简析铁碳合金相图的教学

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简析铁碳合金相图的教学

作者：尹丽萍

来源：《职业·中旬》2014年第07期

摘要：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。在材料学中，相图已成为研究合金组织形成和变化规律的有效工具；在生产实践中，铁碳合金相图可作为制订钢材冶炼、铸造、锻压、焊接、热处理工艺的重要依据。故铁碳合金相图是金属材料与热处理课程教学的一个重点内容，由于其理论抽象、概念繁杂，对于中技生而言要学好这门课有一定的难度。本文根据笔者教学实践，就如何提高课堂教学效果展开探讨。

关键词：铁碳合金相图教学方法教学效果

钢铁是现代工业中应用最为广泛的金属材料，其基本组元是铁和碳两种元素，故统称为铁碳合金。普通碳钢和铸铁均属铁碳合金范畴，合金钢和合金铸铁实际上是有意加入了合金元素的铁碳合金。铁碳合金因铁、碳含量的不同，形成一个复杂的合金系，不同成分的合金，其组织不同，即使是同一成分的合金，其组织也随温度变化而变化。因此，为了掌握铁碳合金的成分、组织与性能之间的关系，必须了解铁碳合金相图。

铁碳合金相图是反映“成分—温度—组织”三者之间关系的图解。它是一个以含碳量为横坐标、温度为纵坐标的坐标系，坐标系内的平面区域反映不同成分和温度条件下的合金组织。铁碳合金相图的建立，为分析合金成分和温度对其组织的影响，继而推断其力学性能，确定其应用范围和加工方法等，提供了直观手段。

一、铁碳合金相图分析

在铁碳合金相图中，Fe和Fe3C是组成铁碳合金的两个基本组元，故又称为Fe－Fe3C相图（图1）。由于铁与碳之间相互作用不同，铁碳合金固态下的相结构形成固溶体和金属化合物两类，属于固溶体相有铁素体F和奥氏体A，属于金属化合物相有渗碳体Fe3C。与绝大多数合金的组织一样，铁碳合金也是固溶体和少量金属化合物组成的混合物。组成铁碳合金的混合物有珠光体P（F+Fe3C）和莱氏体Ld（A+Fe3C）两种。

图1 简化后的Fe－Fe3C相图

1.铁碳合金相图中包含有三方面内容

一是铁的同素异构转变。纯铁在固态下，随温度的改变由一种晶格转变为另一种晶格的现象称为同素异构转变。纯铁的同素异构转变表达式为：

液态Fe1538℃δ—Fe1394℃γ—Fe 912℃α—Fe