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课 题 §4-3 铁碳合金相图
教 学 目 标 知识目标 1、熟悉铁碳合金的相及组织类型、符号及其特点 2、掌握铁碳合金相图的组成、图中重要点、线的含义 3、会利用铁碳合金相图对一些典型的铁碳合金进行分析
能力目标
情感目标
教学重点 1、铁碳合金相图的组成、图中重要点、线的含义 2、利用铁碳合金相图对一些典型的铁碳合金进行分析
教学难点 铁碳合金相图的分析及铁碳合金冷却结晶过程的分析
教学用具 多媒体 教学方法 多媒体辅助教学
教学过程设计
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
一、组织教学 二、导入新课 三、新课教学 钢铁材料是现代工业中应用最为广泛的合金，它们均为以铁和碳两种元素为主要原素的合金。由于钢铁材料的成分（含碳量）不同，因此组织和性能也不相同，应用场合也不一样。铁碳合金相图总结了铁碳合金的组织和性能随成分、温度变化的规律，这对生产实践有着很重要的意义，它不仅是选择钢铁材料的重要工具，而且还可以作为制定铸、锻、焊及热处理等加工工艺的依据。 一、铁碳合金的相及组织 在铁碳合金中，碳可以与铁组成化合物，也可以形成固溶体，还可以形成混合物，在铁碳合金中有以下几种基本组织： 1、铁素体 概念：碳溶解在α-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体（F） 特点：最大溶碳为0.0218％（727℃），性能与纯铁相似，具有良好的塑性和韧性，而强度和硬度较低。 2、奥氏体 概念：碳溶解在γ-Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体（A）
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特点：最大溶碳能力为2.11％（1148℃），最小溶碳能力为0.77％（727℃），强度和硬度不高，具有良好的塑性，是锻造和轧制时所需的组织。 3、渗碳体 概念：含碳量为6.69％铁碳金属化合物称为渗碳体（Fe3C） 特点：熔点高（1227℃），硬度很高，塑性很差，伸长率和冲击韧性几乎为零，是一个硬而脆的组织，适当的条件下渗碳体可分解为铁和石墨，这对铸铁具有重要的意义。 4、珠光体 概念：铁素体和渗碳体的混合物称为珠光体（P） 特点：含碳量为0.77％，力学性能主要取决于铁素体和渗碳体各自的含量，一般强度较高，硬度适中，具有一定的塑性。 5、莱氏体 概念：奥氏体和渗碳体的混合物称为莱氏体（Ld） 特点：含碳量为4.3％（1148℃），硬度很高，塑性很差。 （铁碳合金基本组织的力学性能可参照书本上表4-2） 二、铁碳合金相图 说明：铁碳合金相图是在缓慢冷却（或缓慢加热）的条件下绘制出的铁碳合金的组织随温度变化的图形。 1、铁碳合金相图的组成
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教学反思 1.教学的成败得失 2.学生的信息反馈 3.今后的教学建议
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四、课堂总结 五、布置作业 二、铅锑二元合金相图的分析 分析过程（略） 本节内容主要介绍了二元合金相图的建立，并对铅锑二元合金相图进行了简单的分析，通过分析使我们了解了相图的分析方法以及共晶转变的概念，为下一节内容（铁碳合金相图）打下基础。 练习册 P9—P13
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四、课堂总结 五、布置作业 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称为置换固溶体（参见书上图4-1（b）） 2、金属化合物 概念：合金组元发生相互作用而形成一种具有 金属特点的物质称为金属化合物。 晶格类型：具有复杂的晶格结构。 性能特点：熔点高、硬度高、脆性大。 3、混合物 概念：两种或两种以上的相按一定质量分数组 成的物质称为混合物。 晶格类型：混合物中各相仍保持原来的晶格。 性能特点：主要取决于各组成相的性能、以及 它们分布的形态、数量、大小等。 通过本节内容的学习，同学们要对固溶体的基本概念、晶体结构、及固溶体的性能特点；金属化合物的基本概念、结构及性能特点；混合物的基本概念、结构及性能特点；有所了解。其中各个合金组织的特点要熟记。 练习册 P9—P13
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四、课堂总结 但在纯铁的冷却曲线上，实际上还会出现一个临界温度770℃，这是纯铁的磁性转变温度，在此温度以上，α-Fe的磁性消失，在此温度下才具有磁性。因此有时将770℃-912℃存在的无磁性α-Fe称为β-Fe，但由于770℃不时同素异构转变温度，因而通常把912℃以下的具有体心立方晶格的铁都以α-Fe表示。 为了便于同学们记忆，这些转变可以用以下方程式表示 结论：正是由于铁能够发生同素异构转变，生产中才有可能对钢和铸铁进行各种热处理来改变其组织和性能。 三、金属的同素异构转变与液体结晶的比较 金属的同素异构转变是通过原子的重新排列来完成的，因地它实际上是一个重结晶的过程。 与金属液态结晶过程相比，共同点表现在以下几个方面： 1、有一定的转变温度 2、转变时需要过冷 3、转变过程中释放出结晶潜热 4、转变过程也是由晶核的形成和晶核长大来完成的 但由于同素异构转变是在固态下完成的，因而它具有自己的转变特点，主要表现在以下几个方面： 1、同素异构转变时，晶核优先在原来晶粒的晶界处形核。 2、同素异构转变需要较大的过冷度。 3、同素异构转变容易产生较大的组织应力。 4、在转变时体积会发生变化（例如γ -Fe转变为α-Fe时体积会膨胀约为1％。 通过本节内容的学习，同学们首先要熟悉金属同素异构转变的概念；其次要重点纯铁的同素异构转变以及金属的同素异构转变与液体结晶的比较有哪些异同的地方。
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五、布置作业 练习册 P4—P6
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四、课堂总结 如图所示：（a）图为理论结晶曲线（b）图为实际结晶曲线 则过冷度：△T=T0—T1 结论：金属结晶时过冷度的大小与冷却的速度有关，冷却速度越快，金属的实际结晶温度越低，过冷度也就越大。 二、纯金属的结晶过程 液态金属的结晶是在一定过冷度的条件下进行的，整个结晶过程实际上是一格晶核的形成与长大的过程。 纯金属结晶过程可参照书上图2-11 晶粒：外形不规则但内部原子排列规则的小晶体称为晶粒。 晶界：晶粒与晶粒之间的分解面称为晶界。 晶粒与晶界可参照书上图2-12和2-13 但晶体：结晶后只有一个晶粒的晶体称为单晶体。 特点：单晶体呈现各向异性。 多晶体：结晶后晶体是由许多位向不同的晶粒组成的。 特点：多晶体呈现各向同性，也叫作“伪各向同性”。 三、晶粒的大小对金属力学性能的影响 一般来说，在常温下，晶粒越细，则具有的强度和韧性越高。 为了提高力学性能，所以必须严格控制晶粒的大小。根据结晶过程的分析可知，金属晶粒的大小取决于结晶时的形核率和晶核长大的速度，从这个因素来看，细化晶粒的根本途径有： 1、增加过冷度 2、变质处理 3、机械振动处理 通过本节内容的学习，同学们首先要熟悉纯金属的冷却曲线以及过冷度的概念，其次要了解纯金属的结晶过程，最后重要的是掌握晶粒大小对力学性能的影响以及细化晶粒的根本途径有哪些。
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五、布置作业 练习册P4—P6
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四、课堂总结 五、布置作业 二、晶体结构的概念 晶体结构是指物体内部原子排列的状态。为了对晶体结构右充分的认识，必须要使学生们了解与晶体有关的基本知识，如晶格、晶胞、晶面以及晶向等。 1、晶格和晶胞 晶格：表示原子在晶体中排列规律的空间格架称为晶格 晶胞：能够完整的反映晶格特征的最小几何单元称为晶胞 2、晶面和晶向 晶面：在晶体中由一系列的原子组成的平面称为晶面 晶向：通过两个或两个以上原子中心的直线，可代表晶格空间排列的一定方向，成为晶向。 三、金属晶格的类型 金属晶格类型很多，但绝大多数（占85％）金属为以下三种晶格类型 1、体心立方晶格 属于这类晶格类型的金属有： 铬（Cr）、钒（V）、钨（W）、 钼（Mo）以及α-铁（α-Fe）等。 2、面心立方晶格 属于这类晶格类型的金属有： 铝（Al）、铜（Cu）、铅（Pb）、 镍（Ni）以及γ-铁（γ-Fe）等。 3、密排六方晶格 属于这类晶格类型的金属有： 镁（Mg）铍（Be）镉（Cd）锌（Zn）等 通过本节内容的学习，同学们要对晶体与非晶体的概念以及两者之间的异同有所了解；此外还要了解晶体结构的有关基本知识；最后我们要掌握金属中几种常见的晶格类型，并能简单的举例说明。 练习册P4—P6
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