金属材料学复习

碳钢分类方法：

1．按钢中碳含量分类

（1）铁碳合金按Fe-Fe3C相图分类

亚共析钢：0.0218%≤wc≤0.77%

共析钢：wc =0.77%

过共析钢：0.77%＜wc≤2.11%

（2）按钢中碳含量，碳钢通常可分为

低碳钢：wc ≤0.25%

中碳钢：0.25%＜wc≤0.6%

高碳钢：wc＞0.6%

2．按钢的质量（品质），碳钢可分为

（1）普通碳素钢：wS≤0.05%，wP≤0.045%

（2）优质碳素钢：wS≤0.035%，wP≤0.035%

（3）高级优质碳素钢：wS≤0.02%，wP≤0.03%

（4）特级优质碳素钢：wS≤0.015%，wP≤0.025%

3．按钢的用途分类，碳钢可分为

（1）普通碳素结构钢：主要用于各种工程构件，如桥梁、船舶、建筑构件等。也可用于不太重要的机件。

（2）优质碳素结构钢：主要用于制造各种机器零件，如轴、齿轮、弹簧、连杆等。（3）碳素工具钢：主要用于制造各种工具，如刃具、模具、量具等。

（4）铸造碳素钢：主要用于制造形状复杂且需一定强度、塑性和韧性零件。

4．按钢冶炼时的脱氧程度分类，可分为

（1）沸腾钢：是指脱氧不彻底的钢，代号为F。

（2）镇静钢：是指脱氧彻底的钢，代号为Z。

（3）半镇静钢：是指脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间，代号为b。

（4）特殊镇静钢：是指进行特殊脱氧的钢，代号为TZ。

合金钢分类

按钢中合金元素总质量分数，合金钢分为：

低合金钢（Me总质量分数小于5%）

中合金钢（Me总质量分数在5%~10%）

高合金钢（Me总质量分数大于10%）

间隙原子的溶解度随间隙原子尺寸的减小而增加，即按B，C，N，O，H的顺序而增加。合金元素对相区影响

（1）γ相稳定化元素γ相稳定化元素使A3降低，A4升高，促使奥氏体形成。

①启γ相区(无限扩大γ相区)Mn、Ni、Co，与γ-Fe无限固溶

②扩展γ相区(有限扩大γ相区)C、N、Cu、Zn、Au，与γ-Fe有限固溶（2）α相稳定化元素A4降低，A3升高，促使铁素体形成。

①闭γ相区(无限扩大α相区)Si、Al 和强碳化物形成元素Cr、W、Mo、V、Ti

及P、Be等。含Cr量小于7%时，A3下降；含Cr量大于7%时，A3才上升。

②缩小γ相区(但不能使γ相区封闭)B、Nb、Zr、Ta等。

合金元素对碳的扩散的影响

强碳化物形成元素阻碍碳的扩散，降低碳原子的扩散速度；

弱碳化物形成元素Mn以及大多数非碳化物形成元素则无此作用，甚至某些元素如Co还有增大碳原子扩散的作用。

●普通碳素结构钢牌号中数字代表屈服点数值；

●优质碳素结构钢中两位数字代表钢中平均碳的质量分数的万

倍；

●碳素工具钢中数字表示碳的质量分数的千倍。

层错能越低，钢的加工硬化趋势增大。高Ni钢易于变形加工，Ni、Cu和C等元素使奥氏体层错能提高。

高Mn钢则难于变形加工， Mn、Cr、Ru和Ir则降低奥氏体的层错能。

Me对共析转变温度的影响扩大γ相区的元素使铁碳合金相图的共析转变温度下降；

缩小γ相区的元素使铁碳合金相图的共析转变温度上升。

Me对共析点（S）和共晶点（E）成分的影响几乎所有合金元素都使共析点碳含量降低；共晶点也有类似的规律，尤其以强碳化物：

a.较高的强度与韧性

工程结构钢主要是承受各种载荷，要求有较高的强度与韧性。

工程结构钢一般在-５０～１００℃范围内使用，需具有较高的低温韧性。低温韧性的指标是韧-脆转化温度FATT50 (℃)。

b.良好的焊接性和成形工艺性。

c.良好的耐腐蚀性。

影响钢的冲击韧性和韧-脆转化温度的因素有含碳量,晶粒尺寸，固溶元素，弥散析出相和非金属夹杂物等。

焊接要求：焊缝与母材有牢固的结合，强度不低于母材，焊缝周围有较高的韧性，没有焊接裂纹。

焊接裂纹产生的原因：焊接是一次热处理过程，电弧移走以后，焊缝的热量被周围的母材迅速吸收，使焊缝的冷却速度很大，发生局部淬火，产生相变，产生很大的内应力。热影响区由于温度高而引起晶粒粗化。这些都促使焊接裂纹产生。

合金元素对工程结构钢焊接性的影响

合金元素增加钢的淬透性，焊后冷却时发生马氏体相变，升高内应力；

钢中的碳增高马氏体的比容和硬度，引起内应力增加；

降低Ms点，使马氏体转变温度降低，导致塑性变差；

钢中含氢量高将使钢的塑性下降，引起氢脆。

碳当量：把合金元素对焊接性的影响折合成碳的作用。用碳当量判断焊接性的好坏。

铜和磷共同作用对抗大气腐蚀最为有效。

控制轧制、控制冷却工艺的最终目的是：细化晶粒。

与相同含碳量的铁素体-珠光体组织相比，经贝氏体相变强化低碳贝氏体钢有更高的强度和良好的韧性，屈服强度490～780MPa。

显著推迟先共析铁素体和珠光体转变，而较少推迟贝氏体的转变的主要合金元素是：钼和硼。与上贝氏体相比，下贝氏体有更高的强度和低的多的FATT50（℃）。

双相钢组成：20～30％马氏体，80～70％铁素体

减少硫化物的方式：

a-减少钢液中的含硫量；

b-钢液中加入稀土金属，反应吸收S元素，形成难变形的稀土硫氧化物RE2O2S、稀土硫化物RE2S3，呈小颗粒的圆形或椭圆形。再结晶控制轧制工艺以TiN为奥氏体晶粒粗化的阻碍物，以V （C,N）为沉淀强化相。

在弹性范围内，根据比例极限σp来计算，称为弹性设计。若允许少量塑性变形，根据屈服强度σs来计算，称为塑性设计。在应力远低于屈服强度下还会发生变形和断裂。因此脆性也非常重要，要进行韧性设计。

临界直径尺寸：淬火后，圆棒达到中心50％马氏体的直径长度。适用于淬火高温回火工艺的结构钢称为调质钢，具有良好的综合机械性能。

调质钢显微组织：回火屈氏体或回火索氏体

产生高温回火脆性的直接因素是：高温时发生杂质偏聚。

低温回火钢的显微组织：回火马氏体

马氏体时效钢空冷即可得马氏体。

马氏体时效钢的强化作用分类：固溶强化，马氏体相变冷作硬化

和沉淀强化（作用效果依次增强）

对轴承钢的基本质量要求是纯净和组织均匀。

渗碳钢都是低碳钢。

坦克履带板的材料是：高锰钢。

碳化物的均匀分布程度是考核高速钢的主要技术指标之一。

不均匀碳化物的影响：

a-淬火加热时，碳化物稀少区奥氏体晶粒易粗化，淬火开裂倾向大；碳化物密集区脆性大，易引起崩刃。

b-粗大碳化物在淬火加热时溶解少，使附近奥氏体合金度低，热处理后刃具的硬度、热硬性和耐磨性都降低，抗弯强度，韧性因碳化物不均匀而降低。

碳化物是高速钢的主要合金相。

钨和钼是高速钢获得热硬性的主要元素。

在腐蚀过程中，阳极和阴极均产生极化作用。阳极极化引起阳极电位由负向正方向升高，主要是由于阳极表面形成保护膜，阻碍阳极金属离子进入溶液，降低了阳极表面电荷密度。阴极极化是由于消耗电子的阴极过程的速度低于阳极流来的电子，造成阴极电子堆积，阴极表面电荷密度升高，导致阴极电位降低。

阳极和阴极极化曲线的交点相当于短路状态，即阳极与阴极间电阻趋于零，此时阳极与阴极间的最大电流Imax,就是腐蚀电流。阳极极化曲线有三个电化学区：活化区(A)，钝化区(P)，过钝化区(T)

纯铁在浓硝酸中就会处于钝化状态

铬是提高钢钝化膜稳定性的必要元素。

镍：提高铁的耐蚀性，特别是在非氧化性的硫酸中。

锰：也能提高铬不锈钢在有机酸中的耐蚀性，而且比Ni更有效。钼能防止氯离子对膜的破坏，抵抗点腐蚀。

不锈钢受张应力时，在某些介质中很快就会发生破坏。

氯离子Cl-对应力腐蚀危害最大。只要含25×10-6质量浓度的Cl- ，甚至浓度更低，都会引起应力腐蚀。

耐热钢和耐热合金钢的基本要求：良好的高温强度、塑性和足够高的化学稳定性

高温强度高温强度三种指标：蠕变强度，持久强度和持久寿命。当FeO出现时，钢的氧化速度剧增

铬是提高抗氧化的主要元素

镍基耐热合金采用金属间化合物作为沉淀强化相，主要采用的是γ’-Ni3(TiAl)相。

硼：偏聚于晶界，提高低熔点合金在晶界的扩散激活能。

铸铁是Fe、C、Si元素为主的铁基材料

白口铸铁-渗碳体灰口铸铁-片状石墨灰口铸铁-渗碳体+游离态石墨蠕墨铸铁-蠕虫状石墨

球墨铸铁-球状石墨可锻铸铁-絮状石墨灰口铸铁-片状石墨

展性铸铁由含碳和硅不高的白口铸铁经石墨化退火而成。

铝合金分类：

铝合金分为铸造铝合金与变形铝合金两大类。变形铝合金按照性能特点和用途分为防锈铝、硬铝、超硬铝和锻铝四种。防锈铝属于不能热处理强化的铝合金。硬铝、超硬铝、锻铝属于可热处理强化的铝合金。

铸造铝硅合金一般需要采用变质处理，达到细化晶粒的目的。常用的变质剂为钠盐。

镁合金是一种轻合金，镁是最轻的工程金属。

铜是人类最早使用的金属。工业中广泛应用的铜和铜合金有：工业纯铜（紫铜）、黄铜、青铜和白铜。

电工白铜包括：康铜，考铜和B0.6白铜。

目前，生产金属钛都采用钛的氯化物热还原法。

铝是最常见的、最有效的α强化元素。能有效提高低温和高温(550℃以下)的强度，同时铝的密度小，因此铝是钛合金中的一个基本合金元素。

铁，钴和镍是室温下具有强磁性的单质。

材料具有超导性，是因为其中的传导电子借助于与晶格的交互作用，形成了较低能量的电子对。只有温度T，承载的电流密度j 及所处的磁场H均不超过临界值，材料才处于超导态。

超导两大特性：完全抗磁性和电阻为零。

银，铜和铝是导电率最好的三种金属。

目前人们所发现的形状记忆合金，多数发生热弹性马氏体相变。金属钯分离氢效率最高。

简答题;

合金元素对铁素体-珠光体钢的强化作用：

（１）固溶强化

加入合金元素形成固溶体，提高强度。

常用的合金元素有Mn、Si、Ｃu、P、C。合金元素在提高强度的同时降低韧性。

（２）细晶强化