热临界温度。 教学过程：

【复习】1、请说明A3、Acm、A1的意义。

2、画出Fe-Fe3C钢这一部分的相图。

3、含碳量对钢组织和性能产生怎样的影响？

【新课导入】Fe-Fe3C相图不仅大大地推动了金相学的发展，而且在生产实践中具有重要的现实意义。它为研究钢铁的组织，合理选用钢铁材料，科学制订钢铁材料铸造、锻造和热处理等热加工工艺提供了重要的科学依据，本节课我们讨论Fe-Fe3C相图的应用。 【板书】五、Fe-Fe3C相图的应用

1、选材方面

（教师讲读教材内容，指导完成“交流与讨论”） 2、铸造方面

接近共晶成分的铸铁铸造性好，在铸造生产中获得广泛应用。

原因：接近共晶成分的铸铁不仅熔点低，而且凝固区间小，且流动性好，收缩性小。 3、锻造方面

钢材锻造、轧制的温度范围通常选择在Fe—Fe3C相图中奥氏体区。

原因：钢处于奥氏体状态时，强度较低，塑性较好，便于塑性变形。 4、热处理方面

【讲解】Fe-Fe3C相图诞生100多年来，它为钢铁金相组织的研究，钢铁材料的合理选用，科学制订钢铁材料铸造、锻造和热处理等热加工工艺提供了重要的科学依据，发挥了巨大的指导作用。然而，我们也应认识它的缺陷和不足。实际生产中使用的钢铁材料，除铁和碳两种元素外，还有其他杂质元素（主要是硅、锰、硫、磷）或合金元素，而Fe-Fe3C相图仅研究铁、碳两种元素的相互作用和影响，没有考虑其他杂质元素或合金元素对铁碳合金的影响。

我们还知道，Fe—Fe3C相图是钢在极缓慢加热（或冷却）时测定绘制的，因而，在实际生产加热时，由于加热速度较快，钢的组织转变总会发生滞后现象，实际加热转变温度总要高于Fe—Fe3C相图的A1、A3、Acm。例如，依据Fe—Fe3C相图，含碳量为0.45%钢由铁素体转变为奥氏体的转变终了温度为766℃，而含碳量为0.45%钢在实际加热时铁素体转变为奥氏体的终了温度为780℃。为了将Fe—Fe3C相图的加热临界温度A1、A3、Acm和实际生产加热临界温度加以区别，通常把实际加热的各临界温度分别用Ac1、Ac3、Accm表示， 【板书】六、实际加热的各临界温度

相图加热临界温度 A1 A3 Acm 实际加热临界温度 Ac1 Ac3 Accm

Ac1 实际加热时，珠光体转变为奥氏体的终了温度； Ac3 实际加热时，铁素体转变为奥氏体的终了温度； Accm 实际加热时，Fe3CⅡ溶入奥氏体的终了温度。

（教师指导观察表3-2）

【讲解】必须指出的是，在实际生产冷却时，由于冷却速度较快，钢的组织转变临界温度也会发生滞后现象，在此我们不作讨论。

【练习】从附录Ⅱ中查出50的 Ac、Ac3，12钢的Ac、Accm。 【小结】学习内容

一、Fe-Fe3C相图的应用； 二、钢的实际加热临界温度。 学习重点

钢在锻造和铸造中的应用，钢的实际加热临界温度。

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