【正文】 鐵碳合金組織、性能的影響教學(xué)重點(diǎn)：鐵碳合金相圖畫(huà)法及應(yīng)用碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)鐵碳合金組織、性能的影響教學(xué)難點(diǎn)：鐵碳合金相圖畫(huà)法及應(yīng)用碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)鐵碳合金組織、性能的影響教 具：多媒體圖片教學(xué)方法：多媒體講解教學(xué)過(guò)程：四、 案例導(dǎo)入：上一講，已對(duì)金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶，進(jìn)行講解，重點(diǎn)講解了金屬晶體的結(jié)構(gòu)對(duì)金屬性能的影響，并在此基礎(chǔ)上講解了細(xì)化晶粒的目的與常見(jiàn)方法（提問(wèn)細(xì)化晶粒的目的與常見(jiàn)方法？）。五、 教學(xué)內(nèi)容： 合金的晶體結(jié)構(gòu)合金的基本概念合金：由兩種或兩種以上的金屬元素或金屬元素與非金屬元素組成的具有金屬特征的物質(zhì)。 相：在合金中具有相同成分、相同結(jié)構(gòu)、相同性質(zhì)的均勻部分，并與其它相有明顯界面之分。 固態(tài)合金中的相，按其組元原子的存在方式可分為固溶體和金屬化合物兩大基本類(lèi)型 固溶體性能：晶格畸變，金屬的強(qiáng)度，硬度很高。彌散強(qiáng)化 鐵碳合金相圖同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：同一種元素在不同條件下具有不同的晶體結(jié)構(gòu)。（以純鐵的冷卻曲線，講解該過(guò)程。鐵碳合金在溶化溫度以上形成的均勻液體稱(chēng)液相，用符號(hào)L表示。碳在αFe中形成的間隙固溶體稱(chēng)為鐵素體。碳在αFe中的溶解度很低，因此，鐵素體的機(jī)械性能與純鐵相近，其強(qiáng)度、硬度較低，但具有良好的塑性、韌性。 碳在γFe中形成的間隙固溶體稱(chēng)為奧氏體，用符號(hào)A表示。其硬度很高，塑性韌性幾乎為零。介于F與Fe3C之間。硬度很高，塑性，韌性很差 （1）簡(jiǎn)化的Fe Fe3C相圖分析 特性點(diǎn)符號(hào)溫度/℃ωc（%）含義A15380熔點(diǎn)：純鐵的熔點(diǎn)C1148共晶點(diǎn)：—→Ld(%+Fe3C共晶)D1227熔點(diǎn)：滲碳體的熔點(diǎn)E1148碳在γFe中的最大溶解度點(diǎn)G9120同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)S727共析點(diǎn)：%—→p(%+Fe3C共析)P727碳在αFe中的最大溶解度點(diǎn)Q室溫室溫下碳在αFe中的溶解度主要特性線 （1）AC線 液體向奧氏體轉(zhuǎn)變的開(kāi)始線。（2）CD線 液體向滲碳體轉(zhuǎn)變的開(kāi)始線。 ACD線統(tǒng)稱(chēng)為液相線，在此線之上合金全部處于液相狀態(tài)，用符號(hào)L表示。（4）ECF水平線 共晶線。（5）ES線 又稱(chēng)Acm線，是碳在奧氏體中的溶解度曲線。（6）GS線 又稱(chēng)A3線，（7）GP線 奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變的終了線。（9）PQ線 碳在鐵素體中的溶解度曲線。2）鋼 %＜ωc＜%，又可分為： 亞共析鋼 %＜ωc＜%； 共析鋼 ωc=%； 過(guò)共析鋼 %＜ωc＜%。； ； ； ； ； 課堂提問(wèn)：亞共晶白口鑄鐵的結(jié)晶過(guò)程及組織轉(zhuǎn)變有哪些？（1）鐵碳合金按碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和平衡組織的分類(lèi)含碳量逐漸增加，F(xiàn)e3C大小、形態(tài)和分布變化：F+Fe3CIII——Fe3C位于晶界，細(xì)小的薄片）F+P——Fe3C呈層片狀與鐵素體片混合（相間 ）P——Fe3C呈層片狀與鐵素體片混合（相間 ）P＋ Fe3CII——Fe3C呈層片狀與鐵素體片混合（相間 ）還有一部分Fe3C沿晶界分布呈連續(xù)網(wǎng)狀P＋Fe3CII＋Ld’——Fe3C呈層片狀與鐵素體片混合（相間 ）Fe3C作為萊氏體的基體Ld’——Fe3C作為萊氏體的基體Ld’ +Fe3CI——Fe3C為粗大長(zhǎng)片狀 Fe3C作為萊氏體的基體(2)含碳量對(duì)力學(xué)性能的影響（ 含碳量對(duì)鋼的力學(xué)性能的影響）鐵素體(F)：軟而韌 滲碳體(Fe3C):硬而脆，硬度增加，塑性韌性降低，強(qiáng)度先增后降（%最高）(3)含碳量對(duì)工藝性能的影響1）切削加工性:中碳鋼好；低碳鋼(F多，塑性好，易粘刀)差；高碳鋼（Fe3C多，磨損嚴(yán)重）差2）鍛造性:低碳鋼好（ F多，塑性好），含碳量越大，越差。距離越大，越差。隨含碳量增大，變差。4）焊接性：含碳量增大，焊接性變差。這樣，就可以根據(jù)零件的工作條件和性能要求來(lái)合理的選擇材料。對(duì)于形狀復(fù)雜的箱體、機(jī)器底座等，選用熔點(diǎn)低、流動(dòng)性好的鑄鐵材料。因此，在鑄造生產(chǎn)中，經(jīng)常選用接近共晶成分的鑄鐵。而奧氏體的強(qiáng)度較低，塑性較好，便于塑性變形。加熱溫度不宜過(guò)高，以免鋼材氧化燒損嚴(yán)重，但變形的終止溫度也不宜過(guò)低，過(guò)低的溫度除了增加能量的消耗和設(shè)備的負(fù)擔(dān)外，還會(huì)因塑性的降低而導(dǎo)致開(kāi)裂。對(duì)過(guò)共析鋼，則選擇在PSK線以上某一溫度，以便打碎網(wǎng)狀二次滲碳體。d).在熱處理方面的應(yīng)用從Fe Fe3C相圖知，鐵碳合金在固態(tài)加熱或冷卻過(guò)程中均有相的變化，所以鋼和鑄鐵可以進(jìn)行有相變的退火、正火、淬火和回火等熱處理。六、 總結(jié)學(xué)習(xí)了合金的晶體結(jié)構(gòu)中的基本相結(jié)構(gòu)；鐵碳合金相圖畫(huà)法及應(yīng)用；碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)鐵碳合金組織、性能的影響。、鑄鐵課 題：碳素鋼、鑄鐵概述課題形式：講授、一課時(shí)教學(xué)目的：講解碳素鋼、鑄鐵的分類(lèi)、編號(hào)、性能及應(yīng)用教學(xué)要求：了解常見(jiàn)碳素鋼的分類(lèi)、編號(hào)、性能及應(yīng)用了解常見(jiàn)鑄鐵的分類(lèi)、編號(hào)、性能及應(yīng)用掌握查閱碳素鋼、鑄鐵的相關(guān)資料能力教學(xué)重點(diǎn)：常見(jiàn)碳素鋼、鑄鐵的分類(lèi)、編號(hào)、性能及應(yīng)用查閱碳素鋼、鑄鐵的相關(guān)資料方法教學(xué)難點(diǎn)：常見(jiàn)碳素鋼、鑄鐵的分類(lèi)、編號(hào)教 具：多媒體教學(xué)方法：多媒體講解教學(xué)過(guò)程：七、 案例導(dǎo)入：上一講，講解了合金的晶體結(jié)構(gòu)，鐵碳合金相圖。提問(wèn)：？，說(shuō)明含碳量變化對(duì)合金的力學(xué)性能影響表現(xiàn)？、切削加工性角度，說(shuō)明含碳量變化對(duì)合金的工藝性能影響表現(xiàn)？本講將對(duì)常見(jiàn)碳素鋼與鑄鐵的分類(lèi)、編號(hào)、性能及應(yīng)用等方面，近一步認(rèn)識(shí)鐵碳合金這類(lèi)材料，在工程中的應(yīng)用。工具鋼：(a)碳素工具鋼；(b)合金工具鋼；(c)高速工具鋼。(2)碳素鋼的編號(hào)碳素結(jié)構(gòu)鋼：Q+屈服極限+質(zhì)量等級(jí)+脫氧方式：例如：Q235AF優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：兩位數(shù)字（平均含碳量的萬(wàn)倍）+（Mn）：例如：45Mn碳素工具鋼：T+平均含碳量的千倍+（Mn）+（A）：例如：T8MnA鑄造碳鋼：ZG+屈服極限+抗拉強(qiáng)度：例如：ZG200400(3)碳素結(jié)構(gòu)鋼：S/P含量較大，普通用途，價(jià)格便宜，用量大，熱軋空冷狀態(tài)，Q195塑性好，常用于螺釘、螺母及各種薄板，可代替08或10鋼，制造沖壓件、焊接結(jié)構(gòu)件；Q275強(qiáng)度較高，可代替30或40鋼，制造較重要某些零件，小軸、銷(xiāo)、連桿、農(nóng)機(jī)零件等。滲碳鋼，滲碳，淬火+低回，表面硬度可達(dá)60HRC，耐磨性好，而心部具有一定的強(qiáng)度和塑性，可用來(lái)制作要求表面耐磨并能承受沖擊載荷的零件。如軸類(lèi)零件。15Mn70Mn，性能和用途與普通Mn的對(duì)應(yīng)相同，淬透性高。球化退火，組織為F基體+細(xì)小均勻分布的粒狀滲碳體。作為刃具，最終熱處理為淬火+低回。硬度可達(dá)60—65HRC。缺點(diǎn)：紅硬性差，當(dāng)刃部溫度高于250度，其硬度和耐磨性會(huì)顯著下降。(6)鑄造碳鋼：制造形狀復(fù)雜、力學(xué)性能要求比較比鑄鐵高的零件。鍛造方法難以生產(chǎn)，用鑄鐵無(wú)法滿足性能。%—%。45。T12。分類(lèi)及表示方法灰鑄鐵（石墨以片狀）：HT+最小抗拉強(qiáng)度：例如：HT100球墨鑄鐵（石墨以球狀）：QT+最低抗拉強(qiáng)度最低伸長(zhǎng)率：例如：QT40018蠕墨鑄鐵（石墨以蠕蟲(chóng)狀）：RuT+最小抗拉強(qiáng)度：例如：RuT260可鍛鑄鐵（石墨以團(tuán)絮狀）：KT+H/Z+最小抗拉強(qiáng)度最小伸長(zhǎng)率：例如：KTH3000KTZ45006學(xué)會(huì)查表，查閱以下碳鋼的主要用途：HT100——低載荷和不重要零件，如蓋、外罩、手輪、支架、重錘等。RuT260——增壓器廢氣進(jìn)氣殼體、汽車(chē)底盤(pán)零件等。九、 總結(jié)學(xué)習(xí)了碳素鋼、鑄鐵的分類(lèi)、編號(hào)、性能及應(yīng)用，查閱碳素鋼、鑄鐵的相關(guān)資料方法四、布置作業(yè)習(xí)題：5；6；7第六講 普通熱處理概述 普通熱處理概述課 題：普通熱處理（退火、正火、淬火、回火）方法概述時(shí)效處理與淬透性的概念課題形式：講授、兩課時(shí)教學(xué)目的：講解普通熱處理方法概述講解時(shí)效處理與淬透性的概念教學(xué)要求：掌握普通熱處理工藝原理與方法了解時(shí)效處理與淬透性的概念教學(xué)重點(diǎn)：普通熱處理工藝原理與方法教學(xué)難點(diǎn)：普通熱處理工藝原理與方法教 具：多媒體圖片、表格教學(xué)方法：多媒體講解教學(xué)過(guò)程：三、 案例導(dǎo)入：之前的課題研究了鋼在加熱和冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變，如何利用這些組織轉(zhuǎn)變規(guī)律，來(lái)提高鋼的力學(xué)性能呢？即鋼在固態(tài)下進(jìn)行加熱、保溫和冷卻，以改變其內(nèi)部組織，這些具體的工藝方法，是本講的研究重點(diǎn)內(nèi)容。目的:使經(jīng)過(guò)鑄造、鍛軋、焊接或切削加工的材料或工件消除內(nèi)應(yīng)力；降低硬度。（1）完全退火：是將亞共析碳鋼加熱到Ac3線以上約2060186。C以下，然后出爐在空氣中冷卻。應(yīng)用：亞共析碳鋼、合金鋼（2）等溫退火等溫退火是為了保證A在P轉(zhuǎn)變區(qū)上部發(fā)生轉(zhuǎn)變，因此冷卻速度很緩慢，所需時(shí)間少則十幾小時(shí)，多則數(shù)天，因此生產(chǎn)中常用等溫退火來(lái)代替完全退火。應(yīng)用：共析鋼、過(guò)共析鋼、合金鋼（3）擴(kuò)散退火（均勻化退火）應(yīng)用范圍：合金鋼鑄錠和鑄件。工藝：把鑄錠或鑄件加熱到Ac1以上，大約10001200186。特點(diǎn)：高溫長(zhǎng)時(shí)間加熱。（4）去應(yīng)力退火（低溫退火）目的：用于消除鑄件，鍛件，焊接件，冷沖壓件以及機(jī)加工件中的殘余應(yīng)力，這些殘余應(yīng)力在以后機(jī)加工或使用中潛在地會(huì)產(chǎn)生變形或開(kāi)裂。（5）球化退火 球化退火是將鋼加熱至Ac1以上、Accm以下的雙相區(qū)，較長(zhǎng)時(shí)間保溫，并緩慢冷卻的工藝。具有這種組織的中碳鋼和高碳鋼硬度低、切削性好、冷形變能力大。（5）球化退火 球化退火是將鋼加熱至Ac1以上、Accm以下的雙相區(qū)，較長(zhǎng)時(shí)間保溫，并緩慢冷卻的工藝。具有這種組織的中碳鋼和高碳鋼硬度低、切削性好、冷形變能力大。2 鋼的正火定義:將鋼件加熱到臨界點(diǎn)（Ac3，Acm）3050℃以上，適當(dāng)保溫進(jìn)行完全奧氏體化，然后在空氣中冷卻，這種熱處理稱(chēng)正火正火的目的與退火相同，只是溫度高于退火，且在空氣中冷卻。正火后的組織與性能：正火實(shí)際上是退火的一種特殊情況，兩者不同之處主要在于正火的冷卻速度較退火快，因此有偽共析組織。正火有以下幾方面的應(yīng)用：1）普通結(jié)構(gòu)件的最終熱處理；正火可以消除鑄造或鍛造生產(chǎn)中的過(guò)熱缺陷，細(xì)化組織，提高機(jī)械性能。3）作為中碳結(jié)構(gòu)鋼制作的較主要零件的預(yù)先熱處理；正火常用來(lái)為較重要零件進(jìn)行預(yù)先熱處理。4）消除過(guò)共析鋼中的網(wǎng)狀二次滲碳體，為球化退火作組織準(zhǔn)備，這是因?yàn)檎鹄鋮s速度比較快，二次滲碳體來(lái)不及沿A晶界呈網(wǎng)狀析出。概念：將鋼加熱到Ac3或Ac1以上某一溫度，保溫一定時(shí)間，然后以適當(dāng)速度冷卻，獲得馬氏體或下馬貝氏組織的熱處理工藝稱(chēng)為淬火.目的：獲得馬氏體或下貝氏體，提高鋼的強(qiáng)度和硬度。淬火工藝（1）淬火加熱溫度的選擇淬火溫度的高低與鋼的化學(xué)成分有關(guān)亞共析鋼 t＝Ac3+(30～70)℃共析鋼，過(guò)共析鋼 t＝Ac1+(30～70)℃亞共析碳鋼為什么要加熱到Ac3以上完全Ａ化后淬火呢？若加熱溫度選在Ac1～Ac3之間，組織中有一部分鐵素體存在，在隨后的淬火冷卻中，由于鐵素體不發(fā)生變化而保留下來(lái)，它的存在是鋼的淬火組織中存在軟點(diǎn)，降低了淬火鋼的硬度，同時(shí)它的存在還會(huì)影響鋼的均勻性，影響機(jī)械性能，加熱Ac3以上太高也不行，鋼的氧化脫碳嚴(yán)重，另一方面Ａ晶粒粗大，淬火后Ｍ粗大，鋼的性能變壞（2）加熱時(shí)間的選擇加熱時(shí)間指的是升溫與保溫所需時(shí)間，加熱時(shí)間的長(zhǎng)短與很多因素有關(guān)，例如，鋼的成分、原始組織、工件形狀、尺寸、加熱介質(zhì)、裝爐方式、爐溫等許多因素有關(guān)，確切計(jì)算加熱時(shí)間很困難，只是給出一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式： t = a*Dt 加熱時(shí)間；a 加熱系數(shù)；D 工件有效厚度（3）淬火冷卻介質(zhì)理想淬火冷卻速度加熱到A狀態(tài)的鋼，冷卻速度必須大于臨界冷卻速度是才能獲得要求的M組織。淬火方法單液淬火：直冷，簡(jiǎn)單易操作。分級(jí)淬火：快恒快，降低熱應(yīng)力與組織應(yīng)力。局部淬火：量具等的局部區(qū)域。氧化：氧化是因?yàn)殇撛谟醒趸詺怏w中加熱時(shí)，會(huì)發(fā)生氧化而在表面形成一層氧化皮，在高溫下，甚至晶界也回會(huì)發(fā)生氧化。減少或防止鋼在淬火中氧化與脫碳的方法有：采用脫氧良好的鹽溶爐加熱；在可控保護(hù)氣氛爐中加熱；在真空爐中加熱；預(yù)留足夠的加工余量。為減小變形或開(kāi)裂，除了正確選擇鋼材和合理設(shè)計(jì)工件的結(jié)構(gòu)外，在工藝上可采取下列措施：1）采用合理的鍛造與預(yù)先熱處理；2）采用合理的熱處理工藝；3）采用正確的操作方法；4）對(duì)于淬火易開(kāi)裂的部分，如鍵槽，孔眼等用石棉堵塞。回火的目的獲得工件所需的組織，降低內(nèi)應(yīng)力、提高韌性、穩(wěn)定尺寸、改善加工性能，通過(guò)調(diào)整回火溫度可獲得不同硬度、強(qiáng)度和韌性的力學(xué)性能。淬火鋼回火時(shí)組織和性能的變化① 馬氏體分解（100～350℃）：回火M(低過(guò)飽和α＋ε碳化物)② 殘余奧氏體的分解（200～300℃）：B下③ 碳化物的轉(zhuǎn)變（250～400℃）：ε碳化物轉(zhuǎn)變?yōu)镕e3C④ 滲碳體的聚集長(zhǎng)大和α相再結(jié)晶（400℃） 成為粒狀Fe3C，600℃后粗化45鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)和正火后的性能比較由于調(diào)質(zhì)處理后的組織為回火索氏體，其中滲碳體為顆粒狀，而正火所得到的索氏體中滲碳體呈片狀，調(diào)質(zhì)鋼不僅硬度高，且塑性與韌性也高于正火狀態(tài)。為了保持淬火后的高硬度及尺寸穩(wěn)定性，淬火后又可進(jìn)行時(shí)效處理（溫度低于低溫回火）。室溫下進(jìn)行的時(shí)效處理是自然時(shí)效；較高溫度下進(jìn)行的時(shí)效處理是人工時(shí)效。這種措施也被稱(chēng)為時(shí)效。 作用是為了消除精密量具或模具、零件在長(zhǎng)期使用中尺寸、形狀發(fā)生變化，對(duì)在低溫或動(dòng)載荷條件下的鋼材構(gòu)件進(jìn)行時(shí)效處理，以消除殘余應(yīng)力，穩(wěn)定鋼材組織和尺寸，尤為重要。鋼的淬硬性指的是鋼在淬火能達(dá)到的最高硬度。三、小結(jié)：鋼的退火與正火鋼的淬火鋼的回火時(shí)效處理與淬透性四、作業(yè)：課