金屬材料學(xué)考試重點(diǎn)上課講義

1、金屬材料學(xué)考試重點(diǎn)精品文檔Me對(duì)Fe-C相圖的影響一、對(duì)S、E點(diǎn)的影響A形成元素均使S、E點(diǎn)向左下方移動(dòng)，F(xiàn)形成元素使S、E點(diǎn)向左上方移 動(dòng)。S點(diǎn)左移一意味著共析C量減??；E點(diǎn)左移一意味著出現(xiàn)萊氏體的C量降 低。二、對(duì)臨界點(diǎn)的影響A形成元素Ni、Mn等使A1 (A3)線向下移動(dòng)；F形成元素Cr、Si等使A1 (A3)線向上移動(dòng)三、對(duì)丫-Fe區(qū)的影響A形成元素Ni、Mn等使丫-Fe區(qū)擴(kuò)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(chǎng) 20合金心I限氏H氮%二次淬火：高合金鋼在500600度這個(gè)溫度范圍回

2、火后，若在加熱的過(guò)程 中不分解，則在冷卻時(shí)發(fā)生殘留奧氏體到馬氏體的轉(zhuǎn)變的過(guò)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(qiáng)化相比作用較小，只有當(dāng)淬火鋼 中殘留奧氏體量高時(shí)，其作用才顯著。二次硬化：強(qiáng)碳化物形成元素如cr、mo、w、v、ti、nb等富集于滲碳體中， 當(dāng)回火溫度較高時(shí)（400度以上），這些元素在滲碳體中富集到超過(guò)飽和濃度 后，便發(fā)生滲碳體轉(zhuǎn)變特殊碳化物的過(guò)程。這些特殊碳化物比滲碳體更為堅(jiān)硬，且它形成時(shí)，以高度彌散的粒子析出于基體中，不易聚集長(zhǎng)大，引起相周 溶碳量增大并釘扎位錯(cuò)阻礙作用，增加彌散的強(qiáng)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(wú)關(guān)； 晶界脆

3、斷。產(chǎn)生原因Fe3c薄膜在晶界形成； 雜質(zhì)元素P、S、Bi等偏聚晶界, ；晶界強(qiáng)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(chǎn)生，快冷抑制； 晶界脆斷.產(chǎn)生原因 雜質(zhì)Sb、S、As或N、P等偏聚晶界； 形成網(wǎng)狀或片狀化 合物，晶界強(qiáng)度。高于回脆溫度，雜質(zhì)擴(kuò)散離開(kāi)晶界或化合物分解；快冷抑制 雜質(zhì)元素?cái)U(kuò)散。Me作用N、O、P、S、As、Bi等是脆化劑；Mn、Ni與雜質(zhì)元素共偏聚，是促進(jìn)劑；Cr促進(jìn)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(duì)鋼強(qiáng)化的形式及其機(jī)理強(qiáng)化本質(zhì)：各種途徑增大了位錯(cuò)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(qiáng)度1、固溶強(qiáng)化機(jī)理 原子固溶一品格發(fā)生畸變一產(chǎn)生彈性應(yīng)力場(chǎng)，與位錯(cuò)交互作用一T位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力效果提高強(qiáng)度，降低塑韌性2、位錯(cuò)強(qiáng)化機(jī)理位錯(cuò)密度p T-T T位錯(cuò)交割、纏結(jié)，-有效地阻止了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)一 T鋼強(qiáng)度。對(duì)體心立方晶體，位錯(cuò)強(qiáng)化效果較好效果：在強(qiáng)化的同時(shí)，同樣也降低了伸長(zhǎng)率，提高了韌脆轉(zhuǎn)變溫度TK3、細(xì)品強(qiáng)化機(jī)理晶粒越細(xì)一晶界、亞晶界越多一有效阻止位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生位錯(cuò)塞積強(qiáng)化。效果： T鋼的強(qiáng)度，又T塑性和韌度。這是最理想的強(qiáng)化途徑.4、第二相強(qiáng)化機(jī)理微粒第二相釘扎位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)一強(qiáng)化效果主要有切割機(jī)制和繞過(guò)機(jī)制。在鋼中主要是繞過(guò)機(jī)制。兩種情況：回火時(shí)彌散沉淀析出強(qiáng)化，淬

5、火時(shí)殘留第二相強(qiáng)化效果：有效提高強(qiáng)度，但稍降低塑韌性。合金化的基本原則：多元適量，復(fù)合加入。復(fù)合加入的作用機(jī)理銳鈕鑰鈕等碳鋼的牌號(hào)（課本42頁(yè)）1、碳素工程結(jié)構(gòu)鋼如 Q235C, Q235CF。2、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼編號(hào)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(jié)構(gòu)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(hào)方法編號(hào)方法：碳含量+合金元素種類和數(shù)量+質(zhì)量1、合金元素種類和數(shù)量：種類：用化學(xué)符號(hào)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(zhì)量：高級(jí)優(yōu)質(zhì)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(jié)構(gòu)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(shí)兩個(gè)鋼種，其中一個(gè)主要合金元素含量不同，但都小 1.5%,其余成分相同，此時(shí)含量較高的在元素后面標(biāo)“1”來(lái)加以區(qū)別。如:12CrMoV , Cr： 0.40.6% 12Cr1MoV , Cr: 0.91.2%(2)軸承鋼前面標(biāo)以G,表示滾動(dòng)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(shí)，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(dāng)方1%時(shí)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(gè) 0”字表示。如：Cr06, Cr, Cr2 。高速鋼含碳量小于1%時(shí)，通常也不標(biāo)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(biāo)注含碳量，

8、如 9W18Cr4V。低合金鋼的編號(hào)（可以采用兩種不同的方法表示。）1、采用合金結(jié)構(gòu)鋼的編號(hào)方法，如 09CuPTi , 15MnVN , 15MnVB。2、采用碳素結(jié)構(gòu)鋼的編號(hào)方法，如 Q490, Q640OMe對(duì)低合金高強(qiáng)度鋼力學(xué)性能的影響硅鈕是低合金高強(qiáng)度鋼中最常用且最經(jīng)濟(jì)的元素1、鈕加入的好處及鈕含量過(guò)高會(huì)如何：固溶強(qiáng)化作用大，1%Mn , os3MPa。約有3/4量溶入F中，弱的細(xì)品作 用，#Ko同樣量多時(shí)可大為降低塑韌性.低合金高強(qiáng)度鋼的基本成分應(yīng)考慮低碳，稍高的鈕含量，并適當(dāng)用硅強(qiáng)化。2、常用低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)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(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼在碳素工程結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)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(chǎn)生的固溶強(qiáng) 化、細(xì)品強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化來(lái)提高鋼的強(qiáng)度。同時(shí)利用細(xì)晶強(qiáng)化使鋼的韌脆轉(zhuǎn)化 溫度的降低，來(lái)抵消由于碳氮化物析出強(qiáng)化使鋼的韌脆轉(zhuǎn)化溫度的升高。3、微珠光體的強(qiáng)化機(jī)理（碳對(duì)焊接性的影響）對(duì)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(huì)降低鋼的強(qiáng)度，為保證強(qiáng)度，就必須采用其它不損害或少損害焊 接性和韌度的強(qiáng)化措施。一析出強(qiáng)化和晶粒細(xì)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(fù)合是常用的，具作用主要有細(xì)化晶粒組織和析出強(qiáng)化。微合金元素細(xì)化鋼晶粒主要通過(guò)以下兩種方式：（1）阻止加熱時(shí)奧氏體晶粒長(zhǎng)大（2）抑制奧氏體形變?cè)俳Y(jié)晶在熱加工過(guò)程中，奧氏體會(huì)發(fā)生形變?cè)俳Y(jié)晶使晶粒回復(fù)粗大。但應(yīng)變動(dòng)態(tài)析 出Nb、V、Ti的碳氮化物，沉淀在晶界、亞晶界和位錯(cuò)上起釘軋作用，有效地 阻止奧氏體再結(jié)晶時(shí)晶界和位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，從而抑制奧氏體形變?cè)俳Y(jié)晶。滾動(dòng)軸承鋼GCr15預(yù)先熱處理擴(kuò)散退火軸承鋼的熱處理包括：預(yù)先熱處理（擴(kuò)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(xué)成

11、分及性能 特點(diǎn)：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(fù)合組織，力學(xué)性能差，耐磨性低，不宜直接使用。經(jīng)過(guò)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(yīng)Acm, 一股為1050 110OC,在一定保溫時(shí)間 下，K全部?容入A中2、高鉆鋼導(dǎo)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(chǎn)生裂紋；3、鑄件出爐至入水時(shí)間應(yīng)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(guò) 30C,水冷后水溫應(yīng)小于60c收集于網(wǎng)絡(luò)，

12、如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系管理員刪除4、水韌處理后不宜再進(jìn)行250350c的回火處理，也不宜在250350c 以上溫度環(huán)境中使用。因?yàn)樵诟哂?250度時(shí)，會(huì)析出碳化物，降低性能。 高鎰鋼的耐磨性及應(yīng)用（冷作硬化的本質(zhì)是）大形變?cè)?A基體中產(chǎn)生大量層錯(cuò)、形變乎晶、e和a 馬氏體而硬化。表面硬度從原來(lái) 200HB左右可T至lj500HB以上，硬化深度可達(dá) 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(shí)，硬化層不斷地向內(nèi)發(fā)展 前赴后繼”。在低應(yīng)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(diǎn)：合金度高，高熱硬性（刃部在 650c時(shí)實(shí)際硬度仍高于HRC50 ） 主要性能：高硬度，高熱硬性，高耐磨性，高強(qiáng)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(diǎn)易過(guò)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(shí)析出 W2C;W；熱導(dǎo)率一鋼導(dǎo)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(xì)化晶粒，J過(guò)熱敏感性。以VC存在 .Cr加熱時(shí)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(gè)級(jí)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(yú)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(shí)，K溶解順序?yàn)?M7c3M23C6型在1000 c左右溶解完M6C型在1200c時(shí)部分溶解 一 MC型比較穩(wěn)定，在1200c時(shí)開(kāi)始少量溶解 回火態(tài)： 主要為M6c（淬火殘留）、MC（回火時(shí)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(yú)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(qiáng)度及韌性的下降。這種缺陷不能用熱處理工藝來(lái)矯正，必須借助于反復(fù)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(nèi)。高速鋼在空氣中冷卻即可進(jìn)行馬氏體轉(zhuǎn)變，所以鍛造或軋制以后，鋼坯應(yīng)緩慢冷卻，以防止產(chǎn)生過(guò)高的應(yīng)力導(dǎo)致開(kāi)裂。高速鋼鍛造以后，必須進(jìn)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(zhǔn)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(shí)奧氏體中合 金元素含量不多，冷卻時(shí)易于轉(zhuǎn)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(shí)析出彌散合金碳化物產(chǎn)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(kāi)始溶解，1250c以上溶解量逐漸減??；MC 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(zhì)量分?jǐn)?shù)，Cr

17、基本溶解，W溶解7- 8%, V 溶解 0.5-1.0%。預(yù)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(yù)熱為什么？高速鋼導(dǎo)熱性差，加熱溫度又高，預(yù)熱一J淬火加熱過(guò)程中的變形開(kāi)裂傾向；縮短高溫保溫時(shí)間，減少氧化脫碳；準(zhǔn)確地控制爐溫穩(wěn)定性。可米用一次預(yù)熱和二次預(yù)熱。過(guò)熱：T淬過(guò)高，晶粒長(zhǎng)大，K溶解過(guò)多，K發(fā)生角狀化；奧氏體中合金度過(guò)高，冷卻時(shí)易在晶界上析出網(wǎng)狀 Ko過(guò)燒：溫度再高 一晶界熔化一鑄態(tài)組織特征，主要為魚(yú)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(xì)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(jìn)行選擇。常用一次分級(jí)或多次分級(jí)方

18、法。？80%高速鋼工具是采用一次分級(jí)淬火，分級(jí)溫度常在 600 c左右，停留時(shí)間嚴(yán)格控制，一般 15min。多次分級(jí)適用于形狀特殊、極易變形的工具。回火：高速鋼一般需要在560c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(guān)系鋁合金熱處理強(qiáng)化特點(diǎn)1.特點(diǎn)：淬火加熱時(shí)不發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。熱處理強(qiáng)化包括固溶處理與時(shí)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(shí)效處理：第二相從固溶體中析出力學(xué)性能等發(fā)生顯著變化1）、固溶強(qiáng)化?純鋁通過(guò)加入合金元素形成鋁基固溶體，起固溶強(qiáng)化作用，使其強(qiáng)度提 Mi。2）、時(shí)效強(qiáng)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(jīng)加熱到某一溫度淬火后，可以得到過(guò)飽和的鋁基固溶體。這種過(guò)飽和鋁基固溶體放置在室溫或加熱到某一溫度時(shí)，其強(qiáng)度和 硬度隨時(shí)間的延長(zhǎng)而增高，但塑性、韌性則降低，這個(gè)過(guò)程稱作時(shí)效。?時(shí)效過(guò)程使合金的強(qiáng)度、硬度增高的現(xiàn)象稱為時(shí)效強(qiáng)化或時(shí)效硬化。+時(shí)效處理是鋁合金強(qiáng)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(shí)的最大溶解度為 0.5%Cu,加熱到548c時(shí)，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(jié)構(gòu)與基體a同，但產(chǎn)生了共格應(yīng)變區(qū)強(qiáng)度、硬度3G.P.呈盤狀，僅幾個(gè)原子層厚，室溫下直徑約 5nm,超過(guò)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(zhǎng)大，G.P.區(qū)銅原子有序化，形成8 ”相8”相與基體仍