金屬材料學考試重點上課講義

1、金屬材料學考試重點精品文檔Me對Fe-C相圖的影響一、對S、E點的影響A形成元素均使S、E點向左下方移動，F(xiàn)形成元素使S、E點向左上方移 動。S點左移一意味著共析C量減??；E點左移一意味著出現(xiàn)萊氏體的C量降 低。二、對臨界點的影響A形成元素Ni、Mn等使A1 (A3)線向下移動；F形成元素Cr、Si等使A1 (A3)線向上移動三、對丫-Fe區(qū)的影響A形成元素Ni、Mn等使丫-Fe區(qū)擴大一鋼在室溫下也為 A體一奧氏體鋼；F形成元素Cr、Si等使丫-Fe區(qū)縮小一鋼在高溫下仍為F體一鐵素體鋼。024681。 12 14 16 場 20合金心I限氏H氮%二次淬火：高合金鋼在500600度這個溫度范圍回

2、火后，若在加熱的過程 中不分解，則在冷卻時發(fā)生殘留奧氏體到馬氏體的轉變的過程。也是二次硬化 的原因之一，但它與析出特殊碳化物的彌散強化相比作用較小，只有當淬火鋼 中殘留奧氏體量高時，其作用才顯著。二次硬化：強碳化物形成元素如cr、mo、w、v、ti、nb等富集于滲碳體中， 當回火溫度較高時（400度以上），這些元素在滲碳體中富集到超過飽和濃度 后，便發(fā)生滲碳體轉變特殊碳化物的過程。這些特殊碳化物比滲碳體更為堅硬，且它形成時，以高度彌散的粒子析出于基體中，不易聚集長大，引起相周 溶碳量增大并釘扎位錯阻礙作用，增加彌散的強化。三、回火脆性第1類回火脆性脆性特征 不可逆； 與回火后冷速無關； 晶界脆

3、斷。產生原因Fe3c薄膜在晶界形成； 雜質元素P、S、Bi等偏聚晶界, ；晶界強度。Me作用：Mn、CrT脆性；V、Al改善脆性；Si T脆性溫度區(qū)第二類回火脆性脆性特征 可逆；回火后慢冷產生，快冷抑制； 晶界脆斷.產生原因 雜質Sb、S、As或N、P等偏聚晶界； 形成網狀或片狀化 合物，晶界強度。高于回脆溫度，雜質擴散離開晶界或化合物分解；快冷抑制 雜質元素擴散。Me作用N、O、P、S、As、Bi等是脆化劑；Mn、Ni與雜質元素共偏聚，是促進劑；Cr促進其它元素偏聚，助偏劑；Mo、W、Ti抑制其它元素偏聚，清除劑Me對鋼強化的形式及其機理強化本質：各種途徑增大了位錯滑移的阻力，在宏觀上提高了

4、鋼的塑性變形 抗力，即提高了強度1、固溶強化機理 原子固溶一品格發(fā)生畸變一產生彈性應力場，與位錯交互作用一T位錯運動阻力效果提高強度，降低塑韌性2、位錯強化機理位錯密度p T-T T位錯交割、纏結，-有效地阻止了位錯運動一 T鋼強度。對體心立方晶體，位錯強化效果較好效果：在強化的同時，同樣也降低了伸長率，提高了韌脆轉變溫度TK3、細品強化機理晶粒越細一晶界、亞晶界越多一有效阻止位錯運動，產生位錯塞積強化。效果： T鋼的強度，又T塑性和韌度。這是最理想的強化途徑.4、第二相強化機理微粒第二相釘扎位錯運動一強化效果主要有切割機制和繞過機制。在鋼中主要是繞過機制。兩種情況：回火時彌散沉淀析出強化，淬

5、火時殘留第二相強化效果：有效提高強度，但稍降低塑韌性。合金化的基本原則：多元適量，復合加入。復合加入的作用機理銳鈕鑰鈕等碳鋼的牌號（課本42頁）1、碳素工程結構鋼如 Q235C, Q235CF。2、優(yōu)質碳素結構鋼編號方法：含碳量+脫氧。含碳量：以0.01%為單位，用兩位數(shù)表示。脫氧：和碳素工程結構鋼相同。如 08F。含Mn較高用Mn表示：如40Mn (0.7-1.2%Mn )3、碳素工具鋼如T8, T8A, T8Mn。合金鋼編號方法編號方法：碳含量+合金元素種類和數(shù)量+質量1、合金元素種類和數(shù)量：種類：用化學符號表示數(shù)量：1.5%,不表示1.52.5%,用2表示2.53.5%,用3表示(以下類

6、推)2、質量：高級優(yōu)質鋼加A,其余不表示。3、碳含量：不同鋼種有不同表示方法(1)合金結構鋼含C量以0.01%為單位，用兩位數(shù)字表示。如：22CrMnMo , 40Cr, 42CrMo , 40MnVB。有時兩個鋼種，其中一個主要合金元素含量不同，但都小 1.5%,其余成分相同，此時含量較高的在元素后面標“1”來加以區(qū)別。如:12CrMoV , Cr： 0.40.6% 12Cr1MoV , Cr: 0.91.2%(2)軸承鋼前面標以G,表示滾動軸承鋼。含 C量11%,故不表示。含Cr量以0.1%為單位，其余合金元素方法不變。如： GCr15 ,GCr15SiMn , GCr9。（3）不銹、耐蝕

7、和耐熱鋼含碳量以0.1%為單位。如：1Cr13, 2Cr13。含碳量很低時，用 0, 00表示。0: <0.08%; 00: <0.03% o如：0Cr18Ni9, 00Cr18Ni10。4）工具鋼含碳量以0.1%為單位，用1位數(shù)字表示。當方1%時不表示。 如：9CrSi,CrWMn 。含Cr量低于1%的銘合金工具鋼，Cr含量以0.1%為單位，并在前面加一個 0”字表示。如：Cr06, Cr, Cr2 。高速鋼含碳量小于1%時，通常也不標注含碳量。如：W18Cr4V :含碳量 0.7-0.8% W6Mo5Cr4V2 :含碳量 0.8-0.9%合金元素相同，含碳量不同的要標注含碳量，

8、如 9W18Cr4V。低合金鋼的編號（可以采用兩種不同的方法表示。）1、采用合金結構鋼的編號方法，如 09CuPTi , 15MnVN , 15MnVB。2、采用碳素結構鋼的編號方法，如 Q490, Q640OMe對低合金高強度鋼力學性能的影響硅鈕是低合金高強度鋼中最常用且最經濟的元素1、鈕加入的好處及鈕含量過高會如何：固溶強化作用大，1%Mn , os3MPa。約有3/4量溶入F中，弱的細品作 用，#Ko同樣量多時可大為降低塑韌性.低合金高強度鋼的基本成分應考慮低碳，稍高的鈕含量，并適當用硅強化。2、常用低合金高強度結構鋼主要加入元素、作用鐵素體珠光體類 組織：1025%片層狀P+ 7590

9、%多邊形F。低合金高強度結構鋼在碳素工程結構鋼的基礎上加入少量合金元素（主要是鉆硅和微量合金元素Nb、V、Ti、Al等）而形成的。利用合金元素產生的固溶強 化、細品強化和沉淀強化來提高鋼的強度。同時利用細晶強化使鋼的韌脆轉化 溫度的降低，來抵消由于碳氮化物析出強化使鋼的韌脆轉化溫度的升高。3、微珠光體的強化機理（碳對焊接性的影響）對F-P鋼，P量每T10% ,將使TK屹2。要增加珠光體的含量，必須增加碳含 量，但這將大大損害鋼的焊接性和低溫沖擊韌度。油氣管線用鋼:心，0.1%,降低碳含量會降低鋼的強度，為保證強度，就必須采用其它不損害或少損害焊 接性和韌度的強化措施。一析出強化和晶粒細化T鋼性

10、能。一Nb、V、Ti微合金化和控軋?zhí)幚砉に?。微合金元素的作用：Nb、V、Ti單元或復合是常用的，具作用主要有細化晶粒組織和析出強化。微合金元素細化鋼晶粒主要通過以下兩種方式：（1）阻止加熱時奧氏體晶粒長大（2）抑制奧氏體形變再結晶在熱加工過程中，奧氏體會發(fā)生形變再結晶使晶粒回復粗大。但應變動態(tài)析 出Nb、V、Ti的碳氮化物，沉淀在晶界、亞晶界和位錯上起釘軋作用，有效地 阻止奧氏體再結晶時晶界和位錯的運動，從而抑制奧氏體形變再結晶。滾動軸承鋼GCr15預先熱處理擴散退火軸承鋼的熱處理包括：預先熱處理（擴散退火，正火）+球化退火最終熱處理 淬火+低溫回火+ （穩(wěn)定化處理）高鎰耐磨鋼高銳鑄鋼的化學成

11、分及性能 特點：高碳、高鉆。鑄件使用。常用高銳鑄鋼為ZGMn13型。鑄態(tài)組織一般是奧氏體、珠光體、馬氏體加 碳化物復合組織，力學性能差，耐磨性低，不宜直接使用。經過水韌處理（即 固溶處理）后的顯微組織是單相奧氏體，軟而韌。高銳鋼的熱處理1、水韌處理加熱T應Acm, 一股為1050 110OC,在一定保溫時間 下，K全部?容入A中2、高鉆鋼導熱性較差，僅為碳素鋼的 1/41/5,熱膨脹系數(shù)比普通鋼大50%,而且鑄件尺寸往往又較大，所以要緩慢加熱，以避免產生裂紋；3、鑄件出爐至入水時間應盡量縮短，以避免碳化物析出。冷速要快，常采用水冷。水冷前水溫不宜超過 30C,水冷后水溫應小于60c收集于網絡，

12、如有侵權請聯(lián)系管理員刪除4、水韌處理后不宜再進行250350c的回火處理，也不宜在250350c 以上溫度環(huán)境中使用。因為在高于 250度時，會析出碳化物，降低性能。 高鎰鋼的耐磨性及應用（冷作硬化的本質是）大形變在 A基體中產生大量層錯、形變乎晶、e和a 馬氏體而硬化。表面硬度從原來 200HB左右可T至lj500HB以上，硬化深度可達 1020mm,而心部仍保持A,所以能承受較大沖擊載荷而不破裂。在表層逐漸 被磨掉的同時，硬化層不斷地向內發(fā)展 前赴后繼”。在低應力和低沖擊載荷下，耐磨性往往不一定好 高速工具鋼 高速鋼概述用途：適用于高速切削刀具，也可制作高溫工作的彈簧、軸承和模具。（鋒鋼）

13、特點：合金度高，高熱硬性（刃部在 650c時實際硬度仍高于HRC50 ） 主要性能：高硬度，高熱硬性，高耐磨性，高強度和一定的韌性成分：C, W, Mo, Cr, V, Co, Nb, Al, Si 。高速鋼中合金元素的作用CT: T硬度但J熔點易過熱；1K量，T不均勻性1AR- T回火次數(shù)；（r?AK鴇是 鋼獲得紅硬性的主要元素。M6c型K,回火時析出 W2C;W；熱導率一鋼導熱性差鑰和鴇相似，1 % Mo可取代1.52.0% WV顯著T紅硬性、T硬度和耐磨性，細化晶粒，J過熱敏感性。以VC存在 .Cr加熱時全溶，保證鋼淬透性,4%Cr。改善抗氧化能力、切削能力Co可顯著提高鋼的紅硬性，5、

14、8和12%三個級別。但，鋼韌性、T鋼脫碳傾向 微量氮增加硬度和熱硬性，一般0.10%。稀土可明顯改善熱塑性，J硫在晶界的 偏聚高速鋼中的碳化物鑄態(tài)組織：魚骨狀萊氏體（Ld）、黑色組（6共析體等）和白亮組織（M+AR ）淬火態(tài)：加熱時，K溶解順序為:M7c3M23C6型在1000 c左右溶解完M6C型在1200c時部分溶解 一 MC型比較穩(wěn)定，在1200c時開始少量溶解 回火態(tài)： 主要為M6c（淬火殘留）、MC（回火時析出和淬火殘留卜M2C （回火析出）等K.W18Cr4V鑄態(tài)組織；黑色組織為&共析相；白色組織是馬氏體和殘余奧氏體:魚骨狀組織是共晶菜氏體。500X（1）鍛造高速鋼的鑄態(tài)組

15、織很不均勻。大量不均勻分布的粗大碳化物，將造成強度及韌性的下降。這種缺陷不能用熱處理工藝來矯正，必須借助于反復壓力熱加工（鍛、軋），將粗大的共晶碳化物和二次碳化物破碎，并使其均勻分布在基體內。高速鋼在空氣中冷卻即可進行馬氏體轉變，所以鍛造或軋制以后，鋼坯應緩慢冷卻，以防止產生過高的應力導致開裂。高速鋼鍛造以后，必須進行球化退火，其目的不僅在于降低鋼的硬度， 以利切削加工，而且也為以后的淬火作組織上的準備。18-4-1鋼的AC1溫度是820-860C,故退火溫度為 860 c880 C。在該 溫度保溫23h,大部分合金碳化物未溶入奧氏體中，此時奧氏體中合 金元素含量不多，冷卻時易于轉變?yōu)榱钪楣?/p>

16、體和剩余碳化物18-4-1鋼的淬火溫度是1280 Co淬火溫度越高，合金元素溶入奧氏體的數(shù)量越多，淬火之后馬氏體的合 金濃度越高。只有合金含量高的馬氏體才具有高的回火穩(wěn)定性，在高溫 回火時析出彌散合金碳化物產生二次硬化，使鋼具有高的硬度和紅硬 性。高速鋼中的合金碳化物 M6C、M23C6和MC比較穩(wěn)定，必須在高溫下 將其溶解。三者中M23C6穩(wěn)定性最差，在900c大量?§解，1090c溶解 完畢；M6c在1037C以上開始溶解，1250c以上溶解量逐漸減?。籑C 在1100c以上逐漸溶解，溶解速度比 M6c緩慢。在1280c淬火溫度 下，18-4-1鋼奧氏體中合金元素的質量分數(shù)，Cr

17、基本溶解，W溶解7- 8%, V 溶解 0.5-1.0%。預熱：高速鋼工具一般在高溫鹽浴爐中加熱，速度較快，常采用一次或多次預熱為什么？高速鋼導熱性差，加熱溫度又高，預熱一J淬火加熱過程中的變形開裂傾向；縮短高溫保溫時間，減少氧化脫碳；準確地控制爐溫穩(wěn)定性?？擅子靡淮晤A熱和二次預熱。過熱：T淬過高，晶粒長大，K溶解過多，K發(fā)生角狀化；奧氏體中合金度過高，冷卻時易在晶界上析出網狀 Ko過燒：溫度再高 一晶界熔化一鑄態(tài)組織特征，主要為魚骨狀共晶萊氏體及黑 色組織。欠熱：淬火溫度較低，大量 K未溶，且晶粒特別細小。淬火冷卻：冷卻很重要，方式也很多，可根據(jù)工具不同情況進行選擇。常用一次分級或多次分級方

18、法。？80%高速鋼工具是采用一次分級淬火，分級溫度常在 600 c左右，停留時間嚴格控制，一般 15min。多次分級適用于形狀特殊、極易變形的工具?；鼗穑焊咚黉撘话阈枰?60c左右三次回火那 箱 4 %/一芝f玄B室工回火次數(shù)與殘余奧氏體量（a）和性能（b）的關系鋁合金熱處理強化特點1.特點：淬火加熱時不發(fā)生同素異構轉變。熱處理強化包括固溶處理與時效處 理。固溶處理：a + B - a'固溶曬度/硬度變化小塑性明顯T時效處理：第二相從固溶體中析出力學性能等發(fā)生顯著變化1）、固溶強化?純鋁通過加入合金元素形成鋁基固溶體，起固溶強化作用，使其強度提 Mi。2）、時效強化?由于合金元素在鋁

19、中有較大固溶度，且隨著溫度的降低而固溶度急劇減 小。故鋁合金經加熱到某一溫度淬火后，可以得到過飽和的鋁基固溶體。這種過飽和鋁基固溶體放置在室溫或加熱到某一溫度時，其強度和 硬度隨時間的延長而增高，但塑性、韌性則降低，這個過程稱作時效。?時效過程使合金的強度、硬度增高的現(xiàn)象稱為時效強化或時效硬化。+時效處理是鋁合金強化的一種重要手段。?淬火（又稱固溶）圖 鋁-銅二元合金狀態(tài)圖a是銅在鋁中的固溶體，在室溫時的最大溶解度為 0.5%Cu,加熱到548c時，極限溶解度為5.7%Cu。（1）形成銅原子富集區(qū)銅富集區(qū)稱G.P.區(qū) 晶體結構與基體a同，但產生了共格應變區(qū)強度、硬度3G.P.呈盤狀，僅幾個原子層厚，室溫下直徑約 5nm,超過200c就不再出現(xiàn)G.P.區(qū)。(2)銅原子富集區(qū)有序化G.P.區(qū)急劇長大，G.P.區(qū)銅原子有序化，形成8 ”相8”相與基體仍