工程材料课程辅导重点难点

第1章绪论

要点：

•材料的基本概念（掌握）

•材料的分类（掌握）

•金属材料发展与应用简史。（了解）

第2章金属材料的力学性能

要点：

•静载单向拉伸应力一一应变曲线（理解并掌握）

•各种力学性能指标的物理意义（掌握）

难点：

•疲劳强度、断裂韧性----性能指标的提出及其物理意义

下面就具体内容作简要说明。

1.低碳钢静载单向拉伸应力——应变曲线（理解并掌握）

■阶段I（oab）——弹性变形阶段

oa段：zLocp直线阶段

ab段：极微量塑性变形（0.001-0.005%）

Pp,Pe（不产生永久变形的最大抗力）

■阶段II（bed）段一一屈服变形

屈服点Ps

■阶段III（dB）段——均匀塑性变形阶段

外材料所能承受的最大载荷

■阶段IV（BK）段——局部集中塑性变形

（注意：铸铁只有第1阶段，中、高碳钢没有第II阶段。）

2.金属的刚度（掌握）

■材料在受力时，抵抗弹性变形的能力

E=u/s

本质是：反映了材料内部原子结应力的大小，组织不敏感的力系指标。

3.弹性：材料不产生塑性变形的情况下，所能承受的最大应力（掌握）

■比例极限：应力一一应变保持线性关系的极限应力值

bp=Pp/FQ

■弹性极限：不产永久变形的最大抗力

Oe=PJFo

4.塑性一一材料在载荷作用下产生永久变形而不破坏的能力（掌握）

■延伸率

5=包=k4*100%

%’0

延伸率与试样尺寸有关，65,510（Lo=5do,10do）

■断面收缩率

i/f=/\F/Fo=（Fo-Fi（）/Fox100%

5.强度一一材料抵抗变形和断裂的能力（掌握）

■抗拉强度

材料被拉断前所承受的最大应力值（材料抵抗外力而不致断裂的极限应力值）。

■屈服强度力和条件屈服强度OQ.02

as=Ps/F0（%代表材料开始明显塑性变形的抗力，是设计和选材的主要依据之一。）

条件屈服强度一一中高碳钢、无屈服点，国家标准，以产生一定的微量塑性变形的

抗力的极限应力值来表示。

脆性材料：ab=as灰口铸铁

■疲劳强度（80%的断裂由疲劳造成）——（难点）

疲劳：承受载荷的大小和方同随时间作周期性变化，交变应力作用下，往往在远小于

强度极限，甚至小于屈服极限的应力下发生断裂。

♦疲劳极限：材料经无数次应力循环而不发生疲劳断裂的最高应力值。

♦条件疲劳极限：经受IO,应力循环而不致断裂的最大应力值。

♦影响因素：循环应力特征、温度、材料成分和组织、夹杂物、表面状态、残余应

力等。

6,韧性：断裂前吸收变形能量的能力--韧度（掌握）

■冲击韧性：冲击载荷下材料抵抗变形和断裂的能力。

♦ak=Ak/F（J/cm2）

>脆性材料一一a*值低，断裂时无明显变形，金属光泽，呈结晶状。

>韧性材料一一ak值高，明显塑变，断口呈灰色纤维状，无光泽。

>韧性与温度有关——脆性转变温度TK

■断裂韧性一一（难点）

♦K/c表明了材料有裂纹存在时抵抗脆性断裂的能力。

>当K/>K/c时，裂纹失稳扩展，发生脆断。

>当K/=K,c时，裂纹处于临界状态

>当K/vK/c时，裂纹扩展很慢或不扩展，不发生脆断。

♦K/c可通过实验测得，它是评价阻止裂纹失稳扩展能力的力学性能指标。是材

料的一种固有特性，与裂纹本身的大小、形状、外加应力等无关，而与材料本

身的成分、热处理及加工工艺有关。

♦断裂韧性问题的提出（了解）

7.硬度：材料抵抗外力压入的能力（掌握）

■布氏硬度HB

HB=---------2,

.加（D-心-/）

>压头为一定直径D（mm）的淬火钢（或硬质合金）球，载荷P一般3000kg,

测量压痕平均直径d（mm）

>一般用于较软材料，HBW450

■洛氏硬度HRC

♦由压痕的深度求出材料的硬度。以0.002毫米作为一个硬度单位。

>压头为顶角120。的金刚石圆锥体，载荷一般为150kg,

>一般用于硬度较高的材料，适用范围HRC20-67

第3章金属晶体结构、结晶及合金相图

要点：

•有关晶体结构的基本概念：金属键、晶体、晶格、三种常见的金属晶格、实际晶体的缺陷（重

点掌握）

•金属结晶的概念、过冷度、结晶的过程一一晶核的形成和长大规律及其影响因素（掌握）

•合金相结构的基本类型及其结构特点/性能特点（掌握）

•二元合金相图的基本概念：组元、合金、合金系、相、相图、组织等（掌握）

•二元合金相图的分析方法，熟悉并分析几种典型相图（匀晶相图、共晶相图）的结晶过程（重

点掌握）

•杠杆定律及其应用（重点掌握）

•包晶相图和形成稳定化合物的相图（了解）

•合金相图与性能的关系（了解）

难点：

•匀晶相图、共晶相图中典型合金的结晶过程

•应用杠杆定理分析典型合金的室温相及室温组织的比例

下面就具体内容作简要说明。

1.晶体与非晶体的概念（掌握）

■晶体：材料的原子（离子、分子）在三维空间呈规则，周期性排列。

■非晶体：材料的原子（离子、分子）无规则堆积，和液体相似，亦称为“过冷液体”或“无

定形体”。

■区别

♦是否具有周期性、对称性

♦是否长程有序

♦是否有确定的熔点

♦是否各向异性

2.理想晶体的晶体学抽象（理解）

■空间规则排列的原子-刚球模型一晶格（刚球抽象为晶格结点，构成空间格架）一晶胞

（具有周期性最小组成单元）

3.三种常见的金属晶格的重要参数（重点掌握）

晶胞晶体学参数原子半径晶胞原子数配位数致密度

FCCa=b=c,a=p=y=90°面对角线/42868%

BCCa=b=c,a=p=y=90°体对角线/441274%

HCPa=b^c,c/a=1.633,棱边aZ261274%

a=/3=9O°,/=120°

4.晶体缺陷：实际晶体中存在着偏离（破坏）晶格周期性和规则性的部分（重点掌握）

■点缺陷——晶格结点处或间隙处，产生偏离理想晶体的变化

♦空位晶格结点处无原子

♦置换原子晶格结点处为其它原子占据

♦间隙原子原子占据晶格间隙

■线缺陷（位错）——二维尺度很小，另一维尺度很大的原子错排

♦刃型位错

♦螺型位错

■面缺陷-----维尺度很小，而二维尺度较大的原子错排区域

♦晶界、亚晶界、表面等

5.结晶与凝固的区别（掌握）

凝固：L-S（S可以是非晶）

■结晶：一种原子排列状态（晶态或晶态）过渡为另一种原子规则排列状态（晶态）的转

变过程

♦一次结晶：L-S（晶态）

♦二次结晶：S—S（晶态）

6.过冷度（重点掌握）

■结晶的驱动力（了解）

♦自然界的自发过程进行的热力学条件都是AFSO

>当温度心/加时，FS>FL,液相稳定

>当温度丁v77n时，FSVFL,固相稳定

>当温度丁=7加时，Fs=R，平衡状态

■过冷度AT=Tm-Tn（克服界面能）

♦Tm：理论结晶温度

♦Tn：实际结晶温度

♦冷速越快，过冷度越大

7.结晶的过程一一形核、长大（掌握）

■形核——自发形核、非自发形核

■长大——平面长大、树枝状长大

8.晶粒尺寸的控制（重点掌握）

■形核速度大，长大速率慢，晶粒总数目多，晶粒细小。

♦提高过冷度一一A/n-GT——N/G增大,晶粒细化

♦变质处理一一在液态金属中加入孕育剂或变质剂作为非自发晶核的核心

♦振动、搅拌等等

9.合金相结构的基本类型（掌握）

相：凡是化学成分相同、晶体结构相同，与其它部分有明显分界的均匀组成部分。合金中有

两类基本的相结构，固溶体和金属间化合物。

■固溶体一一组元通过溶解形成一种成分和性能均匀的、且结构与组元之一相同的固相称

为固溶体A（B）oA：溶剂B：溶质

♦分类

置换固溶体

溶质原子的位置

间隙固溶体

有限固溶体

溶解度

无限固溶体

有序固溶体

分布有序度

无序固溶体

♦固溶强化一一溶质原子溶入一晶格畸变一位错远动阻力上升一金属塑性变形

困难一强度、硬度升高，塑性和韧性没有明显降低。

■金属间化合物一一合金的组元相互作用而形成的具有金属特性，而晶格类型和特性又完

全不同于任一组元的化合物一中间相。

♦熔点、硬度高、脆性大。

■机械混合物----不是一种单一相

10.典型相图（重点掌握）

■匀晶相图一一两组元在液态无限互溶，在固态也无限互溶，冷却时发生匀晶转变（L-a）

■共晶相图一一两组元在液态无限互溶，在固态有限互溶，冷却时可以发生共晶转变

♦典型合金的室温组织

♦典型合金的结晶过程（难点）

♦应用杠杆定理分析典型合金的室温相及室温组织的比例（难点）

11.合金性能与相图的关系（了解）

AB,»——>BAB,%——>BAB,%——»E

合金的使用性能与相图的关系（示意图）

■固溶体：溶质元素一晶格畸变大一强度、硬度T，（50%［最大）

■复相组织区域内（如共晶转变范围内），合金的强度和硬度随成分的变化呈直线关系,

大致是两相性能的算术平均值。HB=HBaXa%+HBPXp%

■对组织较敏感的性能一一强度，与组成相或组织组成物的形态有很大关系。组成相或组

织组成物越细密，强度越高（共晶点处，共晶组织呈细小、均匀细密的复相组织，强度

可达最高值。）

第4章金属的塑性变形与再结晶

要点：

•金属的变形方式及其本质一一滑移（重点掌握），挛生（了解）

•多晶体塑性变形（掌握）

•塑性变形对金属材料的的组织和性能的影响（重点掌握）

•经冷变形的金属，在加热时的组织和性能的变化（重点掌握）

难点

•金属的两种变形方式的比较

•影响多晶体塑性变形的因素，细晶强化的机理及性能影响

•加工硬化的机理及性能影响

•影响再结晶及再结晶晶粒度的因素

下面就具体内容作简要说明。

1.金属材料的塑性变形

有以下2种机制：

■滑移：在外加切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面（滑移面）的一

定方向（滑移方向）发生相对的滑动。（重点、掌握）

♦滑移的本质：滑移的实现-借助于位错运动（重点、掌握）

♦滑移系：滑移面和该面上的一个滑移方向（重点、掌握）

>滑移系数目3材料塑性T；滑移方向3材料塑性T

如FCC和BCC的滑移系为12个，HCP为3个，FCC的滑移方向多于

BCC,金属塑性如Cu（FCC）>Fe（BCC）>Zn（HCP）»

♦晶体的转动（掌握）

>外力错动一力偶使滑移面转动一滑移面〃拉伸轴

>以滑移面的法线为转轴的转动—滑移方向〃最大切应力方向

■享生：晶体的一切分相对于另一部分沿一定晶面（享生面）和晶向（挛生方向）发生切

变。T金属晶体中变形部分与未变形部分在字生面两侧形成镜面对称关系。（了解）

■两者异同（难点）

♦滑移和挛生均在切应力作用下，沿一定晶面的一定晶向进行，产生塑性变形。

♦挛生借助于切变进行，所需切应力大，速度快，在滑移较难进行时发生

-i.FCC金属一般不发生李生，少数在极低温度下发生。

-ii.BCC金属仅在室温或受冲击时发生。

-iii.HCP金属较容易发生李生。

♦滑移一原子移动的相对位移是原子间距的整数值一不引起晶格位向的变化。挛

生一原子移动的相对位移是原子间距的分数值一挛晶晶格位向改变一促进滑

移

♦挛生产生的塑性变形量小（V滑移变形量的10%）一挛生变形引起的晶格畸

变大

2.多晶体的塑性变形（掌握）

加载时，各晶粒的滑移面和滑移方向相对于受力方向是不相同的，晶粒的变形分批、逐步的

进行，从软位向到硬位向，从少数晶粒到多数晶粒，从不均匀变形到均匀变形

■影响多晶体塑性变形的因素（难点）

♦晶粒位向不一致

♦晶界：

i.滑移的主要障碍：晶界原子排列较不规则一缺陷多一滑移阻力大一变

形抗力大。

ii.协调变形：晶界自身变形一处于不同变形量的相邻晶粒保持连续。

■细晶强化一一晶粒细化一强度提高、塑性提高、韧性提高，硬度提高。（重点、难点）

12

♦Hall-P计ch关系：as=a0+Kyd

>晶粒小一晶界面积大—变形抗力大一强度大

>晶粒小一单位体积晶粒多一变形分散—减少应力集中

>晶粒小T不利于裂纹的传播T断裂前承受较大的塑性变形

3.冷塑性变形对金属组织性能的影响（重点、掌握）

■金属组织的变化（掌握）

♦晶粒形貌变化（压扁或拉长）一一如：纤维组织

♦亚结构形成：位错密度t（106—1011T2）位错缠结一胞壁一亚晶

♦形成形变织构（特殊的择优取向）：变形量足够大时（70%）,由于晶粒发生转

动，原来处于不同位向的晶粒在空间位向上会呈现出一定程度的一致。

■加工硬化（形变硬化）（冷作硬化）一一金属在冷态下进行塑性变形时，随着变形度的

增加，其强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象（重点掌握）

♦机理：位错强化：位错密度T-强度、硬度T（难点）

>塑性变形一位错开动一位错大量增殖一相互作用一运动阻力加大一变形

抗力T-强度b硬度丁、塑性、韧性1

♦意义：

>一种强化手段

>冷加工成形得以顺利进行

>防止短时超载断裂能力，保证构件安全性

>下降塑性，提高切削性能

>不利：塑性变形困难T中间退火T消除

■内应力一一去除外力后残留于且平衡于金属内部的应力（一般掌握）

♦第一类内应力——宏观，表面和心部，塑性变形不均匀造成；

♦第二类内应力——微观，晶粒间或晶内不同区域变形不均；

♦第三类内应力——超微观，晶粒畸变（>90%）,

4.塑性变形金属在加热时组织性能变化（重点、掌握）

■回复：物理化学性能恢复，内应力显著降低，强度和硬度略有降低

♦——去应力退大。

■再结晶：强度大大下降，加工硬化消除，力学性能恢复，显微组织发生显著变化一等轴

晶粒。

♦结晶过程：经历形核一长大过程，但无新相生成

♦再结晶退火一一消除加工硬化的热处理工艺

♦影响再结晶晶粒度的因素（难点）

>温度：升一助一个晶界迁移一晶粒长大f

>预变形度：

/多数情形：预变形度T一晶粒长大1

/晶粒异常粗大：临界变形度、大变形

■晶粒长大（了解）

5.热加工对金属组织和性能的影响（掌握）

■法以上加工，不引起加工硬化

♦提高金属致密度、消除枝晶偏析，打碎柱状晶、树枝晶，形成流线分布的塑性

变形

第5章铁碳合金相图

要点：

•铁碳合金相图的组元、基本相及性能特点（掌握）

•铁碳合金相图的建立，相图中各点、线、区的含义（掌握），相图中的重要转变（共晶转变、

共析转变）（重点）

•典型铁碳合金的结晶过程（掌握）

■钢的典型结晶过程（重点）

■白口铁的典型结晶过程

•典型铁碳合金的室温组织及杠杆定理的应用（掌握）

■钢的室温组织及杠杆定理在钢中的应用（重点）

■白口铁的室温组织及杠杆定理的应用（了解）

•铁碳合金相图的应用

■铁碳合金的成份、组织与性能之间的关系（重点）

•复线铁碳合金相图（了解）

难点：

•铁碳合金相图中的重要转变（共晶转变、共析转变）

•钢的典型结晶过程及杠杆定理的应用

下面就具体内容作简要说明。

1.纯铁的同素异构转变（掌握）

S-Fe（bcc）—1394℃—y-Fe（fcc）—912V-a-Fe（bcc）

2.Fe-Fe3c相图中的相（掌握）

■液相L

■6相一一高温铁素体（C固溶到8-Fe中一一6相）

■a相一一铁素体F（C固溶到a-Fe中一一a相）

♦强度、硬度低、塑性好

■Y相一一奥氏体A（C固溶到丫-Fe中一一丫相）

♦强度低，易塑性变形

■Fe3c-----化合物Cem,Cm

♦熔点高，硬而脆，塑性、韧性几乎为零

3.相图分析：（重点掌握）

■重要转变（重点、难点）

♦共晶转变：&,3-4.”+公3c（高温莱氏体L.）

>共晶点：1148℃,4.3%

>共晶线：2.11-6.69%

>低温莱氏体1'：LLP+Fe3G+Fe3c共晶TLJ

♦共析转变：AO.LF0.02i8+Fe3C（珠光体P）

>共析点：727℃,0.77%

>共析线：0.0218〜6.69%

>珠光体的强度较高，塑性、韧性和硬度介于Fe3c和F之间

■Fe-Fe3c合金平衡结晶（重点、难点）

♦工业纯铁：L-L+A-A-A+尸-F+Fe3G"

♦共析钢：LTL+A—ATP

♦亚共析钢：LTL+ATATA+FTP+FTP+F（+Fe3Cm）

♦过共析钢：L^L+A^A^A+Fe3Cit-^P+Fe3Cil

♦共晶白口铸铁：L-Ld-LJ

,

♦亚共晶白口铁：L^L+A->Ld+A^Ld+P+Fe3Cll

♦过共晶白口铁：L—Fe3G+LrFesG+LdtFesG+LJ

■Fe-Fe3c合金分类及典型合金室温组织组成（重点、难点）

Fe-C合金分类成分范围室温组织

工业纯铁C%<0,0218%F-FFeaCiii

钢亚共析钢0.0218%<C%<0.77%P+F+Fe3c川

0.0218%<C%<2.11%共析钢0.77%P

过共析钢0.77%<C%<2.11%P+Fe3Cn

白口铸铁亚共晶白口铁2.11%<C%<4.3%LJ+P+Fe3cli

2.11%<C%<6.69%共晶白口铸铁4.3%L'

过共晶白口铁4.3%<C%<6,69%Ld'+Fe3G

相组成F%Fe3C%

共析钢

亚共析钢[(6.69-X)/(6.69-0.0008)]X100%1-F%

过共析钢

组织组成P%F%或Fe3Cn%

共析钢100%0%

亚共析钢[(X-0.0218)/(0.77-0.0218)]X100%

1—P%

过共析钢[(6.69-X)/(6.69-0.77)]X100%

4.石墨化的三个阶段与铸铁分类（了解）

■第I阶段：（1154℃）

♦过共晶成分：L-^L+Gl（＞1154V）-AE-+G（共晶）+G/

♦共晶成分：L-AE'+G（共晶）（1154℃）

♦亚共晶成分：LfAm+G（共晶）+A初生（1154℃）

■第II阶段一析出二次石墨：A-A+GII（1154℃-738℃）

■第川阶段——共析石墨：As—Fp+G（共析）（738℃）

第6章钢的热处理

要点：

•钢的奥氏体化（掌握）

•过冷奥氏体转变（重点掌握）

■TTT图

■CCT图

■影响C曲线的因素

■钢的非平衡组织与性能

•钢的常规热处理：退火、正火、淬火、退火（重点掌握）

•钢的表面热处理：感应加热表面淬火（掌握）

•钢的化学热处理：渗碳、氮化（掌握）

难点：

•影响奥氏体化及奥氏体晶粒度的因素

•等温转变产物的组织和性能特征

•影响C曲线的因素及淬透性

•回火时的组织转变及回火脆性

•热处理的应用与选择：常规热处理，表面热处理/化学热处理

下面就具体内容作简要说明。

1.钢的奥氏体化（掌握）

■过程：

♦形核一一长大一一渗碳体溶解一一碳的均匀化

■温度：

♦共析钢---ACT，亚共析钢----完全AC3＜不完全Aci；过共析钢----完全，CCM,

不完全Aci

■奥氏体化及奥氏体晶粒度的影响因素

♦Tt-A化t；Vt-形核f-A化t；

♦合金元素：W、V、Nb、Ti强碳化物形成元素f奥氏体形成速度I；Mn、P-

奥氏体形成速度f

2.过冷奥氏体的等温转变（重点掌握）

■TTT图

♦高温转变区（Ai——鼻尖550℃）：珠光体型转变力过冷-P（S,T）——扩

散型相变

♦中温区转变（550℃——Ms230℃）：贝氏体转变4度於->8-一半扩散型相变

♦低温区转变（Ms-Mf）：马氏体转变人超冷一M+4（残余奥氏体）一一非扩

散型相变

■等温转变产物的组织和性能特征（难点）

♦高温转变产物：珠光体型组织P、S、T,综合性能好，HB较低，韧性好。

>P、S、T层间距I-HBt,强度t

♦中温转变产物：贝氏体B：碳化物+过饱和碳的F——两相机械混合物。

>BL：强度、韧性差

AB卜：硬度高，韧性好，具有优良的综合机械性能

♦低温转变产物：马氏体M：碳在a-Fe中的过饱和固溶体，硬度高。C%t-

HRCt

>C%<0.23%,板条状M：强度高，塑性，韧性较好

>C%>1.0%,针状M：硬而脆，塑、韧性差

■影响C曲线的因素（难点）

♦奥氏体成分（含碳量、合金元素）

>含碳量：奥氏体中C%t-C曲线右移

/亚共析钢：钢中C%t,A中C%tfC曲线右移

/过共析钢：（1）Aci以上A化：钢中C%t,未溶Fe3ct-有利于

形核一C曲线左移；（2）Accm以上A化：钢中C%t,A中C%t

-C曲线右移

>合金元素

/除Co以外，所有合金元素溶入A中，增大过冷A稳定性——右移

/非碳化物形成元素Si、Ni、Cu,不改变C曲线形状；强碳化物形成

元素Cr、Mo、W、V、Nb、Ti,改变C曲线形状

/除Co、Al外，均使Ms、Mf下降，残余At

♦奥氏体化条件（加热温度和时间）：A化温度t,时间t成分均匀，晶粒大，

未溶碳化物少，形核率降低一A稳定性t,C曲线右移

3.过冷奥氏体的连续冷却转变（掌握）

■CCT图

♦K：珠光体型转变终止线

♦Vk：下临界冷却速度（马氏体临界冷却速度）一形成M的最小冷速

♦V/：上临界冷却速度一形成完全P的最大冷速

■CCT图与TTT图的比较

♦CCT位于TTT曲线右下方

♦CCT无A-B转变

>（碳钢）炉冷：P；空冷：S,T；油冷：T+M+A'：水冷：M+A'

♦CCT测定困难，常用TTT曲线定性分析

4.钢的正火与退火（重点掌握）

加热规范目的应用

正火Acs或使组织正常化：1.作最终热处理，普通

Accm+30-50℃>f为淬火、调质作准备结构钢零件

>一碎化网状渗碳体，为球化退火作准备2.预先热处理

>改善性能：减少亚共析钢中F%,P细化3.改善切削加工性能

f强度，韧性、硬度t（低碳钢）

完全退火AC3以上20-30r消除缺陷细化晶粒，预先热处理

消除内应力亚共折钢

球化退火Ac1以上20-4CTC使Cem球化一硬度1-切削性t,预先热处理

为淬火作准备（正火+球化退火）过共析钢，共析钢

扩散退火1050-1150℃,消除枝晶偏析

10-20h

再结晶退火T再+30-50C消除加工硬化

去应力退火Ac1以下消除内应力

5.钢的淬火（重点掌握）

■淬火目的：获得M组织

■淬火温度：

亚共析钢AC3+30—50度

共析钢AC1+30--50ffi

过共析钢Ac1+30—50度

保留一定的Cem-HRCt,耐磨性t

A中C%1-M中C%1-M脆性1

A中C%1-M过饱和度1-残余A\

防止A粗大

♦淬火温度过高一A粗大一M粗大一力学性能I；-淬火应力t-变形、开裂t

■淬透性（难点）

♦淬透性：淬火条件下得到M组织的能力

>取决于V7C（下临界冷却速度）

>影响因素一一所有影响C曲线（VK）的因素

>应用

/选材的依据一一根据服役条件，确定对钢淬透性的要求

/制定热处理工艺的依据

/尺寸效应

♦淬硬性：钢在淬火后获得硬度的能力

>取决于M中C%：C%t-淬硬性t

6.钢的回火（重点掌握）

■回火目的

♦消除淬火应力，降低脆性

♦稳定工件尺寸，由于M,残余A不稳定

♦获得要求的强度、硬度、塑性、韧性

■回火时的组织转变（难点）

♦马氏体分解（200℃以下）：析出"Fe2.4C碳化物（亚稳定）

>组织：回火马氏体M'（过饱和a十亚稳定e碳化物）

>作用：晶格畸变降低，淬火应力有所下降。

♦残余A分解（200-300℃）：（或4-8广）

>组织：回火马氏体M'

♦回火屈氏体r形成（250-400℃）：e->Fe3C；a-F——维持M'外形

>组织：回火屈氏体T（F+Fe3C）

♦碳化物的聚集长大，铁素体的回复与再结晶（>400℃）

A组织：回火索氏体S'（等轴晶F+Fe3c粒）

■回火的组织与应用（重点）

回火类型回火温度组织性能特点典型应用

低温回火150-250M'降低脆性及残余应力用于工模具钢，表面淬火

高碳M’强度、硬度高、塑性、韧性差及渗碳淬火件

低碳M,高的强度与韧性

中温回火350-500硬度下降，韧性、弹性极限和屈服强度t用于弹性元件

高温回火500-650S'强度、硬度、塑性、韧性、良好综合机械性能，用于调质钢制作的重要

优于正火得到的组织零件（轴、齿轮）

■回火脆性（难点）

♦低温回火脆性（250-400D：碳化物片沿M晶界析出——不可逆一一避免在

此温度回火

♦高温回火脆性（450-650C）：慢冷时，P等元素在原A晶界偏聚一一可逆一

一快冷

>Cr、Ni等促进偏聚

>Mo等抑制偏聚

7.表面淬火（掌握）

■目的：心部保持较高的综合机械性能，表面具有高硬度和耐磨性。

■应用：中碳钢和中碳低合金钢的磨损部位（高硬度，耐磨）

■特点：

♦加热速度快（几秒——几十秒）

>加热时实际晶粒细小，淬火得到极细马氏体，硬度t,脆性I

>残余压应力提高疲劳寿命

♦不易氧化、脱碳、变形小

♦工艺易控制，设备成本高

■工艺路线

♦锻造一退火或正火-*粗加工一调质一精加工f表面淬火一低温回火一（粗磨一

时效一精磨）

8.渗碳

AC3以上;900~950℃

■目的：提高表面硬度，耐磨性，而使心部仍保持一定的强度和良好的塑性和韧性

■应用：低碳钢，低碳合金钢

■加工工艺路线：锻造一正火f切削加工f渗碳f淬火（直接淬火、一次淬火，二次淬火）

一低温回火f喷丸f磨削

氮化

■特点：

♦温度低一一500-600-0一一变形小，对心部调质组织影响小

♦时间长——30-50h

♦硬度高——HV1000-1100——高耐磨性，热硬性

♦高的疲劳强度和抗腐蚀性能

■工艺路线

♦锻造一退火一机械粗加工一调质一半精加工一去应力退火一粗磨一氮化一精

磨

第7章常用金属材料

要点：

•钢中常见杂质，碳钢的分类、编号和用途（掌握）

•合金元素的影响（重点掌握）

■存在方式（重点）

■对相图的影响

■对热处理的影响（重点）

■对性能的影响

■钢的强韧化机制（重点）

•合金钢的分类，编号和用途（掌握）

■合金结构钢（重点）

■合金工具钢（重点）

■特殊性能钢

•铸铁（掌握）

•有色金属材料

■铝与铝合金（重点）

■铜及铜合金（了解）

■钛和钛合金（了解）

■轴承合金（掌握）

难点：

•合金元素对热处理的影响

•钢的强韧化机制分析

•时效强化

•金属材料牌号

下面就具体内容作简要说明。

1.碳钢中的杂质（掌握）

■有益杂质元素一一锦Mn、硅Si

♦脱氧：降低FeO-I脆性

♦固溶强化

♦Mn脱硫：Mn+S-MnS（降低S的有害作用

■有害杂质元素——P、S、N、H、0

♦磷P：冷脆

♦硫S：热脆

♦氮N：兰脆

♦氢H：氢脆、白点

2.碳钢的分类、编号和用途（掌握）

♦碳含量：

>低碳钢C%<0.25%

>中碳钢0.25<C%<0.6%

>高碳钢C>0.6%

♦质量（S、P杂质含量）：

>普碳钢SW0.055%,PW0.045%

>优质碳素钢SW0.04%,P<0.04%

>高级优质碳素钢SW0.035%,PW0.03%

♦按用途：碳素结构钢、碳素工具钢、铸钢

■牌号和应用

♦普通碳素结构钢

>QXXX——代表普通碳素结构钢的屈服点

>应用：结构构件、冲压件、焊接件、卸钉、螺栓、螺母、链、销、转轴、

心轴、拉杆、轧辐、主轴等

♦优质碳素结构钢

>钢号用平均碳含量的万分数的数字表示

>用途：

/08F——塑性好，冷冲压件

/10,20——冷冲压件、焊接件或经渗碳处理应用于齿轮等重要零件

/35,45,40,50——齿轮、轴类

/60,65------弹簧

♦碳素工具钢

>钢号用T和平均碳含量的千分数字一起表示

A用途：

/T7,T8,强度，韧性较高，可制作冲头、凿子、榔头

/T9、T10、T11,强度，韧性适中，可制作钻头、刨刀、丝锥、手锯

及冷作模具

/T12,T13,硬度很高，韧性低，可制作铿刀、刮刀、量规

♦铸钢

>“ZG”加平均碳含量万分数表示

>用途

/形状复杂，需要铸造成型

/具有一定强度、塑性和韧性的零件

3.合金元素的存在方式（掌握）

■形成固溶体

■形成碳化物

■合金元素的分类

>非碳化物形成元素：Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B

>碳化物形成元素：Mn、Cr、Mo、V、W、Nb、Zr、Ti

A强K形成元素V、Nb、Zr、Ti

4.合金元素对铁碳相图的影响（掌握）

■影响A和F存在的范围

♦奥氏体稳定化元素：扩大Y相区

>Mn,Ni,Co作用最强——使a相消失，丫相扩大至室温

>C。,C,N,Cu作用次之

♦铁素体稳定化元素：缩小丫相区

>Cr,Mo,W,V,Ti,AI,Si作用强——使丫相区完全封闭

>B,Nb,Zr作用次之

5.合金元素对热处理的影响（重点掌握、难点）

■影响A晶粒长大

♦强烈阻碍：V、Ti、Nb、Zr

♦中等阻碍：W、Mo、Cr

♦影响不大：Si、Ni、Cu

♦促进长大：Mn、P、B

■提高淬透性

♦Co以外的固溶于A中合金元素——常用：Mo、Mn、Cr,Ni、Si、B

■下降Ms、Mf温度（残余A增加）

♦除Co、Al以外——Mn、Cr、Ni、Mo、W、Si

■影响M形态

♦Ni、Cr、Mn、Mo、Co增大片状M形成倾向

■提高回火稳定性：

■产生二次硬化：

♦A'-M'：Mn、Mo,W、Cr、V（Ni、Co协同）

♦沉淀硬化：V、Mo,W、Cr、（Ni、Co协同）

■影响回火脆性一一第二类回火脆性（450-600。。高温）：与P有关

♦增大第二类回火脆性：Mn、Cr、Ni

♦消除第二类回火脆性：Mo（0.5%）、W（1%）

6.钢的强韧化机制分析（重点掌握、难点）

■钢的强化机制（重点）

♦固溶强化：溶质原子一晶格畸度一与位错相互作用一阻碍位错运动一强化

♦位错强化：位错一增殖并相互作用一阻碍位错运动一强化

♦细晶强化：晶界一阻碍位错运动一强化

♦第二相强化：第二相粒子一阻碍位错运动一强化

■钢的热处理——如何综合利用四种强化手段（难点）

♦淬火：A-M

>固溶强化：过饱和C和Me,

>位错强化：高密度位错

>细晶强化：极细小、不同取向的马氏体束

♦淬火：A-M

♦回火

>第二相强化：析出细小碳化物粒子

■钢的合金化一一强韧化分析（难点）

♦固溶强化

♦提高淬透性

♦提高回火稳定性

>相同强度时，合金钢韧性更高

>相同温度回火时，合金钢强度、硬度更高

♦二次硬化

■合金元素对钢的韧性的影响（重点）

♦细化晶粒：Ti、V、Nb、AlfTiC、VC、NbC、AIN-阻碍A长大一细化晶粒。

♦改善基体韧性：Ni,Mn可以降低Tfef韧性提高

♦提高回火稳定性：同等硬度可提高回火温度

♦细化碳化物

♦控制非金属夹杂和杂质元素

7.合金结构钢的分类，牌号和用途（重点掌握）

钢种0%合金元素作用热处理特点使用态组性能特点及应用

织

低合金结构钢<0.20Mn固溶强化，V、热轧空冷或正火P+F高强韧性，良好的成形性

16Mn>Nb、Ti细化晶粒或S+F与焊接性。

15MnVN船舶、车辆、桥梁等

调质钢0.35-0.50Cr>Ni、Si、B、1调质处理：淬火1.S,具有良好的综合机械性

40Cr、40MnB.Mn提高淬透性，+高温回火能，

38CrSi、Mo防止回火脆性2调质处理+表连杆、螺栓

40CrNiMo