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1、课时授课计划课程金 属 工 艺授 课 班 级任 课 教 师屈 道 强序号3 授 课 日 期编 制 日 期课型理 论节次教具课题第 一 节金 属 的 晶 体 结 构目的要求1 了 解 晶 体 结 构 的 缺 陷 ；2 掌 握 晶 体 与 非 晶 体 的 有 关 概 念 。重 点与难 点重 点 ： 掌 握 晶 体 与 非 晶 体 的 有 关 概 念 ；难 点 ： 对 晶 格 类 型 的 理 解 。课 程导 入设 计材 料 的 不 同 ， 性 能 也 不 同 ？教 法设 计讲 授 教 学 法作 业与思 考P31课后记事精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - -
2、 - -第 1 页，共 16 页第二章金属学基础知识第 一 节金 属 晶 体 结 构一 、 晶 体 与 非 晶 体1. 固 态 物 质 的 分 类一 切 物 质 都 是 由 原 子 组 成 的 ， 根 据 原 子 排 列 的 特 征 ， 固 态 物 质 可 分 为 晶体 与 非 晶 体 两 类 。2. 晶 体 的 特 征 晶 体 是 指 其 组 成 微 粒 ( 原 子 、 离 子 或 分 子 ) 呈 规 则 排 列 的 物 质 ， 如 图 2-1 晶 体 具 有 固 定 熔 点 、 几 何 外 形 和 各 向 异 性 特 征 ， 诸 如 金 刚 石 、 石 墨 及一 般 固 态 金 属 材 料
3、 等 均 是 晶 体 。3. 非 晶 体 的 特 征非 晶 体 是 指 其 组 成 微 粒 无 规 则 堆 积 在 一 起 的 物 质 ，如 玻 璃 、沥 青 、石 蜡 、松 香 等 都 是 非 晶 体 。 非 晶 体 没 有 固 定 的 熔 点 ， 而 且 性 能 无 方 向 性 。二 、 晶 体 结 构 的 基 本 知 识( 一 ) 晶 格把 晶 体 内 部 原 子 近 似 地 视 为 刚 性 质 点 ， 用 一 些 假 想 的 直 线 将 各 质 点 中 心 连接 起 来 ， 形 成 一 个 空 间 格 子 。 这 种 抽 象 地 用 于 描 述 原 子 在 晶 体 中 排 列 形 式
4、的 空间 几 何 格 子 称 为 晶 格 ， 如 图 2-1 （ b） 。( 二 ) 晶 胞组 成 晶 格 的 最 小 几 何 单 元 称 为 晶 胞 ， 如 图 2-1 （ a） 。( 三 ) 常 见 的 金 属 晶 格 类 型1 体 心 立 方 晶 格 ， 如 图 2-2 。体 心 立 方 晶 格 的 晶 胞 是 立 方 体 ， 立 方 体 的 八 个 顶 角 和 中 心 各 有 一 个 原 子 ，每 个 晶 胞 实 有 原 子 数 是 2 个 。 具 有 这 种 晶 格 的 金 属 有 钨 (W) 、 钼 ( o) 、 铬 ( r) 、 钒 ( ) 、 铁 ( Fe) 等 。2 面 心
5、立 方 晶 格 ， 如 图 2-3 。面 心 立 方 晶 格 的 晶 胞 也 是 立 方 体 ，立 方 体 的 八 个 顶 角 和 六 个 面 的 中 心 各 有一 个 原 子 ， 每 个 晶 胞 实 有 原 子 数 是 4 个 。 具 有 这 种 晶 格 的 金 属 有 金 ( u) 、 银(Ag) 、 铝 ( l) 、 铜 ( u) 、 镍 (Ni)、 铁 ( e) 等 。3 密 排 六 方 晶 格 ， 如 图 2-4 。密 排 六 方 晶 格 的 晶 胞 是 六 方 柱 体 ，在 六 方 柱 体 的 十 二 个 顶 角 和 上 下 底 面 中心 各 有 一 个 原 子 ， 另 外 在 上
6、 下 面 之 间 还 有 三 个 原 子 ， 因 此 ， 每 个 晶 胞 实 有 原 子精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 16 页数 是 6 个 。具 有 此 种 晶 格 的 金 属 有 镁 ( Mg) 、锌 (Zn) 、铍 (Be) 、 钛 ( -Ti)等 。三 、 金 属 的 实 际 晶 体 结 构1.单 晶 体如 果 一 块 晶 体 内 部 的 晶 格 位 向 ( 即 原 子 排 列 的 方 向 ) 完 全 一 致 ， 称 这 块 晶体 为 单 晶 体 。2.多 晶 体 由 许 多 晶 粒 组 成 的 晶 体 称 为
7、 多 晶 体 ， 如 图 2-5 。 多 晶 体 材 料 内 部 以 晶 界 分 开 的 、 晶 体 学 位 向 相 同 的 晶 体 称 为 晶 粒 。 将 任 何 两 个 晶 体 学 位 向 不 同 的 晶 粒 隔 开 的 内 界 面 称 为 晶 界 。 在 晶 界 上 原 子 的 排 列 不 象 晶 粒 内 部 那 样 有 规 则 性 ， 这 种 原 子 排 列 不 规则 的 部 位 称 为 晶 体 缺 陷 。3. 晶 体 缺 陷 分 为 以 下 三 种 ：( 一 ) 点 缺 陷 ， 如 图 2-6 ? 点 缺 陷 是 晶 体 中 呈 点 状 的 缺 陷 ， 最 常 见 的 缺 陷 是 晶
8、 格 空 位 和 间 隙 原 子 。? 原 子 空 缺 的 位 置 称 为 空 位 。? 存 在 于 晶 格 间 隙 位 置 的 原 子 称 为 间 隙 原 子 。( 二 ) 线 缺 陷 ， 如 图 2-7 ? 线 缺 陷 是 指 晶 体 内 部 某 一 平 面 上 沿 一 方 向 呈 线 状 分 布 的 缺 陷 ，主 要 是 指 各种 类 型 的 位 错 。? 位 错 是 指 晶 格 中 一 列 或 若 干 列 原 子 发 生 了 某 种 有 规 律 的 错 排 现 象 。由 于 位 错 存 在 ， 造 成 金 属 晶 格 畸 变 ， 并 对 金 属 的 性 能 ， 如 强 度 、 塑 性
9、、疲 劳 及 原 子 扩 散 、 相 变 过 程 等 产 生 重 要 影 响 。( 三 ) 面 缺 陷 ， 如 图 2-8 ? 面 缺 陷 是 指 晶 体 内 部 呈 面 状 分 布 的 缺 陷 ， 通 常 是 指 晶 界 。在 晶 界 处 由 于 原 子 呈 不 规 则 排 列 ， 使 晶 格 处 于 畸 变 状 态 ， 它 在 常 温 下 对 金属 的 塑 性 变 形 起 阻 碍 作 用 ， 从 而 使 金 属 材 料 的 强 度 和 硬 度 有 所 提 高 。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 16 页课时授课计划课程
10、金 属 工 艺授 课 班 级任 课 教 师屈 道 强序号4 授 课 日 期编 制 日 期课型理 论节次教具课题第 二 节纯 金 属 的 结 晶目的要求1 了 解 晶 体 结 构 的 缺 陷 ；2 掌 握 晶 体 与 非 晶 体 的 有 关 概 念 。重 点与难 点重 点 ： 掌 握 晶 体 与 非 晶 体 的 有 关 概 念 ；难 点 ： 对 晶 格 类 型 的 理 解 。课 程导 入设 计材 料 的 不 同 ， 性 能 也 不 同 ？教 法设 计讲 授 教 学 法作 业与思 考P31课后记事精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，
11、共 16 页第 二 节纯 金 属 的 结 晶一 、 冷 却 曲 线 与 过 冷 度1 纯 金 属 冷 却 曲 线 。将 纯 金 属 熔 化 ， 然 后 以 缓 慢 的 速 度 冷 却 ， 在 冷 却 过 程 中 ， 每 隔 一 定 时 间 测定 一 次 温 度 ， 最 后 将 测 量 结 果 绘 制 在 温 度 时 间 坐 标 上 ， 即 可 得 到 纯 金 属 冷却 曲 线 ， 如 图 2-9 （ a） 。2. 理 论 结 晶 温 度纯 金 属 的 冷 却 曲 线 上 出 现 水 平 线 段 ， 这 个 水 平 线 段 所 对 应 的 温 度 就 是 纯 金属 的 理 论 结 晶 温 度 (
12、T0) 。3. 实 际 结 晶 温 度非 纯 金 属 在 结 晶 过 程 中 ， 从 液 态 必 须 冷 却 到 理 论 结 晶 温 度(T0) 以 下 才 开 始结 晶 ， 这 种 现 象 称 为 过 冷 ， 如 图 2-9 （ b） 。 理 论 结 晶 温 度 T0和 实 际 结 晶 温 度 T1之 差 T， 称 为 过 冷 度 。 过 冷 度 并 不 是 恒 定 值试 验 指 出 ： 金 属 结 晶 时 的 过 冷 度 并 不 是 一 个 恒 定 值 ， 而 是 与 冷 却 速 度 有关 ， 冷 却 速 度 越 大 ， 过 冷 度 就 越 大 ， 金 属 的 实 际 结 晶 温 度 也
13、就 越 低 。金 属 结 晶 必 须 在 一 定 的 过 冷 度 下 进 行 ，过 冷 是 金 属 结 晶 的 必 要 条 件 ，但 不是 充 分 条 件 。 金 属 要 进 行 结 晶 ，还 要 满 足 动 力 学 条 件 ， 如 必 须 有 原 子 的 移 动 和扩 散 等 。二 、 金 属 的 结 晶 过 程实 验 证 明 ： 液 态 金 属 在 达 到 结 晶 温 度 时 ， 首 先 形 成 一 些 极 细 小 的 微 晶 体 ，称 为 晶 核 。随 着 时 间 的 推 移 ， 已 形 成 的 晶 核 不 断 长 大 。 与 此 同 时 ， 又 有 新 的 晶核 形 成 、 长 大 ，
14、 直 至 液 态 金 属 全 部 凝 固 ， 如 图 2-10 。三 、 金 属 结 晶 后 的 晶 粒 大 小1 晶 粒 大 小 对 金 属 力 学 性 能 的 影 响一 般 情 况 下 ， 晶 粒 越 细 小 ， 金 属 的 强 度 、 硬 度 愈 高 ， 塑 性 、 韧 性 愈 好 ， 如表 2-1 。2 细 化 晶 粒 的 方 法(1) 加 快 液 态 金 属 的 冷 却 速 度 ， 如 降 低 浇 注 温 度 。(2) 变 质 处 理 。在 浇 注 前 ，将 少 量 固 体 材 料 加 入 熔 融 金 属 液 中 ，促 进 金 属 液形 核 ， 以 改 善 其 组 织 和 性 能 的
15、 方 法 。 加 入 的 少 量 固 体 材 料 可 起 晶 核 的 作 用 ， 从而 达 到 细 化 晶 粒 的 效 果 。(3) 采 用 机 械 振 动 、 超 声 波 振 动 和 电 磁 振 动 等 ， 可 使 生 长 中 的 枝 晶 破 碎 ， 使晶 核 数 增 多 ， 从 而 细 化 晶 粒 。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 16 页课时授课计划课程金 属 工 艺授 课 班 级任 课 教 师屈 道 强序号5 授 课 日 期编 制 日 期课型理 论节次教具课题第 三 节金 属 的 同 素 异 构 转 变目的要求1
16、 了 解 晶 体 结 构 的 缺 陷 ；2 掌 握 晶 体 与 非 晶 体 的 有 关 概 念 。重 点与难 点重 点 ： 掌 握 晶 体 与 非 晶 体 的 有 关 概 念 ；难 点 ： 对 晶 格 类 型 的 理 解 。课 程导 入设 计材 料 的 不 同 ， 性 能 也 不 同 ？教 法设 计讲 授 教 学 法作 业与思 考P31课后记事精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 16 页第 三 节金 属 的 同 素 异 构 转 变金 属 在 固 态 下 由 一 种 晶 格 转 变 为 另 一 种 晶 格 的 转 变 过 程
17、， 称 为 同 素 异 构 转变 或 称 同 素 异 晶 转 变 ， 如 铁 、 锰 、 钛 等 ， 在 结 晶 成 固 态 后 继 续 冷 却 时 晶 格 类 型还 会 发 生 变 化 ， 如 图 2-11 。同 素 异 构 转 变 是 钢 铁 的 一 个 重 要 特 性 ，它 是 钢 铁 能 够 进 行 热 处 理 的 理 论 依据 ， 同 素 异 构 转 变 是 通 过 原 子 的 重 新 排 列 来 完 成 的 （ 犹 如 队 列 变 换 队 形 一 样 ) ，这 一 过 程 有 如 下 特 点 ：(1) 同 素 异 构 转 变 是 由 晶 核 的 形 成 和 晶 核 的 长 大 两
18、个 基 本 过 程 来 完 成 ， 新晶 核 优 先 在 原 晶 界 处 生 成 ；(2) 同 素 异 构 转 变 时 有 过 冷 ( 或 过 热 ) 现 象 ，并 且 转 变 时 具 有 较 大 的 过 冷 度 ；(3) 同 素 异 构 转 变 过 程 中 ，有 相 变 潜 热 产 生 ，在 冷 却 曲 线 上 出 现 水 平 线 段 ，但 这 种 转 变 是 在 固 态 下 进 行 的 ， 它 与 液 体 结 晶 相 比 具 有 不 同 之 处 ；(4) 同 素 异 构 转 变 时 常 伴 有 金 属 的 体 积 变 化 等 。小 结 与 作 业精选学习资料 - - - - - - - -
19、 - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 16 页课时授课计划课程金 属 工 艺授 课 班 级任 课 教 师屈 道 强序号6 授 课 日 期编 制 日 期课型理 论节次教具课题第 四 节合 金 的 晶 体 结 构目的要求1 了 解 组 元 的 概 念 ；2 掌 握 合 金 晶 体 的 有 关 概 念 。重 点与难 点重 点 ： 合 金 的 晶 体 结 构 、 固 溶 体 、 铁 碳合 金 基 本 组 织难 点 ： 对 组 织 、 相 、 固 溶 体 的 理 解课 程导 入设 计合 金 材 料 的 不 同 ， 性 能 也 不 同 ？教 法设 计讲 授 教 学 法举 例 说 明
20、 相 的 含 义 ， 如 糖 水 、 盐 水 、 过 饱和状 态 的 盐 水 等作 业与思 考P31课后记事精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 16 页第 四 节合 金 的 晶 体 结 构一 、 基 本 概 念1 合 金合 金 是 指 两 种 或 两 种 以 上 的 金 属 元 素 或 金 属 与 非 金 属 元 素 组 成 的 金 属 材料 。2 组 元组 成 合 金 最 基 本 的 、独 立 的 物 质 称 为 组 元 。一 般 来 说 ，组 元 就 是 组 成 合 金的 元 素 ， 但 有 时 也 可 将 稳 定 的
21、化 合 物 作 为 组 元 。3 合 金 系由 若 干 给 定 组 元 按 不 同 比 例 配 制 而 成 的 一 系 列 化 学 成 分 不 同 的 合 金 ， 称 为合 金 系 。4 相在 一 个 合 金 系 统 中 具 有 相 同 的 物 理 性 能 和 化 学 性 能 ， 并 与 该 系 统 的 其 余 部分 以 界 面 分 开 的 物 质 部 分 叫 相 。5 组 织用 金 相 观 察 方 法 ，在 金 属 及 其 合 金 内 部 看 到 的 涉 及 晶 体 或 晶 粒 的 大 小 、方向 、 形 状 、 排 列 状 况 等 组 成 关 系 的 构 造 情 况 叫 组 织 。二 、
22、合 金 的 晶 体 结 构根 据 合 金 中 各 组 元 间 的 相 互 作 用 ，合 金 中 的 晶 体 结 构 可 分 为 固 溶 体 、金 属化 合 物 及 机 械 混 合 物 三 种 类 型 。( 一 ) 固 溶 体合 金 在 固 态 下 一 种 组 元 的 晶 格 内 溶 解 了 另 一 种 原 子 而 形 成 的 晶 体 相 ， 称为 固 溶 体 。1 置 换 固 溶 体溶 质 原 子 代 替 一 部 分 溶 剂 原 子 占 据 溶 剂 晶 格 部 分 结 点 位 置 时 ， 所 形 成 的晶 体 相 ， 称 为 置 换 固 溶 体 。按 溶 质 溶 解 度 不 同 ， 置 换 固
23、 溶 体 又 可 分 为 有 限 固 溶 体 和 无 限 固 溶 体 。 溶 解度 主 要 取 决 于 组 元 间 的 晶 格 类 型 、 原 子 半 径 和 原 子 结 构 。 实 践 证 明 ，大 多 数 合金 只 能 有 限 固 溶 ，且 溶 解 度 随 着 温 度 的 升 高 而 增 加 。只 有 两 组 元 晶 格 类 型 相 同 ，原 子 半 径 相 差 很 小 时 ， 才 可 以 无 限 互 溶 ， 形 成 无 限 固 溶 体 。2 间 隙 固 溶 体溶 质 原 子 在 溶 剂 晶 格 中 不 占 据 溶 剂 结 点 位 置 ， 而 嵌 入 各 结 点 之 间 的 间 隙 内时
24、， 所 形 成 的 晶 体 相 ， 称 为 间 隙 固 溶 体 。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 16 页由 于 溶 剂 晶 格 的 间 隙 有 限 ，所 以 ，间 隙 固 溶 体 只 能 有 限 溶 解 溶 质 原 子 ，同时 只 有 在 溶 质 原 子 与 溶 剂 原 子 半 径 的 比 值 小 于 0.59时 ，才 能 形 成 间 隙 固 溶 体 。间 隙 固 溶 体 的 溶 解 度 与 温 度 、溶 质 与 溶 剂 原 子 半 径 比 值 以 及 溶 剂 晶 格 类 型 等 有关 。通 过 溶 入 溶 质 原 子
25、 形 成 固 溶 体 ， 使 合 金 强 度 、 硬 度 升 高 的 现 象 称 为 固 溶 强化 。实 践 证 明 ：只 要 适 当 控 制 固 溶 体 中 溶 质 的 含 量 ，就 能 在 显 著 提 高 金 属 材 料强 度 的 同 时 仍 然 使 其 保 持 较 高 的 塑 性 和 韧 性 。( 二 ) 金 属 化 合 物金 属 化 合 物 是 指 合 金 中 各 组 元 间 原 子 按 一 定 整 数 比 结 合 而 形 成 的 晶 体 相 。金 属 化 合 物 具 有 与 其 构 成 组 元 晶 格 截 然 不 同 的 特 殊 晶 格 ，熔 点 高 ，硬 而 脆 。合 金 中 出
26、现 金 属 化 合 物 时 ，通 常 能 显 著 地 提 高 合 金 的 强 度 、 硬 度 和 耐 磨 性 ， 但塑 性 和 韧 性 也 会 明 显 地 降 低 。( 三 ) 机 械 混 合 物由 两 相 或 两 相 以 上 组 成 的 多 相 组 织 ， 称 为 机 械 混 合 物 。在 机 械 混 合 物 中 各 组 成 相 仍 保 持 着 它 原 有 晶 格 类 型 和 性 能 ，而 整 个 机 械 混 合物 的 性 能 介 于 各 组 成 相 性 能 之 间 ， 与 各 组 成 相 的 性 能 以 及 相 的 数 量 、 形 状 、 大小 和 分 布 状 况 等 密 切 相 关 。在
27、 金 属 材 料 中 使 用 的 合 金 材 料 绝 大 多 数 是 机 械 混 合物 这 种 组 织 状 态 。三 、 合 金 的 结 晶 特 点合 金 结 晶 过 程 同 纯 金 属 一 样 ，仍 为 晶 核 形 成 和 晶 核 长 大 两 个 过 程 。合 金 与纯 金 属 结 晶 的 不 同 之 处 ， 如 图 2-13 。(1) 纯 金 属 结 晶 是 在 恒 温 下 进 行 ， 只 有 一 个 临 界 点 。 而 合 金 则 绝 大 多 数 是在 一 个 温 度 范 围 内 进 行 结 晶 ， 结 晶 的 开 始 温 度 与 终 止 温 度 不 相 同 ，有 两 个 或 两个 以
28、上 临 界 点 。(2) 合 金 在 结 晶 过 程 中 ， 在 局 部 范 围 内 相 的 化 学 成 分 （ 即 浓 度 ） 有 变 化 ，当 结 晶 终 止 后 ， 整 个 晶 体 的 平 均 化 学 成 分 与 原 合 金 的 化 学 成 分 相 同 。(3) 合 金 结 晶 后 不 是 单 相 ， 一 般 有 三 种 情 况 ： 单 相 固 溶 体 ； 单 相 金 属 化 合物 或 同 时 结 晶 出 两 相 机 械 混 合 物 ( 如 共 晶 体 ) ； 结 晶 开 始 形 成 单 相 固 溶 体 ( 或 单相 化 合 物 ) ， 剩 余 液 体 又 同 时 结 晶 出 两 相 机
29、 械 混 合 物 ( 如 共 晶 体 ) 。（ 4） 由 一 定 成 分 的 液 体 合 金 中 同 时 结 晶 出 两 种 固 相 物 质 转 变 过 程 称 为 共晶 转 变 ( 或 称 共 晶 反 应 ) ， 其 结 晶 产 物 称 为 共 晶 体 。 实 验 证 明 ： 共 晶 转 变 是 在 恒温 下 进 行 的 。（ 5 ） 在 固 态 下 由 一 种 单 相 固 溶 体 同 时 析 出 两 相 固 体 物 质 转 变 过 程 ， 称 为共 析 转 变 ( 或 称 共 析 反 应 ) 。共 析 转 变 与 共 晶 转 变 一 样 ， 也 是 在 恒 温 条 件 下 进 行的 。精选
30、学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 16 页课时授课计划课程金 属 工 艺授 课 班 级任 课 教 师屈 道 强序号7 授 课 日 期编 制 日 期课型理 论节次教具课题第 五 节铁 碳 合 金 的 基 本 组 织目的要求1. 了 解 铁 碳 合 金 的 基 本 组 织 特 征 和 性 能2. 掌 握 常 用 组 织 的 机 械 特 性 ; 重 点与难 点重 点 ： 掌 握 常 用 组 织 的 机 械 特 性 ;难 点 ： 铁 碳 合 金 的 基 本 组 织 特 征 和 性 能课 程导 入设 计不 同 的 金 属 为 什 么
31、具 有 不 同 的 特 性教 法设 计讲 授 教 学 法作 业与思 考P31课后记事精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 16 页第五 节铁碳 合金 的 基本 组织铁 和 碳 的 合 金 称 为 铁 碳 合 金 ， 如 钢 和 铸 铁 都 是 铁 碳 合 金 。铁 碳 合 金 在 固 态 下 的 基 本 组 织 有 铁 素 体 、 奥 氏 体 、 渗 碳 体 、 珠 光 体 和 莱 氏体 。一 、 铁 素 体 (F) ， 如 图 2-14 ， 如 图 2-15 铁 素 体 是 指 -Fe 或 其 内 固 溶 有 一 种 或
32、数 种 其 他 元 素 所 形 成 的 晶 体 点 阵 为体 心 立 方 的 固 溶 体 ， 用 符 号 F( 或 ) 表 示 。 -Fe 的 溶 碳 量 很 小 ， 在 727 时 溶 碳 量 最 大 （ WC=0.0218% ） ， 随 着 温 度 的下 降 其 溶 碳 量 逐 渐 减 少 。铁 素 体 在 770 （ 居 里 点 ）有 磁 性 转 变 ，在 770 以 下 具 有 铁 磁 性 ，在 770 以 上 则 失 去 铁 磁 性 。二 、 奥 氏 体 (A) ， 如 图 2-16 ， 如 图 2-17奥 氏 体 是 指 -Fe 内 固 溶 有 碳 和 ( 或 ) 其 它 元 素
33、所 形 成 的 晶 体 点 阵 为 面 心 立方 的 固 溶 体 ， 常 用 符 号 A( 或 ) 表 示 。奥 氏 体 溶 碳 能 力 较 大 ， 在 1148 时 溶 碳 量 最 大 （ WC=2.11% ） ， 随 着 温 度 下降 溶 碳 量 逐 渐 减 少 ， 在 727 时 的 溶 碳 量 为 WC=0.77% 。稳 定 的 奥 氏 体 属 于 铁 碳 合 金 的 高 温 组 织 ， 当 铁 碳 合 金 缓 冷 到 727 时 ， 奥氏 体 将 发 生 转 变 ， 转 变 为 其 它 类 型 的 组 织 。奥 氏 体 是 非 铁 磁 性 相 。三 、 渗 碳 体 (Fe3C) ，
34、如 图 2-16渗 碳 体 是 指 晶 体 点 阵 为 正 交 点 阵 、化 学 成 分 近 似 于 Fe3C 的 一 种 间 隙 式 化 合物 。渗 碳 体 的 碳 的 质 量 分 数 是 6.69% ， 熔 点 为 1227 ， 其 分 子 式 为 Fe3C， 以 符号 Cm表 示 。渗 碳 体 不 发 生 同 素 异 构 转 变 ， 有 磁 性 转 变 ， 在 230 以 下 具 有 弱 铁 磁 性 ，而 在 230 以 上 则 失 去 磁 性 。渗 碳 体 是 碳 在 铁 碳 合 金 中 的 主 要 存 在 形 式 ，是 亚 稳 定 的 金 属 化 合 物 ，在 一定 条 件 下 ，渗
35、 碳 体 可 分 解 成 铁 和 石 墨 ，这 一 过 程 对 于 铸 铁 的 生 产 具 有 重 要 意 义 。四 、 珠 光 体 (P) ， 如 图 2-19 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 16 页珠 光 体 是 奥 氏 体 从 高 温 缓 慢 冷 却 时 发 生 共 析 转 变 所 形 成 的 ， 其 立 体 形 状 为铁 素 体 薄 层 和 渗 碳 体 薄 层 交 替 重 叠 的 层 状 复 相 组 织 。珠 光 体 是 铁 素 体 ( 软 ) 和 渗 碳 体 ( 硬 ) 组 成 的 机 械 混 合 物 。
36、常 用 符 号 “ P” 表示 。在 珠 光 体 中 ， 铁 素 体 和 渗 碳 体 仍 保 持 各 自 原 有 晶 格 类 型 。 珠 光 体 中 碳 的 质量 分 数 平 均 为 0.77% 。 珠 光 体 的 性 能 介 于 铁 素 体 和 渗 碳 体 之 间 ， 有 一 定 的 强 度和 塑 性 ， 硬 度 适 中 ， 是 一 种 综 合 力 学 性 能 较 好 的 组 织 。五 、 莱 氏 体 (Ld)莱 氏 体 是 指 高 碳 的 铁 基 合 金 在 凝 固 过 程 中 发 生 共 晶 转 变 时 所 形 成 的 奥 氏体 和 碳 化 物 渗 碳 体 所 组 成 的 共 晶 体 ，
37、 莱 氏 体 碳 的 质 量 分 数 为 4.3% 。WC 2.11% 的 铁 碳 合 金 从 液 态 缓 冷 至 1148 时 ， 将 同 时 从 液 体 中 结 晶 出 奥氏 体 和 渗 碳 体 的 机 械 混 合 物 ， 即 莱 氏 体 用 符 号 Ld 表 示 。由 于 奥 氏 体 在 727 时 转 变 为 珠 光 体 ， 所 以 ， 在 室 温 时 莱 氏 体 由 珠 光 体 和渗 碳 体 所 组 成 。 为 了 区 别 起 见 ， 将 727 以 上 的 莱 氏 体 称 为 高 温 莱 氏 体 (Ld )，在 727 以 下 的 莱 氏 体 称 为 低 温 莱 氏 体 （ L d
38、） ， 或 称 变 态 莱 氏 体 。小 结 与 作 业精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 16 页课时授课计划课程金 属 工 艺授 课 班 级任 课 教 师屈 道 强序号8 授 课 日 期编 制 日 期课型理 论节次教具课题第 六 节铁 碳 合 金 状 态 图目的要求1. 了 解 FeFe3C 状 态 图 的 各 个 相 区 与 组 织2. 掌 握 状 态 图 中 关 键 点 、 关 键 线 、 关 键 区 。重 点与难 点重 点 ：掌 握 状 态 图 中 关 键 点 、关 键 线 、关 键 区 ；难 点 ： 铁 碳 合
39、 金 组 织 对 性 能 的 影 响 。课 程导 入设 计教 法设 计利 用 挂 图 等 教 具 。作 业与思 考P31课后记事精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 16 页第 六 节铁 碳 合 金 状 态 图一 、 铁 碳 合 金 状 态 图在 极 缓 慢 冷 却 ( 或 加 热 ) 条 件 下 ， 不 同 化 学 成 分 的 合 金 ， 在 不 同 温 度 下 所 具有 的 组 织 状 态 的 一 种 图 形 叫 合 金 状 态 图 ， 如 图 220 。( 一 ) 铁 碳 合 金 状 态 图 中 的 特 性 点铁 碳
40、合 金 状 态 图 中 主 要 特 性 点 的 温 度 、碳 的 质 量 分 数 及 其 含 义 见 表 2 2。( 二 ) 主 要 特 性 线1 液 相 线 ACD在 此 线 以 上 铁 碳 合 金 处 于 液 体 状 态 (L) ， 冷 却 下 来 时 碳 的 质 量 分 数 小 于4.3% 的 铁 碳 合 金 在 AC 线 开 始 结 晶 出 奥 氏 体 (A) ；碳 的 质 量 分 数 大 于 4.3% 的 铁 碳合 金 在 CD线 时 开 始 结 晶 出 渗 碳 体 ， 称 为 一 次 渗 碳 体 ， 用 Fe3C表 示 。2 固 相 线 AECF在 此 线 以 下 铁 碳 合 金
41、均 呈 固 体 状 态 。3 共 晶 线 ECFECF 线 是 一 条 水 平 ( 恒 温 ) 线 ，称 为 共 晶 线 。在 此 线 以 上 液 态 铁 碳 合 金 将 发 生共 晶 转 变 ， 其 反 应 式 为 ：L4. 31 14 8A2. 1 1 Fe3C6. 6 9共 晶 转 变 形 成 了 奥 氏 体 与 渗 碳 体 的 机 械 混 合 物 ，称 为 莱 氏 体 (Ld) 。碳 的 质量 分 数 在 2.11% 6.69% 的 铁 碳 合 金 中 均 会 发 生 共 晶 转 变 。4. 共 析 线 PSKPSK 线 也 是 一 条 水 平 ( 恒 温 ) 线 ，称 为 共 析 线
42、 ，通 称 A1线 。在 此 线 上 固 态 奥氏 体 将 发 生 共 析 转 变 ， 其 反 应 式 为 ：A0. 7 77 27F0. 02 18Fe3C6. 6 9共 析 转 变 形 成 了 铁 素 体 与 渗 碳 体 的 机 械 混 合 物 ， 称 为 珠 光 体 (P) 。 碳 的 质量 分 数 大 于 0.0218% 的 铁 碳 合 金 均 会 发 生 共 析 转 变 。5.GS 线GS线 表 示 冷 却 时 由 奥 氏 体 组 织 中 析 出 铁 素 体 组 织 的 开 始 线 ， 通 称 A3线 。6.ES 线ES 线 是 碳 在 奥 氏 体 中 的 溶 解 度 变 化 曲 线
43、 ，通 称 Ac m线 。它 表 示 随 着 温 度 的 降低 ，奥 氏 体 中 碳 的 质 量 分 数 沿 着 此 线 逐 渐 减 少 ，而 多 余 的 碳 以 渗 碳 体 形 式 析 出 ，称 为 二 次 渗 碳 体 ， 采 用 Fe3C表 示 ， 以 区 别 于 从 液 体 中 直 接 结 晶 出 来 的 Fe3CI。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 16 页7 GP线GP线 为 冷 却 时 奥 氏 体 组 织 转 变 为 铁 素 体 的 终 了 线 或 者 加 热 时 铁 素 体 转 变 为奥 氏 体 的 开 始
44、 线 。8 PQ线PQ线 是 碳 在 铁 素 体 中 的 溶 解 度 变 化 曲 线 ， 它 表 示 随 着 温 度 的 降 低 ， 铁 素体 中 的 碳 的 质 量 分 数 沿 着 此 线 逐 渐 减 少 ， 多 余 的 碳 以 渗 碳 体 形 式 析 出 ， 称 为 三次 渗 碳 体 ，用 Fe3C表 示 。由 于 其 数 量 极 少 ，在 一 般 钢 中 影 响 不 大 ，故 可 忽 略 。( 三 ) 铁 碳 合 金 状 态 图 中 的 相 区铁 碳 合 金 状 态 图 中 的 主 要 相 区 见 表 24。二 、 铁 碳 合 金 的 分 类铁 碳 合 金 状 态 图 上 的 各 种 合
45、 金 ， 按 其 碳 的 质 量 分 数 和 室 温 平 衡 组 织 的 不 同 ，一 般 分 为 工 业 纯 铁 、 钢 、 白 口 铸 铁 ( 生 铁 ) 三 类 ， 如 表 2 5。三 、 碳 对 铁 碳 合 金 组 织 和 性 能 的 影 响铁 碳 合 金 的 平 衡 组 织 是 由 铁 素 体 和 渗 碳 体 两 相 所 构 成 。其 中 铁 素 体 是 含 碳极 微 的 固 溶 体 ， 是 钢 中 的 软 韧 相 ， 渗 碳 体 是 硬 而 脆 的 金 属 化 合 物 ， 是 钢 中 的 强化 相 。 随 着 钢 中 碳 的 质 量 分 数 的 不 断 增 加 ， 平 衡 组 织
46、中 的 铁 素 体 量 不 断 减 少 ，渗 碳 体 量 不 断 增 多 ， 因 此 ， 钢 的 力 学 性 能 将 发 生 明 显 的 变 化 。 如 图 221。四 、 铁 碳 合 金 状 态 图 的 应 用铁 碳 合 金 状 态 图 从 客 观 上 反 映 了 钢 铁 材 料 的 组 织 随 成 分 和 温 度 变 化 的 规律 ， 因 此 ， 在 工 程 上 为 选 材 及 制 定 铸 、 锻 、 焊 、 热 处 理 等 热 加 工 工 艺 提 供 了 重要 的 理 论 依 据 。 如 图 222。小 结 与 作 业精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 16 页