金屬材料學(xué)總復(fù)習(xí)課件

總復(fù)習(xí)提綱總復(fù)習(xí)提綱1主要內(nèi)容一、主線、核心和“思想”二、合金化三、各類鋼的要點(diǎn)四、各主要材料的分析思路主要內(nèi)容一、主線、核心和“思想”二、合金化三、各類鋼的要點(diǎn)四2一、主線、核心和“思想”強(qiáng)化工藝性能要求材料成分使用性能組織結(jié)構(gòu)服役條件零件一、主線、核心和“思想”強(qiáng)化工藝性能要求材料成分使用性能組織3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(jiàn)解要（1）同一零件可用不同材料及相應(yīng)工藝（2）同一材料，可采用4

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(wèn)題都是因?yàn)樵诓牧系募庸み^(guò)程中的工藝存在問(wèn)題。核心：核心是合金化基本原理。這是材料強(qiáng)韌化掌握5

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(guò)程中體會(huì)和挖掘出來(lái)。辨證作用矛盾轉(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

——由強(qiáng)-韌性反映出來(lái)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。思想：材料學(xué)是一門很有“思想”的課程，只是辨證6

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(guò)淬火、回火?在這些處理過(guò)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(wèn)題涉及了所有的專業(yè)課知識(shí)。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7合金化設(shè)計(jì)K類型及性質(zhì)K形成規(guī)律對(duì)相圖影響對(duì)C線的影響組織設(shè)計(jì)Me對(duì)過(guò)程影響Me對(duì)工藝性作用強(qiáng)韌化矛盾演化規(guī)律鋼強(qiáng)化基本機(jī)理合金韌化基本途徑多元適量復(fù)合加入合金化K類型K形成對(duì)相圖對(duì)C線組織Me對(duì)Me對(duì)強(qiáng)韌化矛盾鋼強(qiáng)8

強(qiáng)-韌矛盾和研究開(kāi)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(guò)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。強(qiáng)-韌矛盾和研究開(kāi)發(fā)就象是一個(gè)螺旋形，相9二、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(yíng)養(yǎng)攝入，可科學(xué)地配制食譜，做到既滿足營(yíng)養(yǎng)要求，又不會(huì)使某種營(yíng)養(yǎng)過(guò)剩。多元復(fù)合加入的作用或情況主要有以下幾種：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10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(zhǎng)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(lái)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多⑴提高性能。如↑淬透性，復(fù)合作用不是線性⑵揚(yáng)長(zhǎng)避短。合金11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(wèn)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：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12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)性適①有Me增多后，會(huì)降低材料的塑韌性132、主要合金元素作用歸納Cr↑淬透性→↓ΔGγ→α，↓K形核長(zhǎng)大。Cr、Ni等復(fù)合作用大，如調(diào)質(zhì)鋼40Cr—40CrNi—40CrNiMo?！胤€(wěn)性→阻止M3C型長(zhǎng)大。如40Cr與40鋼相比，回火到相同硬度時(shí)，回火溫度可↑30-40℃?！寡趸?、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。2、主要合金元素作用歸納Cr↑淬透性→↓ΔGγ→α，↓K14Cr↑耐蝕性→↑電極電位，n/8定律。如不銹鋼。細(xì)化晶粒，改善K均勻性→K較穩(wěn)定，如GCr15?！鼗鸫嘈浴龠M(jìn)雜質(zhì)原子偏聚，如40CrNi?！麬1→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?！齅s→↑Ar，如GCr15比T10鋼的AR多，分布為8%左右和3%左右。Cr↑耐蝕性→↑電極電位，n/8定律。如不銹鋼。15Mn強(qiáng)化F→固溶強(qiáng)化，如低合金普通結(jié)構(gòu)鋼?！阃感浴γ→α，使“C”線右移，如40Mn2。↑晶粒長(zhǎng)大→↓A1

，強(qiáng)化C的促進(jìn)晶粒長(zhǎng)大作用，↑過(guò)熱敏感性。↑Ar→↓Ms。量大時(shí)，獲得A鋼→Mn擴(kuò)大γ區(qū)?！鼗鸫嘈浴龠M(jìn)有害元素偏聚?！裏岽嘈浴摿?，形成MnS；脫氧劑，MnO；易切削鋼。Mn強(qiáng)化F→固溶強(qiáng)化，如低合金普通結(jié)構(gòu)鋼。16Si↑σ，↓可切削性→固溶強(qiáng)化效果顯著，如彈簧鋼60Si2Mn等；↑低溫回火穩(wěn)定性→抑制ε-K形核長(zhǎng)大及轉(zhuǎn)變，如30CrMnSi、9SiCr?！寡趸浴纬芍旅艿难趸?，如高溫抗氧化鋼Cr18Si2,排氣閥用鋼4Cr9Si2?！阃感浴齂形核長(zhǎng)大，使“C”線右移，高C時(shí)作用較大?！慊饻囟取麬1

。如9SiCr，Ac1為770℃?！揅、石墨化傾向→Si↑碳活度，含Si鋼脫C傾向大。如9SiCr、60Si2Mn等Si↑σ，↓可切削性→固溶強(qiáng)化效果顯著，如彈簧鋼60Si17Mo↑淬透性→推遲P轉(zhuǎn)變，對(duì)B轉(zhuǎn)變影響較小?！鼰釓?qiáng)性→↑固溶體原子間結(jié)合力，如珠光體熱強(qiáng)鋼12CrMoV?！鼗鸫嘈浴行У匾种朴泻υ氐钠?，如40CrNiMo?！鼗鸱€(wěn)定性→較強(qiáng)K形成元素，↓碳活度，且K穩(wěn)定不易長(zhǎng)大。細(xì)化晶粒→較強(qiáng)K形成元素，↓碳活度，阻止晶界移動(dòng)?！茄趸运岬哪臀g性，防止點(diǎn)蝕→形成MoO3，致密而穩(wěn)定。Mo↑淬透性→推遲P轉(zhuǎn)變，對(duì)B轉(zhuǎn)變影響較小。18Ni↑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。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。↑淬透性→↓ΔGγ→α，使“C”線右移，Cr-Ni復(fù)合效果更好。如12CrNi3、40CrNi?！鼗鸫嘈浴鶱i促進(jìn)有害元素的偏聚，如40CrNi回火脆性大。↓Ms→↑Ar。Ni↑基體韌度→Ni↓位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力，使應(yīng)力松弛。如馬氏體19V↑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。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?！t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?！^(guò)熱傾向→VC質(zhì)點(diǎn)溶解穩(wěn)定較高，晶粒不易長(zhǎng)大，4040Mn2V。↓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。V↑熱強(qiáng)性→VC質(zhì)點(diǎn)穩(wěn)定性好，且彌散分布，如耐熱鋼Cr-203、利用合金化原理分析典型鋼的性能特點(diǎn)9SiCr、CrWMn、9Mn2V；60Si2Mn；5CrNiMo；W6Mo5Cr4V23、利用合金化原理分析典型鋼的性能特點(diǎn)9SiCr、CrWMn21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。三、各類鋼的要點(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；三、各類鋼的要點(diǎn)1、要掌握22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。過(guò)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(guò)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。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。2、歸納各類鋼的工藝特點(diǎn)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)23工具鋼淬火時(shí)，變形開(kāi)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。工件尺寸大，如鍛模，則整個(gè)熱處理過(guò)程需要圍繞盡量降低變形開(kāi)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(hù)氣氛、鹽浴爐等。精密零件處理過(guò)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(wèn)題往往是由于鍛造工藝的原因。工具鋼淬火時(shí)，變形開(kāi)裂傾向比較大，所以在工藝措施上，常采用預(yù)24結(jié)構(gòu)鋼的特點(diǎn)、應(yīng)用及演變

工具鋼的特點(diǎn)、應(yīng)用及演變

鑄鐵要點(diǎn)鋁合金分類與特點(diǎn)四、各主要材料的思路結(jié)構(gòu)鋼的特點(diǎn)、應(yīng)用及演變四、各主要材料的思路25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服役條件及常用C量常用組織應(yīng)用要點(diǎn)低強(qiáng)鋼低C馬氏體26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)用及演變常用C量常用組織性能應(yīng)用要點(diǎn)碳素鋼低合金高速鋼27鑄鐵中心問(wèn)題：G形狀、大小、數(shù)量、分布石墨化過(guò)程決定G形態(tài)Ⅱ決定基體熱力學(xué)自由焓有利于石墨化動(dòng)力學(xué)成分、結(jié)構(gòu)、擴(kuò)散有利于Fe3C析出

影響因素化學(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，性能差異牌號(hào)及數(shù)字意義HT200QT400-18KTZ450-06鑄鐵性能強(qiáng)度、伸長(zhǎng)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(diǎn)與用途。孕育處理可鍛鑄鐵：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。性能與用途蠕鐵：蠕蟲(chóng)狀G特殊性能鑄鐵：耐蝕、耐磨、耐熱鑄鐵中心問(wèn)題：石墨化過(guò)程熱力學(xué)自由焓動(dòng)力學(xué)成分、結(jié)構(gòu)、擴(kuò)散有28α

Cu、Mg、

Zn、Si、MnLL+α

α+βAlMe

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合金化

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(guò)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(wú)同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變；固溶處理和時(shí)效強(qiáng)化硬鋁：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αCu、Mg、LL+αα+βAlMe工業(yè)純鋁：防銹291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(diǎn)S影響

1.2合金鋼中的相組成

固溶體及規(guī)律；各種K(強(qiáng)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(tuán)；B原子作用1.4合金鋼中的相變

AP,B,M區(qū)別及元素作用；B淬透性及Mo和B機(jī)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(duì)鋼強(qiáng)韌化的影響

強(qiáng)化機(jī)制；二次硬化；提高韌度途徑1.6合金元素對(duì)鋼工藝性的影響

淬透測(cè)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(shè)計(jì)

1.9合金鋼的分類與牌號(hào)

自學(xué)了嗎？1鋼的和合金化概論1.3合金元素在鋼中的分布及偏析各種氣30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(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的合金化

Ti、V、Ni；Cu、P2.3常用低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼

2.4微珠光體低合金高強(qiáng)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(jī)制；軋控；2.8低合金高強(qiáng)度鋼發(fā)展趨勢(shì)第2章工程結(jié)構(gòu)鋼2.5針狀鐵素體鋼31第3章機(jī)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非調(diào)質(zhì)機(jī)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(dòng)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3章機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼32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、Cr24.3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；Cr12MoV4.5熱作模具鋼

H134.6其他類型工具鋼第4章工模具鋼33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5章不銹鋼34第6章耐熱鋼6.1概述

提高熱強(qiáng)性途徑；6.2熱強(qiáng)鋼

6.3抗氧化剛第7章超高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼

每種鋼的強(qiáng)化來(lái)源，K還是金屬間化合物7.1低合金超高強(qiáng)度鋼7.2二次硬化型超高強(qiáng)度鋼

7.3馬氏體時(shí)效鋼

各種貢獻(xiàn)強(qiáng)弱7.4沉淀硬化超高強(qiáng)度不銹鋼第6章耐熱鋼35第8