金属材料学考试重点上课讲义

金属材料学考试重点

Me对Fe-C相图的影响

一、对S、E点的影响

A形成元素均使S、E点向左下方移动，F形成元素使S、E点向左上方移动。

S点左移—意味着共析C量减小；E点左移—意味着出现莱氏体的C量降低。

二、对临界点的影响

A形成元素Ni、Mn等使A1（A3）线向下移动；

F形成元素Cr、Si等使A1（A3）线向上移动

三、对γ-Fe区的影响

A形成元素Ni、Mn等使γ-Fe区扩大→钢在室温下也为A体—奥氏体钢；F形成元素Cr、Si等使γ-Fe区缩小→钢在高温下仍为F体—铁素体钢。

二次淬火：高合金钢在500——600度这个温度范围回火后，若在加热的过程中不分解，则在冷却时发生残留奥氏体到马氏体的转变的过程。也是二次硬化的原因之一，但它与析出特殊碳化物的弥散强化相比作用较小，只有当淬火钢中残留奥氏体量高时，其作用才显著。

二次硬化：强碳化物形成元素如cr、 mo、 w 、v 、ti、 nb等富集于渗碳体中，当回火温度较高时（400度以上），这些元素在渗碳体中富集到超过饱和浓度后，便发生渗碳体转变特殊碳化物的过程。这些特殊碳化物比渗碳体更为坚硬，且它形成时，以高度弥散的粒子析出于基体中，不易聚集长大，引起相固溶碳量增大并钉扎位错阻碍作用，增加弥散的强化。

三、回火脆性

第1类回火脆性

脆性特征①不可逆；②与回火后冷速无关；③晶界脆断。

产生原因① Fe3C薄膜在晶界形成；②杂质元素P、S、Bi等偏聚晶界，↓晶界强度。

Me作用：Mn、Cr↑脆性；V、Al改善脆性；Si ↑脆性温度区.

第二类回火脆性

脆性特征①可逆；②回火后慢冷产生，快冷抑制；③晶界脆断 .

产生原因①杂质Sb、S、As或N、P等偏聚晶界；②形成网状或片状化合物,↓晶界强度。高于回脆温度，杂质扩散离开晶界或化合物分解；快冷抑制杂质元素扩散。

Me作用

N、O、P、S、As、Bi等是脆化剂；Mn、Ni与杂质元素共偏聚，是促进剂；Cr促进其它元素偏聚，助偏剂；Mo、W、Ti抑制其它元素偏聚，清除剂

Me对钢强化的形式及其机理

强化本质：各种途径增大了位错滑移的阻力，在宏观上提高了钢的塑性变形抗力，即提高了强度

1、固溶强化机理原子固溶→晶格发生畸变→产生弹性应力场，与位错交互作用→↑位错运动阻力

效果提高强度，降低塑韧性

2、位错强化机理位错密度ρ↑→↑↑位错交割、缠结，→有效地阻止了位错运动→↑钢强度。

对体心立方晶体，位错强化效果较好

效果：在强化的同时，同样也降低了伸长率，提高了韧脆转变温度TK 3、细晶强化机理

晶粒越细→晶界、亚晶界越多→有效阻止位错运动，产生位错塞积强化。

效果：↑钢的强度，又↑塑性和韧度。这是最理想的强化途径.

4、第二相强化机理微粒第二相钉扎位错运动→强化效果

主要有切割机制和绕过机制。在钢中主要是绕过机制。

两种情况：回火时弥散沉淀析出强化，淬火时残留第二相强化

效果：有效提高强度，但稍降低塑韧性。

合金化的基本原则：多元适量，复合加入。

复合加入的作用机理锰钼铌钒等

碳钢的牌号（课本42页）

1、碳素工程结构钢

如Q235C，Q235CF。

2、优质碳素结构钢

编号方法：含碳量＋脱氧。

含碳量：以0.01%为单位，用两位数表示。

脱氧：和碳素工程结构钢相同。如08F。

含Mn较高用Mn表示：如40Mn（0.7-1.2%Mn）

3、碳素工具钢如T8，T8A，T8Mn。

合金钢编号方法

编号方法：碳含量＋合金元素种类和数量＋质量

1、合金元素种类和数量：

种类：用化学符号表示

数量：<1.5%，不表示 1.5～2.5%，用2表示 2.5～3.5%，用3表示（以下类推）

2、质量：高级优质钢加A，其余不表示。

3、碳含量：不同钢种有不同表示方法

(1)合金结构钢

①含C量以0.01%为单位，用两位数字表示。

如：22CrMnMo，40Cr，42CrMo，40MnVB。

②有时两个钢种，其中一个主要合金元素含量不同，但都小1.5%，其余成分相同，此时含量较高的在元素后面标“1”来加以区别。

如:12CrMoV，Cr：0.4～0.6% 12Cr1MoV，Cr：0.9～1.2%

(2) 轴承钢

①前面标以G，表示滚动轴承钢。②含C量≥1%，故不表示。

③含Cr量以0.1%为单位，其余合金元素方法不变。如：GCr15，

GCr15SiMn，GCr9。

(3) 不锈、耐蚀和耐热钢

①含碳量以0.1%为单位。如：1Cr13，2Cr13。

②含碳量很低时，用0，00表示。0：≤0.08%； 00：≤0.03%。

如：0Cr18Ni9，00Cr18Ni10。

4) 工具钢

①含碳量以0.1%为单位，用1位数字表示。当≥1%时不表示。如：9CrSi，CrWMn。

②含Cr量低于1%的铬合金工具钢，Cr含量以0.1%为单位，并在前面加一个“0”字表示。

如：Cr06, Cr, Cr2。

③高速钢含碳量小于1％时，通常也不标注含碳量。

如：W18Cr4V：含碳量 0.7-0.8% W6Mo5Cr4V2：含碳量 0.8-0.9%

合金元素相同，含碳量不同的要标注含碳量，如9W18Cr4V。

低合金钢的编号（可以采用两种不同的方法表示。）

1、采用合金结构钢的编号方法，如09CuPTi，15MnVN，15MnVB。

2、采用碳素结构钢的编号方法，如Q490，Q640。

Me对低合金高强度钢力学性能的影响

硅锰是低合金高强度钢中最常用且最经济的元素

1、锰加入的好处及锰含量过高会如何：

固溶强化作用大，1%Mn，σs↑33MPa。约有3/4量溶入F中，弱的细晶作用，↓TK。同样量多时可大为降低塑韧性.

低合金高强度钢的基本成分应考虑低碳，稍高的锰含量，并适当用硅强化。

2、常用低合金高强度结构钢主要加入元素、作用

铁素体珠光体类组织： 10~25％片层状P+ 75~90％多边形F。

低合金高强度结构钢在碳素工程结构钢的基础上加入少量合金元素（主要是锰硅和微量合金元素Nb、V、Ti、Al等）而形成的。利用合金元素产生的固溶强化、细晶强化和沉淀强化来提高钢的强度。同时利用细晶强化使钢的韧脆转化温度的降低，来抵消由于碳氮化物析出强化使钢的韧脆转化温度的升高。

3、微珠光体的强化机理（碳对焊接性的影响）

对F-P钢, P量每↑10%，将使TK↑22℃。要增加珠光体的含量，必须增加碳含量，但这将大大损害钢的焊接性和低温冲击韧度。

油气管线用钢:↓C, <0.1%，

降低碳含量会降低钢的强度，为保证强度，就必须采用其它不损害或少损害焊接性和

韧度的强化措施。

→析出强化和晶粒细化↑钢性能。

→Nb、V、Ti微合金化和控轧处理工艺。

微合金元素的作用：

Nb、V、Ti单元或复合是常用的，其作用主要有细化晶粒组织和析出强化。微合金元素细化钢

晶粒主要通过以下两种方式：

（1）阻止加热时奥氏体晶粒长大

（2）抑制奥氏体形变再结晶

在热加工过程中，奥氏体会发生形变再结晶使晶粒回复粗大。但应变动态析出Nb、V、Ti的碳氮化物，沉淀在晶界、亚晶界和位错上起钉轧作用，有效地阻止奥氏体再结晶时晶界和位错的运动，从而抑制奥氏体形变再结晶。

滚动轴承钢

GCr15预先热处理扩散退火

轴承钢的热处理包括：

预先热处理（扩散退火，正火）+ 球化退火

最终热处理淬火 + 低温回火 +（稳定化处理）

高锰耐磨钢

高锰铸钢的化学成分及性能特点：高碳、高锰。铸件使用。

常用高锰铸钢为ZGMn13型。铸态组织一般是奥氏体、珠光体、马氏体加碳化物复合组织，力学性能差，耐磨性低，不宜直接使用。经过水韧处理（即固溶处理）后的显微组织是单相奥氏体，软而韧。

高锰钢的热处理

1、水韧处理加热T应＞Acm，一般为1050 ~1100℃，在一定保温时间下，K全部溶入A中

2、高锰钢导热性较差，仅为碳素钢的1/4~1/5，热膨胀系数比普通钢大50%，而且铸件尺寸往往又较大，所以要缓慢加热，以避免产生裂纹；

3、铸件出炉至入水时间应尽量缩短，以避免碳化物析出。冷速要快，常采用水冷。水冷前水温不宜超过30℃，水冷后水温应小于60℃