清华讲课教案(合金与熔炼)讲解.docx

清华讲课教案（合金与熔炼）改进——开放大学的单元——铁-碳平衡图及其在生产中的应用一、铸造工程师的资格具有札实的理论基础具有丰富的生产经验具有较强的分析能力具有理论结合实际，独立解决生产中实际的能力二、札实的理论基础的含义1、铁-碳平衡图较全面的读懂与认识铁-碳平衡图，铁-碳平衡图是认识铸造合金与熔炼的理论基础。重要的是将铁-碳平衡图与生产实际结合起来，用理论指导实践，同时也可将复杂的实际问题上升至理论，加以进一步分析与归纳，以便更准确、有效地解决生产中的问题。2、组织与性能铸铁的性能是由其相对应的组织决定的，控制了铸铁的组织就控制了铸铁的性能，因此必须对铸铁的组织要有一个全面的了解。铸铁究竟具有哪些组织，铸铁组织是怎样影响铸铁性能的，这是铸造工程师必备的基础知识。3、组织的控制控制铸铁的组织是生产高质量铸件的关键，因此必须了解铸铁的组织是如何形成的，哪些因素影响组织的形成。我们如果控制这些因素以达到理想的组织，从而达到性能要求的目的。三、铁-碳平衡图1、为什么要看懂铁-碳平衡图铸铁的力学性能、铸造性能和使用性能，甚至切削加工性能等皆与铁-碳平衡图中的凝固过程及过程中形成的组织有关，只有了解凝固规律，才能控制所获得的凝固组织。铸铁的性能是由铸铁的组织决定的，生产中有多种因素会影响铸铁组织的形成，从铁-碳平衡图上可一目了然的分析出这些因素对组织的影响情况，从而通过控制形成的组织类型和数量来控制铸件的性能。铸造技术人员必须具备熟练应用铁-碳平衡图的能力，才能在生产实践中对铸件生产的各类问题进行有理论依据的分析，减少盲目性。2、什么是铁-碳合金相图在及缓慢冷却条件下，不同成分的铁碳合金在不同温度时形成各类组织的图形。这个图形说明什么呢，主要是说明：铸铁组织是在什么条件下形成的，即铸铁从液态到凝固到室温，不同成分的铁碳合金在不同温度时段其形成的组织是不同的。不了解各个时段的所形成的组织，就无法控制组织，当然也无法控制铸铁性能。3、什么是铁-碳合金双重相图铸铁中的碳能以石墨或渗碳体两种独立相存在，因此铁-碳相图存在两重性，及铁-石墨（C）相图与铁-渗碳体（Fe3C）相图，故称为铁-碳合金双重相图。这是什么意思呢？在生产实践中，我们要牢记铸铁中的碳是可以以石墨形式存在，也可以以渗碳体（Fe3C）形式存在的，又可以两相同时存在的。如以石墨形式存在的是灰铸铁，以渗碳体存在的是白口铸铁，两相同时存在的是麻口铸铁。因此在铁-碳合金相图上即有Fe-C（石墨）相图，又有Fe-Fe3C相图。所以称为双重相图。由于Fe-Fe3C相图在一定条件下可向Fe-C（石墨）相图转化，故称Fe-C（石墨）为稳定系相图，Fe-Fe3C为亚稳定系相图。图1为铁-碳合金的双重相图，虚线的稳定系的Fe-C（石墨）相图，实线的为亚稳定系的Fe-Fe3C相图图1　Fe-C（石墨）、Fe-Fe3C双重相图石墨为100%的碳，渗碳体Fe3C含碳量为6.67%。在铸造工厂中，炉前检验的三角试块，其尖端为白口，此处碳以Fe3C形式出现。试块厚部为灰口，此处以石墨形式出现。白口与灰口的过渡区为麻口，此处石墨与Fe3C共存。充分说明同一成分的铸铁即可按Fe-C（石墨）相图结晶，也可按Fe-Fe3C相图结晶。因此认识铁-碳相图的双重性是否重要4、铁-碳相图与铸铁的结晶认识铁-碳相图时，必须了解相图中的三个结晶阶段，两个临界点，4条特性曲线。液相线—析出初相固相线—析出共晶组织碳在奥氏体中的溶解曲线—析出二次石墨或2次渗碳体共析线—析出共析产物4条特性曲线共晶点—产生共晶转变共析点—产生共析转变铸铁的结晶 2个临界点初析结晶阶段共晶结晶阶段共析结晶阶段三个结晶阶段4条特性曲线在铁-碳平衡图4条特性曲线十分重要，这就是：液相线、固相线、共析线及固相线与共析线之间的碳在奥氏体中的溶解曲线。液相线特性见表1表1 铁-碳相图中液相线的特性名称曲线或临界点特性图标标识液相线BC线C’D’线CD线（1）该线称为液相线，此线以上为液相区，用L表示（2）铁液冷却至此线时，开始结晶并析出初相（3）BC线以下皆析出初生奥氏体，用A或γ表示。此线以下L与A同时存在。（4）在CD线以下析出初生渗碳体，用Fe3C表示。此线以下，L与Fe3C同时存在。（5）在C’D’线以下析出初生石墨，用G表示。此线以下L与G同时存在从表1可以看出，相图中的液相线有2个特性，一是铁液温度到达液相线温度时皆要析出初相组织；二是三条液相线析出的初相组织是不同的，分别为初生奥氏体、初生石墨、初生渗碳体。这三种初相对铸铁性能的影响差异极大。固相线特性见表2表2 铁-碳相图中固相线的特性名称曲线特性图标标识固相线（共晶线）ECF线E’C’F’线（1）该线称为固相线，铁液冷却至此线后凝为固体，此线以下为固态区（2）该线也称为