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模块三铁碳合金及碳钢教学目的要求：1.熟悉铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体。2.熟悉简化的Fe－Fe3C状态图、分析、特性点、线和区域组织。3.熟悉典型成分铁碳合金的结晶过程分析及其在室温下的组织。4.了解常存杂质元素对碳钢性能的影响。5.掌握碳钢的分类、牌号、性能和用途。教学重点、难点：铁碳合金的基本组织、铁碳合金相图、碳钢的分类、牌号、性能和用途。项目一铁碳合金的基本组织活动一纯铁纯铁的同素异晶转变（举列钻石和石墨）δ-Feγ－Feδ-Fe139409120活动二铁碳合金的基本组织1.铁素体：碳溶解在α—Fe中的间隙固溶(F）。塑性（δ=45-50%）、韧性好，强度、硬度低。2.奥氏体：碳溶解在γ—Fe中的间隙固溶体（A）。塑性好。3.渗碳体：铁与碳形成的金属化合物（Fe3C）。硬度很高（HBW=800），塑性、韧性几乎为零。4.珠光体：是奥氏体发生共析转变所形成的铁素体与渗碳体的共析体（P）。5.莱氏体：是液态铁碳合金发生共晶转变所形成的奥氏体与渗碳体的共晶体（Ld）。硬度高，塑性差。项目二铁碳合金相图AC%F+Fe3C00.772.114.36.69122715381148ECDFLL+AL+Fe3CⅠ912GSPF+A727A+Fe3CⅡA+Ld+Fe3CⅡFe3CⅠ＋LdFe3CⅠ+Ld’Ld’P+Fe3CⅡ+Ld’P+Fe3CⅡLdF+PPQFeFe3CFAT/0C简化的Fe—FeC合金相图活动一相图分析铁碳合金相图中主要特性点的含义特性点的符号温度t/℃含碳量wc%含义ACDEGPSQ1538114812271148912727727室温04.36.692.1100.020.770.0008纯铁的熔点共晶点渗碳体的熔点碳在奥氏体中的最大溶解度-Te-Te同素异晶转变点碳在铁素体中的最大溶解度共析点碳在铁素体中的溶解度相图中主要线的含义1.ACD线—液相线是不同成分铁碳合金开始结晶的温度线。2.AECF线—固相线各种成分的合金均处在固体状态。结晶温度终止线。3.ECF水平线—共晶线含碳量为4.3%的液态合金冷却到此线时，在1148℃由液态合金同时结晶出奥氏体和渗碳体的机械混合物，此反应称为共晶反应。4.PSK水平线—共析线（A1线）含碳量为0.77%的奥氏体冷却到此线时，在727℃同时析出铁素体和渗碳体的机械混合物，此反应称为共析反应。5.GS线—（A3线）是冷却时奥氏体转变为铁素体的开始线。6.ES线—称Acm线是碳在奥氏体中的溶解度线，实际上是冷却时由奥氏体中析出二次渗碳体的开始线。活动二典型铁碳合金结晶过程铁碳合金含碳量为2.11%—6.69%的铁碳合金。共晶生铁：含碳量为4.3%;亚共晶生铁：含碳量在2.11%—4.3%之间；过共晶生铁：含碳量在4.3%—6.69%之间；含碳量小于0.02%的铁碳合金。工业纯铁钢生铁含碳量为0.02%—2.11%的铁碳合金。根据金相组织的不同，可分为三种。共析钢：含碳量为0.77%;亚共析钢：含碳量在0.02%—0.77%之间；过共析钢：含碳量在0.77%—2.11%之间；1.共析钢：LL+AAP2.亚共析钢L+AAF+AF+P3.过共析钢LL+AAA+Fe3C11P+Fe3C11LF+Fe3C0A0.772.114.36.69C%122715381148ECDFLL+AL+Fe3CⅠ912GSPF+A727A+Fe3CⅡA+Ld+Fe3CⅡFe3CⅠ＋LdFe3CⅠ+Ld’Ld’P+Fe3CⅡ+Ld’P+Fe3CⅡLdF+PPQFeFe3CFA0.0218T/0cLd’4.共晶铸铁：LLd共析钢和亚共析钢的结晶过程分析过共析钢结晶过程分析共晶铸铁结晶过程分析活动三铁碳合金相图的应用1.在选材方面的应用①.C≤0.25％，低碳钢：塑性好，韧性好。②0.25％C0.60％，中碳钢：综合机械性能好。③.0.60％≤C≤1.4％，高碳钢：硬度高，耐磨性好。2.在铸造方面的应用共晶成分的铁碳合金铸造时，组织致密，不易偏析。3.在锻造、轧制方面的应用钢加热到固相线AE以下200℃及A3线上170℃之间，利用奥氏体塑性好。4.在热处理方面的应用项目三碳钢活动一常存杂质元素对碳钢性能的影响1.锰Mn：0.25～0.8％Mn，有益元素，脱氧剂。提高钢的强度和硬度，特别是降低钢的的脆性。2.硅Si：0.4％Si，有益元素，脱氧剂。提高钢的强度。3.硫S：0.050％，有害元素，热脆（红脆性）。（FeS＋Fe）为共晶体，985℃为液体。硫的含量越高，热脆性越严重。4.磷P：0.0045％，有害元素，冷脆。使钢常温下其塑性和韧性急剧下降，脆性转变温度升高，在低温时，这种现象更加严重。5.氢H：0.0001％，有害元素，氢脆，白点。过多的氢分子会导致钢的开裂。总之，杂质元素对钢材的性能与质量影响很大，必须严格控制在所规定的范围内。活动二碳钢的分类1.按含碳量分2.按用途分3.按质量分4.按冶炼方法分低碳钢C≤0.25%中碳钢0.25%＜C＜0.60%高碳钢C≥0.60%碳素结构钢碳素工具钢普通钢高级优质钢优质钢平炉钢转炉钢电炉钢活动三碳钢的编号、性能核用途1.碳素结构钢：Q235A（F、b、Z）、σs≥235MPa。通常用于制造型材、螺钉、铁钉、铁丝、建筑材料等。2.优质碳素结构钢：普通含锰量钢：0.25～0.8％Mn。较高含锰量钢：0.70～1.20％Mn。举例：45：0.45％C左右、0.50～0.80％Mn左右。45Mn：0.45％C左右、0.70～1.00％Mn左右。常用于齿轮、主轴、连杆→45。弹簧、板簧、发条→65、65Mn。3.碳素工具钢：优质碳素工具钢：T＋数字。高级优质碳素工具钢：T＋数字＋A。举例：T7、T8、T9、……….T14。含义：含碳0.7％、0.80％、0.9％…….1.4％T7A、T8A、T9A、……….T14A。主要用于剪刀、斧头、锯子、锉刀等。4.铸造碳素钢：ZG200－400、ZG230－450、ZG270－500、ZG310－570、ZG340－640教学建议：教学中讲清铁碳合金基本组织和状态图的概念，加深对铁碳合金成分、组织与性能之间关系的认识。尽可能联系生产和生活实际，如学生在实习教学中使用过的机床、工具和生产过的零件，生活中常用的钢铁制品等来分析其使用条件、性能要求、应选用的钢材牌号。以此学用结合，提高学习兴趣和教学效果。作业：