《金屬材料學(xué)》全套課件（完整版）

1、材料工程系金屬材料學(xué)一、課程特點和要求 課程特點：綜合性 、應(yīng)用性、經(jīng)驗性。 金屬材料學(xué)核心課程是專業(yè)知識教學(xué)中最后一門課程 課程要求：掌握合金化理論的基本知識，了解材料成分設(shè)計 的基本依據(jù)，熟悉生產(chǎn)中常用的材料及其熱處理工藝、 組織、性能之間的關(guān)系，根據(jù)零件技術(shù)要求，能正確地 選擇材料和制訂工藝。二、課程要點及思路 主線：材料成分-工藝-組織-性能-應(yīng)用之間的有機關(guān)系 核心：合金化原理 “思想”：作用的辨證與矛盾的轉(zhuǎn)化。三、教學(xué)安排 教學(xué)：詳略，有的內(nèi)容自學(xué)； 實踐：課堂討論，小論文，綜合性實驗，思考題； 考試：考試+平時+課堂討論與實驗圖 材料學(xué)主線示意圖 緒論 金屬材料的過去、現(xiàn)在和將來

2、 0.1 金屬材料發(fā)展簡史 1、第一階段原始鋼鐵生產(chǎn) 公元前4300年：自然的金、銅及鍛打等工藝 公元前2800年：鐵的熔煉 公元前2000年：青銅器興盛，編鐘與武器（商、周、春秋戰(zhàn)國） 東漢時：反復(fù)鍛打鋼最原始形變熱處理工藝。 淬火技術(shù):“浴以五牲之溺，淬以五牲之脂” 現(xiàn)代的水淬、油淬。上圖：吳王夫差矛和越王勾踐劍右上：商周時期的青銅敦和尊 盤- 國家一級文物右下：商代青銅縱目人面像 擂鼓礅二號墓編鐘復(fù)制件 1981年湖北擂鼓墩二號墓出土戰(zhàn)國編鐘一套，音律準確，音色優(yōu)美。其件數(shù)和規(guī)模僅次于曾侯乙編鐘，總音域達5個8度以上，可自己轉(zhuǎn)調(diào)，奏出五聲、六聲、七聲音階構(gòu)成的各種樂曲。須五人合作演出，眾

3、聲齊發(fā)，交響疊鳴。無愧為古代音樂之絕響。2、第二階段金屬材料學(xué)科的基礎(chǔ) 奠定金屬材料學(xué)科基礎(chǔ)：金屬學(xué)、金相學(xué)、相變和合金鋼等。 1803年：道爾頓提出原子學(xué)說，阿伏加德羅提出分子論。 1830年：Hessel提出32種晶體類型，普及晶體指數(shù)。 1891年：俄、德、英等國科學(xué)家分別獨立地創(chuàng)立了點陣結(jié) 構(gòu)理論。 1864年：Sorby制備第一張金相照片，9倍，但意義重大。 1827年：Karsten從鋼中分離出了Fe3C，1888年Abel證明了 這是Fe3C。 1861年：俄契爾諾夫提出了鋼的臨界轉(zhuǎn)變溫度的概念。 19世紀末：馬氏體研究已成為時髦，Gibbs得到了相律， Robert-Auste

4、n發(fā)現(xiàn)了奧氏體固溶特性，Roozeboom建 立了Fe-Fe3C系的平衡圖。鋼的組織命名： Austenite英金屬學(xué)家Austen； Bainite美科學(xué)家Bain； Sorbite英科學(xué)家Sorby； Martensite德科學(xué)家Marten； Troostite法化學(xué)家Troost； Ledeburite德學(xué)者Ledebur新合金鋼發(fā)明： 1820年，鐵-鉻合金； 1857年，鎢鋼；1898年,含鎢高速鋼雛形 1871年，錳鋼和硅鋼。開始了合金鋼的新紀元3、第三階段微觀組織理論大發(fā)展 合金相圖，X射線發(fā)明及應(yīng)用，位錯理論的建立。 1912年：發(fā)現(xiàn)X射線，證實（）-Fe是bcc，-Fe是

5、fcc；固溶體規(guī)律。 1931年：發(fā)現(xiàn)合金元素的擴大和縮小區(qū)作用. 1934年：俄國Polanyi、匈牙利Orowan和英國Taylor各自 獨立地提出了位錯理論，解釋鋼的塑性變形；馬氏 體轉(zhuǎn)變的晶體學(xué)。 1938年：發(fā)明了電子顯微鏡。 1910年：發(fā)明A不銹鋼，1912年發(fā)明了F不銹鋼等。 1990年：發(fā)明了布氏硬度計，Griffith提出了應(yīng)力集中會導(dǎo) 致產(chǎn)生微裂紋。 4、第四階段微觀理論的深入研究微觀理論的深入研究： 原子擴散及其本質(zhì)的研究；鋼TTT曲線測定； 貝氏體、馬氏體轉(zhuǎn)變理論形成了比較完整的理論。位錯理論建立： 電子顯微鏡的發(fā)明 看到了鋼中第二相沉淀析出，位錯滑移，發(fā)現(xiàn)了不全位錯

6、、層錯、位錯墻、亞結(jié)構(gòu)、Cottrell氣團等現(xiàn)象 位錯理論。新科學(xué)儀器不斷發(fā)明： 電子探針，場離子發(fā)射顯微鏡和場電子發(fā)射顯微鏡、掃描透射電鏡（STEM）、掃描隧道顯微鏡（STM）、原子力顯微鏡（AFM）等 .0.2 現(xiàn)代金屬材料 先進結(jié)構(gòu)材料的研究與開發(fā)是永恒的主題。 開發(fā)高性能結(jié)構(gòu)材料：高比強度、耐高溫、耐腐蝕、耐磨損降低機械重量、提高性能、延長使用壽命的關(guān)鍵。復(fù)合材料結(jié)構(gòu)材料，廣泛應(yīng)用，如鋁基復(fù)合材料。開發(fā)各種系列用途的低溫奧氏體鋼。改造傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料：重要途徑是組織更細更均勻，材料更純潔 關(guān)鍵是工藝。“新一代鋼鐵材料” 強度相當(dāng)于現(xiàn)有鋼鐵材料兩倍。 美“9.11”事件，暴露建筑用鋼結(jié)構(gòu)抗

7、高溫軟化能力差 開發(fā)高強熱軋耐火耐候鋼。開發(fā)其他高性能鋼： 利用各種新工藝新方法制造出韌性和耐磨性都很好的新型工具鋼。經(jīng)濟合金化是高速鋼的一個發(fā)展方向，工具材料的各種表面處理技術(shù)開發(fā)，在新型工具材料的開發(fā)上具有重要的意義。 先進制備工藝：如金屬半固態(tài)加工技術(shù)，鋁鎂合金技術(shù)成熟，已應(yīng)用。 現(xiàn)有鋼的技術(shù)界限和鋼強韌化努力的方向 水陸兩用汽車 輕型吊軌磁懸浮列車 材料的發(fā)展使汽車和飛機等性能發(fā)生了突變 美國飛行汽車將于2009年上市銷售 MX-400空中汽車 美國莫勒潛心研究.被譽為“汽車演變的里程碑”。飛機外形像一輛新穎別致的小汽車。空中飛行依仗的是它有可轉(zhuǎn)動的發(fā)動機及專門提供升力的風(fēng)扇。 自從1

8、903年12月17日美國萊特兄弟把第一雙人類翅膀送上天空后，各種飛機不斷地在快速發(fā)展，對制造飛機各類零部件的材料要求也越來越高。主要是比強度高、重量輕、耐高溫、耐疲勞等性能。 世界貿(mào)易大廈基本上是用鋁合金貼面的.在 “9.11”事件中，該雙子大樓遭到襲擊， 毀于一旦。但它作為 一個大量使用鋁合金貼面的的雄偉建筑將永遠載入史冊。 泰坦尼克號快速沉沒的原因小問題引大災(zāi)難.泰坦尼克號撞上冰山后快速沉沒,經(jīng)查明是因為含有9%礦渣的48根鉚釘使泰坦尼克號鋼板散架.0.3 金屬材料的可持續(xù)發(fā)展與趨勢 2004年提出了 “循環(huán)型社會的材料產(chǎn)業(yè)材料產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展”。 微生物冶金:無廢物的生產(chǎn)，已在許多國家進

9、行了工業(yè)性生產(chǎn)。美國利用微生物冶金方法生產(chǎn)的銅占總產(chǎn)量的10%，日本人工培植海鞘以提取釩。海水是一種液態(tài)礦，海水中含有的合金元素量超過100億噸?，F(xiàn)在已可從海水中提取鎂、鈾等元素，全世界生產(chǎn)的鎂大約有20%來自海水，美國靠這種鎂已滿足著需求量的80%。 我國資源短缺 ；資源浪費嚴重；污染嚴重。 循環(huán)材料產(chǎn)業(yè)：適應(yīng)時代需要，把生態(tài)環(huán)境意識貫穿于產(chǎn)品和生產(chǎn)工藝的設(shè)計之中，提高材料利用率、降低生產(chǎn)和使用過程中環(huán)境的負擔(dān)。發(fā)展形成資源材料環(huán)境良性循環(huán)的產(chǎn)業(yè)。 合金發(fā)展的主流方向是少合金化與通用合金，形成綠色/生態(tài)材料體系，有利于材料的回收與再生利用。要研究開發(fā)與人民生活密切相關(guān)的綠色材料以及環(huán)境友好材

10、料。 鈦合金 被稱為“空間金屬”、“未來鋼鐵”。 鈦合金比強度是最高的，在高溫和低溫下都能保持高強度，耐蝕性也是無可匹敵的。 鈦在地球中含量不少（0.6%）。但是提煉工藝復(fù)雜，成本高，廣泛應(yīng)用受到限制。 鈦合金將是二十一世紀為人類作重要貢獻的金屬材料之一。 世界上第一個載人宇宙飛船世界上第一個“太空人” 有色金屬:資源面臨著不可持續(xù)發(fā)展的嚴重問題，主要是資源破壞嚴重和利用率很低，浪費驚人。精深加工技術(shù)落后，高檔產(chǎn)品缺乏；創(chuàng)新成果少，高新技術(shù)成果產(chǎn)業(yè)化程度不高。開發(fā)高性能結(jié)構(gòu)材料及其先進工藝方法是主流，如，鋁鋰合金、快速凝固鋁合金等。 有色金屬功能材料也是發(fā)展方向.未來對材料和技術(shù)的要求環(huán)境和能

11、源因素放在很重要的位置 思考題 1、1958年世界工業(yè)博覽會在比利時召開，博覽會大樓是由9個巨大金屬球組成，金屬球直徑為18米，8球位于立方體角，1球在中心。這象征什么? 說明什么意義? 2、為紀念世界第一位宇航員加加林，莫斯科列寧大街上建造了40英尺高的雕象，雕象材料是鈦合金。為什么用鈦合金做? 代表什么意義? 3、金子從古到今都是作為世界上的流通貨幣，為什么? 銅是人類最早認識和使用的金屬，為什么? 4、1983年,在上海召開的第4屆國際材料及熱處理大會的會標是小爐匠錘打的圖案，代表什么意義?為什么古代著名的刀劍都要經(jīng)過反復(fù)鍛打? 5、為什么建筑上的樓板、大梁混凝土中要用鋼筋? 而且國家都

12、有使用標準? 第1章 鋼的合金化原理1.1 Me和Fe基二元相圖一、鋼中的Me 1、雜質(zhì)元素（impurity- element）常存雜質(zhì) 冶煉殘余，由脫氧劑帶入。 Mn、Si、Al；S、P難清除。隱存雜質(zhì)偶存雜質(zhì) 生產(chǎn)過程中形成， 微量元素O、H、N等。 與煉鋼時的礦石、廢鋼有關(guān)， 如Cu、Sn、Pb、Cr等。 熱脆性 S FeS(低熔點989)；？ 冷脆性 P Fe3P（硬脆）； ？ 氫 脆 H 白點。2、合金元素（alloying-element） 為合金化目的加入，其加入量有一定范圍的元素稱為合金元素。 鋼中常用合金元素： Si、Mn、Cr、Ni、W、Mo、V、Ti等。二、Me和Fe的

13、作用 純Fe Fe-C相圖的變化特點。Me和Fe的作用：1、穩(wěn)定化元素使A3，A4，區(qū)擴大a) 與區(qū)無限固溶 Ni、Mn、Co 開啟區(qū) 量大時， 室溫為相；b) 與區(qū)有限固溶 C、N、Cu 擴大區(qū)。2、穩(wěn)定化元素使A3，A4，區(qū)縮小a) 完全封閉區(qū) Cr、V、 W、Mo、Ti Cr、V與-Fe完全互溶，量大時相 ? W、Mo、Ti 等部分溶解b) 縮小區(qū) Nb等。穩(wěn)定相 A形成元素，穩(wěn)定相 A形成元素。(a) Ni，Mn，Co (b) C，N，Cu (c) Cr，V (d) Nb,B等 圖1 合金元素和Fe的作用狀態(tài) 1.2 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

14、向左下方移動， F形成元素使S、E點向左上方移動。 S點左移意味著共析C量減小 ； E點左移意味著出現(xiàn)萊氏體的C量降低 。合金元素對共析溫度的影響 合金元素對共析碳量的影響 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-Fe區(qū)的影響 A形成元素Ni、Mn等使-Fe區(qū)擴大鋼在室溫下也為A體 奧氏體鋼； F形成元素Cr、Si等使-Fe區(qū)縮小鋼在高溫下仍為F體 鐵素體鋼。 鉻對鋼區(qū)的影響 錳對鋼區(qū)的影響 1.3 鐵基固溶體一、置換固溶體 合金元素在鐵點陣中的固溶情況 MeTiVCrMnCoNiCuCN溶解度Fe7(1340

15、)無限無限376100.20.020.1Fe0.681.412.8*無限無限無限8.52.062.8注：有些元素的固溶度與C量有關(guān) 不同元素的固溶情況是不同的。為什么?簡單地說：這與合金元素在元素周期表中的位置有關(guān)。 常用合金元素點陣結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)和原子半徑第四周期TiVCrMnFeCoNiCu點陣結(jié)構(gòu)bccbccbccbcc或fccfcc/hcpfccfcc電子結(jié)構(gòu)235567810原子半徑/nm0.1450.1360.1280.1310.1270.1260.1240.128R，%14.27.10.83.10.82.40.8注：1、電子結(jié)構(gòu)是3d層電子數(shù)；2、原子半徑是配位數(shù)12的數(shù)值 （1

16、）Ni、Mn、Co與-Fe的點陣結(jié)構(gòu)、原子 半徑和電子結(jié)構(gòu)相似無限固溶；（2）Cr、V與-Fe的點陣結(jié)構(gòu)、原子半徑和 電子結(jié)構(gòu)相似無限固溶；（3）Cu和-Fe點陣結(jié)構(gòu)、原子半徑相近， 但電子結(jié)構(gòu)差別大有限固溶；（4）原子半徑對溶解度影響：R8%， 可以形成無限固溶；15%，形成有限 固溶； 15%，溶解度極小。結(jié)論 合金元素的固溶規(guī)律， 即Hume-Rothery規(guī)律 決定組元在置換固溶體中的溶解度因素是點陣結(jié)構(gòu)、原子半徑和電子因素，無限固溶必須使這些因素相同或相似. 有限固溶 C、N、B、O等 溶解度溶劑金屬點陣結(jié)構(gòu)：同一溶劑金屬不 同點陣結(jié)構(gòu)，溶解度是不同的 如-Fe與-Fe 。溶質(zhì)原子大

17、?。簉，溶解度。 N溶解度比C大 : RN=0.071nm， RC=0.077nm。 間隙位置 優(yōu)先占據(jù)有利間隙位置 畸變?yōu)樽钚　?間隙位置總是沒有被填滿 最小自由能原理。 二、間隙固溶體1.4 碳（氮）化物 一、鋼中常見的碳化物 K類型、大小、形狀和分布對鋼的性能有很重要的作用。 非K形成元素：Ni、Si、Al、Cu等 K形成元素： Ti、Nb、V；W、Mo、Cr；Mn、Fe （由強到弱排列）鋼中常見的K類型有： M3C：滲碳體，正交點陣； M7C3：例Cr7C3，復(fù)雜六方 ； M23C6：例Cr23C6，復(fù)雜立方 ； M2C：例Mo2C、W2C。密排六方 ； MC：例VC、TiC，簡單面心

18、立方點陣 ； M6C：不是一種金屬K。復(fù)雜六方點陣 。 K也有空位存在 ；可形成復(fù)合K , 如(Cr,Fe,Mo，)7C3 復(fù)雜點陣結(jié)構(gòu)：M23C6 、M7C3 、M3C。 特點：硬度、熔點較低，穩(wěn)定性較差； 簡單點陣結(jié)構(gòu)：M2C、MC。又稱間隙相。 特點：硬度高，熔點高，穩(wěn)定性好。 M6C型不屬于金屬型的碳化物, 復(fù)雜結(jié)構(gòu)， 性能特點接近簡單點陣結(jié)構(gòu)。1、K類型 K類型與Me的原子半徑有關(guān)。 各元素的rc/rMe的值如下： Me Fe Mn Cr V Mo W Ti Nb rc/rMe 0.61 0.60 0.61 0.57 0.56 0.55 0.53 0.53 二、K形成的一般規(guī)律 rc

19、/rMe 0.59 復(fù)雜點陣結(jié)構(gòu)，如Cr、Mn、Fe ，形成Cr7C3、Cr23C6、Fe3C、Mn3C等形式的K； rc/rMe 0.59 簡單結(jié)構(gòu)相，如Mo、W、V、Ti等，形成VC等MC型，W2C等M2C型 。 Me量少時，形成復(fù)合K，如（Cr, M）23C6型 。2、相似者相溶 完全互溶：原子尺寸、電化學(xué)因素均相似。 如Fe3C，Mn3C (Fe,Mn)3C；TiC VC。 有限溶解：一般K都能溶解其它元素，形成復(fù)合K 如Fe3C中可溶入一定量的Cr、W、V等. 最大值為 20%Cr， 2%W， 400，Me開始重新分布。非K形成元素仍在基體中，K形成元素逐步進入析出的K中，其程度決定

20、于回火溫度和時間。二、Me的偏聚（segregation ） 偏聚現(xiàn)象 Me偏聚 缺陷處C 基體平均C 這種現(xiàn)象也稱為吸附現(xiàn)象。 偏聚現(xiàn)象對鋼的組織和性能產(chǎn)生了較大影響，如晶界擴散、晶界斷裂、晶界腐蝕、相變形核等都與此有關(guān). Me+：溶質(zhì)原子在刃型位錯處吸附，形成柯氏氣團； Me+ ：溶質(zhì)原子在層錯處吸附形成鈴木氣團； Me+ ：溶質(zhì)原子在螺位錯吸附形成Snoek氣團.偏聚機理 溶質(zhì)原子在缺陷處偏聚，使系統(tǒng)自由能，符合自然界最小自由能原理。結(jié)構(gòu)學(xué)：缺陷處原子排列疏松，不規(guī)則，溶質(zhì)原 子容易存在；能量學(xué)：原子在缺陷處偏聚，使系統(tǒng)自由能， 符合自然界最小自由能原理。（在沒有強制外 力作用下，事物總

21、是朝著能量的方向發(fā)生。 即使暫時不發(fā)生，也存在潛在的趨勢。熱力學(xué)：該過程是自發(fā)進行的，其驅(qū)動力是溶質(zhì) 原子在缺陷和晶內(nèi)處的畸變能之差。影響因素 缺陷處溶質(zhì)濃度 溫度T ：T，內(nèi)吸附強烈； 時間t：偏聚需要原子擴散需要一定時間； 缺陷本身：缺陷越混亂，E，吸附也越強烈; 其它元素：間接作用 : 優(yōu)先吸附問題 , B與C 直接作用: 影響吸附元素D , MnDP，使P擴散加快，促進了鋼的回火脆性； Mo則相反，是消除或減輕回火脆性的有效元素。 點陣類型：bcc點陣內(nèi)吸附較fcc強烈1.6 合金鋼的加熱A化 一、K在A中的溶解規(guī)律 基本規(guī)律 1）K穩(wěn)定性越好，溶解度就越小； 2）溫度，溶解度， 沉淀

22、析出； 3）K穩(wěn)定差的先溶解 ; 4）A中有弱K形成元素，則會C 活度ac ， K的溶解；非K形成元素（如Ni）則相 反,ac，K的溶解。如：較多Mn的存在 使VC的溶解溫度從1100降至900。 碳（氮）化物在奧氏體中的溶解度與加熱溫度的關(guān)系 二、A體均勻化 A體剛形成時，C和Me的分布是不均勻的. 合金鋼加熱均勻化與碳鋼相比有什么區(qū)別 ?三、A體晶粒長大 1）Ti、Nb、V，W、Mo晶粒長大； 2）C、N、B晶粒長大； 3）Ni、Co、Cu作用不大 。1.7 過冷A體的分解一、過冷A體的穩(wěn)定性 過冷A體穩(wěn)定性實際上有兩個意義：孕育期和相變速度。孕育期的物理本質(zhì)是新相形核的難易程度，轉(zhuǎn)變速度

23、主要涉及新相晶粒的長大。1）Ni、Si和Mn，大致保持 C鋼的“C”線形狀，使 “C”線向右作不同程度的移動；2） Co不改變“C”線，但使“C”線左移；3）K形成元素，使“C”線右移，且改變形狀。 Me不同作用，使“C”曲線出現(xiàn)不同形狀，大致 有五種?！癈”曲線五種形狀 常用合金元素對奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線的影響 (上左) 強K形成元素 (上右) 中、弱K形成元素 (下左) 非K形成元素 二、過冷A體的P、B轉(zhuǎn)變 P轉(zhuǎn)變 ：需要C和Me都擴散 ； 綜合影響順序：Mo、W、Mn、Cr、Ni、Si 貝氏體轉(zhuǎn)變 ：C原子作短程擴散，Me幾乎沒有擴散。 影響順序：Mn、Cr、Ni、Si ，而W、Mo等影

24、響很小。三、Me對Ms的影響 各種Me對Ms位置的影響程度是不同的。 思考題： W、Mo等元素對貝氏體轉(zhuǎn)變影響不大，而對珠光體轉(zhuǎn)變的推遲作用大，如何理解? 對一般結(jié)構(gòu)鋼的成分設(shè)計時，要考慮其MS點不能太低，為什么?1.8 合金鋼的回火轉(zhuǎn)變一、M分解 低溫回火：C和Me擴散較困難，Me影響不大 中溫以上：Me活動能力增強，對M分解產(chǎn)生不同程度影響: 1）Ni、Mn的影響很?。?2）K形成元素阻止M分解，其程度與它們與C的親和力大小有關(guān)。這些Meac，阻止了滲碳體的析出長大； 3）Si比較特殊： Fe和C的結(jié)合力 ,ac -FeXC的形核、長大Si能溶于，不溶于Fe3C，Si要從中出去 Fe3C

25、效果: 含2% Si能使M分解溫度從260提高到350以上4）合金鋼回火時M中含C量變化規(guī)律基本規(guī)律 滲碳體形成開始溫度與合金化無關(guān)； 含非碳化物形成元素（Si除外）的合金 鋼（線2）和C鋼（線1）規(guī)律相同； 在相同回火溫度Tt下，合金鋼馬氏體中含 C量要比C鋼的高，如圖中的C3 C1，2 ； 不同合金中，馬氏體中析出特殊碳化物 的溫度TK是不同的，線3的下降幅度也是 不同的。 回火時馬氏體中C量的變化 線1 -C鋼; 線2-含非碳化物形成元素（Si除外）的合金鋼; 線3 -含碳化物形成元素的合金鋼 二、回火時K的形成 各元素明顯開始擴散的溫度為： Me Si Mn Cr Mo W V T,

26、300 350 400500 500 500550 1）K長大 聚集溫度：M3C型，350 400；其它K ，450 600； 2）K成分變化和類型轉(zhuǎn)變K轉(zhuǎn)變 -FeXC Fe3C M3C 亞穩(wěn)特殊K特殊K T, 500 能否形成特殊K，取決于: Me性質(zhì)、NM/NC比值； T和t 。 釩鋼（0.3C,2.1V）在1250淬火不同溫度回火2h，碳化物成分、結(jié)構(gòu)和硬度的變化 3）特殊K的形成 原位析出：M 0 + M3C MXCY ( M7C3 , M23C6 ) 異位析出 ：M P + M3C 0 + MXCY ( MC ,M2C ) 特殊K析出 二次硬化，直接析出 貢獻最大 三、回火脆性 1

27、、第1類回火脆性 脆性特征 不可逆； 與回火后冷速無關(guān)； 晶界脆斷。 產(chǎn)生原因Me作用 Fe3C薄膜在晶界形成； 雜質(zhì)元素P、S、Bi等偏聚晶界， 晶界強度。 Mn、Cr脆性；V、Al改善脆性； Si 脆性溫度區(qū).2、第2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,晶界強度。 高于回脆溫度，雜質(zhì)擴散離開晶界或化合物分解；快冷抑制雜質(zhì)元素擴散。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

28、劑Me對相圖的影響Me與C的作用Me在材料處理各過程中的行為表現(xiàn)加熱冷卻回火溫度時間 一方面要清楚材料處理各過程的演化規(guī)律;另一方面要掌握Me在各過程中的作用和影響.為理解Me的作用 要了解鋼的基本強化機理.1.9 Me對鋼強韌化的作用 一、Me對鋼強化的形式及其機理 強化本質(zhì)： 各種強化途徑塑變抗力位錯運動阻力 鋼強度表達式 對于C、N等間隙原子， n = 0.332.0； 對于Mo、Si、Mn等置換式原子：n = 0.51.0 機理效果提高強度，降低塑韌性 原子固溶 晶格發(fā)生畸變 產(chǎn)生彈性應(yīng)力場，與位錯交互作用位錯運動阻力1、固溶強化 合金元素對低碳鐵素體強度和塑性的影響 Si、Mn的固溶

29、強化效應(yīng)大，但Si 1.1%，Mn 1.8%時，鋼的塑韌性將有較大的下降。C、N固溶強化效應(yīng)最大。 合金元素對Cr18Ni9型不銹鋼的強化效應(yīng)-間隙元素，-F形成元素，-A形成元素2、位錯強化 表達式 機理 位錯密度 位錯交割、纏結(jié)， 有效地阻止了位錯運動 鋼強度。 對bcc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(zhuǎn)變溫度TK3、細晶強化表達式機理 晶粒越細 晶界、亞晶界越多 有效阻止位錯運動，產(chǎn)生位錯塞積強化。效果 鋼的強度，又塑性和韌度這是最理想的強化途徑. 著名的Hall-petch公式 式中，d為晶粒直徑，Kg為系數(shù) 晶界處位錯塞積現(xiàn)象4、第二相強

30、化表達式機理 微粒第二相釘扎位錯運動強化效果 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， 淬火時殘留第二相強化。效果有效提高強度，但稍降低塑韌性。 鋼強度表達式 位錯被質(zhì)點障礙物所擋住在低碳結(jié)構(gòu)鋼中各種強化效果示意圖二、合金鋼強化的有效性 最終強化有效性取決于強化和弱化的綜合結(jié)果。1、強化的有效性 強化:彌散析出P |-S|硬度峰值弱化: M分解P |-S|弱化緩慢 圖 強化和弱化的演變 1- M分解；2-彌散析出；3-綜合效應(yīng) 2、Me對強化有效性的影響 強化有效性取決于形成彌散相的Me及其量。 Me量 彌散相量(有足夠的C) 二次硬化 例：含0.1

31、0.15%C鋼， 需0.10.2%V；0.080.12%Nb； 2.53.0%Cr強化 弱化Me最小濃度臨界值K類型含C量 圖 V對40鋼回火硬度的作用不同含C量的V鋼，如產(chǎn)生二次硬化，V的臨界濃度是不同的，為什么? 對結(jié)構(gòu)鋼，細晶強化和沉淀強化貢獻最大。合金鋼與C鋼的強韌性差異，主要不在于Me本身的強化作用，而在于Me對鋼相變過程的影響，并且Me的良好作用，只有在進行合適的熱處理條件下才能充分得到發(fā)揮。需要充分理解三、Me對鋼韌性的影響 1、影響韌性的因素 強化因素 一般情況，鋼強度塑韌, 稱為強韌性轉(zhuǎn)變矛盾。除細化組織強化外，其它強化因素都會程度不同地韌性。 危害最大是間隙固溶； 沉淀強化

32、較小,但對強化貢獻較大。合金元素 Ni韌性；Mn在少量時也有效果；其它常用元素都在不同程度上韌性晶粒度 細晶既S，又TK, 即 韌性 最佳組織因素。第二相 K韌性。K 小、勻、圓、適量 工藝努力方向。 雜質(zhì)往往是形變斷裂的孔洞形成核心， 提高鋼的冶金質(zhì)量是必須的。雜質(zhì) 合金元素對鐵素體 沖擊韌度的影響 晶粒大小對強度、韌脆轉(zhuǎn) 變溫度TK的影響20MnSi鋼不同晶粒度的低溫沖擊性能2、提高鋼韌度的合金化途徑 1）細化晶粒、組織 如Ti、V、Mo； 2）回火穩(wěn)定性 如強K形成元素 ； 3）改善基體韌度 Ni ； 4）細化K 適量Cr、V，使K小而勻 ； 5）回脆 W、Mo ； 6）在保證強度水平下

33、，適當(dāng)含C量. 冶金質(zhì)量。 思考題： 有些零件為什么要經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理，而不直接用正火態(tài)?1.10 Me對鋼工藝性的影響 一、冷成型性 冷成型性包括：深沖、拉延、彎曲等。 冷作硬化率是在冷變形過程中，材料變硬變脆程度的表征參量。冷作硬化率高，材料的冷成型性差。P、Si、C等元素冷作硬化率。需要冷成型的材料應(yīng)嚴格控制P、N量，盡可能Si、C等量。二、熱壓力加工性 熱壓力加工有鍛造、軋制、拉拔等。 Me溶入基體 產(chǎn)生畸變,熱變形抗力 熱壓力加工性能。如Mo、W、Cr、V等元素影響較大。C和Me量較多時，形成共晶K，熱壓力加工性更差。 合金鋼的熱壓力加工性能比碳鋼差。高速鋼等高合金鋼的熱壓力加工難度是較

34、大的.三、切削加工性 不同情況側(cè)重點不同，如粗加工，主要考慮速度；精加工主要考慮表面粗糙度。 C鋼 硬度在170230HB，切削性能最好.對組織來說，P:F=1:1較佳。不同含C量的鋼要得到較好的切削性，其預(yù)處理是不同的： 對C鋼: 0.1%C,宜淬火； 0.5%C,宜正火； 0.8%C,宜球化退火思考題： 為什么鋼的切屑是連續(xù)的，而鑄鐵的切屑是碎片狀斷開的?四、材料的熱處理工藝性鋼號合金元素質(zhì)量分數(shù)含量 / %P轉(zhuǎn)變孕育期 / 秒35CrCr + Ni = 1.341235CrMoCr+Mo= 1.38 3540CrNiMoCr+Mo+Ni= 3.25 500淬透性 一般是指淬火時獲得M的能

35、力. 合金元素復(fù)合作用大,不是簡單加和. 在結(jié)構(gòu)鋼中，M淬透性作用顯著的元素從大到小排列：（B）、Mn、Mo、Cr、Si、Ni 。淬透性好的作用 可以使工件得到均勻而良好的力學(xué)性能，滿足技術(shù)要求； 在淬火時，可選用較緩和的冷卻介質(zhì)，以減小工件的變形與開裂傾向 +Mo 能有效P轉(zhuǎn)變，但不能完全先共析F的析出B淬透性 +B 偏聚晶界 有效抑制先共析F的析出0.40%C析出5%F（600） 0.14%Mo 0.35%Mo 0.60%Mo 1 2 4P開始轉(zhuǎn)變時間 1 3 36貝氏體淬透性 合金化基本元素是0.5%Mo + 微量B。淬硬性 理想淬火條件下,形成M能達到的最高硬度.淬硬性主要與鋼的含碳量

36、有關(guān)。變形開裂傾向 熱應(yīng)力變形;組織應(yīng)力 開裂;附加應(yīng)力較復(fù)雜.影響因素比較復(fù)雜,要綜合分析. 采用分級淬火、等溫淬火或雙液淬火可降低應(yīng)力，減小變形開裂傾向。采用調(diào)質(zhì)、球化退火等預(yù)先熱處理也可減小零件的變形。 過熱敏感性和氧化脫碳傾向 奧氏體晶粒急劇長大的敏感性, Mn.如40Mn2、50Mn2、35SiMn、65Mn等。 氧化和脫碳往往伴隨產(chǎn)生. Si.含硅鋼氧化脫碳傾向較大，如9SiCr、42SiMn、60Si2Mn、30CrMnSi等。 脫碳會降低鋼的硬度、耐磨性和疲勞強度，脫碳對于工具、軸承、彈簧等零件是極其有害的.回火穩(wěn)定性(熱穩(wěn)定性) 合金鋼回火穩(wěn)定性要比碳鋼好.同樣回火硬度,合金

37、鋼的回火溫度高,時間也可長些,應(yīng)力消除也大些;同樣塑韌性,合金鋼的強度比碳鋼高. 回火脆性 (前面已介紹) 鋼的編號方法自學(xué)1.8 金屬材料的環(huán)境協(xié)調(diào)性設(shè)計 目前世界上金屬材料及其合金的種類大約有三千多種。 材料的廢棄物再生循環(huán)很困難 可再生循環(huán)設(shè)計已成為鋼鐵材料設(shè)計的一個重要原則。傳統(tǒng)的思路和方法應(yīng)該更新。應(yīng)該發(fā)展少品種、泛用途、多目的的標準合金系列。所以就出現(xiàn)了通用合金和簡單合金的概念。1.8.1 通用合金與簡單合金 通用合金 又稱為泛用性合金。這種通用合金能滿足通用性能，合金在具體用途中的性能要求則可以通過不同的熱處理等方法來實現(xiàn)。 Fe-Cr-Ni、Fe-Cr-Mn鋼. 通過改變Fe、

38、Cr、Ni（Mn）的相對含量，其組織結(jié)構(gòu)和性能也可以在很大范圍內(nèi)變化。 Cr-Mo鋼, 耐熱鋼 簡單合金 組元組成簡單的合金系就叫做簡單合金。簡單合金在成分設(shè)計上有幾個特點： 合金組元簡單，再生循環(huán)過程中容易分選； 原則上不加入目前還不能用精煉方法除去的元素； 盡量不使用環(huán)境協(xié)調(diào)性不好的合金元素。兩個基本原則 （1）在維持合金高性能的前提下，盡量減少合金組元數(shù)； （2）獲得合金高性能時，以控制顯微組織作為加入合金元素的替代方法。 這種設(shè)計合金的思路叫省合金化設(shè)計或最小合金化法。簡單合金的主要用途是代替大量消費的金屬結(jié)構(gòu)件材料。 Si-Mn合金鋼就是目前重點開發(fā)的一種普通的簡單合金?？梢酝ㄟ^各種

39、熱處理獲得不同的組織結(jié)構(gòu)，如F+P、F+B、B+M、B、M等，得到不同強度、塑性配比的性能，以滿足各種用途。 Si和Mn作為主要合金元素，在地球上儲量相當(dāng)大，并容易提取。是一個有前途的環(huán)境材料系列。在汽車薄板和沖壓件上得到了廣泛的應(yīng)用典型例子1.8.2 環(huán)境協(xié)調(diào)性合金設(shè)計環(huán)境協(xié)調(diào)性合金的成分設(shè)計 盡量不使用環(huán)境協(xié)調(diào)性不好的元素。即將枯竭性元素和對生態(tài)環(huán)境人體有較大毒害作用的元素。 對人體毒害作用比較大的元素有Cr、As、Pb、Ni、Hg等。含有這些元素的材料廢棄后，會造成空氣、土壤的污染，直接危害人體或通過生物鏈對人體造成毒害。因此，在材料設(shè)計過程中就要考慮到材料對生態(tài)環(huán)境的影響，其中無鉛釬焊

40、合金的研究開發(fā)就是典型的例子金屬空氣中水中土壤中As47001.40.043Cd5802.97.0Cr6+470004100130Co242.00.065Cu0.240.0200.0052Fe0.0420.0036Pb1600.790.025Mn120Zn0.0330.00290.0070Hg1204.70.15Mo3.30.290.70Ni4700.0570.014 表 某些金屬元素對人體的毒害作用系數(shù)性能環(huán)境負荷比 環(huán)境負荷是一個資源、能源、三廢的綜合數(shù)據(jù)。金屬材料各種表面技術(shù)的環(huán)境影響差別也是較大的。表面技術(shù)處理涉及到表面處理過程中的能源消耗、資源消耗和廢棄物排放. 從總體趨勢上說，對環(huán)

41、境影響的強弱而言，按電子束表面處理電火花表面處理激光表面處理加熱處理氣體表面滲碳處理火焰表面處理離子化學(xué)熱處理，從弱到強排列.金屬材料 Fe Al Ti Zn Cr Ni Cu Mn環(huán)境負荷（ELV） 1.33 9.04 15.518.216.7 19.4 24.0 5.0 比強度（b/） 4.19 4.08 9.98 1.69 4.17 5.61 2.46 6.78彈性比功（2/E） 6.68 1.25 0.25 0.39 0.47 2.91 0.18 1.29（b/） / ELV 3.15 0.45 0.64 0.09 0.25 0.29 0.10 1.34（2/E） / ELV 5.02

42、 0.14 0.02 0.02 0.03 0.15 0.01 0.26 表 常見金屬材料的環(huán)境負荷及其性能環(huán)境負荷比 小 結(jié) 材料學(xué)核心是合金化基本原理，這是材料強韌化矛盾的主要因素。 要真正理解“合金元素的作用，主要在于對合金材料相變過程的影響，而良好的作用只有在合適的處理條件下才能得到體現(xiàn)。” 掌握了合金元素作用及其在加工過程中的演化規(guī)律，才能更好地理解各類鋼設(shè)計與發(fā)展，才能更好地開發(fā)新工藝、新材料。合金化設(shè)計K類型及性質(zhì)K形成規(guī)律對相圖影響對C線的影響組織設(shè)計Me對過程影響Me對工藝性作用強韌化矛盾演化規(guī)律鋼強化基本機理合金韌化基本途徑 第2章 工程結(jié)構(gòu)鋼 工程結(jié)構(gòu)鋼是指專門用來制造工程

43、結(jié)構(gòu)件的一大類鋼種。在鋼總產(chǎn)量中，工程結(jié)構(gòu)鋼占90左右。工程結(jié)構(gòu)鋼包括碳素鋼和低合金高強度鋼。 低合金高強度鋼是指在碳含量低于0.25%（質(zhì)量分數(shù)，下同）的普通碳素鋼的基礎(chǔ)上，通過添加一種或多種少量合金元素（低于3%），使鋼的強度明顯高于碳素鋼的一類工程結(jié)構(gòu)用鋼，統(tǒng)稱低合金高強度鋼。 按用途可分為結(jié)構(gòu)鋼、耐腐蝕鋼、低溫用鋼、耐磨鋼、鋼筋鋼、鋼軌鋼及其他專業(yè)用鋼等 高強度耐侯厚壁冷彎高頻焊管用于東方明珠塔客車及農(nóng)業(yè)機械鍍鋅C型鋼用于上海大劇院屋架桁架浦東國際機場侯機樓及道路護欄現(xiàn)代化蔬菜棚耐候Z型鋼用于體育館2.1 工程結(jié)構(gòu)鋼的基本要求 工程結(jié)構(gòu)件長期受靜載；互相無相對運動受大氣（海水）的侵蝕；

44、有些構(gòu)件受疲勞沖擊；一般在-50100范圍內(nèi)使用；如：橋梁、船舶等受到像風(fēng)力或海浪沖擊.服役條件生產(chǎn)工藝 焊接是構(gòu)成金屬結(jié)構(gòu)的常用方法；一般都要經(jīng)過如剪切、沖孔、熱彎、深沖等成型工藝技術(shù)要求 1、足夠的強度與韌度（特別是低溫韌度）； 2、良好的焊接性和成型工藝性； 3、良好的耐腐蝕性； 4、低的成本。2.2 低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼的合金化1、Me對低合金高強度鋼力學(xué)性能的影響C 固溶強化效果和珠光體含量，低成本。 C，塑、韌性，焊接性、冷成型。如0.1%C，TK為-50，0.3%C，TK為50一般均應(yīng)限制在0.2%以下Si 最常用且較經(jīng)濟的元素。強化F較顯著，1%Si，s85MPa，TK，量多時可

45、大為降低塑韌性，所以Si控制在1.1%Mn 固溶強化作用大，1%Mn，s33MPa。約有3/4量溶入F中，弱的細晶作用，TK。同樣量多時可大為降低塑韌性. 所以Mn控制在NbAlV。Re 脫氧去硫吸氫作用，改善塑韌性，TK 所以，低合金高強度鋼的基本成分應(yīng)考慮低碳，稍高的錳含量，并適當(dāng)用硅強化。 合金元素對低合金高強度鋼的固溶強化 鋼的韌脆轉(zhuǎn)折溫度與碳含量的關(guān)系 （a）強化機制的影響 （b）成分的影響圖 鐵素體-珠光體鋼的各種強化機制和成份對屈服強 度和韌-脆轉(zhuǎn)折溫度的影響 2、Me對焊接性和耐大氣腐蝕性的影響 優(yōu)良的焊接性是指：焊接工藝簡單；焊縫與母材結(jié)合牢固，強度不低于母材；焊縫的熱影響區(qū)

46、保持足夠的強度與韌性，沒有裂紋及各種缺陷?？刂艭 C 焊縫處硬化與脆化傾向，焊接裂紋。提高淬透性的Me種類及其數(shù)量也應(yīng)適當(dāng)控制，如Cr、Mn、Mo、Ni等。CuP 耐大氣腐蝕性最有效的元素。一般含量:0.0250.25% Cu ，0.050.15 P 。 P，冷脆和時效傾向增加。用Al脫氧 細晶粒鋼。復(fù)合加入適量元素，則鋼耐蝕性效果更佳。 如090CuPCrNi-A、 09CuP、09CuPCrNi-B時效現(xiàn)象 低碳工程構(gòu)件經(jīng)加工或高溫冷卻后，在室溫或較低溫度下放置一段時間，鋼的性能會發(fā)生明顯變化的現(xiàn)象。（淬火時效和機械時效）產(chǎn)生原因 C、N等間隙原子偏聚或內(nèi)吸附于位錯等晶體缺陷處。提高硬度、

47、降低塑性和韌度。如：某鋼板剛變形時，AK120J，十天后降為35J；焊接鋼板在三個月后由92J降為33J。當(dāng)然橋梁、船舶等突然斷裂的原因很多。共振、應(yīng)力波等思考題： 退火后的低C鋼板一般在深沖前，先進行一次少量變形的平整加工，然后長進行深沖，為什么?2.3 鐵素體-珠光體鋼 最新研究成果：如F晶粒尺寸細化到級，則F-P類低合金高強度鋼的強度也可達到800MPa F-P類型是工程結(jié)構(gòu)鋼中最主要的一類鋼。有Q295、Q345、Q390、Q420、Q460五個牌號。根據(jù)質(zhì)量要求分為A、B、C、D四個等級。A、B級為普通質(zhì)量級；C級為優(yōu)質(zhì)級；D級和E級為特殊質(zhì)量級，有低溫沖擊韌性要求。 組織： 102

48、5片層狀P+ 7590多邊形F。低碳鐵素體/珠光體鋼超細晶強韌化與控制技術(shù) 2004年度國家科學(xué)技術(shù)進步一等獎主要特點 超細晶粒、高潔凈度、高均勻性。生產(chǎn)節(jié)約能源和資源，不用或少用Me，改善環(huán)境，成本，具有更高的經(jīng)濟效益。 如何形成微米級的超細晶是該項目的核心技術(shù)和難點。具體指標 采用形變誘導(dǎo)F相變，可把F晶粒細化到2-5m（碳鋼）和12m（微合金鋼）。碳鋼的s由200MPa提高到350400MPa；低合金鋼由350400MPa提高到600700MPa。 低碳鐵素體/珠光體鋼超細晶鋼材生產(chǎn)工藝控制和不同的制品2.4 微珠光體低合金高強度鋼 石油、天然氣開發(fā)，需要大量輸送管線。油氣管線用鋼要求有

49、很好的焊接性、低溫韌度和強度等綜合性能。輸送油氣距離越長，壓力越大，質(zhì)量要求也越高。油氣管線用鋼發(fā)展為微P低合金高強度鋼。強化機理 對F-P鋼, P量每10%，將使TK22。 油氣管線用鋼:C, 0.1%；為保證，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。 析出強化和晶粒細化鋼性能。Nb、V、Ti微合金化和控軋?zhí)幚砉に?。控制軋制和控制冷卻技術(shù) 高溫形變熱處理F大幅度晶粒細化強度和韌度。控制軋制和控制冷卻的組織變化模式圖 圖中軋制溫度向右邊降低，上層表示奧氏體組織變化，下層表示奧氏體開始相變后組織及F核的形成 圖 各種軋制程序模式圖 CR：控制軋制 ；AcC:控制冷卻 3、微合金元素的

50、作用 Nb、V、Ti單元或復(fù)合是常用的，其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(jié)晶 在熱加工過程中，奧氏體會發(fā)生形變再結(jié)晶使晶粒回復(fù)粗大。但應(yīng)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(jié)晶時晶界和位錯的運動，從而抑制奧氏體形變再結(jié)晶。 沉淀析出強化相主要是低溫下析出的Nb(C，N)和VC。 Nb0.04%時，Gph；Nb0.04%時，ph增量大大增加，而G保持不變。V引起析出強化增量ph最顯著，而Ti的作用處于Nb和V之間。 微合金元素對鋼的屈服強度

51、的影響 （G：晶粒細化的貢獻Ph：析出強化的貢獻） 2.5 針狀鐵素體鋼 對于一些強度、焊接性、低溫沖擊韌性等要求更高的場合，還必須采用針狀鐵素體低合金高強度鋼?；咎攸c 針狀鐵素體（acicular ferrite，簡寫AF）鋼實際上屬于超低碳貝氏體鋼。 0.06C + 適量Mn、Mo、Nb等 具有高密度位錯（1010cm2）亞結(jié)構(gòu)的“針狀F”組織（超低碳B）。s 達700800MPa，低溫沖擊韌性、焊接性更好. 用于現(xiàn)場焊接條件及其寒冷地帶管線。被稱為21世紀的控軋鋼。2.6 低碳貝氏體和馬氏體鋼 低碳貝氏體鋼是指含碳量為0.100.15%，使用狀態(tài)組織為B的鋼。貝氏體鋼通常是在軋制空冷或

52、控制冷卻，直接獲得B組織。 由于B的相變強化，低碳貝氏體鋼與相同含碳量的鐵素體-珠光體型鋼相比，具有更高的強度和良好的韌度，屈服強度可達450980MPa .主要特點 合金元素是保證在較寬的冷速范圍內(nèi)獲得以貝氏體為主的組織成分特點: ? 0.5%左右Mo + 微量B（0.005%） +Mn、Cr、Ni等+Nb、Ti、V 主要用于制造容器的板材和其他鋼結(jié)構(gòu)。 14MnMoV和14MnMoVBRE鋼是我國發(fā)展的低碳貝氏體鋼，屈服強度為490MPa級低碳馬氏體鋼 工程機械上相對運動部件和低溫下使用部件，要求有更高的強度和良好的韌性。 0.16%C，加入Mo、Nb、V、B及控制Mn或Cr與之配合 淬火

53、回火處理組織為低碳回火馬氏體。 BHS-1鋼的成分為0.10C-1.80Mn-0.45Mo-0.05Nb。鍛軋后空冷或直接淬火并自回火。達到合金調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)后的性能水平。 制造汽車的輪臂托架、操縱桿、車軸、轉(zhuǎn)向聯(lián)動節(jié)和拉桿等，也可用于冷墩、冷撥及制作高強度緊固件。2.7 雙相鋼成分主要成分為： 0.2%C，1.21.5%Si，0.81.5%Mn，0.45%Cr，0.4%Mo，少量V 、Nb、Ti。（質(zhì)量分數(shù)）組織 F+M組織，F(xiàn)基體上分布不連續(xù)島狀混合型M（20%） 雙相鋼。 F中非常干凈，C、N等間隙原子很少；C和Me大部分在M中. 強度 MPa 雙相鋼 600 400 普通鋼 200 10

54、20 30 40 應(yīng)變 / % 雙相鋼和普通鋼應(yīng)力應(yīng)變曲線的比較性能 低s，且是連續(xù)屈服，無屈服平臺和上、下屈服；均勻塑變能力強，總延伸率較大，冷加工性能好；加工硬化率n值大，成型后s可達500700MPa。應(yīng)用 沖壓型雙相鋼主要是板材，廣泛用于各種容器和汽車沖壓件。 非沖壓雙相鋼有棒材、線材、鋼筋薄壁無縫鋼管等產(chǎn)品。鋼材經(jīng)熱軋后控制冷卻，得到F加M雙相鋼組織，然后經(jīng)冷撥、冷墩等工藝制成成品?？捎糜谄嚨拇罅汉蜐L型車輪，汽車的前后保險杠、發(fā)動機懸置梁等，使用雙相鋼可使汽車重量降低1030%低合金高強度鋼發(fā)展趨勢 低碳超低碳0.06%甚至0.02%高純凈化微合金化技術(shù)控軋和控冷工藝超細晶?；詣?/p>

55、化在線控制在線生產(chǎn)系統(tǒng)復(fù)合微合金化凈化鋼中的有害雜質(zhì)組織微細化計算機控制和性能預(yù)報 采用超級鋼概念及技術(shù)構(gòu)造的超級結(jié)構(gòu)示意圖 小 結(jié) 在微合金化成分設(shè)計的基礎(chǔ)上，正確的控軋和控冷工藝是關(guān)鍵因素。組織變化是在T-t-P三元處理過程中動態(tài)地進行的，從而獲得了優(yōu)異的復(fù)合強化。這是對傳統(tǒng)T-t二元處理的一個突破，從而對鋼的各種強化機制也有了新的認識與發(fā)展 Ti、Nb、V等元素在控軋和控冷工藝過程的各個環(huán)節(jié)中起了重要作用。合適的量及其它們的復(fù)合加入使各強化機制得到了最佳的發(fā)揮第3章 機器零件用鋼 根據(jù)鋼的生產(chǎn)工藝和用途，可分為：調(diào)質(zhì)鋼、低碳馬氏體鋼、超高強度結(jié)構(gòu)鋼、滲碳鋼、氮化鋼、彈簧鋼、軸承鋼和易削鋼

56、等。3.1 概 述 一、機器零件用鋼的性能要求 1、具有良好的冷熱加工工藝性 如鍛造、沖壓、熱處理、車、銑、刨、 磨等。 2、具有良好的力學(xué)性能 不同零件，對鋼強、塑、韌、疲勞、耐 磨性等有不同要求。 一般為亞共析鋼，低合金或中合金，優(yōu)質(zhì) 鋼或高級優(yōu)質(zhì)鋼。 二、機器零件用鋼合金化特點 主加元素 Cr、Mn、Si、Ni。 主要作用：淬透性和力學(xué)性能。輔加元素 Mo、W、V等 過熱敏感性，回脆，淬透性。最佳范圍 獲得最佳性能稱為極限合金化理論 結(jié)構(gòu)鋼常用范圍為：1.2%Si, 2%Mn，12%Cr, 14%Ni， 0.5%Mo，0.2%V, 0.1%Ti，0.40.8%W。 或是單獨加入，或是復(fù)合

57、加入。 三、零件材料和工藝選擇途徑 低碳馬氏體型結(jié)構(gòu)鋼，采用淬火+低溫回火。為耐磨性，可進行滲碳處理；汽車拖拉機齒輪類為代表. 回火索氏體型，選擇中碳鋼，采用淬火+高溫回火。為耐磨性，可進行滲氮處理或高 頻感應(yīng)加熱淬火等表面硬化工藝方法。軸類零件為典型。 1、對于要求良好綜合力學(xué)性能，零件選 材料的途徑為： 2、如要求更高的強度，則適當(dāng)犧牲塑韌性?？蛇x擇中碳鋼，采用低溫回火工藝。如低合金中碳馬氏體鋼。農(nóng)業(yè)機械較多. 3、如要求高的彈性極限和屈服強度，又要有較高的塑性和韌度，則選擇中高碳鋼，進行中溫回火。如彈簧鋼。 4、零件要求高強度、高硬度，高接觸疲勞性和一定的塑性和韌度，可用高碳鋼，淬火+低

58、溫回火。如軸承鋼。 辨證思維 由于不同機器零件的服役條件和失效方式不同，主要的設(shè)計依據(jù)和失效判據(jù)也不同，所以應(yīng)合理選擇鋼的含碳量和熱處理工藝。 應(yīng)該明確: 一般情況下，某零件制造的材料并不是唯一的； 某一種鋼采用不同的熱處理工藝可以制造不同類型的零件； 某一零件用某一材料制造，其熱處理工藝方法也可能是多種的。 3.2 整體強化態(tài)鋼基本情況 整體強化態(tài)鋼均承受拉、壓、扭等交變應(yīng)力，大部分是整體受力。 其主要失效形式是疲勞破壞， 主要性能指標-1、Rm、AK、KIC等。 總體上要求良好的綜合力學(xué)性能。主要應(yīng)用 主要制造軸、桿、軸承類等機器零件，如連桿、螺栓、主軸、半軸等。這類鋼主要有調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼

59、、軸承鋼、低碳馬氏體鋼、超高強度鋼等。 汽車半軸 a)一端法蘭式; b)二端花鍵式; c)變截面臺階式 M7150A砂輪主軸汽拖用連桿下圖 T615K鏜床鏜桿上圖 S7332 螺紋磨床絲杠 3.2.1 調(diào)質(zhì)鋼 1、淬透性原則 淬透性相同的同類調(diào)質(zhì)鋼，可互相代用 0.250.45%C的合金鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)后室溫性能變化 屈服強度相同的碳鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼斷面收縮率變化 結(jié)構(gòu)鋼抗拉強度與硬度的關(guān)系 結(jié)構(gòu)鋼是否淬透對屈強比的影響 2、合金化及常用鋼 含碳量在0.250.45%。常用合金元素作用：Mn：淬透性，但過熱傾向，回脆傾向； Cr：淬透性，回穩(wěn)性，但回脆傾向； Ni:基體韌度， Ni-Cr復(fù)合淬透性，回脆

60、 ； Mo：淬透性,回穩(wěn)性，細晶,回脆傾向； V：有效細晶，(淬透性) ，過熱敏感性。 在機械制造工業(yè)中，調(diào)質(zhì)鋼是按淬透性高低來分級的。 DC為油淬臨界直徑 低淬透性合金鋼: DC 40CrNi 40Cr 40CrNiMo 40CrNi 40Cr 40CrNiMo 40CrNi 40Cr 40CrNi 40Cr 40CrNiMo思考：以Mn代Ni，在性能上有什么差別？ 3、調(diào)質(zhì)鋼強韌化工藝的發(fā)展 正確認識性能指標 AK是一次大能量沖擊性能指標，小能量多沖條件下工作的，很難正確反映。有些重要零件應(yīng)以斷裂韌度KIC來衡量。 由于服役條件差異，鋼最佳綜合性能也不一定都是高溫回火態(tài)好。零件在承受沖擊能