金属材料学-复习总结

复习总结《金属材料学》复习总结本课程共9章第一部分：第一章序论第二章钢的合金化基础（合金元素的作用）第二部分：第三～第七章具体钢种分析讨论第三部分：铸铁和有色金属2第一部分序论：略第二章：钢的合金化基础一、合金元素1.合金元素是指特别添加到钢中为了保证获得所要求的组织结构、物理、化学和机械性能的化学元素。（主动加入）2.杂质：由冶炼时原材料以及冶炼方法、工艺操作而带入的化学元素3.合金钢：在化学成分上有目的的加入合金元素，用以保证一定的生产和加工工艺以及力学性能要求的铁基合金

3二、钢中的合金元素的作用钢中的合金元素的分类（1）按与Fe相互作用分类奥氏体形成元素

C,N,Cu,Mn,Ni,Co

铁素体形成元素

Hf,Zr,Ti,Ta,Nb,V,W,Mo,Cr,Si,Al4（2）按与C相互作用（亲和力大小）分类

非碳化物形成元素

Ni，Cu，Si，Al，P等

碳化物形成元素

Hf，Zr，Ti，Ta，Nb，V，

W，Mo，Cr，Mn，Fe

5（3）按对奥氏体层错能的影响分类提高奥氏体层错能元素

Ni，Cu，C等降低奥氏体层错能元素

Mn，Cr，Ru（钌），Ir（铱）等62、钢中合金元素分布（存在形式）（1）合金元素在钢中分布或存在形式有4种形成非金属相（非金属夹杂）溶入固溶体形成强化相（化合物相）游离态存在或自由存在（2）合金元素在晶界偏聚（或晶界内吸附）什么叫晶界偏聚？产生的原因？晶界偏聚特点如何用晶界偏聚理论解释钢的第二类回火脆性？73.合金元素与Fe的相互作用对Fe基二元相图的影响通过改变Fe的同素异构转变点A3，A4来改变Fe基元素相图类型（1）扩大奥氏体(γ)区又称A形成元素形成有限固溶体：C，N，Cu，Zn，Au

形成无限固溶体：Ni，Mn，Co（2）缩小奥氏体（γ）区元素又称F形成元素形成有限固溶体：Mo，W，Ti，Ta，Nb，Zr，

Hf，Al，Si，Be，B等形成无限固溶体：Cr，V8形成无限固溶体的条件点阵类型原子尺寸电子层结构（电化学因素）9（2）对Fe－Fe3C相图的影响所有合金元素均使S点左移对临界温度影响：扩大A相区元素降低临界点A1，A3；缩小A相区的元素升高临界点A1，A3。104.合金元素与C的相互作用（1）按亲和力分两类

碳化物形成元素

Hf，Zr，Ti，Ta，Nb，V（强）

W，Mo，Cr（中强）

Mn，Fe（弱）非碳化物形成元素

Ni，Cu，Si，Al，Co，P，S等11（2）形成的碳化物及稳定性稳定性排序：

M3C，M7C3，M23C6，M6C，M2C，MC

（弱－强）12三、钢的强化方法或机制提高钢的强度，只要设法阻碍位错运动即可强化方法固溶强化晶界强化第二相强化位错强化13四、金属材料的断裂类型韧性断裂脆性断裂解理断裂沿晶断裂14五、合金元素对钢相变的影响1、合金元素对钢加热转变的影响（A化的影响）（1）合金元素对钢A化的影响钢加热转变包括A形成，碳化物溶解及A晶粒长大过程。总的来讲，合金元素的加入，使合金钢的A化温度和时间比碳钢温度高，时间比碳钢长。这是因为合金钢加热时，合金元素本身扩散慢，另外钢中还有一部分合金碳化物要溶解，温度高于Fe3C。此外，钢中若含有碳化物形成元素时，碳化物形成元素还降低碳在A中的扩散速度。这些因素都降低A化速度。（2）合金元素对A晶粒长大的影响

152.合金元素对过冷A分解的影响（1）对过冷A稳定性的影响（对等温分解C曲线影响）①非碳化物形成元素Ni，Si，Cu等加入钢中，仍保持碳钢C曲线形状，但使C曲线右移；②碳化物形成元素Cr，Mo，W，V不仅改变C曲线的位置，使之右移，而且改变其形状，出现两个鼻温，使珠光体和贝氏体转变区分开；

③Co，Al使C曲线左移16（2）对珠光体转变的影响①对P转变速度的影响除Co，Al以外，均使P转变曲线右移，即推迟P转变②对珠光体转变温度区的影响

1）凡是扩大γ相区的元素降低A1，使P转变温区向较低温度

2）凡是缩小γ相区的元素，提高A1使P转变温度升高③对珠光体转变产物的碳化物类型的影响

1）碳钢的珠光体转变产物的碳化物为Fe3C2）非碳化物形成元素对钢的碳化物类型无影响

3）对珠光体转变产物（碳化物类型）的影响强碳化物形成元素，将形成MC

中强碳化物形成元素

高温区形成M23C6或M3C

低温区，主要为Fe3C17（3）对贝氏体转变影响（4）对马氏体转变影响183.合金元素对淬火钢回火转变的影响（1）对马氏体的分解的影响

1）合金元素对低温M分解影响不大。

2）中温和高温下回火的M分解影响分为三个方面

①碳化物形成元素Cr，Mo，W，V，Nb等将强烈推迟M的分解；

②非碳化物形成元素Ni，Co，Cu等影响较小；

③Si虽为非碳化物形成元素，但能有效推迟M的分解。原因是Si能抑制ε碳化物长大，延迟ε碳化物向Fe3C转变。19（2）对残余奥氏体分解的影响合金元素一般都能提高残余A的稳定性，即加热到更高温度残余A才分解20（3）对回火过程中碳化物形成、聚集和长大的影响强碳化物形成元素Ti，V，W，Mo在500～600℃时弥散析出碳化物，有二次硬化作用。强碳化物形成元素阻碍碳化物的聚集长大21（4）合金元素对α相的回复和再结晶的影响合金元素一般均延缓α相的回复和再结晶，碳化物形成元素更为显著。22六、合金元素对钢热处理工艺性能的影响1.对贝氏体淬透性的影响为获得贝氏体，希望加入合金元素后，P转变区显著右移，但对贝氏体转变区影响不大。（1）Mo>0.3%即可（2）微量的B能够强烈阻止多边形铁素体析出，而对贝氏体转变影响不大的元素。（3）低碳从含碳量角度，合金钢中较低（低碳），过冷奥氏体最大转变速度在贝氏体区，容易得到贝氏体，例如0.15%C-0.5%Mo-B(0.004～0.001％)。（4）中碳低碳钢适当提高C含量，再加进适量的Mn或Cr，还可以得到中碳贝氏体钢，这对于发展贝氏体型大截面用钢，有着较大的实际意义。232.对马氏体淬透性的影响提高M淬透性的五大合金元素

Mn、Mo、Cr对增加淬透性的作用最强，Si与Ni次之3.对钢回火脆性影响第一类回火脆性（

250~400℃是一种不可逆回火脆性，不可能用热处理和合金化的方法消除，Si可推迟到350℃以上。第二类回火脆性（550~650℃）加入合金元素Mo、W以抑制第二类回火脆性回火后快冷24七.微量元素在钢中的作用1.有害影响（Pb，Bi，Sb，Sn等元素在PPM数量范围内就会对钢的热塑性、蠕变强度、焊接性、耐腐蚀性等产生有害的影响，并且可能导致钢的不同形式的脆性）；2.微量元素的有益效应净化作用

变质作用控制夹杂物形态微合金化作用25第二部分具体钢种钢的分类：冶炼设备按脱氧程度按化学成分分类按质量分类按金相分类按用途分类26第三章工程构件用钢工程构件用钢分为普碳钢（碳素构件用钢）普低钢（低合金高强度钢）微合金化低合金高强度钢27（一）普碳钢用量大，价格低。对性能要求不高的构件供货状态：热轧供货，含碳量<0.2%分类（GB700－2006）Q195

Q215Q235Q255Q275每种还标出质量等级，脱氧方法等，如

Q235-A.F,Q235-D.Tz,Q235-B.b28（二）低合金构件用钢

（普低钢，低合金高强度钢）1.性能要求（1）力学性能要求：高的屈服强度，高的抗拉强度，塑性和韧性，时效敏感性要小（2）工艺性能要求：良好的冷变形能力，良好的焊接性能（3）耐大气腐蚀性能（4）经济性能要求292.化学成分及合金化特点（我国）1.低碳(低于0.2％)，低合金2.主加元素Mn，一般低于2％（基本上不加Cr，Ni）固溶强化，细化晶粒3.附加元素：Al，V，Ti，Nb

细化晶粒，沉淀强化4.加Cu，P改善耐大气腐蚀性能5.加入微量稀土元素脱S，去气，净化材质，改变夹杂物形态与分布。303.钢号GB1591/T-2008Q295：09MnV，09MnNb，09Mn2，12MnQ345：18Nb，09MnCuPTi，10MnSiCu，12MnV,14MnNb，16Mn，16MnReQ390：10MnPNbRe，15MnV，15MnTi，16MnNbQ420：14MnVTiRe，15MnVNQ460：在其他钢号中添加0.7％Cr和0.7Ni％Q500Q550Q620Q690314.使用状态一般热轧状态供货使用组织：F＋P

特殊要求正火＋高温回火5.用途工程构件32（三）发展微合金化低合金高强度钢1.化学成分及强化特点（1）尽量降低碳含量

（2）添加细化晶粒和沉淀强化元素

Al，V，Ti，Nb形成稳定的化合物，一方面细化晶粒，又可以产生沉淀强化。（3）控制轧制和控制冷却332.控制轧制的工艺方法（1）在高温下，再结晶区变形；（2）在紧邻Ar3以上的低温无结晶区变形；（3）在A－F两相区变形3.控制轧制与常规热轧差别常规轧制：α在γ晶界上形核控制轧制：α在γ晶界，晶内形核，得到细晶粒和亚结构组织，强韧性更好

34第四章机器零件用钢主要介绍渗碳钢调质钢弹簧钢滚动轴承钢35（一）渗碳钢

经渗碳，热处理使零件表面层具有高强度、高耐磨性；心部具有适当的强度和较好的韧性。1.化学成分及合金元素作用（1）低碳一般在0.12%~0.25%

（2）常用的合金元素

Cr、Mn、Ni、Mo、B提高淬透性

Ti、V、Nb等细化晶粒。362.牌号15，20，20Cr，20CrMnTi，20MnVB，20Mn2B，20CrMn，20CrMnMo，12Cr2Ni4，20Cr2Ni4,18Cr2Ni4WA373.热处理工艺

渗碳后降温直接淬火＋低温回火

渗碳后一次淬火＋低温回火，渗碳后二次淬火＋低温回火，渗碳后多次高温回火＋淬火＋低温回火或渗碳后空冷并直接冷处理＋低温回火（高淬透性渗碳钢）

384.使用状态组织表面回火马氏体＋碳化物＋少量残余奥氏体心部回火马氏体39（二）调质钢（淬火＋高温回火，综合力学性能）1.化学成分⑴中碳：0.3~0.5%C⑵合金元素作用：①提高淬透性:Mn、Si、Cr、Ni、B②固溶强化:Mn、Si、Ni③细化晶粒:Ti、V、W、Mo④防止第二类回火脆性:W、Mo

402.牌号45，40MnVB，40Cr，35CrMo，40CrMn，30CrMnSi，40CrNi，38CrMoAl，40CrMnMo，3.热处理及性能淬火＋高温回火回火索氏体，综合力学性能4.使用状态回火索氏体415.低碳马氏体钢解决调制钢强韧性矛盾而发展起来的（1）调质钢热处理后性能的缺点

1）淬火＋高温回火（S回）

塑性，韧性的提高牺牲了强度

2）淬火＋低温回火（M回）

强度的提高牺牲了韧性（2）低碳马氏体钢低碳马氏体钢是低碳（合金）钢，淬火后获得组织为：

M板＋板条间相界A`薄膜＋板条内部自回火或低温回火析出的均匀分布的细小碳化物这种组织实现了钢的强度、塑性和韧性的最佳配合，比调质钢热处理后具有更优越的综合力学性能

15MnVB，20CrMnTi，20SiMn2MoVA，18Cr2Ni4WA

42（三）弹簧钢冷成型弹簧，小型弹簧热成型弹簧，大型弹簧1.化学成分特点碳素弹簧钢，含碳量：0.6-0.9％，接近共析点；合金弹簧钢含碳量：0.45-0.7。

主加合金元素：Si（明显提高弹性极限），Mn

附加合金元素：Cr，Mo，W，V等主要作用（1）提高淬透性（2）强化铁素体（3）提高回火稳定性432.主要牌号65钢，65Mn，60Si2Mn，50CrVA，60CrMnBA443.热处理淬火＋中温回火回火屈氏体4.表面质量要求较高，热处理后一般进行喷丸处理45（四）滚动轴承钢1.化学成分（1）高碳0.95-1.15％保证硬度（2）Cr：0.4-1.65％，最常用，提高淬透性，形成合金渗碳体（Fe，Cr）3C，提高耐磨性和接触疲劳抗力，提高耐蚀性

Si，Mn：提高淬透性

Si还可以提高回火稳定性462.牌号GCr15，GCr9SiMn，GCr15SiMn3.热处理球化退火，淬火＋低温回火回火马氏体＋碳化物＋少量残余A47

碳素工具钢刃具用钢低合金工具钢高速工具钢分类冷作模具钢模具用钢热作模具钢塑料模具钢量具用钢第五章工具用钢48（一）工具钢特点1.工具钢性能要求①高硬度，高耐磨性；

②高热稳定性，红硬性；

③足够的韧性2.化学成分特点（1）高的碳含量0.6～1.3％；（2）合金元素

1）加入碳化物形成元素Cr，W，Mo，V

保证高硬度和高耐磨性

2）加入Mn，Si

减少工具热处理变形，提高淬透性和回火稳定性

3）控制S，P含量改善塑性，降低热处理开裂的可能493.热处理（1）预备热处理：球化退火（2）淬火温度：在两相（A＋K）区目的：碳化物的存在不仅可以阻止奥氏体长大，使晶粒细小，韧性提高；剩余碳化物提高耐磨性。通过调整加热温度可以调整碳化物数量来控制钢的淬透性和残余奥氏体的数量。（3）低温回火50（二）刃具用钢1.碳素工具钢（1）牌号T7，T8，T10，T12…

碳含量高，硬度高，耐磨性高，韧性低（2）热处理球化退火，淬火＋低温回火回火马氏体＋碳化物＋少量残余奥氏体（3）用途尺寸小，形状简单，切削速度低的工具512.低合金工具钢（1）化学成分高碳，低合金含量（2）主要牌号

9SiCr，CrWMn，Cr2，9Mn2V，GCr15，W等

Si，Cr，Mn提高淬透性

V细化晶粒（3）热处理：淬火（油淬）＋低温回火（4）用途：大截面工具，形状复杂，淬火变形小523.高速钢（1）化学成分高碳、高合金Cr，Mo提高淬透性Cr，W，Mo，V提高回火稳定性，红硬性，二次硬化（2）牌号W18Cr4V，W6Mo5Cr4V253（3）淬火要求红硬性，温度越高越好，只要不过热和过烧；如要求韧性好，降低淬火温度（4）回火560℃三次或多次，降低残余奥氏体含量，二次硬化，二次淬火效应

回火马氏体＋碳化物＋少量残余A54（三）模具用钢1.冷作模具钢（1）碳素工具钢（2）低合金工具钢（3）高Cr中Cr模具钢要求更高耐磨性，淬透性，淬火变形小，形状复杂用这类钢①牌号：高Cr：Cr12，Cr12MoV

中Cr：Cr4W2MoV②热处理Cr12MoV：要求红硬性，较高温度淬火＋多次高温回火要求晶粒细，韧性好：较低温度淬火＋低温

回火55（4）基体钢以高速钢淬火组织中基体为成分的钢种具有高足够的韧性，克服高速钢韧性不足牌号：65Nb（6Cr4W3Mo2VNb）562.热作模具钢（1）热锻模5CrNiMo

，5CrMnMo淬火＋高温回火，回火索氏体（2）热挤压模①W系3Cr2W8V淬火＋二次高温回火，②Cr系4Cr5MoSiV（H11），4Cr5MoSiV1（H13）足够的塑性韧性和超高强度淬火＋高温回火（3）压铸模可根据加工合金熔点选材57第六章不锈钢1.金属的化学腐蚀和电化学腐蚀2.金属腐蚀破坏的基本类型3.提高不锈钢耐蚀性途径4.不锈钢的分类

铁素体不锈钢奥氏体不锈钢马氏体不锈钢

F－A双相钢沉淀硬化不锈钢585.F不锈钢（1）牌号Cr13型：0Cr13，0Cr13A，1Cr14S等Cr17型：1Cr17，0Cr17Ti，1Cr17Ti等Cr25～Cr28型：1Cr25，1Cr25Ti，1Cr28等（2）F不锈钢使用过程中的脆性晶粒粗大脆性，σ相脆性，475℃脆性，高温脆性596.M不锈钢（1）Cr13型：1Cr13，2Cr13，3Cr13，4Cr13Cr17型:1Cr17Ni2Cr18型：9Cr18，9Cr18MoV（2）热处理

1Cr13，2Cr13淬火＋高温回火S回

3Cr13，4Cr13淬火＋低温回火M回＋K＋A‘1Cr17Ni2淬火＋高温回火S回

9Cr18淬火＋低温回火M回＋K＋A‘607.A不锈钢（1）A不锈钢在使用过程中的主要问题晶间腐蚀，应力腐蚀，点蚀（2）A不锈钢热处理方法（固溶处理，消除应力处理，稳定化处理）（3）什么是奥氏体不锈钢的晶间腐蚀？防止方法（4）主要牌号

1Cr18Ni9，0Cr18Ni9，00Cr18Ni10，1Cr18Ni12Mo2Ti等618.A－F节Ni不锈钢以Mn代Ni1Cr18Mn9Mn－N代Ni0Cr17Mn13Mo2N节Ni1Cr18Mn10Ni5Mo3N1Cr18Mn8Ni5NF＋AA629.A-M沉淀硬化不锈钢具有高塑性韧性和焊接性能成分设计考虑室温下是不稳定的Ａ组织，Ms点略低于室温，利用这种方法处理得到M，通过时效沉淀析出金属间化合物强化63第七章耐热钢和耐热合金提高耐热钢热强性主要方法及途径耐热钢分类抗氧化钢，P耐热钢，M耐热钢，A耐热钢3.抗氧化钢