金屬材料學(xué)總復(fù)習(xí)

金屬材料學(xué)總復(fù)習(xí)第一頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五主要內(nèi)容一、主線、核心和“思想”二、合金化三、各類鋼要點(diǎn)四、各主要材料的分析思路第二頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五主線：服役條件→技術(shù)要求→選擇材料→強(qiáng)化工藝→組織結(jié)構(gòu)→最終性能→應(yīng)用、失效。一、主線、核心和“思想”零件服役條件性能要求材料成分強(qiáng)化工藝組織結(jié)構(gòu)使用性能第三頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五要清楚的三點(diǎn)（1）同一零件可用不同材料及相應(yīng)工藝?yán)赫{(diào)質(zhì)鋼；工具鋼代用（2）同一材料，可采用不同工藝?yán)篢10鋼，淬火有水、水-油、分級(jí)等。強(qiáng)化工藝不同，組織有差別，但都能滿足零件要求。力求最佳的強(qiáng)化工藝。(3）同一材料可有不同的用途。例:60Si2Mn有時(shí)也可用作模具。低合金工具鋼也可做主軸，GCr15也可做量具、模具等。要學(xué)活，思路要寬，要敢于提出獨(dú)特見解第四頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五

核心：核心是合金化基本原理。這是材料強(qiáng)韌化矛盾的主要因素.掌握合金元素作用理解各類鋼的設(shè)計(jì)與發(fā)展采用熱處理等強(qiáng)化工藝如何在這基礎(chǔ)上充分優(yōu)化材料的使用性能，關(guān)鍵就在于熱處理等處理工藝。企業(yè)中的許多問題都是因?yàn)樵诓牧系募庸み^程中的工藝存在問題。第五頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五

“思想”：材料學(xué)是一門很有“思想”的課程，只是要從學(xué)習(xí)過程中體會(huì)和挖掘出來。辯證作用矛盾轉(zhuǎn)化結(jié)構(gòu)鋼是強(qiáng)度-韌度的匹配，工模具鋼主要是韌度-耐磨性的協(xié)調(diào)，鑄鐵石墨形態(tài)和力學(xué)性能之間的關(guān)系等

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由強(qiáng)-韌性反映出來的矛盾

材料的這些矛盾涉及到合金化設(shè)計(jì)、處理工藝等。強(qiáng)度有余時(shí)，矛盾主要方面是如何提高韌度。并且矛盾的主、次方面在一定條件下可以轉(zhuǎn)化。第六頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五

掌握理解：固溶強(qiáng)化、位錯(cuò)強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化等強(qiáng)化機(jī)理。正火和淬火、高溫回火得到的同樣是珠光體組織，但為什么一般鋼要經(jīng)過淬火、回火?在這些處理過程中，合金元素存在的形式和所處的位置是怎樣變化的，其它組織結(jié)構(gòu)是怎樣變化的，固溶強(qiáng)化、位錯(cuò)強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化等強(qiáng)化機(jī)制是如何相互轉(zhuǎn)化的。這些問題涉及了所有的專業(yè)課知識(shí)。第七頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五合金化設(shè)計(jì)K形成規(guī)律K類型及性質(zhì)對(duì)C線的影響對(duì)相圖影響強(qiáng)韌化矛盾演化規(guī)律鋼韌化基本途徑鋼強(qiáng)化基本機(jī)理Me對(duì)過程影響Me對(duì)工藝性作用組織設(shè)計(jì)多元適量復(fù)合加入第八頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五

強(qiáng)-韌矛盾和研究開發(fā)就象是一個(gè)螺旋形，相互轉(zhuǎn)化、輪回。強(qiáng)-韌矛盾在超高強(qiáng)度鋼中更為突出。創(chuàng)新突破之處是徹底改變傳統(tǒng)的強(qiáng)化之源——C合金化。所以發(fā)展了馬氏體時(shí)效鋼，使強(qiáng)韌性提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)。

在材料發(fā)展的過程中，人們不斷地在這些矛盾中進(jìn)行研究，并不斷地取得了突破性進(jìn)展。如現(xiàn)在已經(jīng)廣泛使用的微合金鋼、非調(diào)質(zhì)鋼、雙相鋼等，都是在深入理解強(qiáng)韌化機(jī)理的基礎(chǔ)上，從傳統(tǒng)的強(qiáng)-韌矛盾中得到解脫，有所創(chuàng)新。第九頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五體會(huì)分析問題、解決問題的關(guān)鍵和思路。材料的發(fā)展充滿了活的辨證關(guān)系，充滿了矛盾的演變。當(dāng)然，對(duì)問題的認(rèn)識(shí)有一個(gè)逐步理解的過程。首先要有宏觀的認(rèn)識(shí)和思路，從高處看問題有豁然開朗的意境。第十頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五二、合金化

1、合金化原則多元適量，復(fù)合加入多元：多元作用大，效果好，又經(jīng)濟(jì)。合金元素的作用并不是簡(jiǎn)單的代數(shù)和。簡(jiǎn)單比喻：人每天的營養(yǎng)攝入，可科學(xué)地配制食譜，做到既滿足營養(yǎng)要求，又不會(huì)使某種營養(yǎng)過剩。合金元素作用的辯證規(guī)律.

多元復(fù)合加入的作用或情況主要有以下幾種：

第十一頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五多元復(fù)合加入⑴提高性能。如↑淬透性，復(fù)合作用不是線性相加的。如：40Cr→40CrNi→40CrNiMo⑵揚(yáng)長避短。合金元素能對(duì)某些方面起積極的作用，但往往還有副作用，為克服這不足，可加入另一元素來彌補(bǔ)。如：Si-Mn\Mn-V⑶改善K類型與分布。某些元素加入會(huì)改變鋼中所形成K類型與分布，或改變其它元素的存在形式和位置，從而提高性能。如耐熱鋼中Cr-Mo-V；高速鋼的V-Cr-W第十二頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五適量：合金元素的某種作用在含量達(dá)到一定量時(shí)往往會(huì)起不良的影響，而且還有經(jīng)濟(jì)性的問題。適量的原因，除了經(jīng)濟(jì)的因素外，主要有以下幾種情況：第十三頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五適量加入①有Me增多后，會(huì)降低材料的塑韌性

如構(gòu)件鋼中，一般Si<1.1%，Mn<1.8%②有些Me增多，會(huì)惡化K的分布

如高速鋼中Cr，CrWMn中的W等③有的會(huì)改變K類型，↑熱處理難度

如一般結(jié)構(gòu)鋼中V<0.1~0.2%，Mo<0.5%左右，以免生成難溶的K

④適量加入,符合經(jīng)濟(jì)性

Me作用不是線性的,適量，體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性第十四頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五2、主要合金元素作用歸納Cr:

1）↑淬透性→↓ΔGγ→α，↓K形核長大。Cr、Ni等復(fù)合作用大，如調(diào)質(zhì)鋼40Cr—40CrNi—40CrNiMo。

2）↑回穩(wěn)性→阻止M3C型長大。如40Cr與40鋼相比，回火到相同硬度時(shí)，回火溫度可↑30-40℃。

3）↑抗氧化性、熱強(qiáng)性→形成Cr2O3，↑FeO出現(xiàn)的溫度；↑原子間結(jié)合力，↑熱強(qiáng)性。如耐熱鋼，Mo-Cr-V。第十五頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五

4）↑耐蝕性→↑電極電位，n/8定律。如不銹鋼。5）細(xì)化晶粒，改善K均勻性→K較穩(wěn)定，如GCr15。

6）↑回火脆性→促進(jìn)雜質(zhì)原子偏聚，如40CrNi。7）↑A1→F形成元素?！鼰崞谛裕?CrNiMo；↑淬火溫度，如GCr15為840℃，而T10為780℃；含Cr量多時(shí)→F鋼，如1Cr17。8）↓Ms→↑Ar，如GCr15比T10鋼的Ar多，分布為8%左右和3%左右。第十六頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五Mn:1）強(qiáng)化F→固溶強(qiáng)化，如低合金普通結(jié)構(gòu)鋼。2）↑淬透性→↓ΔGγ→α，使“C”線右移，如40Mn2。3）↑晶粒長大→↓A1，強(qiáng)化C的促進(jìn)晶粒長大作用，↑過熱敏感性。4）↑Ar→↓Ms。量大時(shí)，獲得A鋼→Mn擴(kuò)大γ區(qū)。5）↑回火脆性→促進(jìn)有害元素偏聚。6）↓熱脆性→脫硫，形成MnS；脫氧劑，MnO；易切削鋼。第十七頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五Si：1）↑σ，↓可切削性→固溶強(qiáng)化效果顯著，如彈簧鋼60Si2Mn等；2）↑低溫回火穩(wěn)定性→抑制ε-K形核長大及轉(zhuǎn)變，如30CrMnSi、9SiCr。3）↑抗氧化性→形成致密的氧化物，如高溫抗氧化鋼Cr18Si2,排氣閥用鋼4Cr9Si2。4）↑淬透性→↓K形核長大，使“C”線右移，高C時(shí)作用較大。5）↑淬火溫度→↑A1。如9SiCr，Ac1為770℃。6）↑脫C、石墨化傾向→Si↑碳活度，含Si鋼脫C傾向大。如9SiCr、60Si2Mn等。第十八頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五Mo：1）↑淬透性→推遲P轉(zhuǎn)變，對(duì)B轉(zhuǎn)變影響較小。2）↑熱強(qiáng)性→↑固溶體原子間結(jié)合力，如珠光體熱強(qiáng)鋼12CrMoV。3）↓回火脆性→有效地抑制有害元素的偏聚，如40CrNiMo。4）↑回火穩(wěn)定性→較強(qiáng)K形成元素，↓碳活度，且K穩(wěn)定不易長大。5）細(xì)化晶粒→較強(qiáng)K形成元素，↓碳活度，阻止晶界移動(dòng)。6）↑非氧化性酸的耐蝕性，防止點(diǎn)蝕→形成MoO3，致密而穩(wěn)定。第十九頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五Ni：1）↑基體韌度→Ni↓位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力，使應(yīng)力松弛。如馬氏體時(shí)效鋼。40CrNi、40CrNiMo鋼的韌度較高。2）穩(wěn)定A組織，→Ni↓A1，擴(kuò)大γ區(qū)，量大時(shí)，室溫為A組織，如18-8奧氏體不銹鋼。3）↑淬透性→↓ΔGγ→α，使“C”線右移，Cr-Ni復(fù)合效果更好。如12CrNi3、40CrNi。4）↑回火脆性→Ni促進(jìn)有害元素的偏聚，如40CrNi回火脆性大。5）↓Ms→↑Ar。第二十頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五V：1）↑熱強(qiáng)性→VC質(zhì)點(diǎn)穩(wěn)定性好，且彌散分布，如耐熱鋼Cr-Mo-V。2）細(xì)化晶?！鶹C質(zhì)點(diǎn)細(xì)小、穩(wěn)定，有效阻止晶界移動(dòng)，如40Mn2V、50CrV。3）↑紅硬性、耐磨性→VC質(zhì)點(diǎn)細(xì)小、穩(wěn)定、彌散，如高速鋼均含V。4）↓過熱傾向→VC質(zhì)點(diǎn)溶解穩(wěn)定較高，晶粒不易長大，4040Mn2V。5）↓磨削性→VC質(zhì)點(diǎn)硬度高，容易產(chǎn)生磨削裂紋，如9Mn2V的磨削性較差。第二十一頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五3、利用合金化原理分析典型鋼的性能特點(diǎn)9SiCr、CrWMn、9Mn2V；60Si2Mn；5CrNiMo；W6Mo5Cr4V2第二十二頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五三、各類鋼要點(diǎn)1、要掌握各類鋼的特點(diǎn)彈簧、熱鍛模的服役條件及技術(shù)要求；軸承鋼的冶金質(zhì)量；高速鋼的熱處理工藝；工具鋼的球化處理；高碳鋼的第二相；齒輪、軸類零件的選材料；不同表面強(qiáng)化工藝特點(diǎn)、應(yīng)用和適用鋼種。第二十三頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五2、歸納各類鋼工藝特點(diǎn)1）合金元素多，鋼的導(dǎo)熱性較差，工藝的可變性也大。因此，工藝相對(duì)就比較復(fù)雜。如高速鋼、Cr12MoV、18Cr2Ni4W、3Cr2W8V等。2）過共析鋼，希望K穩(wěn)定，用較強(qiáng)K形成元素。量可較多，殘余K細(xì)化晶粒，又提高耐磨性。如過共析鋼采用不完全淬火，低溫回火；要重視預(yù)先熱處理，球化工藝。3）亞共析鋼，采用完全淬火，希望鋼中的K不穩(wěn)定，在加熱時(shí)能全部溶解。強(qiáng)K形成元素用得比較少，即使有，含量也是較少，控制。第二十四頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五4）工具鋼淬火時(shí)，變形開裂傾向比較大，所以在工藝措施上，常采用預(yù)熱、預(yù)冷，淬火常用等溫、分級(jí)、雙液淬火等方法，且需要及時(shí)回火。5）工件尺寸大，如鍛模，則整個(gè)熱處理過程需要圍繞盡量降低變形開裂而采取一系列措施。6）彈簧、軸承、工具鋼最終處理前一般已是成品，要注意脫碳傾向，一般措施為采用保護(hù)氣氛、鹽浴爐等。7）精密零件處理過程中要注意尺寸穩(wěn)定性。8）工模具鋼，特別是高碳高合金鋼的鍛造工藝很重要，這是最終熱處理質(zhì)量的前提。許多問題往往是由于鍛造工藝的原因。第二十五頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五1結(jié)構(gòu)鋼的特點(diǎn)、應(yīng)用及演變

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工具鋼的特點(diǎn)、應(yīng)用及演變

3鑄鐵要點(diǎn)4鋁合金分類與特點(diǎn)四、各主要材料的思路第二十六頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五服役條件及性能要求常用牌號(hào)

C量

常用工藝

組織性能

應(yīng)用要點(diǎn)低強(qiáng)鋼低C馬氏體

滲碳鋼氮化鋼

調(diào)質(zhì)鋼

彈簧鋼

軸承鋼高錳鋼典型結(jié)構(gòu)鋼的特點(diǎn)、應(yīng)用及演變

縱向要理解系統(tǒng)及相互間關(guān)系橫向要了解含碳量及合金化的變化原因第二十七頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五常用牌號(hào)

C量

常用工藝

組織

性能特點(diǎn)

應(yīng)用

要點(diǎn)

碳素鋼

低合金

高速鋼冷作模具鋼

熱作模具鋼

量具鋼典型工具鋼的特點(diǎn)、應(yīng)用及演變第二十八頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五自由焓有利于石墨化成分、結(jié)構(gòu)、擴(kuò)散有利于Fe3C析出HT200QT400-17KTZ450-06灰口鑄鐵：片G，性能特點(diǎn)與用途。孕育處理熱力學(xué)動(dòng)力學(xué)牌號(hào)及數(shù)字意義可鍛鑄鐵：團(tuán)絮狀G，由白口鐵經(jīng)石墨化得到，性能與用途

石墨化過程Ⅰ決定G形態(tài)Ⅱ決定基體鑄鐵中心問題：G形狀、大小、數(shù)量、分布球墨鑄鐵：球狀G，球化處理。熱處理工藝：與灰鐵不同，與鋼區(qū)別。不同工藝得到不同基體組織。性能與用途

影響因素鑄鐵性能化學(xué)成分C、Si促進(jìn)石墨化；Mn、S阻止石墨化冷卻速度薄壁表面易白口。壁厚敏感性，性能差異強(qiáng)度、伸長率、沖擊韌度比鋼低；耐磨；切削性好；消振性好；缺口敏感性低；鑄造性好。蠕鐵：蠕蟲狀G特殊性能鑄鐵：耐蝕、耐磨、耐熱第二十九頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五工業(yè)純鋁：密度2.72。導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好，抗蝕性好，塑性高防銹鋁合金只能變形強(qiáng)化。Al-Mg、Al-Mn系。LF5固溶強(qiáng)化細(xì)化組織強(qiáng)化時(shí)效強(qiáng)化第二相強(qiáng)化基本過程：GP→θ″→θˊ→θ。條件：Me能溶入α；隨T↓而固溶度↓↓；析出相強(qiáng)化作用大。鑄造鋁合金：Al-Si，ZL104Al-Cu，ZL201Al-Zn，ZL402Al-Mg，ZL301可熱處理強(qiáng)化特點(diǎn)：無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變；固溶處理和時(shí)效強(qiáng)化超硬鋁：如LC4Al-Zn-Mg-Cu系性能特點(diǎn)：強(qiáng)度高，耐熱性、抗蝕性差。熱處理：淬火溫度較寬硬鋁：LY12Al-Cu-Mg系。性能特點(diǎn)：強(qiáng)度比較高，耐熱性好，抗蝕性差。熱處理：淬火溫度窄，要求冷速快，轉(zhuǎn)移時(shí)間短鍛鋁：如LD5Al-Mg-Si-Cu系工藝特點(diǎn)：鍛造性好，熱處理：采用人工時(shí)效Al

Me

合金化

Cu、Mg、Zn、Si、MnLL+α

α

α+β第三十頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五黃銅普通黃銅特殊黃銅金色黃銅：H96彈殼黃銅：H70商業(yè)黃銅：H62<32%Zn,α>32%Zn,α+β海軍黃銅：HSn70-1耐腐蝕性好易切黃銅：HPb59-1可切削性好商業(yè)黃銅：HAl77-1熱塑性好純銅密度8.94,無晶形轉(zhuǎn)變導(dǎo)電、導(dǎo)熱好，化學(xué)穩(wěn)定性好，耐蝕,成形性優(yōu)良,可焊,無磁熱脆：Bi/Pb形成低熔點(diǎn)組織于晶界；冷脆：S/O→Cu2O、CuS，硬脆第三十一頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五青銅錫青銅鋁青銅鈹青銅<6~7%Sn，壓力加工；10~14%Sn，鑄造.鑄造性比黃銅差，耐蝕性比黃銅好.+P、Zn、Ni等元素，為多元錫青銅.如QSn4-3:Sn-4%左右,Zn-3%左右大部分多元：Cu、Al+Mn、Fe、Ni等.如QAl9-2，+2%左右Mn比黃銅錫青銅有更高強(qiáng)度和硬度，更好的耐磨性和耐蝕性，塑性較差。如QBe2.具有高σb、

σp、

σ-1,耐磨，抗蝕，受沖擊不產(chǎn)生火花。經(jīng)淬火時(shí)效后，σb可達(dá)1200MPa第三十二頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五自然辯證法原理應(yīng)用一切運(yùn)動(dòng)都存在于吸引和排斥的相互作用中。這是基本矛盾。在微觀物理運(yùn)動(dòng)中，吸引和排斥的統(tǒng)一首先表現(xiàn)在微觀粒子之間強(qiáng)大的內(nèi)聚力和排斥力之間的動(dòng)態(tài)平衡。

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K的穩(wěn)定性，復(fù)合K的性質(zhì)差別等第三十三頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五一切化學(xué)過程都?xì)w結(jié)為化學(xué)的吸引和排斥的過程。正是由于分子中原子之間化學(xué)鍵的形成和斷裂所引起的化合和分解的對(duì)立統(tǒng)一，構(gòu)成了一切化學(xué)運(yùn)動(dòng)過程的豐富內(nèi)容。在化學(xué)的吸引和排斥中