機(jī)械工程材料教案

1、機(jī)械工程材料課程教案0 緒論（需1h）0.1 授課的重點(diǎn)緒論課講授的重點(diǎn)是材料科學(xué)的發(fā)展，工程材料在機(jī)械工業(yè)中的地位和作用，本課程的研究對(duì)象、目的、性質(zhì)、內(nèi)容梗概與相應(yīng)重點(diǎn)章節(jié)說(shuō)明，以及學(xué)習(xí)要求等。使學(xué)習(xí)者在課程伊始，對(duì)機(jī)械工程材料課程的特點(diǎn)就有足夠了解與認(rèn)識(shí)，以便能有的放矢地制定自己的學(xué)習(xí)計(jì)劃、選擇恰當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)方法。0.2 基本要求1.了解學(xué)習(xí)本課程的目的與重要性； 2.明確本課程的研究對(duì)象，主要內(nèi)容及重點(diǎn)章節(jié)； 3.牢記貫穿本課程的“綱”材料的化學(xué)成分（ 化學(xué)組成）、組織結(jié)構(gòu)與性能之間的相互關(guān)系與變化規(guī)律。4.充分認(rèn)識(shí)本課程的性質(zhì)及學(xué)習(xí)方法等。0.3 學(xué)習(xí)方法指導(dǎo)學(xué)習(xí)本課程，要緊緊抓住“材料

2、的化學(xué)成分加工工藝組織、結(jié)構(gòu)性能應(yīng)用”之間的相互關(guān)系及其變化規(guī)律這個(gè)“綱”。綱舉目張，機(jī)械工程材料課程的各個(gè)部分、各章內(nèi)容都是以此“綱”為主線索而展開(kāi)的。希望學(xué)習(xí)者在開(kāi)始學(xué)習(xí)本課程就應(yīng)充分認(rèn)識(shí)到此點(diǎn)，并在學(xué)習(xí)過(guò)程中，始終牢牢把握住這個(gè)“綱”。0.4 .1機(jī)械工程材料基礎(chǔ)理論部分 （教材 第13章）1. 深刻了解機(jī)械工程材料的結(jié)構(gòu)和凝固（結(jié)晶）的基本規(guī)律及其對(duì)材料性能的影響；2. 熟悉機(jī)械工程材料在外力作用下的塑性變形及再結(jié)晶的基本原理；3. 熟練地掌握有關(guān)鐵碳合金相圖基本知識(shí)，具備分析與應(yīng)用鐵碳合金相圖的能力。0.4.2 機(jī)械工程材料的強(qiáng)化部分 （教材 第4章）1. 了解強(qiáng)化機(jī)械工程材料的基本

3、途徑與方法；2. 重點(diǎn)掌握工業(yè)用鋼的基本強(qiáng)化途徑，對(duì)于鋼的過(guò)冷奧氏體等溫與連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線（TTT、CCT曲線）不僅熟練掌握而且應(yīng)會(huì)分析、運(yùn)用，熟悉其各種轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織特征與性能；3. 熟悉各種熱處理（退火、正火、淬火、回火）工藝及其在零件加工工藝中的應(yīng)用；4. 了解鋼的表面工程技術(shù)的特點(diǎn)及用途，同時(shí)對(duì)淬透性及淬硬性的概念有一般了解。0.4.3 常用機(jī)械工程材料部分 （教材 第56章）1. 熟悉常用金屬材料的分類、成分、牌號(hào)、用途，常見(jiàn)失效形式，主要性能特點(diǎn)，常用熱處理工藝特點(diǎn)及相應(yīng)組織等，但對(duì)于特殊性能鋼可視不同專業(yè)有所側(cè)重；2. 了解常用聚合物材料、陶瓷材料及復(fù)合材料的種類、結(jié)構(gòu)、特性和應(yīng)

4、用，須視教學(xué)總學(xué)時(shí)多少來(lái)安排教學(xué)。0.4.4 合理選用機(jī)械工程材料部分 （教材 第7章）1. 熟悉合理選材的原則及思路，具有合理安排典型零件加工工藝路線的初步能力；2. 掌握典型零件的選材分析（工作條件性能要求常見(jiàn)的失效形式合理選材成分特點(diǎn)制定正確的熱處理工藝、判斷所獲得的組織用途舉例）。第一章 機(jī)械工程材料的結(jié)構(gòu)（共需5h）1.1 授課的重點(diǎn)與難點(diǎn)1.1.1 本章授課的重點(diǎn)機(jī)械工程材料的微觀結(jié)構(gòu)是決定其性能的最根本性因素。為此本章介紹的機(jī)械工程材料的微觀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，特別是實(shí)際機(jī)械工程材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等基礎(chǔ)理論是十分必要的。本章學(xué)習(xí)的重點(diǎn)是有關(guān)金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，它包括：（1）牢記有關(guān)晶體結(jié)構(gòu)

5、的基本概念；（2）熟知純質(zhì)材料中三種理想的典型晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以及晶體缺陷的類型、主要形式、對(duì)材料性能的影響； （3）明確立方晶系中晶面與晶向指數(shù)的表示方法（以掌握“簡(jiǎn)單指數(shù)”為主）；（4）掌握合金相結(jié)構(gòu)的基本類型、分類、總的性能特點(diǎn)及其在合金中的地位與作用。 1.1.2 本章學(xué)習(xí)的難點(diǎn)及易混肴處（1）線缺陷 兩種基本形式位錯(cuò)模型的建立；（2）立方晶系中，晶面指數(shù)與晶向指數(shù)的表示方法，晶面族與某具體晶面，晶向族與某具體晶向易混肴；1.2 基本要求（1）熟悉三種典型金屬晶體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，立方晶胞中晶面、晶向的表示方法，實(shí)際金屬中晶體缺陷的種類、主要形式及其對(duì)材料性能的影響；（2）掌握金屬合金相結(jié)構(gòu)的

6、基本類型、性能特點(diǎn)及其在合金中的地位與作用；（3）了解聚合物與陶瓷材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；（4）建立“相”、“組織”的概念。1.3 基本概念（1）各向異性、各向同性與偽各向同性； （2）同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變與純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變；（3）晶體與非晶體； （4）固溶強(qiáng)化；（5）相與組織的概念； （6）組元、固溶體與化合物；（7）單晶體與多晶體； （8）晶格、晶胞與晶格常數(shù)；（9）晶界與亞晶界； （10）位錯(cuò)與位錯(cuò)密度。1.4 學(xué)習(xí)方法指導(dǎo)1.4.1 聯(lián)想記憶法的應(yīng)用本章學(xué)習(xí)中，名詞、概念、基本術(shù)語(yǔ)固然較多，但只要結(jié)合實(shí)際學(xué)習(xí)，經(jīng)常聯(lián)系金工實(shí)習(xí)，聯(lián)系微觀結(jié)構(gòu)對(duì)性能的影響等加深理解，是完全可以學(xué)好這部分內(nèi)容的。例如，學(xué)

7、習(xí)金屬晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)要列舉實(shí)例，學(xué)習(xí)實(shí)際金屬晶體缺陷要聯(lián)系其對(duì)性能的影響；學(xué)習(xí)合金相結(jié)構(gòu)，就要理解其在合金中的地位與作用等。這樣不僅可加深對(duì)概念的理解，而且把“材料的性能一組織一結(jié)構(gòu)一工藝一成分和應(yīng)用”聯(lián)系起來(lái)學(xué)習(xí)，更有助于把握本課程的主脈搏。1.4.2 表格歸納法的應(yīng)用“表格歸納法”是深入理解、歸納、記憶有關(guān)內(nèi)容的一種良好方式，以下列舉一、二，供學(xué)習(xí)、復(fù)習(xí)時(shí)參考。（1）三種典型金屬晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（表1-1）。表1 1 三種典型金屬的晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)晶格類型代表符號(hào)晶格常數(shù)晶胞原子數(shù)原子半徑致密度配位數(shù)密排面密排方向舉例說(shuō)明體心立方BCCa20.688110111-Fe W V面心立方FCCa40.7

8、412 111110-Fe Al Cu密排六方HCPc/a6a/20.7412底面對(duì)角線Zn Mg Be（2）實(shí)際金屬晶體缺陷特征（表1-2）。表1 2 實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)（晶體缺陷）特征晶體缺陷類別主要形式對(duì)固體材料性能的影響點(diǎn)缺陷空位，間隙原子，置換原子金屬擴(kuò)散的主要形式線缺陷刃型位錯(cuò)，螺型位錯(cuò)加工硬化，固溶強(qiáng)化，彌散強(qiáng)化等面缺陷晶界，亞晶界易腐蝕，易擴(kuò)散，熔點(diǎn)低，強(qiáng)度高，細(xì)晶強(qiáng)化（3）合金相結(jié)構(gòu)的特征（表1-3）。表1-3 合金相結(jié)構(gòu)的特征類別分類在合金中的位置及所起作用主要力學(xué)性能特點(diǎn)固溶體間隙固溶體基體相提高塑性、韌度塑性、韌度好，強(qiáng)度比純組元高置換固溶體金屬化合物正常價(jià)化合物強(qiáng)化相

9、提高強(qiáng)度、硬度與耐磨性熔點(diǎn)高、硬度高但脆性大電子化合物間隙相復(fù)雜晶格間隙化合物1.6 課程進(jìn)度與學(xué)時(shí)分配（共5h）1.1 固態(tài)物質(zhì)中原子的排列方式，1.2 固體材料的晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 1.2.1 有關(guān)晶體結(jié)構(gòu)的基本概念；1.2.2 純金屬的晶體結(jié)構(gòu)（典型金屬的晶體結(jié)構(gòu)）1h1.2，1.3 實(shí)際晶體的特點(diǎn) 2h1.4 一般工程材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 2h2. 凝固、結(jié)晶與相圖（共需8h）2.1 授課的重點(diǎn)與難點(diǎn) 2.1.1 本章授課的重點(diǎn)物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)過(guò)程稱為凝固，物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)晶體的過(guò)程稱作結(jié)晶，而相圖則是研究材料的成分、組織結(jié)構(gòu)與性能之間相互關(guān)系和變化規(guī)律的有力工具。本章在確定工程材料結(jié)晶的

10、一般規(guī)律，剖析金屬結(jié)晶的充分、必要條件、結(jié)晶規(guī)律及控制結(jié)晶后晶粒大小的途徑、方法，介紹勻晶、共晶型兩類基本形式相圖分析方法的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)討論了鐵碳合金相圖。鐵碳合金相圖是本課程的第一個(gè)重點(diǎn)章節(jié)，因?yàn)殍F碳合金相圖是研究鋼鐵材料的成分、相和組織的變化規(guī)律以及與性能之間關(guān)系的重要理論基礎(chǔ)與有力工具。 此外，金屬結(jié)晶的條件、結(jié)晶的一般規(guī)律及控制結(jié)晶后晶粒大小的途徑與方法等亦應(yīng)十分明確。 2.1.2 本章學(xué)習(xí)的難點(diǎn)及易混肴處 （1）對(duì)相、組織，相組分、組織組分的概念易混肴，不易理解。具體表現(xiàn)在： 填寫(xiě)相圖（如3相圖）時(shí)，混淆了相組分及組織組分這兩種填寫(xiě)相圖的不同形式； 計(jì)算相組分或組織組分的相對(duì)質(zhì)量百分

11、數(shù)時(shí)，它們之間易產(chǎn)生混淆。（2）反映在對(duì)典型合金（如亞共析或過(guò)共析鋼）結(jié)晶過(guò)程的分析上：不理解為什么在兩相區(qū)內(nèi)，兩平衡相的成分與相對(duì)百分含量隨溫度變化而沿各自相線變化的呢？ 不明白為什么在書(shū)寫(xiě)三相共晶或共析反應(yīng)式時(shí)為什么必須注明溫度與各相的成分點(diǎn)呢？2.2 基本要求（1）明確金屬結(jié)晶的充分、必要條件，結(jié)晶的一般規(guī)律以及影響金屬結(jié)晶后晶粒大小的途徑與方法；（2）熟悉勻晶、共晶（包括共析）這兩類基本形式的二元合金相圖（其中包括相圖分析，典型合金的平衡結(jié)晶過(guò)程分析，杠桿定律的應(yīng)用，以及利用與區(qū)分相組分和組織組分這兩種填寫(xiě)相圖的方法等）；（3）熟練地掌握鐵碳合金相圖( 包括默畫(huà)鐵碳合金相圖、掌握、3、

12、等基本相，熟知相圖中重要點(diǎn)、線的含義, 能以冷卻曲線及語(yǔ)言文字分析典型合金尤其是鋼的平衡結(jié)晶過(guò)程，正確利用杠桿定律計(jì)算室溫下鋼的相組分、組織組分的相對(duì)百分含量以及掌握鐵碳合金的成分一組織一性能之間關(guān)系)。2.3 基本概念（1）過(guò)冷與過(guò)冷度； （2）金屬結(jié)晶的充分與必要條件；（3）相與組織，相組分與組織組分； （4）勻晶相圖與勻晶轉(zhuǎn)變；（5）-Fe，相與F； （6）、相與A；（7）共晶相圖與共析相圖； （8）杠桿定律的適用條件；（9）利用杠桿定律計(jì)算合金組織組分的理論依據(jù)是什么？（10）固溶強(qiáng)化與細(xì)晶強(qiáng)化。2.4 學(xué)習(xí)方法指導(dǎo)2.4.1 學(xué)習(xí)本章內(nèi)容時(shí)應(yīng)注意的幾點(diǎn)（1）注意區(qū)分相與組織，相組分（

13、相組成物）與組織組分（組織組成物）的關(guān)系與區(qū)別 “相”實(shí)質(zhì)上是晶體結(jié)構(gòu)相同狀態(tài)。因此，相與組織的區(qū)別就是結(jié)構(gòu)與組織的區(qū)別，結(jié)構(gòu)描述的是原子尺度，而組織則指的是顯微尺度。相 - 是指材料中結(jié)構(gòu)相同、化學(xué)成分及性能均一的組成部分，相與相之間有界面分開(kāi)。從結(jié)構(gòu)上講，“相”是合金中具有同一原子聚集狀態(tài)，而固相即指具有一定的晶體結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。 組織 - 一般系指用肉眼或在顯微鏡下所觀察到的材料內(nèi)部所具有的某種形態(tài)特征或形貌圖像，實(shí)質(zhì)上它是一種或多種相按一定方式相互結(jié)合所構(gòu)成的整體的總稱。因此，“相”構(gòu)成了“組織”。相與組織之間的關(guān)系 合金的組織可由單相固溶體或化合物組成，也可由一個(gè)固溶體和一個(gè)化合物或兩個(gè)

14、固溶體和兩個(gè)化合物等組成。正是由于這些相的形態(tài)、尺寸、相對(duì)數(shù)量和分布的不同，才形成各式各樣的組織。即組織可由單相組成，也可由多相組成。組織是材料性能的決定性因素。在相同條件下，不同的組織對(duì)應(yīng)著不同的性能。相組分與組織組分 人們把在合金相圖分析中出現(xiàn)的“相”稱為相組分（即相組成物），出現(xiàn)的“顯微組織”就稱為組織組分（即組織組成物）。實(shí)際上相組分就表示“相”，組織組分就表示“組織”。2.4.2 運(yùn)用聯(lián)想、對(duì)比記憶法進(jìn)一步區(qū)分“相”與“組織”應(yīng)聯(lián)系二元合金（如合金）結(jié)晶過(guò)程分析，區(qū)分相組分與組織組分；應(yīng)對(duì)比不同成分的二元合金（如合金）結(jié)晶過(guò)程分析，區(qū)分相組分與組織組分；應(yīng)依據(jù)不同成分的二元合金（如合

15、金）的成分組織性能變化規(guī)律，區(qū)分相組分與組織組分。2.4.3 固溶體合金的結(jié)晶規(guī)律勻晶反應(yīng)生成固溶體，其平衡結(jié)晶特點(diǎn)是:（1）在一定過(guò)冷溫度下, 通過(guò)形核、長(zhǎng)大兩個(gè)過(guò)程進(jìn)行結(jié)晶；（2）結(jié)晶是在變溫下進(jìn)行的；（3）在結(jié)晶過(guò)程中兩相的成分不斷發(fā)生變化，同時(shí)兩相的相對(duì)質(zhì)量比符合杠桿定律。但若快冷時(shí)，則易出現(xiàn)枝晶偏析。2.4.4 初生相初晶與次生相（二次相）的區(qū)別 初生相是由液體中首先結(jié)晶出來(lái)的固相，亦稱初晶。而次生相系指由固溶體中析出的新固相，亦稱二次相。在同一相圖中，初生相（或）與次生相（或）是屬于同一相，但卻形成兩種不同的組織。這是由于它們的形成條件，形態(tài)、數(shù)量、分布等均不相同所致。初生相由于結(jié)

16、晶溫度較高、結(jié)晶條件較好，并以樹(shù)枝狀方式長(zhǎng)大，所以一般較粗大。而次生相是在低溫下僅靠原子擴(kuò)散從固態(tài)下析出，結(jié)晶條件不好，故一般長(zhǎng)得細(xì)小，大多分布于晶界或固溶體中。由于次生相的析出是通過(guò)原子在固溶體中的擴(kuò)散來(lái)完成的，故快冷時(shí)可抑制或阻止次生相的析出，在室溫下得到過(guò)飽和固溶體。過(guò)飽和固溶體與二次相的析出在工程上具有重要意義。2.4.5 杠桿定律及其應(yīng)用杠桿定律表示平衡狀態(tài)下兩平衡相的化學(xué)成分與相對(duì)重量之間的關(guān)系?？捎脕?lái)定量計(jì)算兩平衡相分別占總合金的重量百分?jǐn)?shù)，即各相的相對(duì)重量。亦可用它來(lái)近似確定組織中各組織組分的相對(duì)重量。 運(yùn)用杠桿定律時(shí)要切實(shí)注意：（） 只適用于平衡狀態(tài)下；（） 只適用于兩相區(qū)；

17、（） 杠桿的總長(zhǎng)度為兩平衡相的成分點(diǎn)之間的距離，杠桿的支點(diǎn)一般為合金成分點(diǎn)，杠桿的位置由所處的溫度決定；（） 當(dāng)用杠桿定律計(jì)算組織組分時(shí)，必須依據(jù)該合金的平衡結(jié)晶過(guò)程分析，找出與組織相對(duì)應(yīng)的兩相區(qū)，使組織組分與相應(yīng)的相組分相呼應(yīng)，才能進(jìn)而應(yīng)用杠桿定律近似計(jì)算組織組分的相對(duì)百分含量。 2.4.6 共晶型反應(yīng)產(chǎn)物的組織特征 共晶反應(yīng)( 共析反應(yīng)）得到的反應(yīng)產(chǎn)物為共晶體（共析體）組織，其組織特征是兩相相間交替排列，并呈層狀、點(diǎn)狀、球狀和螺旋狀等。其結(jié)晶特點(diǎn)是：亦是在一定過(guò)冷度下，通過(guò)形核與長(zhǎng)大過(guò)程進(jìn)行結(jié)晶；結(jié)晶是在恒溫下進(jìn)行；在結(jié)晶過(guò)程中反應(yīng)相、生成相的成分是恒定的；在三相水平線上不能應(yīng)用杠桿定律；

18、若冷卻速度較快時(shí)，成分接近共晶合金的亞共晶或過(guò)共晶合金會(huì)抑制初生相的結(jié)晶，形成類似共晶組織的機(jī)械混合物，稱為偽共晶組織。 2.4.7 鐵碳合金中的基本相與基本組織（表2-1示） 鐵碳合金的基本相有鐵素體、奧氏體和滲碳體三種，其中前二種屬于固溶體, 后者屬于化合物。 鐵素體、奧氏體均具有良好的塑性和韌性，而滲碳體則硬而脆。由基本相所形成的鐵碳合金的基本組織有鐵素體、奧氏體、滲碳體（一次、二次、三次滲碳體之分）、珠光體、萊氏體（有低溫與高溫萊氏體之分）等五種。其特點(diǎn)歸納列于表2-1。2.4.8 鋼的分類，組織組分，相組分及其計(jì)算，如表2-2所示。 2.4.9 鐵碳合金中的五種滲碳體的特征，見(jiàn)表2-

19、3示。鐵碳合金的分類表，如表2-4所示。 表2 1 鐵碳合金中的基本組織表2-2 鋼的分類、組織組分、相組分及其計(jì)算表2 3 鐵碳合金中的滲碳體表2 4 鐵碳合金的分類2.4.11 口訣助記法的應(yīng)用 （1）如何識(shí)記鐵碳相圖中特性點(diǎn)的合碳量？ “韓探亮（含碳量）爬山，攜帶四個(gè)蛋（0.0008%）。 日食其半（0.0218%），爬至E點(diǎn)（2.11%）已無(wú)蛋； 到達(dá)西天（C點(diǎn)），食點(diǎn)山（4.3%）。” （2）如何正確、快速地填寫(xiě)經(jīng)簡(jiǎn)化了的鐵碳相圖呢？ 以相組分形式填寫(xiě)相圖鐵碳相圖“二四五” 鐵碳相圖二四五：二是共晶和共折； 四種單相要牢記，液、奧、鐵素、滲碳體； 五個(gè)二相區(qū)易記，兩“單”相會(huì)在一起。

20、 以組織組分形式填寫(xiě)相圖鐵碳組織圖“四七” 鐵碳組織圖四七，不同之處在晶析； 共晶下面分四區(qū)，共析下面區(qū)分七。2.4.12 如何利用鐵碳合金相圖分析鋼的平衡結(jié)晶過(guò)程呢？（1）當(dāng)用語(yǔ)言文字描述時(shí)：首先畫(huà)出所分析成分合金的合金垂線；通過(guò)單相區(qū)時(shí)屬于簡(jiǎn)單冷卻；通過(guò)兩相區(qū)時(shí)： 、兩平衡相相對(duì)含量隨溫度下降而變化； 、兩平衡相成分分別沿各自相線變化。與三相水平線相交時(shí)，應(yīng)寫(xiě)明反應(yīng)式、同時(shí)標(biāo)注成分、溫度條件。（2）應(yīng)用冷卻曲線描述時(shí)：應(yīng)注明冷卻曲線的溫度、時(shí)間坐標(biāo)；單相區(qū)簡(jiǎn)單冷卻，其曲線較陡；兩相區(qū)即勻晶轉(zhuǎn)變或二次析出轉(zhuǎn)變時(shí)，其曲線較緩；三相區(qū)為一水平線，注意其上應(yīng)寫(xiě)明反應(yīng)式；一定注明室溫組織。2.6 課

21、程進(jìn)度與學(xué)時(shí)分配2.1 材料的凝固過(guò)程 1h2.2 二元相圖的基本類型 一、相圖的建立，二、勻晶相圖，三、共晶相圖（部分） 2h2.2 二元相圖的基本類型 三、共晶相圖（部分） 七、相圖與性能之間的關(guān)系 2h2.3 鐵碳合金相圖分析 3h采用討論式課堂教學(xué)法，即首先由學(xué)生提出問(wèn)題，師生之間相互討論，然后由教師或提問(wèn)題的學(xué)生進(jìn)行小結(jié)，最后教師總結(jié)。討論式課堂教學(xué)的關(guān)鍵是學(xué)生必須課前充分自學(xué)或預(yù)習(xí)相關(guān)內(nèi)容，這樣才能在課堂上提出問(wèn)題。 3 材料的力學(xué)行為、塑性變形與再結(jié)晶（需3h）3.1 授課的重點(diǎn)與難點(diǎn) 3.1.1 本章授課的重點(diǎn)材料在外力作用下會(huì)發(fā)生變形，這種變形通常包括彈性變形與塑性變形兩種塑

22、性變形是金屬材料的一種重要加工成形方法，而且更為重要的是塑性變形還可改變材料內(nèi)部組織與結(jié)構(gòu)并影響其宏觀性能因此本章討論的重點(diǎn)是金屬塑性變形（主要是滑移變形）的特點(diǎn)，塑性變形對(duì)金屬組織、性能的影響（特別是加工硬化）以及回復(fù)與再結(jié)晶的有關(guān)概念。 3.1.2 本章學(xué)習(xí)的難點(diǎn)及易混肴處 塑性變形（滑移變形）的微觀機(jī)制 即位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)不易接受，應(yīng)結(jié)合觀看電教片“活的位錯(cuò)”等，及時(shí)樹(shù)立起位錯(cuò)的易動(dòng)性的概念。 計(jì)算金屬的再結(jié)晶溫度的經(jīng)驗(yàn)公式，看似簡(jiǎn)單，但在使用時(shí)經(jīng)常出錯(cuò)。應(yīng)注意：（1）再結(jié)晶溫度經(jīng)驗(yàn)公式的適用條件，一是僅適用于純金屬，二是計(jì)算時(shí)必須使用絕對(duì)溫度。（2）再結(jié)晶溫度與再結(jié)晶退火溫度的區(qū)別，絕對(duì)不能

23、混為一談。3.2 基本要求（1）熟悉金屬塑性變形（以滑移為主）的特點(diǎn)及其微觀機(jī)制；（2）了解塑性變形對(duì)金屬組織與性能的影響，重點(diǎn)掌握加工硬化的定義、機(jī)理及在生產(chǎn)中的實(shí)際意義；（3）掌握有關(guān)再結(jié)晶的概念，明確再結(jié)晶溫度及再結(jié)晶退火溫度的確定；（4）比較并總結(jié)強(qiáng)化金屬材料的四種基本方式細(xì)晶強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化與加工硬化。3.3 基本概念（1）塑性變形與超塑性變形； （2）滑移變形與孿生變形；（3）結(jié)晶、再結(jié)晶與重結(jié)晶； （4）加工硬化、細(xì)晶強(qiáng)化與彌散強(qiáng)化；（5）冷變形加工與熱變形加工； （6）去應(yīng)力退火與再結(jié)晶退火；（7）再結(jié)晶溫度與再結(jié)晶退火溫度； （8）塑性變形的微觀機(jī)制3.4 學(xué)習(xí)方法指

24、導(dǎo) 本章涉及到有關(guān)基礎(chǔ)理論知識(shí)較多，既有較深的塑性變形理論，又與生產(chǎn)實(shí)際緊密相連，具有很強(qiáng)的理論性與實(shí)踐性。學(xué)習(xí)時(shí)一定注意遵循一定的規(guī)律分析與理解教材內(nèi)容，應(yīng)緊密聯(lián)系金工實(shí)習(xí)，則學(xué)習(xí)效果更佳。學(xué)習(xí)本章內(nèi)容時(shí)應(yīng)注意：（1）按照材料的“化學(xué)成分加工工藝組織結(jié)構(gòu)性能應(yīng)用”這一主線索去分析和理解冷、熱變形加工（塑性變形）過(guò)程中的各種現(xiàn)象，以便深入理解這些現(xiàn)象的本質(zhì)及加深記憶表31 歸納列出了冷、熱變形加工對(duì)于金屬組織和性能的不同影響。表3-1 塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響變形類型工藝方法組織變化性能變化冷變形加工冷軋、拉拔、冷擠壓、冷沖壓、冷鐓等晶粒沿變形方向伸長(zhǎng)，形成冷加工纖維組織趨于各向異性晶粒

25、破碎，形成亞結(jié)構(gòu)，位錯(cuò)密度增加強(qiáng)度提高，塑性下降，造成加工硬化，密度下降冷拉、冷軋等晶粒位向趨于一致，形成形變織構(gòu)趨于各向異性熱變形加工自由鍛、模鍛、熱軋、熱擠壓等焊合鑄造組織中存在的氣孔，縮松等缺陷力學(xué)性能提高，密度提高擊碎鑄造柱狀晶粒、粗大枝晶及碳化物，偏析減少，晶粒細(xì)化夾雜物沿變形方向伸長(zhǎng)，形成流線組織，緩慢冷卻可形成帶狀組織趨于各向異性，沿流線方向力學(xué)性能提高（2）緊密圍繞本章的學(xué)習(xí)要求與重點(diǎn)，結(jié)合有關(guān)密切聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際的應(yīng)用型習(xí)題，或直接與生產(chǎn)實(shí)踐相聯(lián)系來(lái)分析幾種典型實(shí)例或壓力加工零件的變形過(guò)程，進(jìn)一步加深對(duì)加工硬化、再結(jié)晶溫度，冷、熱變形加工等基本概念的理解，防止“閉門(mén)造車”式的空想

26、、主觀臆斷及死記硬背等。（3）為了有效地培養(yǎng)和提高學(xué)生獨(dú)立分析與解決實(shí)際問(wèn)題的能力，要求學(xué)習(xí)者獨(dú)立完成教師布置的作業(yè)與習(xí)題，提倡同宿舍、同小組之間相互切磋、相互討論，對(duì)有關(guān)與生產(chǎn)實(shí)習(xí)密切聯(lián)系的某些壓力加工零件的加工等以求理解更深刻。（4）在學(xué)習(xí)本章的過(guò)程中，應(yīng)注意聯(lián)系第一章“材料的結(jié)構(gòu)”的有關(guān)知識(shí)來(lái)認(rèn)識(shí)、理解、深化本章的學(xué)習(xí)內(nèi)容。3.5 課程進(jìn)度與學(xué)時(shí)分配3.1 材料的力學(xué)行為與塑性變形 1h3.2 冷變形加工對(duì)材料組織與性能的影響3.3 冷變形加工的材料在加熱時(shí)組織與性能的變化3.4 熱變形加工3.5 超塑性成形簡(jiǎn)介 2h4 機(jī)械工程材料的強(qiáng)韌化 鋼的熱處理與合金化原理（共需8h）4.1 授

27、課的重點(diǎn)與難點(diǎn) 4.1.1 本章授課的重點(diǎn)本章主要在歸納、概括機(jī)械工程材料強(qiáng)韌化的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)討論了鋼鐵材料強(qiáng)韌化的兩條主要途徑：一是對(duì)鋼鐵材料實(shí)施熱處理，二是通過(guò)調(diào)整鋼的化學(xué)成分，加入合金元素（亦即鋼的合金化原理），以改善鋼的性能。鋼鐵材料熱處理（包括4-熱處理原理，4-熱處理工藝）系本章學(xué)習(xí)重點(diǎn)，而合金元素在鋼中作用亦是下一章重點(diǎn)討論的問(wèn)題。因此本章學(xué)習(xí)，應(yīng)充分把握與重視鋼鐵熱處理原理與工藝（4，4）部分，同時(shí)它亦是本課程學(xué)習(xí)的第二個(gè)重點(diǎn)，是學(xué)好本課程的關(guān)鍵所在。鋼鐵熱處理是通過(guò)加熱、保溫和冷卻方式借以改變合金的組織與性能的一種工藝方法。其基本內(nèi)容包括熱處理原理及熱處理工藝兩大方面鋼鐵熱處

28、理原理（4 ）是基礎(chǔ)與理論指導(dǎo)，而熱處理工藝（4）則是具體應(yīng)用 4.1.2 本章學(xué)習(xí)的難點(diǎn)及易混肴處 鋼鐵熱處理原理是本章學(xué)習(xí)的難點(diǎn)?！半y”在何處？“難”在對(duì)于“五大轉(zhuǎn)變”所獲得組織的形成條件，組織特征，以及性能特點(diǎn)掌握不好，往往感覺(jué)無(wú)所適從。如何克服這一“難點(diǎn)”呢？對(duì)于加熱過(guò)程（奧氏體轉(zhuǎn)變），首先必須明確其加熱轉(zhuǎn)變的理論依據(jù)是什么？是鐵碳相圖，是變化了的鐵碳相圖。加熱溫度范圍的確定，就是依據(jù)變化了的鐵碳合金相圖。對(duì)于冷卻轉(zhuǎn)變，必須明確C曲線（對(duì)應(yīng)過(guò)冷奧氏體等溫冷卻轉(zhuǎn)變）、CCT曲線（對(duì)應(yīng)過(guò)冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變）是其理論依據(jù)。因此，C（CCT）曲線的物理意義（含義）必須搞清，這也是最基本的知識(shí)

29、。C（CCT）曲線的物理意義包含其上各條線的含義，以及各個(gè)區(qū)域所對(duì)應(yīng)的組織。C（CCT）曲線上匯合了三大類型組織（珠光體型，馬氏體型與貝氏體型）的形成條件，組織特征以及性能特點(diǎn)。熟悉了C（CCT）曲線的物理意義，我們就可配合不同熱處理?xiàng)l件下的冷卻速度曲線，來(lái)分析所獲得的組織，從而預(yù)測(cè)其性能。還有一種類型的組織轉(zhuǎn)變就是淬火鋼的回火轉(zhuǎn)變。其前提條件就是首先經(jīng)淬火獲得馬氏體，然后于不同回火溫度進(jìn)行回火，從而分別獲得回火馬氏體，回火托氏體，回火索氏體。應(yīng)注意的是索氏體與回火索氏體，馬氏體與回火馬氏體，托氏體與回火托氏體應(yīng)從其形成條件，組織形態(tài)特征及主要性能特點(diǎn)三方面嚴(yán)格區(qū)分開(kāi)來(lái)。4.2 基本要求（1）

30、熟悉工程材料常見(jiàn)的強(qiáng)化方式，了解其機(jī)理；（2）明確工程材料強(qiáng)韌化的基本途徑；（3）牢固軍握鋼鐵熱處理的基本原理，并熟悉常見(jiàn)熱處理工藝的工藝特點(diǎn)及適用范圍等；（4）充分認(rèn)識(shí)合金元素在鋼中的作用（即鋼的合金化原理）；（5）了解聚合物與陶瓷材料的強(qiáng)韌化特征。4.3 基本概念（1）淬透性、淬硬性與淬透層深度； （2）（上）臨界冷卻速度VKC; （3）奧氏體的本質(zhì)晶粒度、起始晶粒度與實(shí)際晶粒度; （4）奧氏體，過(guò)冷奧氏體與殘余奧氏體； （5）球化體與片狀珠光體；（6）珠光體、索氏體與托氏體； （7）再結(jié)晶退火與重結(jié)晶退火；（8）回火脆性與二次硬化。4.4 學(xué)習(xí)方法指導(dǎo)4.4.1 如何掌握共析碳鋼過(guò)冷奧氏

31、體冷卻轉(zhuǎn)變曲線（即、CCT曲線）呢？ （1）應(yīng)牢記共析碳鋼的“C”、“CT”曲線的物理意義（即“”、“CCT”曲線中各條特性線的含義，各個(gè)區(qū)域相應(yīng)組織類別等）； （2）會(huì)應(yīng)用“”、“CCT”曲線分析不同冷速（不同熱處理?xiàng)l件）下的組織特征，如圖4 1 示圖4-1 共析碳鋼于不同冷卻條件下的組織4.4.2 熟悉過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的形成條件、組織形態(tài)與性能特點(diǎn)，是掌握不同條件下所形成組織的關(guān)鍵 現(xiàn)將過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的形成、組織形態(tài)與性能特征歸納、整理于表4-1中，供學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)總結(jié)時(shí)參考。4.4.3 圖表記憶法的應(yīng)用（1）淬火鋼回火時(shí)的轉(zhuǎn)變特征以及回火種類、回火組織形態(tài)與性能特點(diǎn)等歸納于表4-2、4

32、-3中，供學(xué)生比較、使用。（2）熱處理工藝種類繁多，特別是其加熱溫度范圍及適用條件等易混淆，已歸納于表4 - 中，望學(xué)生能互相比較、對(duì)照，找出其異同點(diǎn)，特別注意該工藝運(yùn)用于何類鋼等。表4-1 過(guò)冷奧氏體等溫冷卻轉(zhuǎn)變的類型、產(chǎn)物、性能及特征表4 2 淬火鋼回火時(shí)的轉(zhuǎn)變特征表4 3 回火組織及性能特點(diǎn)小結(jié)4.4.4 概括記憶法的應(yīng)用鋼鐵熱處理原理可以概括為“兩大過(guò)程”，“五大轉(zhuǎn)變”?！皟纱筮^(guò)程”，即指鋼在加熱時(shí)的奧氏體形成過(guò)程與過(guò)冷奧氏體在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變過(guò)程。“五大轉(zhuǎn)變”，意指奧氏體的形成、珠光體轉(zhuǎn)變、馬氏體轉(zhuǎn)變與貝氏體轉(zhuǎn)變。鋼鐵熱處理亦可概括為“五把火”：退火、正火、淬火、回火與表面強(qiáng)化熱處理。4

33、.4.5 歌訣記憶法的應(yīng)用學(xué)好本章重點(diǎn)內(nèi)容（鋼鐵熱處理原理與工藝）的關(guān)鍵在于是否熟練地掌握了鋼的“”、“CCT”曲線，為此應(yīng)會(huì)默畫(huà)、熟悉曲線圖中各條線的含義及各個(gè)區(qū)域相應(yīng)組織。以下列出兩個(gè)助記歌訣作為“引子”，以期達(dá)到拋磚引玉，希望學(xué)生能獨(dú)立動(dòng)腦，編出更多、更好的記憶歌訣。“曲線歌”共析碳鋼曲線，貌似雙C 字并行?！啊鄙掀街本€A1，奧氏存在穩(wěn)定區(qū)； “”下水平MS線，馬氏轉(zhuǎn)變開(kāi)始域； 左“”字示起始線，線左過(guò)冷奧氏區(qū)； 右“”字示終止線，線右轉(zhuǎn)變產(chǎn)物區(qū)； 兩之間過(guò)渡區(qū)，過(guò)奧、產(chǎn)物并行存。 “鋼的熱處理”歌訣助記 零件加工工藝中，鋼熱處理最關(guān)鍵； 五大轉(zhuǎn)變五把“火”，過(guò)程轉(zhuǎn)變把“火”點(diǎn)。 加熱過(guò)

34、程鐵碳圖，冷卻過(guò)程兩“”線； 奧、珠、貝、馬及回火，五大轉(zhuǎn)變?nèi)谪炌āＭ苏?、淬、回及表面，還有VK及淬透；結(jié)合兩“”辨組織，靈活運(yùn)用重實(shí)踐。4.6 課程進(jìn)度與學(xué)時(shí)分配 4.1 材料的強(qiáng)化與強(qiáng)韌化 4.2 鋼鐵材料熱處理原理 一、鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變 2h 4.2 鋼鐵材料熱處理原理 4.3 鋼鐵材料熱處理工藝 2h 4.4 表面強(qiáng)化技術(shù) 4.5 特種熱處理技術(shù) 4.6 鋼的合金化原理與冶金質(zhì)量 2h “鋼鐵材料熱處理”部分討論式課堂教學(xué) 2h5 常用金屬材料（共需6h）5.1 授課的重點(diǎn)與難點(diǎn) 5.1.1 本章授課的重點(diǎn)金屬材料包括工業(yè)用鋼、鑄鐵與有色金屬合金等，而工業(yè)用鋼又可分為碳鋼與合金鋼，它們

35、都是機(jī)械工程上應(yīng)用廣泛的金屬材料，特別是工業(yè)用鋼的應(yīng)用最為廣泛。因此，工業(yè)用鋼一節(jié)作為本章乃至常用機(jī)械工程材料部分的一學(xué)習(xí)重點(diǎn)，同時(shí)它亦是本課程教學(xué)的第三個(gè)重點(diǎn)。隨著現(xiàn)代工程技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)用鋼特別是合金鋼在金屬材料中的地位與作用日益突出，因而成為本章、本課程的學(xué)習(xí)重點(diǎn) 在工業(yè)用鋼中，按用途分類是鋼的最主要的分類方法，它可分為結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特殊性能鋼三大類，其中以用途最為廣泛的結(jié)構(gòu)鋼為重點(diǎn)，其次為工具鋼、特殊性能鋼。鋼的種類、數(shù)量繁多，不可能也沒(méi)有必要逐個(gè)都記住，因此學(xué)習(xí)的重點(diǎn)要求在每類鋼（按用途分類）中能熟練地掌握二、三個(gè)用途最為廣泛的典型鋼號(hào)。應(yīng)做到：（1）從典型牌號(hào)即能推斷出其類別，并

36、會(huì)分析其中碳與所含合金元素的含量及其所起的主要作用；（2）同時(shí)應(yīng)明確該鋼的主要性能特點(diǎn)，熟悉常用的熱處理工藝特點(diǎn)、使用狀態(tài)下的組織以及典型用途等。在鑄鐵與有色金屬合金中，由于鑄鐵件價(jià)格便宜、工藝性能好而在各類機(jī)械中約占機(jī)器總重量的45%-90%，有色金屬合金因其具有一系列不同于鋼鐵材料的特殊性能（物理、化學(xué)及機(jī)械等方面），亦成為現(xiàn)代工業(yè)中不可缺少的、重要工程材料。此部分的學(xué)習(xí)重點(diǎn)為三個(gè)原理（鑄鐵的石墨化過(guò)程、鋁合金的時(shí)效強(qiáng)化以及滑動(dòng)軸承合金的組織要求），三類合金（鑄鐵，鋁合金與滑動(dòng)軸承合金）的性能、組織、分類、牌號(hào)表示方法與應(yīng)用等?？傊?，通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，使之能做到初步正確選材，這對(duì)材料使用者是

37、極為重要的，這也是本章中工業(yè)用鋼一節(jié)之所以被列為本課程第三個(gè)重點(diǎn)的主要原因。 5.1.2 本章學(xué)習(xí)的難點(diǎn)及易混肴處 詳見(jiàn)5.4.3 攻克“難點(diǎn)”，切實(shí)掌握好“工業(yè)用鋼”這一重點(diǎn)內(nèi)容。5.2 基本要求（1）熟悉常用金屬材料（包括工業(yè)用鋼、鑄鐵與有色金屬合金）的分類和編號(hào)方法，要做到從其牌號(hào)即可判斷其種類、大致化學(xué)成分、主要加工工藝特點(diǎn)及相應(yīng)組織、主要用途與主要性能特點(diǎn)等；（2）熟練地掌握常用工業(yè)用鋼（重點(diǎn)是合金鋼）的類別（按用途分類）、典型牌號(hào)、碳與合金元素的含量及主要作用、主要性能特點(diǎn)、常用熱處理工藝選擇、使用態(tài)組織以及典型用途等；（3） 深入理解鑄鐵的石墨化過(guò)程與影響因素，鋁合金的強(qiáng)化途徑與

38、方法，以及滑動(dòng)軸承合金的性能特點(diǎn)與組織要求等。5.3 基本概念（）固溶處理與水韌處理 ； （）回火穩(wěn)定性與二次硬化 ；（）合金元素與雜質(zhì)元素 ； （）蠕變極限與屈服強(qiáng)度 ；（）石墨化 ； （）可鍛化退火 ； （）時(shí)效強(qiáng)化； （8） 紅硬性。5.4 學(xué)習(xí)方法指導(dǎo)金屬材料系機(jī)械工程中用途最為廣泛，最為重要的一類機(jī)械工程材料。由于金屬材料部分內(nèi)容龐大、種類繁多，而形似流水賬，學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)往往感到學(xué)習(xí)內(nèi)容太多了，學(xué)習(xí)起來(lái)既敘述枯燥、又不便記憶。那么，如何學(xué)習(xí)好本章內(nèi)容呢？正確地選擇常用金屬材料是機(jī)械類、近機(jī)械類各專業(yè)課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)乃至實(shí)際工作中進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)不可缺少的重要一環(huán)，為此建議學(xué)生學(xué)習(xí)本章內(nèi)容

39、時(shí)，注意“理清思路、善于歸納，把握重點(diǎn)、以點(diǎn)帶面”。5.4.1 理清思路，善于歸納 如在“工業(yè)用鋼”一節(jié)中，應(yīng)注意理清思路，即按照“典型鋼號(hào)主要用途性能要求化學(xué)成分特點(diǎn)（碳及合金元素的百分含量與主要作用）熱處理工藝特點(diǎn)及相應(yīng)組織”這一主線索，運(yùn)用歸納、小結(jié)的方法去梳理、概括、歸納各部分內(nèi)容，將分散的內(nèi)容集中、繁雜的內(nèi)容高度概括，以達(dá)條理、系統(tǒng)、精練又便于記憶的目的。事實(shí)證明，學(xué)生只要經(jīng)過(guò)自我系統(tǒng)的梳理、歸納、小結(jié)各部分內(nèi)容，不僅將學(xué)習(xí)內(nèi)容條理化，而且更加深了記憶效果，學(xué)習(xí)成績(jī)都較好。這里，列舉了表5-1結(jié)構(gòu)鋼一覽表、表5-2工具鋼一覽表、表5-3特殊性能鋼一覽表作為示例，供學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)歸納參考。

40、但一定注意要自我獨(dú)立動(dòng)腦思考、動(dòng)手制作此類表。5.4.2 把握重點(diǎn)，以點(diǎn)帶面在學(xué)習(xí)本章內(nèi)容時(shí)，一定注意要把握重點(diǎn)、以“點(diǎn)”帶“面”。因?yàn)楸菊聝?nèi)容實(shí)屬繁多，即便是教材經(jīng)過(guò)了簡(jiǎn)化但仍然是內(nèi)容較多，不可能也沒(méi)有必要什么都記。怎么辦呢？只要把握住重點(diǎn)，以點(diǎn)帶面，才能學(xué)好本章內(nèi)容。（1）學(xué)習(xí)就是為了實(shí)用(把握重點(diǎn))很顯然，本章“常用金屬材料”中，應(yīng)以第一節(jié)“工業(yè)用鋼”為主；而工業(yè)用鋼中，對(duì)于一般機(jī)械類專業(yè)而言，應(yīng)以結(jié)構(gòu)鋼為重點(diǎn)（對(duì)于化工機(jī)械類專業(yè)還要兼顧不銹耐酸鋼，而對(duì)于動(dòng)力機(jī)械類專業(yè)就必須兼顧耐熱鋼了）。在第二節(jié)“鑄鐵與有色金屬合金”中，應(yīng)以鑄鐵概論、鋁合金與滑動(dòng)軸承合金為主。 （2）如何以“點(diǎn)”帶“

41、面”呢？在“工業(yè)用鋼”一節(jié)中，“點(diǎn)”指的就是典型鋼號(hào)，即熟記每類（按用途分類）鋼中的二、三個(gè)典型鋼號(hào)，以此為重點(diǎn)，依據(jù)主線索的要求而展開(kāi)，這樣既把此類鋼的特征基本掌握、有效地帶動(dòng)了這類鋼的學(xué)習(xí)，又便于記憶。在“鑄鐵”部分中，鑄鐵的組織特征尤其是其中石墨的形態(tài)、大小、數(shù)量與分布特征這一“點(diǎn)”，就成為認(rèn)識(shí)鑄鐵的性能、用途與熱處理特點(diǎn)的關(guān)鍵。而在“鋁合金”中，只有掌握鋁合金的時(shí)效強(qiáng)化原理這一“重點(diǎn)”，才能深入理解鋁合金的組織與性能特點(diǎn)。至于“滑動(dòng)軸承合金”部分，滑動(dòng)軸承合金的“組織特點(diǎn)”，自然是認(rèn)識(shí)滑動(dòng)軸承合金性能與應(yīng)用的核心點(diǎn)。5.4.3 攻克“難點(diǎn)”，切實(shí)掌握好“工業(yè)用鋼”這一重點(diǎn)內(nèi)容 “工業(yè)用

42、鋼”系本章乃至機(jī)械工程材料課程的一個(gè)學(xué)習(xí)重點(diǎn)，而其中合金鋼又是重中之重。欲學(xué)好這部分內(nèi)容，首先必須攻克“合金鋼”中“碳及合金元素的作用”這個(gè)難點(diǎn)。雖然，在上一章已經(jīng)介紹了單一合金元素在鋼中的作用（即鋼的合金化原理），但在各類合金鋼中所加入的合金元素往往不止一種，而同一種合金元素在不同種類的合金鋼中所起的作用亦是不同的，這就為我們學(xué)習(xí)和掌握“工業(yè)用鋼”帶來(lái)很大的障礙，那么如何攻克“合金元素的作用”這一難點(diǎn)呢？學(xué)習(xí)的實(shí)踐表明，結(jié)合工業(yè)用鋼的類別（按主要用途分類）來(lái)識(shí)記，是最好的學(xué)習(xí)方法。以下，僅做一簡(jiǎn)要概括、說(shuō)明。 （1） 結(jié)構(gòu)鋼中碳及合金元素的作用碳 其主要作用是保證鋼的硬度、強(qiáng)度與韌性。例如，

43、普通低碳鋼中的低碳就是為了保證鋼的良好韌性、優(yōu)秀的加工工藝性能（焊接與壓力加工工藝性），調(diào)質(zhì)鋼中的中碳是為了保證經(jīng)熱處理后該鋼具有良好的綜合力學(xué)性能，滲碳鋼中的低碳是為保證工件心部具有良好的韌性（而表面層的高硬度則由滲碳+相應(yīng)的熱處理工藝來(lái)保證），彈簧鋼中的中、高碳是為保證鋼的高強(qiáng)度（彈性極限、疲勞強(qiáng)度）。特例：滾動(dòng)軸承鋼中的高碳則是為了保證該鋼的高硬度、高耐磨性，這又與工具鋼相同。 合金元素 其主要作用可概括為：主加元素（Cr、Mn、Ni、Si） 提高淬透性、強(qiáng)化鐵素體；輔加元素（W、Mo、V、Ti） 細(xì)化晶粒、進(jìn)一步提高淬透性。例如，在調(diào)質(zhì)鋼中主加元素的作用就是提高淬透性、強(qiáng)化鐵素體（微量

44、的合金元素B也具有此作用），這樣可確保工件在較大截面上均可獲得馬氏體組織、從而使回火后該鋼具有良好的綜合力學(xué)性能，而輔加元素的作用則起到在淬火加熱時(shí)可阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大（即細(xì)化晶粒）、進(jìn)一步提高鋼的淬透性，同時(shí)W、Mo又具有防止第二類回火脆性的作用；彈簧鋼中主加元素的作用除具有提高淬透性、強(qiáng)化鐵素體外，還可提高鋼的彈性極限、屈服強(qiáng)度的作用。特例：滾動(dòng)軸承鋼中r 的主要作用是增加鋼的淬透性、同時(shí)又起著細(xì)化晶粒、提高耐磨性的作用，而對(duì)大型軸承而言，還須在該鋼中加入i 、n等以使淬透性進(jìn)一步提高；低合金結(jié)構(gòu)鋼中主加元案為n 、Cr，因?yàn)樵撲撘话悴唤?jīng)過(guò)淬火處理，故其作用應(yīng)主要為固溶強(qiáng)化、細(xì)化晶粒、降低

45、韌一脆轉(zhuǎn)折溫度的作用，而輔加元素、i 、 l 等元素也起著細(xì)化晶粒沉淀強(qiáng)化的作用。（2）工具鋼中碳及合金元素的作用碳 其主要作用是保證高硬度與高耐磨性。特例：熱作模具鋼中含有中碳（0.3%0.的碳），主要是為了保證較高的韌性及熱疲勞抗力 合金元素 其主要作用可概括為： 主加元素（、W、V） 使鋼具有高硬度和高耐磨性； 輔加元素（r 、n、Si 、Ni） 減少工具在熱處理時(shí)的變形，增加鋼的淬透性和回火穩(wěn)定性。 例如：低合金刃具鋼、冷作模具鋼中合金元素的作用基本如此；高速鋼中合金元素主要作用應(yīng)分別牢記：W （o）提高紅硬性，r 提高淬透性， 提高耐磨性。特例：熱作模具鋼中合金元素作用除與調(diào)質(zhì)鋼相似

46、外，同時(shí)還具有：r 、i 提高鋼的高溫強(qiáng)度和熱疲勞抗力，W、Mo 、等產(chǎn)生二次硬化，使之在較高溫度下保持相當(dāng)高的硬度（3）特殊性能鋼中碳及合金元素的作用碳 通過(guò)降低鋼的含碳量，有利于保證鋼的耐蝕性與耐熱性。一般不銹鋼、耐熱鋼中含碳量大多0.2 %。因?yàn)殡S含碳量的增加，一方面可使鋼的強(qiáng)度、硬度增加；另一方面，第二相碳化物的數(shù)量亦隨之增加，它易產(chǎn)生晶間腐蝕（不銹鋼中）或易使碳化物聚集長(zhǎng)大、發(fā)生石墨化等（耐熱鋼中），故應(yīng)使含碳量與合金元素相匹配。特例：耐磨鋼ZGMn13中含碳量為1.11.3%。合金元素 其主要作用可概括為：在不銹鋼中，、i、（、N 代替部分Ni）提高耐蝕性（通過(guò)提高基體電極電位，形

47、成單相組織等），Mo、Cu 提高鋼在非氧化性介質(zhì)中的耐蝕性，i 、Nb能形成穩(wěn)定碳化物、防止晶間腐蝕。在耐熱鋼中，r、Si 、Al提高鋼的抗氧化性， 提高鋼的組織穩(wěn)定性、固溶強(qiáng)化效果， o 提高高溫強(qiáng)度、固溶強(qiáng)化效果，V 、N 、等能形成強(qiáng)碳化物而起到彌散強(qiáng)化、提高高溫強(qiáng)度作用， 、 等元素可提高晶界強(qiáng)度作用，而Ni（）可以擴(kuò)大奧氏體相區(qū)、使之形成單相奧氏體，從而提高鋼的高溫性能等。5.4.4 如何識(shí)別鋼種類別？（1）根據(jù)碳含量表示法作初步分析結(jié)構(gòu)鋼中的碳含量用兩位數(shù)字，表示含碳量的萬(wàn)分之幾；工具鋼中的碳含量用一位數(shù)字，表示含碳量的千分之幾；特殊性能鋼中的碳含量亦用一位數(shù)字來(lái)表示含碳量的千分之

48、幾。（2）依據(jù)所含的合金元素進(jìn)一步細(xì)分低合金結(jié)構(gòu)鋼、滲碳鋼、珠光體耐熱鋼的含碳量都是萬(wàn)分之幾，要區(qū)分它們只有通過(guò)合金化特點(diǎn)進(jìn)一步判斷。低合金結(jié)構(gòu)鋼中，合金元素的總含量一般均10%即為高合金鋼。根據(jù)這些特點(diǎn)，我們就能識(shí)別一般鋼種類型。5.4.5 鑄鐵的分類與組織特征 鑄鐵的分類與組織特征見(jiàn)表5-4示。表54 鑄鐵的分類、組織特征與用途鑄鐵名稱典型牌號(hào)石墨形態(tài)組織特征用途灰鑄鐵HT200HT350片狀F+G片，P+G片F(xiàn)+P+G片床身、機(jī)座機(jī)身、車床卡盤(pán)、齒輪可鍛鑄鐵KTH350-10KTZ450-06團(tuán)絮狀F+G團(tuán)P+G團(tuán)汽車、拖拉機(jī)的前后輪殼、制動(dòng)器、冷暖器接頭球墨鑄鐵QT600-3QT800-2球狀F+G球，P+G球F+P+G球軸瓦、傳動(dòng)軸、飛輪曲軸、連桿、球磨機(jī)齒輪蠕墨鑄鐵RuT420RuT300蠕蟲(chóng)狀F+G蠕蟲(chóng)F+P+G蠕蟲(chóng)活塞環(huán)、制動(dòng)盤(pán)、泵體、變速器箱體、排氣管 5.4.6 常