金屬材料學總復習

1、總復習提綱主要內(nèi)容一、主線、核心和“思想”二、合金化三、各類鋼的要點四、各主要材料的分析思路一、主線、核心和“思想”強化強化工藝工藝性能性能要求要求材料材料成分成分使用使用性能性能組織組織結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)服役服役條件條件零件零件要清楚的三點（1）同一零件可用不同材料及相應工藝 例：調(diào)質(zhì)鋼；工具鋼代用（2）同一材料，可采用不同工藝 例：T10鋼，淬火有水、水-油、分級等。強化工藝不同，組織有差別，但都能滿足零件要求。力求最佳的強化工藝。(3）同一材料可有不同的用途 例:60Si2Mn有時也可用作模具。低合金工具鋼也可做主軸，GCr15也可做量具、模具等。 要學活，思路要寬，要敢于提出獨特見解 核心：核心

2、是合金化基本原理。這是材料強韌化矛盾的主要因素.掌握合金元素作用理解各類鋼的設計與發(fā)展采用熱處理等強化工藝 如何在這基礎上充分優(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為在材料的加工過程中的工藝存在問題。 思想：材料學是一門很有“思想”的課程，只是要從學習過程中體會和挖掘出來。辨證作用矛盾轉(zhuǎn)化結(jié)構(gòu)鋼是強度-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)和力學性能之間的關(guān)系等 由強-韌性反映出來的矛盾 材料的這些矛盾涉及到合金化設計、處理工藝等。強度有余時，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。 掌握理解：固溶強化、位錯強化

3、、細晶強化和彌散強化等強化機理。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，固溶強化、位錯強化、細晶強化和彌散強化等強化機制是如何相互轉(zhuǎn)化的。這些問題涉及了所有的專業(yè)課知識。合金化設計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多元適量復合加入 強-韌矛盾和研究開發(fā)就象是一個螺旋形，相互轉(zhuǎn)化、輪回。強-韌矛盾在超高強度鋼中更為突出。創(chuàng)新突破之處是徹底改變傳統(tǒng)的強化之源C合金化。所以發(fā)展了馬氏

4、體時效鋼，使強韌性提高了一個數(shù)量級。 在材料發(fā)展的過程中，人們不斷地在這些矛盾中進行研究，并不斷地取得了突破性進展。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，都是在深入理解強韌化機理的基礎上，從傳統(tǒng)的強-韌矛盾中得到解脫，有所創(chuàng)新。二、合金化1、合金化原則 多元適量，復合加入多元多元作用大，效果好，又經(jīng)濟。合金元素 的作用并不是簡單的代數(shù)和。簡單比喻：人每 天的營養(yǎng)攝入，可科學地配制食譜，做到既滿 足營養(yǎng)要求，又不會使某種營養(yǎng)過剩。多元復合加入的作用或情況主要有以下幾種：多元復合加入 提高性能。如淬透性，復合作用不是線性 相加的。如：40Cr 40CrNi 40CrNiMo揚長避短。合

5、金元素能對某些方面起積極的 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。如：Si-MnMn-V改善K類型與分布。某些元素加入會改變鋼 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適量合金元素的某種作用在含量達到一定量 時往往會起不良的影響，而且還有經(jīng)濟性的問題。 適量的原因，除了經(jīng)濟的因素外，主要有以下幾種情況：適量加入有Me增多后，會降低材料的塑韌性 如構(gòu)件鋼中，一般Si1.1%，Mn1.8%有些Me增多，會惡化K的分布 如高速鋼中Cr，CrWMn中的W等有的會改變K類型，熱處理難度 如一般結(jié)構(gòu)鋼中V

6、0.10.2%，Mo0.5%左右，以免生成難溶的K 適量加入, 符合經(jīng)濟性 Me作用不是線性的,適量，體現(xiàn)經(jīng)濟性2、主要合金元素作用歸納Cr 淬透性 G，K形核長大。Cr、Ni等復合作用大，如調(diào)質(zhì)鋼40Cr40CrNi40CrNiMo。 回穩(wěn)性 阻止M3C型長大。如40 Cr與40鋼相比，回火到相同硬度時，回火溫度可30-40。 抗氧化性、熱強性 形成Cr2O3，F(xiàn)eO出現(xiàn)的溫度；原子間結(jié)合力，熱強性。如耐熱鋼，Mo-Cr-V。Cr 耐蝕性 電極電位，n/8定律。如不銹鋼。 細化晶粒，改善K均勻性 K較穩(wěn)定，如GCr15。 回火脆性 促進雜質(zhì)原子偏聚，如40CrNi。 A1 F形成元素。熱疲勞

7、性，如5CrNiMo；淬火溫度，如GCr15為840，而T10為780；含Cr量多時F鋼，如1Cr17。 Ms Ar，如GCr15比T10鋼的AR多，分布為8%左右和3%左右。Mn 強化F 固溶強化，如低合金普通結(jié)構(gòu)鋼。 淬透性 G，使“C”線右移，如40 Mn2。 晶粒長大 A1 ，強化C的促進晶粒長大作用，過熱敏感性。 Ar Ms。量大時，獲得A鋼 Mn擴大區(qū)。 回火脆性 促進有害元素偏聚。 熱脆性 脫硫，形成MnS；脫氧劑，MnO；易切削鋼。Si ，可切削性 固溶強化效果顯著，如彈簧鋼60Si2Mn等； 低溫回火穩(wěn)定性 抑制-K形核長大及轉(zhuǎn)變，如30CrMnSi、9SiCr。 抗氧化性

8、形成致密的氧化物，如高溫抗氧化鋼Cr18Si2,排氣閥用鋼4Cr9Si2。 淬透性 K形核長大，使“C”線右移，高C時作用較大。 淬火溫度 A1 。如9SiCr，Ac1為770。 脫C、石墨化傾向 Si碳活度，含Si鋼脫C傾向大。如9SiCr、60Si2Mn等Mo 淬透性 推遲P轉(zhuǎn)變，對B轉(zhuǎn)變影響較小。 熱強性 固溶體原子間結(jié)合力，如珠光體熱強鋼12CrMoV。 回火脆性 有效地抑制有害元素的偏聚，如40CrNiMo。 回火穩(wěn)定性 較強K形成元素，碳活度，且K穩(wěn)定不易長大。 細化晶粒 較強K形成元素，碳活度，阻止晶界移動。 非氧化性酸的耐蝕性，防止點蝕 形成MoO3，致密而穩(wěn)定。Ni 基體韌度

9、 Ni位錯運動阻力，使應力松弛。如馬氏體時效鋼。40CrNi、40CrNiMo鋼的韌度較高。 穩(wěn)定A組織， NiA1 ，擴大區(qū)，量大時，室溫為A組織，如18-8奧氏體不銹鋼。 淬透性 G，使“C”線右移，Cr-Ni復合效果更好。如12CrNi3、40CrNi。 回火脆性 Ni促進有害元素的偏聚，如40CrNi回火脆性大。 Ms Ar。V 熱強性 VC質(zhì)點穩(wěn)定性好，且彌散分布，如耐熱鋼Cr-Mo-V。 細化晶粒 VC質(zhì)點細小、穩(wěn)定，有效阻止晶界移動，如40Mn2V、50CrV。 紅硬性、耐磨性 VC質(zhì)點細小、穩(wěn)定、彌散，如高速鋼均含V。 過熱傾向 VC質(zhì)點溶解穩(wěn)定較高，晶粒不易長大，4040Mn

10、2V。 磨削性 VC質(zhì)點硬度高，容易產(chǎn)生磨削裂紋，如9Mn2V的磨削性較差。3、利用合金化原理分析典型鋼的性能特點 9SiCr、CrWMn、9Mn2V； 60Si2Mn； 5CrNiMo； W6Mo5Cr4V2 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； 不同表面強化工藝特點、應用和適用鋼種。三、各類鋼的要點1、要掌握各類鋼的特點 合金元素多，鋼的導熱性較差，工藝的可變性也大。因此，工 藝 相 對 就 比 較 復 雜 。 如 高 速 鋼 、 C r 1 2 M o V 、18Cr2Ni4W、3Cr

11、2W8V等。 過共析鋼，希望K穩(wěn)定，用較強K形成元素。量可較多，殘余K細化晶粒，又提高耐磨性。如過共析鋼采用不完全淬火，低溫回火；要重視預先熱處理，球化工藝。 亞共析鋼，采用完全淬火，希望鋼中的K不穩(wěn)定，在加熱時能全部溶解。強K形成元素用得比較少，即使有，含量也是較少，控制。 2、歸納各類鋼的工藝特點 工具鋼淬火時，變形開裂傾向比較大，所以在工藝措施上，常采用預熱、預冷，淬火常用等溫、分級、雙液淬火等方法，且需要及時回火。 工件尺寸大，如鍛模，則整個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。 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氣氛、鹽浴爐等。

12、 精密零件處理過程中要注意尺寸穩(wěn)定性。 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。1. 結(jié)構(gòu)鋼的特點、應用及演變 2. 工具鋼的特點、應用及演變 3. 鑄鐵要點4. 鋁合金分類與特點四、各主要材料的思路服役條件及性能要求 常用牌號 C量 常用工藝 組織性能 應用 要點 低強鋼 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、應用及演變 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常用牌號 C量 常用工藝 組織 性能特點 應用 要點 碳素鋼 低合金 高速鋼 冷作模具鋼 熱作模具鋼 量具鋼

13、 典型工具鋼的特點、應用及演變鑄鐵中心問題：G形狀、大小、數(shù)量、分布石墨化過程決定G形態(tài)決定基體熱力學自由焓有利于石墨化動力學成分、結(jié)構(gòu)、擴散有利于Fe3C析出 影響因素化學成分C、Si促進石 墨 化 ；M n 、 S 阻止石墨化冷卻速度薄壁表面易白口。壁厚敏感性，性能差異牌號及數(shù)字意義HT200QT400-18KTZ450-06鑄鐵性能強度、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?；铱阼T鐵：片G，性能特點與用途。孕育處理可鍛鑄鐵：團絮狀G，由白口鐵經(jīng)石墨化得到，性能與用途球墨鑄鐵：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。

14、性能與用途蠕鐵：蠕蟲狀G特殊性能鑄鐵：耐蝕、耐磨、耐熱 Cu、Mg、 Zn、Si、MnLL+ + Al Me 工業(yè)純鋁：密度2.72。導電、導熱性好，抗蝕性好，塑性高防銹鋁合金只能變形強化。Al-Mg、Al-Mn系。LF5合金化 固溶強化細化組織強化時效強化第二相強化基本過程：GP。條件：Me能溶入；隨T而固溶度；析出相強化作用大。鑄造鋁合金：Al-Si ，ZL104Al-Cu，ZL201Al-Zn，ZL402Al-Mg，ZL301 可熱處理強化特點：無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變；固溶處理和時效強化硬鋁：LY12Al-Cu-Mg系。性能特點：強度比較高，耐熱性好，抗蝕性差。熱處理：淬火溫度窄，要求冷速快，轉(zhuǎn)

15、移時間短超硬鋁：如LC4Al-Zn-Mg-Cu系性能特點：強度高，耐熱性、抗蝕性差。熱處理：淬火溫度較寬鍛鋁：如LD5Al-Mg-Si-Cu系工藝特點：鍛造性好，熱處理：采用人工時效1鋼的和合金化概論1.1 合金元素和鐵的作用 Me分類；A,F穩(wěn)定元素；E點S影響 1.2 合金鋼中的相組成 固溶體及規(guī)律；各種K(強弱順序)；K形成規(guī)律；N化物；金屬間化合物；1.3 合金元素在鋼中的分布及偏析 各種氣團；B原子作用1.4 合金鋼中的相變 A P, B,M區(qū)別及元素作用；B淬透性及Mo和B機制；二次淬火；K析出類型；回火脆性(原因、特征、Me)1.5 合金元素對鋼強韌化的影響 強化機制；二次硬化；

16、提高韌度途徑1.6 合金元素對鋼工藝性的影響 淬透測試方法；提高淬透性作用；1.7 微量元素在鋼中的作用1.8 金屬材料的環(huán)境協(xié)調(diào)性設計 1.9 合金鋼的分類與牌號 自學了嗎？第2章 工程結(jié)構(gòu)鋼 2.1 工程結(jié)構(gòu)剛的基本要求 幾條要求； 2.2 低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼的合金化 Ti、V、Ni；Cu、P2.3 常用低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼 2.4 微珠光體低合金高強度鋼 2.5 針狀鐵素體鋼 2.6 低碳貝氏體和馬氏體2.7 雙相鋼 雙相控制機制；軋控；2.8 低合金高強度鋼發(fā)展趨勢第3章 機械制造結(jié)構(gòu)鋼3.1 概述 3.2 調(diào)質(zhì)鋼 淬透原則；常用Me，作用；40Mn2；40CrNiMo，橫向?qū)Ρ?.3

17、非調(diào)質(zhì)機械結(jié)構(gòu)鋼 微合金化元素，作用3.4 彈簧鋼 性能要求和工藝；60Si2Mn3.5 滾動軸承鋼 GCr15；GCr15SiMn；K不均勻性3.6 低碳馬氏體鋼3.7 合金滲碳鋼 18Cr2Ni4W3.8 氮化鋼 38CrMoAl3.9 低淬透性鋼 3.10 耐磨鋼 ZGMn133.11 零件材料選擇基本原則與思路 基本原則第4章 工模具鋼 4.1 概述 4.2 刃具用碳素鋼及低合金工具鋼 T9和9SiCr、CrWMn、Cr2 4.3 高速鋼 鑄態(tài)組織組成；熱處理；W18Cr4V；W、V、Cr作用 4.4 冷作模具鋼 9Mn2V；Cr12MoV 4.5 熱作模具鋼 H13 4.6 其他類型

18、工具鋼第5章 不銹鋼 5.1 概述 5.2 影響不銹鋼組織和性能的因素 Tammann定律 5.3 鐵素體不銹鋼 475脆性； 5.4 馬氏體不銹鋼 5.5 奧氏體不銹鋼 12Cr18Ni9; 18-8；晶間腐蝕；腐蝕區(qū)域(圖)第6章 耐熱鋼 6.1 概述 提高熱強性途徑； 6.2 熱強鋼 6.3 抗氧化剛第7章 超高強度結(jié)構(gòu)鋼 每種鋼的強化來源，K還是金屬間化合物 7.1 低合金超高強度鋼 7.2 二次硬化型超高強度鋼 7.3 馬氏體時效鋼 各種貢獻強弱7.4 沉淀硬化超高強度不銹鋼第8章 鑄鐵 8.1 概述 牌號，石墨和碳化物穩(wěn)定性，石墨化第一二階段，壁厚敏感效應 8.2 普通灰鑄鐵 孕育的作用 8.3 球墨鑄鐵 8.4 蠕墨鑄鐵 8.5 可鍛鑄鐵 8.6 特種性能鑄鐵 幾種鑄鐵強度和耐熱性排行榜第9章 鋁合金 根據(jù)相圖分類；牌號；GP- - 第10章 銅合金 牌號第11 章 鈦合金 牌號和組織第12章 鎂合金 優(yōu)點第13章 金屬功能材料 記憶合金原理，分類；儲氫第14章 金屬基復合材料 類型第15章 金屬間化合物結(jié)構(gòu)材料 常見的幾個類型，B2一、填空三、解釋題五、問答例子：例子：9SiCr鋼和T9鋼相比，退火后硬度偏高，在淬