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
