1、金屬材料學總復習第1頁，共38頁，2022年，5月20日，22點13分，星期三 主要內容一、主線、核心和“思想”二、合金化三、各類鋼要點四、各主要材料的分析思路第2頁，共38頁，2022年，5月20日，22點13分，星期三主線：服役條件技術要求選擇材料強化工藝組織結構最終性能應用、失效。一、主線、核心和“思想”零件服役條件性能要求材料成分強化工藝組織結構使用性能第3頁，共38頁，2022年，5月20日，22點13分，星期三要清楚的三點（1）同一零件可用不同材料及相應工藝 例：調質鋼；工具鋼代用（2）同一材料，可采用不同工藝 例：T10鋼，淬火有水、水-油、分級等。強化工藝不同，組織有差別，但都

2、能滿足零件要求。力求最佳的強化工藝。(3）同一材料可有不同的用途。 例:60Si2Mn有時也可用作模具。低合金工具鋼也可做主軸，GCr15也可做量具、模具等。 要學活，思路要寬，要敢于提出獨特見解第4頁，共38頁，2022年，5月20日，22點13分，星期三 核心：核心是合金化基本原理。這是材料強韌化矛盾的主要因素.掌握合金元素作用理解各類鋼的設計與發展采用熱處理等強化工藝 如何在這基礎上充分優化材料的使用性能，關鍵就在于熱處理等處理工藝。企業中的許多問題都是因為在材料的加工過程中的工藝存在問題。第5頁，共38頁，2022年，5月20日，22點13分，星期三 “思想”：材料學是一門很有“思想”

3、的課程，只是要從學習過程中體會和挖掘出來。辯證作用矛盾轉化結構鋼是強度-韌度的匹配，工模具鋼主要是韌度-耐磨性的協調，鑄鐵石墨形態和力學性能之間的關系等 由強-韌性反映出來的矛盾 材料的這些矛盾涉及到合金化設計、處理工藝等。強度有余時，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化。第6頁，共38頁，2022年，5月20日，22點13分，星期三 掌握理解：固溶強化、位錯強化、細晶強化和彌散強化等強化機理。 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過淬火、回火?在這些處理過程中，合金元素存在的形式和所處的位置是怎樣變化的，其它組織結構是怎樣變化的，固溶

4、強化、位錯強化、細晶強化和彌散強化等強化機制是如何相互轉化的。這些問題涉及了所有的專業課知識。第7頁，共38頁，2022年，5月20日，22點13分，星期三合金化設計K形成規律K類型及性質對C線的影響對相圖影響強韌化矛盾演化規律鋼韌化基本途徑鋼強化基本機理Me對過程影響Me對工藝性作用組織設計多元適量復合加入第8頁，共38頁，2022年，5月20日，22點13分，星期三 強-韌矛盾和研究開發就象是一個螺旋形，相互轉化、輪回。強-韌矛盾在超高強度鋼中更為突出。創新突破之處是徹底改變傳統的強化之源C合金化。所以發展了馬氏體時效鋼，使強韌性提高了一個數量級。 在材料發展的過程中，人們不斷地在這些矛盾

5、中進行研究，并不斷地取得了突破性進展。如現在已經廣泛使用的微合金鋼、非調質鋼、雙相鋼等，都是在深入理解強韌化機理的基礎上，從傳統的強-韌矛盾中得到解脫，有所創新。第9頁，共38頁，2022年，5月20日，22點13分，星期三體會 分析問題、解決問題的關鍵和思路。 材料的發展充滿了活的辨證關系，充滿了矛盾的演變。當然，對問題的認識有一個逐步理解的過程。首先要有宏觀的認識和思路，從高處看問題有豁然開朗的意境。第10頁，共38頁，2022年，5月20日，22點13分，星期三二、合金化 1、合金化原則 多元適量，復合加入多元：多元作用大，效果好，又經濟。合金元素 的作用并不是簡單的代數和。簡單比喻：人

6、每 天的營養攝入，可科學地配制食譜，做到既滿 足營養要求，又不會使某種營養過剩。 合金元素作用的辯證規律. 多元復合加入的作用或情況主要有以下幾種： 第11頁，共38頁，2022年，5月20日，22點13分，星期三多元復合加入 提高性能。如淬透性，復合作用不是線性 相加的。如：40Cr 40CrNi 40CrNiMo揚長避短。合金元素能對某些方面起積極的 作用，但往往還有副作用，為克服這不足， 可加入另一元素來彌補。如：Si-MnMn-V改善K類型與分布。某些元素加入會改變鋼 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

7、第12頁，共38頁，2022年，5月20日，22點13分，星期三適量：合金元素的某種作用在含量達到一定量 時往往會起不良的影響，而且還有經濟性的 問題。 適量的原因，除了經濟的因素外，主要有 以下幾種情況：第13頁，共38頁，2022年，5月20日，22點13分，星期三適量加入有Me增多后，會降低材料的塑韌性 如構件鋼中，一般Si1.1%，Mn1.8%有些Me增多，會惡化K的分布 如高速鋼中Cr，CrWMn中的W等有的會改變K類型，熱處理難度 如一般結構鋼中V0.10.2%，Mo0.5%左右，以免生成難溶的K 適量加入, 符合經濟性 Me作用不是線性的,適量，體現經濟性第14頁，共38頁，20

8、22年，5月20日，22點13分，星期三2、主要合金元素作用歸納Cr: 1）淬透性 G，K形核長大。Cr、Ni等復合作用大，如調質鋼40Cr40CrNi40CrNiMo。 2）回穩性 阻止M3C型長大。如40 Cr與40鋼相比，回火到相同硬度時，回火溫度可30-40。 3）抗氧化性、熱強性 形成Cr2O3，FeO出現的溫度；原子間結合力，熱強性。如耐熱鋼，Mo-Cr-V。第15頁，共38頁，2022年，5月20日，22點13分，星期三 4）耐蝕性 電極電位，n/8定律。如不銹鋼。 5）細化晶粒，改善K均勻性 K較穩定，如GCr15。 6）回火脆性 促進雜質原子偏聚，如40CrNi。 7）A1

9、F形成元素。熱疲勞性，如5CrNiMo；淬火溫度，如GCr15為840，而T10為780；含Cr量多時F鋼，如1Cr17。 8）Ms Ar，如GCr15比T10鋼的Ar多，分布為8%左右和3%左右。第16頁，共38頁，2022年，5月20日，22點13分，星期三Mn: 1）強化F 固溶強化，如低合金普通結構鋼。 2）淬透性 G，使“C”線右移，如40 Mn2。 3）晶粒長大 A1 ，強化C的促進晶粒長大作用，過熱敏感性。 4）Ar Ms。量大時，獲得A鋼 Mn擴大區。 5）回火脆性 促進有害元素偏聚。 6）熱脆性 脫硫，形成MnS；脫氧劑，MnO；易切削鋼。第17頁，共38頁，2022年，5月

10、20日，22點13分，星期三Si： 1），可切削性 固溶強化效果顯著，如彈簧鋼60Si2Mn等； 2）低溫回火穩定性 抑制-K形核長大及轉變，如30CrMnSi、9SiCr。 3）抗氧化性 形成致密的氧化物，如高溫抗氧化鋼Cr18Si2,排氣閥用鋼4Cr9Si2。 4）淬透性 K形核長大，使“C”線右移，高C時作用較大。 5）淬火溫度 A1 。如9SiCr，Ac1為770。 6）脫C、石墨化傾向 Si碳活度，含Si鋼脫C傾向大。如9SiCr、60Si2Mn等。第18頁，共38頁，2022年，5月20日，22點13分，星期三Mo： 1）淬透性 推遲P轉變，對B轉變影響較小。 2）熱強性 固溶體原

11、子間結合力，如珠光體熱強鋼12CrMoV。 3）回火脆性 有效地抑制有害元素的偏聚，如40CrNiMo。 4）回火穩定性 較強K形成元素，碳活度，且K穩定不易長大。 5）細化晶粒 較強K形成元素，碳活度，阻止晶界移動。 6）非氧化性酸的耐蝕性，防止點蝕 形成MoO3，致密而穩定。第19頁，共38頁，2022年，5月20日，22點13分，星期三Ni： 1）基體韌度 Ni位錯運動阻力，使應力松弛。如馬氏體時效鋼。40CrNi、40CrNiMo鋼的韌度較高。 2）穩定A組織， NiA1 ，擴大區，量大時，室溫為A組織，如18-8奧氏體不銹鋼。 3）淬透性 G，使“C”線右移，Cr-Ni復合效果更好。

12、如12CrNi3、40CrNi。 4）回火脆性 Ni促進有害元素的偏聚，如40CrNi回火脆性大。 5）Ms Ar。第20頁，共38頁，2022年，5月20日，22點13分，星期三V： 1）熱強性 VC質點穩定性好，且彌散分布，如耐熱鋼Cr-Mo-V。 2）細化晶粒 VC質點細小、穩定，有效阻止晶界移動，如40Mn2V、50CrV。 3）紅硬性、耐磨性 VC質點細小、穩定、彌散，如高速鋼均含V。 4）過熱傾向 VC質點溶解穩定較高，晶粒不易長大，4040Mn2V。 5）磨削性 VC質點硬度高，容易產生磨削裂紋，如9Mn2V的磨削性較差。第21頁，共38頁，2022年，5月20日，22點13分，

13、星期三3、利用合金化原理分析典型鋼的性能特點 9SiCr、CrWMn、9Mn2V； 60Si2Mn； 5CrNiMo； W6Mo5Cr4V2第22頁，共38頁，2022年，5月20日，22點13分，星期三三、各類鋼要點 1、要掌握各類鋼的特點 彈簧、熱鍛模的服役條件及技術要求； 軸承鋼的冶金質量； 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； 不同表面強化工藝特點、應用和適用鋼種。第23頁，共38頁，2022年，5月20日，22點13分，星期三2、歸納各類鋼工藝特點 1）合金元素多，鋼的導熱性較差，工藝的可變性也大。因此，工藝相對就比較復雜。如高速鋼、C

14、r12MoV、18Cr2Ni4W、3Cr2W8V等。 2）過共析鋼，希望K穩定，用較強K形成元素。量可較多，殘余K細化晶粒，又提高耐磨性。如過共析鋼采用不完全淬火，低溫回火；要重視預先熱處理，球化工藝。 3）亞共析鋼，采用完全淬火，希望鋼中的K不穩定，在加熱時能全部溶解。強K形成元素用得比較少，即使有，含量也是較少，控制。 第24頁，共38頁，2022年，5月20日，22點13分，星期三 4）工具鋼淬火時，變形開裂傾向比較大，所以在工藝措施上，常采用預熱、預冷，淬火常用等溫、分級、雙液淬火等方法，且需要及時回火。 5）工件尺寸大，如鍛模，則整個熱處理過程需要圍繞盡量降低變形開裂而采取一系列措施

15、。 6）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氣氛、鹽浴爐等。 7）精密零件處理過程中要注意尺寸穩定性。 8）工模具鋼，特別是高碳高合金鋼的鍛造工藝很重要，這是最終熱處理質量的前提。許多問題往往是由于鍛造工藝的原因。第25頁，共38頁，2022年，5月20日，22點13分，星期三1 結構鋼的特點、應用及演變 2 工具鋼的特點、應用及演變 3 鑄鐵要點4 鋁合金分類與特點四、各主要材料的思路第26頁，共38頁，2022年，5月20日，22點13分，星期三服役條件及性能要求 常用牌號 C量 常用工藝 組織性能 應用 要點 低強鋼 低C馬氏體 滲碳鋼 氮化鋼 調

16、質鋼 彈簧鋼 軸承鋼 高錳鋼 典型結構鋼的特點、應用及演變 縱向要理解系統及相互間關系 橫向要了解含碳量及合金化的變化原因第27頁，共38頁，2022年，5月20日，22點13分，星期三常用牌號 C量 常用工藝 組織 性能特點 應用 要點 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、應用及演變第28頁，共38頁，2022年，5月20日，22點13分，星期三自由焓有利于石墨化成分、結構、擴散有利于Fe3C析出HT200QT400-17KTZ450-06灰口鑄鐵：片G，性能特點與用途。孕育處理熱力學動力學牌號及數字意義可鍛鑄鐵：團絮狀G，由白口鐵經石墨化得到，性能與用

17、途 石墨化過程 決定G形態 決定基體鑄鐵中心問題：G形狀、大小、數量、分布球墨鑄鐵：球狀G，球化處理。熱處理工藝：與灰鐵不同，與鋼區別。不同工藝得到不同基體組織。性能與用途 影響因素鑄鐵性能化學成分C、Si促進石墨化；Mn、S阻止石墨化冷卻速度薄壁表面易白口。壁厚敏感性，性能差異強度、伸長率、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。蠕鐵：蠕蟲狀G特殊性能鑄鐵：耐蝕、耐磨、耐熱第29頁，共38頁，2022年，5月20日，22點13分，星期三工業純鋁：密度2.72。導電、導熱性好，抗蝕性好，塑性高防銹鋁合金只能變形強化。Al-Mg、Al-Mn系。LF5固溶強化細化組織強化

18、時效強化第二相強化基本過程：GP。條件：Me能溶入；隨T而固溶度；析出相強化作用大。鑄造鋁合金：Al-Si ，ZL104Al-Cu，ZL201Al-Zn，ZL402Al-Mg，ZL301 可熱處理強化特點：無同素異構轉變；固溶處理和時效強化超硬鋁：如LC4Al-Zn-Mg-Cu系性能特點：強度高，耐熱性、抗蝕性差。熱處理：淬火溫度較寬硬鋁：LY12Al-Cu-Mg系。性能特點：強度比較高，耐熱性好，抗蝕性差。熱處理：淬火溫度窄，要求冷速快，轉移時間短鍛鋁：如LD5Al-Mg-Si-Cu系工藝特點：鍛造性好，熱處理：采用人工時效Al Me 合金化 Cu、Mg、 Zn、Si、MnLL+ + 第30

19、頁，共38頁，2022年，5月20日，22點13分，星期三黃銅普通黃銅特殊黃銅金色黃銅：H96彈殼黃銅：H70商業黃銅：H6232%Zn,+海軍黃銅：HSn70-1 耐腐蝕性好易切黃銅：HPb59-1 可切削性好商業黃銅：HAl77-1 熱塑性好純銅 密度8.94, 無晶形轉變導電、導熱好，化學穩定性好，耐蝕, 成形性優良,可焊,無磁熱脆：Bi/Pb形成低熔點組織于晶界；冷脆：S/OCu2O、 CuS，硬脆第31頁，共38頁，2022年，5月20日，22點13分，星期三青銅錫青銅鋁青銅鈹青銅 67%Sn，壓力加工；1014% Sn，鑄造. 鑄造性比黃銅差，耐蝕性比黃銅好. +P、Zn、Ni等元

20、素，為多元錫青銅.如QSn4-3: Sn-4%左右,Zn-3%左右 大部分多元：Cu、Al+Mn、Fe、Ni等.如Q Al9-2，+2%左右Mn 比黃銅錫青銅有更高強度和硬度，更好的耐磨性和耐蝕性，塑性較差。 如QBe2. 具有高b 、 p 、 -1 ,耐磨，抗蝕，受沖擊不產生火花。 經淬火時效后，b可達1200MPa第32頁，共38頁，2022年，5月20日，22點13分，星期三 自然辯證法原理應用 一切運動都存在于吸引和排斥的相互作用中。這是基本矛盾。在微觀物理運動中，吸引和排斥的統一首先表現在微觀粒子之間強大的內聚力和排斥力之間的動態平衡。 K的穩定性，復合K的性質差別等第33頁，共38頁，2022年，5月20日，22點13分，星期三 一切化學過程都歸結為化學的吸引和排斥的過程。正是由于分子中原子之間化學鍵的形成和斷裂所引起的化合和分解的對立統一，構成了一切化學運動過程的豐富內容。在化學的吸引和排斥中，各種化學元素的多種多樣性質最充分地暴露出來，同時產生出多種多樣形態的化學物質。 元素性質不同