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)3、组织类型：单相组织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。
C或Cm）三、渗碳体（Fe31、定义：含碳量为6.69%的铁和碳的金属化合物C2、符号：Cm(cementite) Fe33、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FeC 3Fe+C（石墨）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’d3、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：白色渗碳体基体上分布点条状珠光体6、存在温度：＜727℃7、溶碳量：4.3%8、性能：与渗碳体相似，硬度高，塑性差。
§3－3 铁碳合金相图教学过程一、复习提问：铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体组织与性能二、新课教学：铁碳合金相图的组成Fe－Fe3C相图中特性点、线的含义及各区域内的组织铁碳合金的分类铁碳合金的成分、组织与性能的关系Fe－Fe3C相图的应用三、课堂练习：铁碳合金相图分析四、作业安排：练习册P10，一、11-15；二、7-13；三、7-14五、板书设计（见下页）：六、教学后记：§3－3 铁碳合金相图一、铁碳合金相图的组成2、定义：铁碳合金在缓慢冷却（缓慢加热）条件下，不同成份的合金状态或组织随温度变化的图形。
3、研究对象：C＜5%，含碳量太高，脆性大，无实用价值。
4、相图建立方法：热分析法。
5、相图建立步骤：配制不同成份的合金；利用热分析法画出各合金的冷却曲线；在冷却曲线上找出相应的临界点；连接相同意义的临界点。
6、简化：把实际相图中繁琐、应用少的左上角部分和左下角部分予以省略（横坐标为含碳量，纵坐标为温度）。
在铁碳合金中，铁和碳可以形成一系列的化合物，如Fe3C 、Fe2C 、FeC 等。
二、Fe－Fe3C相图中特性点、线的含义及各区域内的组织c:crystallizes:separate out图3-21点含碳量% 温度℃意义A 0 1538 纯铁的熔点，纯铁的理论结晶温度C 4.3 1148 共晶点，L C（A+Fe3C）D 6.69 1227 渗碳体的熔点，渗碳体的理论结晶温度E 2.11 1148 碳在γ- Fe中最大溶解度，A中最大溶碳量G 0 912 纯铁同素异构转变点：α-Fe γ- FeS 0.77 727 共析点，A S（F+Fe3C）注：共晶反应与共析反应的区别与联系项目共同点不同点共晶反应产物为两固相反应原料为液态合金，温度相对较高（1148℃）共析反应反应原料为固态合金，温度相对较低（727℃）2、主要特性线：表3-5线名称意义ACD 液相线铁碳合金开始结晶温度连线,先结晶出A或Cm,线上为液相AECF 固相线铁碳合金结束结晶温度连线,线下为固相GS A3线冷却时,从不同含碳量的奥氏体中析出铁素体的开始线ES Acm 碳在γ- Fe中溶解度线,或称碳在A中固溶线ECF 共晶线含碳量为4.3%的液态合金在1148℃时发生共晶转变点连线PSK 共析线A1线，含碳量为0.77%A在727℃时发生共析转变点连线共晶转变:一定成分的液态合金，在某恒温下，同时结晶出两固相，L S1+S2。
共析转变：一定成分的固溶体，在某恒温下，同时析出两固相，S1 S2+S33、面: 表3-64、单相区：液相区L ，奥氏体区A ，渗碳体区Cm ，铁素体区F 。
三、铁碳合金的分类纯铁—含碳量小于0.0218%的铁碳合金。
钢steel —含碳量大于0.0218%而小于2.11%的铁碳合金。
铸铁iron —含碳量大于2.11%的铁碳合金亚共析钢：0.0218＜C ＜0.77%钢 共 析 钢: C=0.77% 过共析钢: 0.77＜C ＜2.11% 亚共晶白口铸铁: 2.11＜C ＜4.3%白口铸铁 共晶白口铸铁: C=4.3%过共晶白口铸铁: 4.3＜C ＜6.69%工业纯铁: C ＜0.0218% 工业用钢: C ＜1.4% 工业用铁: C ＜4%四、铁碳合金的成分、组织与性能的关系1、随含碳量的增大，铁碳合金室温组织按以下顺序变化：F →F+P →P →P+CmII →P+CmII+ L ’d →L ’d →CmI+L ’d σb 2、室温组织本质：F+Cm ，二者相对量随含碳量变化而变化（利用相图说明）。
ak图3-3 铁碳合金室温组织变化图3、 C%↑，硬度增大； 0.8 C%C%↑，强度增大，但C ﹥0.8%时，由于网状Cm 出现，强度略有下降。
C%↑，A ↓、Z ↓、ak ↓。
为保证工业用钢具有足够的强度和一定的塑性，钢中含碳量＜1.4%。
随含碳量的不同，其组织顺序：F →F+P →P →P+ Fe 3 C →P+ Fe 3 C+ Fe 3 C Ⅰ含碳量越高，钢的强度、硬度越高，而塑性、韧性越低，这在钢经过热处理后表现尤为明显。