《汽车工程材料》教案(15,16)-铁碳合金相图
《汽车工程材料》教案（15,16）-铁碳合金相图
《汽车工程材料》教案（15,16）-铁碳合金相图主要教学步骤和教学内容★课程回顾：（5min）匀晶相图、共晶相图的结晶过程分析及形成的相与组织★课程导入：（5min）1、钢与铸铁性能有何不同，为什么？2、钢为什么要加热（烧红）再锻打？（提出问题，学生思考并回答）★新课讲授：（70min）铁碳合金相图钢铁材料是工业生产和日常生活中应用最广泛的金属材料，主要组元是铁和碳，故称铁碳合金。
实际上是Fe和Fe3C两个基本组元组成的Fe－Fe3C相图。
一、纯铁的同素异构转变自然界中有许多元素具有同素异构现象，即同一种元素在不同条件下具有不同的晶体结构。
当温度等外界条件变化时，晶格类型会发生转变，称为同素异构转变。
二、铁碳合金的基本组织及其性能（提出思考问题：为什么fcc比bcc可溶入更多间隙原子？）三、铁碳合金相图铁碳合金相图是人类经过长期生产实践以及大量科学实验后总结出来的，是研究钢和铸铁的基础，也是选择材料、制定热加工、热处理工艺的主要依据。
铁和碳可以形成一系列化合物，考虑到工业上的实用价值，目前常用ωc＜6.69%的铁碳合金。
在相图的左上角靠近δ-Fe部分还有一部分高温转变，由于实用意义不大，所以在一般的研究中，常将此部分省略简化。
1.特性点2．主要特性线各不同成分的合金中具有相同意义的临界点的连接线称为特性线。
简化的Fe- Fe3C 相图中各特性线的符号、位置和意义如下。
（1）AC线：液体向奥氏体转变的开始线。
冷却至该线时，液体中开始结晶出固相奥氏体，即：L→A。
（2）CD线液体向渗碳体转变的开始线。
冷却至该线时，液体中开始结晶出渗碳体，称为一次渗碳体。
即：L→Fe3CⅠ。
ACD线统称为液相线，在此线之上合金全部处于液相状态，用符号L表示。
（3）AE线液体向奥氏体转变的终了线。
ωc＜2.11%的液态铁碳合金冷却至此线，全部转变为单相奥氏体组织。
（4）ECF水平线共晶线。
ωc=4.3%~6.69%的液态铁碳合金冷却至此线时，将在恒温（1148℃）发生共晶转变，形成高温莱氏体。
铁碳合金状态图教案
铁碳合金状态图教案一、教学目标1. 让学生了解铁碳合金的基本概念和性质。
2. 使学生掌握铁碳合金状态图的构成和作用。
3. 培养学生运用铁碳合金状态图分析问题和解决问题的能力。
二、教学内容1. 铁碳合金的基本概念和性质2. 铁碳合金状态图的构成3. 铁碳合金状态图的作用4. 铁碳合金状态图的绘制方法5. 铁碳合金状态图的应用实例三、教学方法1. 讲授法：讲解铁碳合金的基本概念、性质和状态图的构成。
2. 演示法：展示铁碳合金状态图，讲解其作用和绘制方法。
3. 案例分析法：分析铁碳合金状态图在实际工程中的应用实例。
4. 小组讨论法：分组讨论铁碳合金状态图的应用问题。
四、教学准备1. 教材或教学资源：《金属材料与热处理》、《金属学》等。
2. 投影仪或白板：展示铁碳合金状态图。
3. 教学PPT：制作铁碳合金状态图教案的相关内容。
4. 案例材料：收集铁碳合金状态图在实际工程中的应用实例。
五、教学过程1. 导入：简要介绍铁碳合金的基本概念和性质，激发学生的学习兴趣。
2. 新课：讲解铁碳合金状态图的构成和作用，引导学生理解并掌握相关知识点。
3. 演示：展示铁碳合金状态图，讲解绘制方法，让学生直观地感受状态图的应用。
4. 案例分析：分析铁碳合金状态图在实际工程中的应用实例，培养学生运用知识解决问题的能力。
5. 小组讨论：分组讨论铁碳合金状态图的应用问题，促进学生之间的交流与合作。
6. 总结：回顾本节课的主要内容，强调铁碳合金状态图的重要性。
7. 作业布置：布置相关练习题，巩固所学知识。
六、教学评估1. 课堂问答：通过提问方式检查学生对铁碳合金基本概念和性质的理解。
2. 状态图绘制练习：让学生绘制简单的铁碳合金状态图，检验其对状态图构成和绘制方法的掌握。
3. 案例分析报告：评估学生在案例分析中的表现，包括分析问题的思路、运用知识的能力和团队合作精神。
七、教学拓展1. 邀请相关领域的专家或企业工程师进行讲座，分享铁碳合金状态图在实际工程中的应用经验和案例。
《工程材料》第五章 铁碳合金相图
二.制定热加工工艺方面的应用
第六节 铁碳合金的生产及分类
钢铁的冶炼。 钢锭的组织、质量及缺陷。 碳素钢的分类、编号及用途。
一.钢铁的冶炼
铸铁锭
生产铸铁件
高炉 炼铁
炼钢生铁
转炉 平炉 电炉
生产钢件
平炉炼钢
转炉炼钢
亚共析钢 ( hypoeutectoid steel )
过共析钢 ( hypereutectoid steel )
共晶白口铁 ( eutectoid white iron )
亚共晶白口铁( hypoeutectoid white iron )
过共晶白口铁( hypereutectoid white iron )
4.3%C
6.69%C Fe3C
Fe - Fe3C 相图
二. Fe - Fe3C 相图的分析
五个重要的成份点: P、S、E、C、K。 四条重要的线: EF、ES、GS、FK。 三个重要转变: 包晶转变反应式、共晶
转变反应式、共析转变反应式。 二个重要温度: 1148 ℃ 、727 ℃ 。
工程材料 机械制造基础 -Ⅰ
第五章 铁碳合金相图
第五章 铁碳合金相图 ( Iron – Carbon Phase Diagram )
Fe – C 相图的基础知识。 形成Fe - Fe3C 相图组元和基本组织的结
构与性能。 Fe - Fe3C 相图的建立与分析。 碳的质量分数对铁碳合金组织、性能的
共晶白口铁组织金相图
6.亚共晶白口铁 ( Wc = 3.0% )
亚共晶白口铁组织金相图
7.过共晶白口铁 ( Wc = 5.0% )
金属材料教案-铁碳合金相图
广东省技工学校文化理论课教案共3页第1页科目金属材料四章一节课题合金的组织授课日期9．1 6课时1班级12机电班授课方式讲授、分析、演示作业题数1拟用时间0．1小时教学目的1、了解合金的概念2、懂得合金的组织类型，及各类的组织成分。
选用教具挂图重点合金的组织类型难点合金的组织类型教学回顾第一章的内容。
审阅签名：年月日共3 页第 2 页新课由日常生活所见金属材料引入合金概念一、合金合金是一种金属元素与其他金属元素或非金属元素通过熔炼成或其他方法结合而成的具有金属特性的材料。
组元：组成合金的最基本的独立物质成为组元，组元可以为金属元素，非金属元素，或稳定的化合物。
相：在合金中成分，结构及性能相同的组成部分称为相。
二、合金的组织1、固溶体2、金属化合物3、混合物1、固溶体固溶体是一种组元的原子溶入另一组元的晶格中所形成的均匀固相。
溶入元素成为溶质，而基本元素成为溶剂，固溶仍然保持溶剂的晶格。
固溶体分类1、间隙固溶体：溶质原子分布于溶剂晶格间隙之中而形成2、置换固溶体：溶质原子置换了溶剂晶格提点上某些原子而形成。
2、金属化合物合金组元间发生相互作用而形成一种具有金属特性的物质称为金属化合物。
（其晶格类型不同于任一组元）具有熔点高，硬度高，脆性大的特点。
共 3 页第3页3、混合物两种或两种以上的相接一定质量分数组成的物质称为混合物（混和物中各相仍保持自己原来的晶格）小结1、合金的概念2、合金的组织主要有哪几种？作业1、预习第四章三节内容。
2、P51 1广东省技工学校文化理论课教案共4页第1页科目金属材料四章三节课题铁碳合金相图授课日期10．10课时6班级12机电班授课方式讲授、分析作业题数1拟用时间0．5小时教学目的1、了解铁碳合金的成分、组织和性能2、读懂铁碳合金相图的应用，并根据图中写出相应组织选用教具挂图重点1、铁碳合金的成分、组织和性能。
2、铁碳合金相图的应用。
难点铁碳合金的成分、组织和性能教学回顾1、合金的概念2、合金的组织主要有哪几种？审阅签名：年月日共4页第 2页一、铁碳合金的相及组织1、铁素体（F）碳溶解在a-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体，用符号F表示，溶解度：由于a-Fe属于体心立方晶格晶格间隙小，碳在a-Fe的溶解度小，在727℃a-Fe最大溶碳量仅为0.0218%，随着温度下降a-Fe性能：铁素体含碳量较低，所以其性能与纯铁相似，具有良好的塑性和韧性而强度和硬度较低。
汽车工程材料教案
教案一、课题：第一章金属材料力学性能指标二、教材分析：本章是《汽车材料》第一次课，是属于基础性知识，在教材的安排上是符合认知的过程三、（1）基础知识：掌握强度与塑性、硬度、冲击韧性及金属疲劳概念（2）能力培养：通过本次学习，培养学生在生产和生活中树立善于思考的良好习惯四、教学重点：金属材料的力学性能教学难点：屈服强度和金属疲劳概念五、课型：综合型六、教学方法：讨论+讲授七、教具：铁钉、铁片、铝片等,多媒体幻灯片八、课时：2九、教学过程：第一节课：第一章金属材料力学性能指标（板书）一）、组织教学：安定课堂教学秩序二）、请同学们回顾并思考以下两个问题：1）你所知道的汽车材料有哪些？2）汽车材料的选用与环境有关吗？三）引入新课：（一）、汽车材料分类：1、金属材料---黑色金属、有色金属、合金2、非金属材料----有机高分子、无机非金属材料、新型复合材料3、汽车运行材料---燃料、润滑剂、工作液（板书）（二）、金属材料性能：（分组讨论每组给出答案，老师点拨）1、使用性能----力学性能、物理性能、化学性能、其他性能2、工艺性能----压力加工性能、铸造性能、焊接性能、切削加工热处理（板书）（三）、1、力学性能定义：材料受到外力作用所表现出来的性能，又称机械能。
2、力学性能包括：强度、塑性、硬度、冲击韧性、抗疲劳性（板书）（四）、两个概念：（板书）1、强度---在外力作用下，金属材料抵抗永久变形和断裂的能力2、塑性---在外力作用下,金属材料产生永久变形而不断裂的能力(五)、同学分组讨论你们所知的外力（载荷）指的是哪些？并指出实例（六）强度有关知识：（请同学描述你所知的强度）（板书）（1）强度的大小用应力表示，金属材料在受到外力作用时必然在材料内部产生与外力相等的抵抗力，即内力。
（2）单位截面上的内力称为应力。
（3）用符号σ表示，σ=F/S（4）单位：Pa（5）通过拉伸试验得到的指标有；弹性极限、屈服强度、抗拉强度。
铁碳合金相图说课
铁碳合金相图说课——《铁碳合金相图》说课稿尊敬的各位领导、各位老师大家好，我今天说课的课题是《铁碳合金相图》，下面我将从说教材、说学生情况、说教法、说学法、说教学过程设计等方面来对本课进行说明。
一、教材分析：1.教材的地位和作用：《金属材料及热处理》是机械工业出版社出版的,为高等职业技术学校和高等专科学校的材料、机械及相近专业所必修的技术基础课. 在机械制造行业中有举足轻重的地位.，本书由金属的性能\金属学,热处理,金属材料等部分组成, 主要讲授材料的是成分、组织结构和性能之间的关系和改变材料性能的途径. 本书共分十五章,其中第一章金属材料的性能、第五章铁碳合金相图和第六章钢的热处理为本教材的核心内容,同时也是全书的重点和难点所在.金属材料中钢和铸铁（两者均属于铁碳合金）是工业中应用最广的，要掌握各种钢和铸铁的组织、性能、特点及热处理原理，首先必须了解铁碳合金中成分、组织与性能之间的相互关系。
铁碳合金相图就是研究铁碳合金组织与性能关系的重要工具，它为铁碳合金的选材提供了理论依据，同时又是制定铸、锻、热处理等加工工艺的重要依据之一，因此，《铁碳合金相图》是本课程的重要内容。
2．教学目标及确定依据根据本节课的主要内容、特点和培养学生能力的全面提高学生素质的教学思想，根据教学大纲的要求，结合学生现有的知识水平和理解能力，确定本课教学目标：●知识目标：了解铁碳相图的组成,熟悉相图特性点、特性线的含义；掌握简化的Fe-Fe3C相图，要求能够默画简化的Fe-Fe3C相图，并能够正确填写相区组织,铁碳合金的分类.●能力目标：通过演示、思考、归纳、运用知识的过程，培养学生的观察能力、思维能力和运用知识分析解决问题的能力。
●思想目标：从思想上认识到铁碳合金相图就是研究铁碳合金组织与性能关系的重要工具.3．重点、难点及确立依据结合本节课教材及学生的实际情况，本节课的重点是简化的Fe-Fe3C相图。
因为它是分析典型铁碳合金结晶过程的基础，是分析铁碳合金成分、组织和性能之间关系的工具，是铁碳合金选材的依据，是制定铸、锻、热处理等加工工艺的重要依据之一。
铁碳合金相图的兴趣教学
OCCUPATION2012 0192铁碳合金相图的兴趣教学文/邓维静大的困惑；学生只能自行其是，易养成不良习惯。
若增加辅导教师，也难以全面顾及，同时又难以保证课堂示范操作的讲授和示范的一致性，也不便于统一掌握实训情况，不便于统一负责、提高教学质量。
当实训人数为24人左右时，实习教师对学生的个别辅导率将会大大上升，使大多数学生得到及时的辅导，实习教师也便于掌握实训情况，掌握实训节奏，使实习教师的辅导更规范化。
五、有助于提高工件批改环节的有效性基础性技能训练的开始阶段，实习教师应对加工的工件提出严格要求，对制作的工件应及时评判，使学生了解工件加工的质量，以便寻找差距并及时改进和提高。
在车工技能训练中，可让学生多参加工件的检测、评比，使学生自己能发现问题，同时也增加了师生间的交流，有助于技能提高。
有时也可根据具体情况，在训练教学中采用结对、竞赛的方法，调动学生训练的积极性，提高训练教学质量。
那么执行学生自检，教师复检的检查制度是必不可少的。
可当学生人数愈多，教师需对学生的操作工件进行检验的工作量也愈多。
此时教师只能把大量的检验工作放在学生实训结束后进行。
减少了面批的次数，不利于教师及时对学生进行现场指导，也减少了对学生自检的监督，此时，反馈的信息迟缓。
不利于因势利导，积极发挥学生的主观能动性，不利于培养学生养成符合职业要求的职业习惯和专业素养。
若将实训人数减少至24人左右时，则能有效地减少了教师的工作量，增加了教师面批工件的概率，有利于提高工件批改环节的效果。
六、有助于提高实训教学管理的有效性班级中学生人数愈多，随之需要的实训空间也愈大，人员的安置就相对较松散，造成对学生实训纪律的控制和管理变得更为困难。
车工实训中的刀具刃磨时，教师只能指导个别学生进行操作练习（一般不能超过4人），使更多的学生处于一种失控状态。
要使学生完全进行自我管理，这是不现实，也是不可能的。
此时将会存在很多的隐患，安全文明生产都不能得以保证。
铁碳合金相图
韧性：铁碳合金在不同温度和压力下的 韧性变化
疲劳强度：铁碳合金在不同温度和压力 下的疲劳强度变化
耐磨性：铁碳合金在不同温度和压力下 的耐磨性变化
耐腐蚀性：铁碳合金在不同温度和压力 下的耐腐蚀性变化
合金设计
确定合金的化学 成分和组织结构
计算合金的性能 参数，如强度、 硬度、耐磨性等
拓展应用领域
航空航天：应用于航空发动机、火箭发动机等高温部件 汽车工业：应用于汽车发动机、排气系统等部件 能源领域：应用于核反应堆、太阳能电池等能源设备 生物医学：应用于生物医学植入材料、生物传感器等医疗器械
THANK YOU
汇报时间：20XX/XX/XX
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渗碳体相区
渗碳体相区是铁碳合金相图中的一个区域，位于铁碳合金相图的右上方。
渗碳体相区由铁素体和渗碳体组成，其中渗碳体是铁碳合金的主要组成相。
渗碳体相区的形成与碳含量有关，随着碳含量的增加，渗碳体相区的范围逐渐扩大。
渗碳体相区的存在使得铁碳合金具有较高的硬度和耐磨性，广泛应用于机械制造、汽车、航空 等领域。
建立更精确的模型
利用计算机模拟技术，建立更精确的铁碳合金相图模型 结合实验数据，对模型进行验证和优化 考虑合金元素对相图的影响，建立多元合金相图模型 研究相图与材料性能之间的关系，为材料设计和应用提供指导
应用新技术
计算机模拟技术：利用计算机模拟铁碳合金相图的形成和变化
实验技术：采用先进的实验设备，提高实验精度和效率 数据分析技术：利用大数据和人工智能技术，对铁碳合金相图数据进行深 入分析 材料设计技术：利用铁碳合金相图，设计新型材料和优化材料性能
材料选择
铁碳合金相图可以帮助选择合适的材料，以满足特定性能要求。 铁碳合金相图可以指导材料热处理工艺，以提高材料的力学性能和耐腐蚀性能。 铁碳合金相图可以帮助预测材料的相变行为，从而优化材料设计和加工工艺。 铁碳合金相图可以指导材料焊接工艺，以提高焊接质量和可靠性。
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主要教学步骤和教学内容
★课程回顾：（5min）
匀晶相图、共晶相图的结晶过程分析及形成的相与组织
★课程导入：（5min）
1、钢与铸铁性能有何不同，为什么？
2、钢为什么要加热（烧红）再锻打？
（提出问题，学生思考并回答）
★新课讲授：（70min）
铁碳合金相图
钢铁材料是工业生产和日常生活中应用最广泛的金属材料，主要组元是铁和碳，故称铁碳合金。
实际上是Fe和Fe3C两个基本组元组成的Fe－Fe3C相图。
一、纯铁的同素异构转变
自然界中有许多元素具有同素异构现象，即同一种元素在不同条件下具有不同的晶体结构。
当温度等外界条件变化时，晶格类型会发生转变，称为同素异构转变。
二、铁碳合金的基本组织及其性能
（提出思考问题：为什么fcc比bcc可溶入更多间隙原子？）
三、铁碳合金相图
铁碳合金相图是人类经过长期生产实践以及大量科学实验后总结出来的，是研究钢和铸铁的基础，也是选择材料、制定热加工、热处理工艺的主要依据。
铁和碳可以形成一系列化合物，考虑到工业上的实用价值，目前常用ωc＜6.69%的铁碳合金。
在相图的左上角靠近δ-Fe部分还有一部分高温转变，由于实用意义不大，所以在一般的研究中，常将此部分省略简化。
1.特性点
2．主要特性线
各不同成分的合金中具有相同意义的临界点的连接线称为特性线。
简化的Fe- Fe
3
C 相图中各特性线的符号、位置和意义如下。
（1）AC线：液体向奥氏体转变的开始线。
冷却至该线时，液体中开始结晶出固相奥氏体，即：L→A。
（2）CD线液体向渗碳体转变的开始线。
冷却至该线时，液体中开始结晶出渗碳体，称为一次渗碳体。
即：L→Fe3CⅠ。
ACD线统称为液相线，在此线之上合金全部处于液相状态，用符号L表示。
（3）AE线液体向奥氏体转变的终了线。
ω
c
＜2.11%的液态铁碳合金冷却至此线，全部转变为单相奥氏体组织。
（4）ECF水平线共晶线。
ω
c
=4.3%~6.69%的液态铁碳合金冷却至此线时，将在恒温（1148℃）发生共晶转变，形成高温莱氏体。
AECF线统称为固相线，液体合金冷却至此线全部结晶为固体，此线以下为固相区。
（5）ES线又称A
cm
线，是碳在奥氏体中的溶解度曲线。
1148℃时奥氏体溶碳量为最
大（ω
c
=2.11%），随着温度的降低，奥氏体的溶碳量逐渐减小，当温度降至上727℃时，
溶碳量减小至0.77%。
因此，凡是ω
c
＞0.77%的铁碳合金，当温度由1148℃降至727℃
时，均会从奥氏体中沿晶界析出渗碳体，称为二次渗碳体，用Fe
3C
Ⅱ
表示。
即：L→Fe
3
C
Ⅱ。
（6）GS线又称A
3线，是ω
c
＜0.77%的铁碳合金固态冷却时，奥氏体向铁素体转变
的开始线。
随着温度的下降，转变出的铁素体量不断增多，剩余奥氏体的碳量不断升高。
（7）GP线奥氏体向铁素体转变的终了线。
ω
c
＜0.0218%的铁碳合金冷却至此线时，
奥氏体全部转变为单相铁素体组织。
（8）PSK水平线共析线，又称A
1线。
ω
c
=0.0218%~6.69%的铁碳合金中的奥氏体冷
却至此线时，将在恒温下发生共析转变，转变成珠光体组织。
凡是ω
c
=0.0218%~6.69%
的铁碳合金都要发生共析转变。
（9）PQ线碳在铁素体中的溶解度曲线。
727℃时铁素体溶碳量最大为0.0218%，随
着着温度的降低，溶碳量不减小，当温度降至室温时，溶碳量降至0.0008%。
因此，ω
c ＞0.0218%的铁碳合金，从727℃降至室温时，均会由铁素体析出渗碳体，称为三次渗碳
体，用Fe
3C
Ⅲ
表示。
由于Fe
3
C
Ⅲ
数量极少，故一般在讨论中均不考虑。
由于生成条件不同，渗碳体可以分为Fe
3C
Ⅰ
、Fe
3
C
Ⅱ
、Fe
3
C
Ⅲ
、共晶渗碳体和共析渗碳
体五种。
尽管它们是同一相，但由于形态与分布不同，对铁碳合金的性能有着不同的影响。
3．相区
（1）单相区简化的Fe- Fe
3C相图中有F、A、L和Fe
3
C四个单相区。
（2）两相区简化的Fe- Fe
3C相图中有五个两相区，即L+A两相区、L+Fe
3
C两相区、
A+Fe
3C两相区、A+F两相区和F+ Fe
3
C两相区。
每个两相区都与相应的两个单相区相邻；两条三相共存线，即共晶线ECF，L、A和
Fe
3C三相共存，共析线PSK，A、F和Fe
3
C三相共存。
★课程小结：（10min）
1、铁的同素异构转变；
2、铁碳合金的基本相：铁素体、奥氏体、渗碳体；
组织：珠光体、莱氏体。
3、简化的铁碳合金相图
作业：画出Fe-Fe3C简化相图，并指出各点、线、区的含义。
主要教学步骤和教学内容
★课程回顾：（5min）
1、铁的同素异构转变；
2、铁碳合金的基本相：铁素体、奥氏体、渗碳体；
3、简化的铁碳合金相图
★课程导入：（5min）
1、钢和铸铁在相图中如何分类，依据是什么？
2、为什么钢一般用锻造成形，而铸铁常用铸造成形？
（提出问题，学生思考并回答）
★新课讲授：（70min）
一、铁碳合金的分类
铁碳合金由于成分的不同，室温下将得到不同的组织。
根据铁碳合金的含碳量及组织的不同，可将铁碳合金分为工业纯铁、钢及白口铸铁三类。
几种常见碳钢
类型亚共析钢共析钢过共析钢
钢号20 45 60 T8 T10 T12
碳质量分数／％0.20 0.45 0.60 0.80 1.00 1.20
二、典型铁碳合金的结晶过程
★课堂小结：（10min）
1、铁碳合金的基本分类；
2、典型铁碳合金结晶过程的基本规律总结作业：。