第1章緒論

要點：

?材料的基本概念（掌握）

?材料的分類（掌握）

?金屬材料發(fā)展與應用簡史。（了解）

第2章金屬材料的力學性能

要點：

?靜載單向拉伸應力一一應變曲線（理解并掌握）

?各種力學性能指標的物理意義（掌握）

難點：

?疲勞強度、斷裂韌性----性能指標的提出及其物理意義

下面就具體內(nèi)容作簡要說明。

1.低碳鋼靜載單向拉伸應力——應變曲線（理解并掌握）

■階段I（oab）——彈性變形階段

oa段：zLocp直線階段

ab段：極微量塑性變形（0.001-0.005%）

Pp,Pe（不產(chǎn)生永久變形的最大抗力）

■階段II（bed）段一一屈服變形

屈服點Ps

■階段III（dB）段——均勻塑性變形階段

外材料所能承受的最大載荷

■階段IV（BK）段——局部集中塑性變形

（注意：鑄鐵只有第1階段，中、高碳鋼沒有第II階段。）

2.金屬的剛度（掌握）

■材料在受力時，抵抗彈性變形的能力

E=u/s

本質(zhì)是：反映了材料內(nèi)部原子結應力的大小，組織不敏感的力系指標。

3.彈性：材料不產(chǎn)生塑性變形的情況下，所能承受的最大應力（掌握）

■比例極限：應力一一應變保持線性關系的極限應力值

bp=Pp/FQ

■彈性極限：不產(chǎn)永久變形的最大抗力

Oe=PJFo

4.塑性一一材料在載荷作用下產(chǎn)生永久變形而不破壞的能力（掌握）

■延伸率

5=包=k4*100%

%’0

延伸率與試樣尺寸有關，65,510（Lo=5do,10do）

■斷面收縮率

i/f=/\F/Fo=（Fo-Fi（）/Fox100%

5.強度一一材料抵抗變形和斷裂的能力（掌握）

■抗拉強度

材料被拉斷前所承受的最大應力值（材料抵抗外力而不致斷裂的極限應力值）。

■屈服強度力和條件屈服強度OQ.02

as=Ps/F0（%代表材料開始明顯塑性變形的抗力，是設計和選材的主要依據(jù)之一。）

條件屈服強度一一中高碳鋼、無屈服點，國家標準，以產(chǎn)生一定的微量塑性變形的

抗力的極限應力值來表示。

脆性材料：ab=as灰口鑄鐵

■疲勞強度（80%的斷裂由疲勞造成）——（難點）

疲勞：承受載荷的大小和方同隨時間作周期性變化，交變應力作用下，往往在遠小于

強度極限，甚至小于屈服極限的應力下發(fā)生斷裂。

?疲勞極限：材料經(jīng)無數(shù)次應力循環(huán)而不發(fā)生疲勞斷裂的最高應力值。

?條件疲勞極限：經(jīng)受IO,應力循環(huán)而不致斷裂的最大應力值。

?影響因素：循環(huán)應力特征、溫度、材料成分和組織、夾雜物、表面狀態(tài)、殘余應

力等。

6,韌性：斷裂前吸收變形能量的能力--韌度（掌握）

■沖擊韌性：沖擊載荷下材料抵抗變形和斷裂的能力。

?ak=Ak/F（J/cm2）

>脆性材料一一a*值低，斷裂時無明顯變形，金屬光澤，呈結晶狀。

>韌性材料一一ak值高，明顯塑變，斷口呈灰色纖維狀，無光澤。

>韌性與溫度有關——脆性轉變溫度TK

■斷裂韌性一一（難點）

?K/c表明了材料有裂紋存在時抵抗脆性斷裂的能力。

>當K/>K/c時，裂紋失穩(wěn)擴展，發(fā)生脆斷。

>當K/=K,c時，裂紋處于臨界狀態(tài)

>當K/vK/c時，裂紋擴展很慢或不擴展，不發(fā)生脆斷。

?K/c可通過實驗測得，它是評價阻止裂紋失穩(wěn)擴展能力的力學性能指標。是材

料的一種固有特性，與裂紋本身的大小、形狀、外加應力等無關，而與材料本

身的成分、熱處理及加工工藝有關。

?斷裂韌性問題的提出（了解）

7.硬度：材料抵抗外力壓入的能力（掌握）

■布氏硬度HB

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

.加（D-心-/）

>壓頭為一定直徑D（mm）的淬火鋼（或硬質(zhì)合金）球，載荷P一般3000kg,

測量壓痕平均直徑d（mm）

>一般用于較軟材料，HBW450

■洛氏硬度HRC

?由壓痕的深度求出材料的硬度。以0.002毫米作為一個硬度單位。

>壓頭為頂角120。的金剛石圓錐體，載荷一般為150kg,

>一般用于硬度較高的材料，適用范圍HRC20-67

第3章金屬晶體結構、結晶及合金相圖

要點：

?有關晶體結構的基本概念：金屬鍵、晶體、晶格、三種常見的金屬晶格、實際晶體的缺陷（重

點掌握）

?金屬結晶的概念、過冷度、結晶的過程一一晶核的形成和長大規(guī)律及其影響因素（掌握）

?合金相結構的基本類型及其結構特點/性能特點（掌握）

?二元合金相圖的基本概念：組元、合金、合金系、相、相圖、組織等（掌握）

?二元合金相圖的分析方法，熟悉并分析幾種典型相圖（勻晶相圖、共晶相圖）的結晶過程（重

點掌握）

?杠桿定律及其應用（重點掌握）

?包晶相圖和形成穩(wěn)定化合物的相圖（了解）

?合金相圖與性能的關系（了解）

難點：

?勻晶相圖、共晶相圖中典型合金的結晶過程

?應用杠桿定理分析典型合金的室溫相及室溫組織的比例

下面就具體內(nèi)容作簡要說明。

1.晶體與非晶體的概念（掌握）

■晶體：材料的原子（離子、分子）在三維空間呈規(guī)則，周期性排列。

■非晶體：材料的原子（離子、分子）無規(guī)則堆積，和液體相似，亦稱為“過冷液體”或“無

定形體”。

■區(qū)別

?是否具有周期性、對稱性

?是否長程有序

?是否有確定的熔點

?是否各向異性

2.理想晶體的晶體學抽象（理解）

■空間規(guī)則排列的原子-剛球模型一晶格（剛球抽象為晶格結點，構成空間格架）一晶胞

（具有周期性最小組成單元）

3.三種常見的金屬晶格的重要參數(shù)（重點掌握）

晶胞晶體學參數(shù)原子半徑晶胞原子數(shù)配位數(shù)致密度

FCCa=b=c,a=p=y=90°面對角線/42868%

BCCa=b=c,a=p=y=90°體對角線/441274%

HCPa=b^c,c/a=1.633,棱邊aZ261274%

a=/3=9O°,/=120°

4.晶體缺陷：實際晶體中存在著偏離（破壞）晶格周期性和規(guī)則性的部分（重點掌握）

■點缺陷——晶格結點處或間隙處，產(chǎn)生偏離理想晶體的變化

?空位晶格結點處無原子

?置換原子晶格結點處為其它原子占據(jù)

?間隙原子原子占據(jù)晶格間隙

■線缺陷（位錯）——二維尺度很小，另一維尺度很大的原子錯排

?刃型位錯

?螺型位錯

■面缺陷-----維尺度很小，而二維尺度較大的原子錯排區(qū)域

?晶界、亞晶界、表面等

5.結晶與凝固的區(qū)別（掌握）

凝固：L-S（S可以是非晶）

■結晶：一種原子排列狀態(tài)（晶態(tài)或晶態(tài)）過渡為另一種原子規(guī)則排列狀態(tài)（晶態(tài)）的轉

變過程

?一次結晶：L-S（晶態(tài)）

?二次結晶：S—S（晶態(tài)）

6.過冷度（重點掌握）

■結晶的驅(qū)動力（了解）

?自然界的自發(fā)過程進行的熱力學條件都是AFSO

>當溫度心/加時，F(xiàn)S>FL,液相穩(wěn)定

>當溫度丁v77n時，F(xiàn)SVFL,固相穩(wěn)定

>當溫度丁=7加時，F(xiàn)s=R，平衡狀態(tài)

■過冷度AT=Tm-Tn（克服界面能）

?Tm：理論結晶溫度

?Tn：實際結晶溫度

?冷速越快，過冷度越大

7.結晶的過程一一形核、長大（掌握）

■形核——自發(fā)形核、非自發(fā)形核

■長大——平面長大、樹枝狀長大

8.晶粒尺寸的控制（重點掌握）

■形核速度大，長大速率慢，晶粒總數(shù)目多，晶粒細小。

?提高過冷度一一A/n-GT——N/G增大,晶粒細化

?變質(zhì)處理一一在液態(tài)金屬中加入孕育劑或變質(zhì)劑作為非自發(fā)晶核的核心

?振動、攪拌等等

9.合金相結構的基本類型（掌握）

相：凡是化學成分相同、晶體結構相同，與其它部分有明顯分界的均勻組成部分。合金中有

兩類基本的相結構，固溶體和金屬間化合物。

■固溶體一一組元通過溶解形成一種成分和性能均勻的、且結構與組元之一相同的固相稱

為固溶體A（B）oA：溶劑B：溶質(zhì)

?分類

置換固溶體

溶質(zhì)原子的位置

間隙固溶體

有限固溶體

溶解度

無限固溶體

有序固溶體

分布有序度

無序固溶體

?固溶強化一一溶質(zhì)原子溶入一晶格畸變一位錯遠動阻力上升一金屬塑性變形

困難一強度、硬度升高，塑性和韌性沒有明顯降低。

■金屬間化合物一一合金的組元相互作用而形成的具有金屬特性，而晶格類型和特性又完

全不同于任一組元的化合物一中間相。

?熔點、硬度高、脆性大。

■機械混合物----不是一種單一相

10.典型相圖（重點掌握）

■勻晶相圖一一兩組元在液態(tài)無限互溶，在固態(tài)也無限互溶，冷卻時發(fā)生勻晶轉變（L-a）

■共晶相圖一一兩組元在液態(tài)無限互溶，在固態(tài)有限互溶，冷卻時可以發(fā)生共晶轉變

?典型合金的室溫組織

?典型合金的結晶過程（難點）

?應用杠桿定理分析典型合金的室溫相及室溫組織的比例（難點）

11.合金性能與相圖的關系（了解）

AB,?——>BAB,%——>BAB,%——?E

合金的使用性能與相圖的關系（示意圖）

■固溶體：溶質(zhì)元素一晶格畸變大一強度、硬度T，（50%［最大）

■復相組織區(qū)域內(nèi)（如共晶轉變范圍內(nèi)），合金的強度和硬度隨成分的變化呈直線關系,

大致是兩相性能的算術平均值。HB=HBaXa%+HBPXp%

■對組織較敏感的性能一一強度，與組成相或組織組成物的形態(tài)有很大關系。組成相或組

織組成物越細密，強度越高（共晶點處，共晶組織呈細小、均勻細密的復相組織，強度

可達最高值。）

第4章金屬的塑性變形與再結晶

要點：

?金屬的變形方式及其本質(zhì)一一滑移（重點掌握），攣生（了解）

?多晶體塑性變形（掌握）

?塑性變形對金屬材料的的組織和性能的影響（重點掌握）

?經(jīng)冷變形的金屬，在加熱時的組織和性能的變化（重點掌握）

難點

?金屬的兩種變形方式的比較

?影響多晶體塑性變形的因素，細晶強化的機理及性能影響

?加工硬化的機理及性能影響

?影響再結晶及再結晶晶粒度的因素

下面就具體內(nèi)容作簡要說明。

1.金屬材料的塑性變形

有以下2種機制：

■滑移：在外加切應力作用下，晶體的一部分相對于另一部分沿一定晶面（滑移面）的一

定方向（滑移方向）發(fā)生相對的滑動。（重點、掌握）

?滑移的本質(zhì)：滑移的實現(xiàn)-借助于位錯運動（重點、掌握）

?滑移系：滑移面和該面上的一個滑移方向（重點、掌握）

>滑移系數(shù)目3材料塑性T；滑移方向3材料塑性T

如FCC和BCC的滑移系為12個，HCP為3個，F(xiàn)CC的滑移方向多于

BCC,金屬塑性如Cu（FCC）>Fe（BCC）>Zn（HCP）?

?晶體的轉動（掌握）

>外力錯動一力偶使滑移面轉動一滑移面〃拉伸軸

>以滑移面的法線為轉軸的轉動—滑移方向〃最大切應力方向

■享生：晶體的一切分相對于另一部分沿一定晶面（享生面）和晶向（攣生方向）發(fā)生切

變。T金屬晶體中變形部分與未變形部分在字生面兩側形成鏡面對稱關系。（了解）

■兩者異同（難點）

?滑移和攣生均在切應力作用下，沿一定晶面的一定晶向進行，產(chǎn)生塑性變形。

?攣生借助于切變進行，所需切應力大，速度快，在滑移較難進行時發(fā)生

-i.FCC金屬一般不發(fā)生李生，少數(shù)在極低溫度下發(fā)生。

-ii.BCC金屬僅在室溫或受沖擊時發(fā)生。

-iii.HCP金屬較容易發(fā)生李生。

?滑移一原子移動的相對位移是原子間距的整數(shù)值一不引起晶格位向的變化。攣

生一原子移動的相對位移是原子間距的分數(shù)值一攣晶晶格位向改變一促進滑

移

?攣生產(chǎn)生的塑性變形量小（V滑移變形量的10%）一攣生變形引起的晶格畸

變大

2.多晶體的塑性變形（掌握）

加載時，各晶粒的滑移面和滑移方向相對于受力方向是不相同的，晶粒的變形分批、逐步的

進行，從軟位向到硬位向，從少數(shù)晶粒到多數(shù)晶粒，從不均勻變形到均勻變形

■影響多晶體塑性變形的因素（難點）

?晶粒位向不一致

?晶界：

i.滑移的主要障礙：晶界原子排列較不規(guī)則一缺陷多一滑移阻力大一變

形抗力大。

ii.協(xié)調(diào)變形：晶界自身變形一處于不同變形量的相鄰晶粒保持連續(xù)。

■細晶強化一一晶粒細化一強度提高、塑性提高、韌性提高，硬度提高。（重點、難點）

12

?Hall-P計ch關系：as=a0+Kyd

>晶粒小一晶界面積大—變形抗力大一強度大

>晶粒小一單位體積晶粒多一變形分散—減少應力集中

>晶粒小T不利于裂紋的傳播T斷裂前承受較大的塑性變形

3.冷塑性變形對金屬組織性能的影響（重點、掌握）

■金屬組織的變化（掌握）

?晶粒形貌變化（壓扁或拉長）一一如：纖維組織

?亞結構形成：位錯密度t（106—1011T2）位錯纏結一胞壁一亞晶

?形成形變織構（特殊的擇優(yōu)取向）：變形量足夠大時（70%）,由于晶粒發(fā)生轉

動，原來處于不同位向的晶粒在空間位向上會呈現(xiàn)出一定程度的一致。

■加工硬化（形變硬化）（冷作硬化）一一金屬在冷態(tài)下進行塑性變形時，隨著變形度的

增加，其強度、硬度提高，塑性、韌性下降的現(xiàn)象（重點掌握）

?機理：位錯強化：位錯密度T-強度、硬度T（難點）

>塑性變形一位錯開動一位錯大量增殖一相互作用一運動阻力加大一變形

抗力T-強度b硬度丁、塑性、韌性1

?意義：

>一種強化手段

>冷加工成形得以順利進行

>防止短時超載斷裂能力，保證構件安全性

>下降塑性，提高切削性能

>不利：塑性變形困難T中間退火T消除

■內(nèi)應力一一去除外力后殘留于且平衡于金屬內(nèi)部的應力（一般掌握）

?第一類內(nèi)應力——宏觀，表面和心部，塑性變形不均勻造成；

?第二類內(nèi)應力——微觀，晶粒間或晶內(nèi)不同區(qū)域變形不均；

?第三類內(nèi)應力——超微觀，晶粒畸變（>90%）,

4.塑性變形金屬在加熱時組織性能變化（重點、掌握）

■回復：物理化學性能恢復，內(nèi)應力顯著降低，強度和硬度略有降低

?——去應力退大。

■再結晶：強度大大下降，加工硬化消除，力學性能恢復，顯微組織發(fā)生顯著變化一等軸

晶粒。

?結晶過程：經(jīng)歷形核一長大過程，但無新相生成

?再結晶退火一一消除加工硬化的熱處理工藝

?影響再結晶晶粒度的因素（難點）

>溫度：升一助一個晶界遷移一晶粒長大f

>預變形度：

/多數(shù)情形：預變形度T一晶粒長大1

/晶粒異常粗大：臨界變形度、大變形

■晶粒長大（了解）

5.熱加工對金屬組織和性能的影響（掌握）

■法以上加工，不引起加工硬化

?提高金屬致密度、消除枝晶偏析，打碎柱狀晶、樹枝晶，形成流線分布的塑性

變形

第5章鐵碳合金相圖

要點：

?鐵碳合金相圖的組元、基本相及性能特點（掌握）

?鐵碳合金相圖的建立，相圖中各點、線、區(qū)的含義（掌握），相圖中的重要轉變（共晶轉變、

共析轉變）（重點）

?典型鐵碳合金的結晶過程（掌握）

■鋼的典型結晶過程（重點）

■白口鐵的典型結晶過程

?典型鐵碳合金的室溫組織及杠桿定理的應用（掌握）

■鋼的室溫組織及杠桿定理在鋼中的應用（重點）

■白口鐵的室溫組織及杠桿定理的應用（了解）

?鐵碳合金相圖的應用

■鐵碳合金的成份、組織與性能之間的關系（重點）

?復線鐵碳合金相圖（了解）

難點：

?鐵碳合金相圖中的重要轉變（共晶轉變、共析轉變）

?鋼的典型結晶過程及杠桿定理的應用

下面就具體內(nèi)容作簡要說明。

1.純鐵的同素異構轉變（掌握）

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

2.Fe-Fe3c相圖中的相（掌握）

■液相L

■6相一一高溫鐵素體（C固溶到8-Fe中一一6相）

■a相一一鐵素體F（C固溶到a-Fe中一一a相）

?強度、硬度低、塑性好

■Y相一一奧氏體A（C固溶到丫-Fe中一一丫相）

?強度低，易塑性變形

■Fe3c-----化合物Cem,Cm

?熔點高，硬而脆，塑性、韌性幾乎為零

3.相圖分析：（重點掌握）

■重要轉變（重點、難點）

?共晶轉變：&,3-4.”+公3c（高溫萊氏體L.）

>共晶點：1148℃,4.3%

>共晶線：2.11-6.69%

>低溫萊氏體1'：LLP+Fe3G+Fe3c共晶TLJ

?共析轉變：AO.LF0.02i8+Fe3C（珠光體P）

>共析點：727℃,0.77%

>共析線：0.0218?6.69%

>珠光體的強度較高，塑性、韌性和硬度介于Fe3c和F之間

■Fe-Fe3c合金平衡結晶（重點、難點）

?工業(yè)純鐵：L-L+A-A-A+尸-F+Fe3G"

?共析鋼：LTL+A—ATP

?亞共析鋼：LTL+ATATA+FTP+FTP+F（+Fe3Cm）

?過共析鋼：L^L+A^A^A+Fe3Cit-^P+Fe3Cil

?共晶白口鑄鐵：L-Ld-LJ

,

?亞共晶白口鐵：L^L+A->Ld+A^Ld+P+Fe3Cll

?過共晶白口鐵：L—Fe3G+LrFesG+LdtFesG+LJ

■Fe-Fe3c合金分類及典型合金室溫組織組成（重點、難點）

Fe-C合金分類成分范圍室溫組織

工業(yè)純鐵C%<0,0218%F-FFeaCiii

鋼亞共析鋼0.0218%<C%<0.77%P+F+Fe3c川

0.0218%<C%<2.11%共析鋼0.77%P

過共析鋼0.77%<C%<2.11%P+Fe3Cn

白口鑄鐵亞共晶白口鐵2.11%<C%<4.3%LJ+P+Fe3cli

2.11%<C%<6.69%共晶白口鑄鐵4.3%L'

過共晶白口鐵4.3%<C%<6,69%Ld'+Fe3G

相組成F%Fe3C%

共析鋼

亞共析鋼[(6.69-X)/(6.69-0.0008)]X100%1-F%

過共析鋼

組織組成P%F%或Fe3Cn%

共析鋼100%0%

亞共析鋼[(X-0.0218)/(0.77-0.0218)]X100%

1—P%

過共析鋼[(6.69-X)/(6.69-0.77)]X100%

4.石墨化的三個階段與鑄鐵分類（了解）

■第I階段：（1154℃）

?過共晶成分：L-^L+Gl（＞1154V）-AE-+G（共晶）+G/

?共晶成分：L-AE'+G（共晶）（1154℃）

?亞共晶成分：LfAm+G（共晶）+A初生（1154℃）

■第II階段一析出二次石墨：A-A+GII（1154℃-738℃）

■第川階段——共析石墨：As—Fp+G（共析）（738℃）

第6章鋼的熱處理

要點：

?鋼的奧氏體化（掌握）

?過冷奧氏體轉變（重點掌握）

■TTT圖

■CCT圖

■影響C曲線的因素

■鋼的非平衡組織與性能

?鋼的常規(guī)熱處理：退火、正火、淬火、退火（重點掌握）

?鋼的表面熱處理：感應加熱表面淬火（掌握）

?鋼的化學熱處理：滲碳、氮化（掌握）

難點：

?影響奧氏體化及奧氏體晶粒度的因素

?等溫轉變產(chǎn)物的組織和性能特征

?影響C曲線的因素及淬透性

?回火時的組織轉變及回火脆性

?熱處理的應用與選擇：常規(guī)熱處理，表面熱處理/化學熱處理

下面就具體內(nèi)容作簡要說明。

1.鋼的奧氏體化（掌握）

■過程：

?形核一一長大一一滲碳體溶解一一碳的均勻化

■溫度：

?共析鋼---ACT，亞共析鋼----完全AC3＜不完全Aci；過共析鋼----完全，CCM,

不完全Aci

■奧氏體化及奧氏體晶粒度的影響因素

?Tt-A化t；Vt-形核f-A化t；

?合金元素：W、V、Nb、Ti強碳化物形成元素f奧氏體形成速度I；Mn、P-

奧氏體形成速度f

2.過冷奧氏體的等溫轉變（重點掌握）

■TTT圖

?高溫轉變區(qū)（Ai——鼻尖550℃）：珠光體型轉變力過冷-P（S,T）——擴

散型相變

?中溫區(qū)轉變（550℃——Ms230℃）：貝氏體轉變4度於->8-一半擴散型相變

?低溫區(qū)轉變（Ms-Mf）：馬氏體轉變?nèi)顺湟籑+4（殘余奧氏體）一一非擴

散型相變

■等溫轉變產(chǎn)物的組織和性能特征（難點）

?高溫轉變產(chǎn)物：珠光體型組織P、S、T,綜合性能好，HB較低，韌性好。

>P、S、T層間距I-HBt,強度t

?中溫轉變產(chǎn)物：貝氏體B：碳化物+過飽和碳的F——兩相機械混合物。

>BL：強度、韌性差

AB卜：硬度高，韌性好，具有優(yōu)良的綜合機械性能

?低溫轉變產(chǎn)物：馬氏體M：碳在a-Fe中的過飽和固溶體，硬度高。C%t-

HRCt

>C%<0.23%,板條狀M：強度高，塑性，韌性較好

>C%>1.0%,針狀M：硬而脆，塑、韌性差

■影響C曲線的因素（難點）

?奧氏體成分（含碳量、合金元素）

>含碳量：奧氏體中C%t-C曲線右移

/亞共析鋼：鋼中C%t,A中C%tfC曲線右移

/過共析鋼：（1）Aci以上A化：鋼中C%t,未溶Fe3ct-有利于

形核一C曲線左移；（2）Accm以上A化：鋼中C%t,A中C%t

-C曲線右移

>合金元素

/除Co以外，所有合金元素溶入A中，增大過冷A穩(wěn)定性——右移

/非碳化物形成元素Si、Ni、Cu,不改變C曲線形狀；強碳化物形成

元素Cr、Mo、W、V、Nb、Ti,改變C曲線形狀

/除Co、Al外，均使Ms、Mf下降，殘余At

?奧氏體化條件（加熱溫度和時間）：A化溫度t,時間t成分均勻，晶粒大，

未溶碳化物少，形核率降低一A穩(wěn)定性t,C曲線右移

3.過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉變（掌握）

■CCT圖

?K：珠光體型轉變終止線

?Vk：下臨界冷卻速度（馬氏體臨界冷卻速度）一形成M的最小冷速

?V/：上臨界冷卻速度一形成完全P的最大冷速

■CCT圖與TTT圖的比較

?CCT位于TTT曲線右下方

?CCT無A-B轉變

>（碳鋼）爐冷：P；空冷：S,T；油冷：T+M+A'：水冷：M+A'

?CCT測定困難，常用TTT曲線定性分析

4.鋼的正火與退火（重點掌握）

加熱規(guī)范目的應用

正火Acs或使組織正常化：1.作最終熱處理，普通

Accm+30-50℃>f為淬火、調(diào)質(zhì)作準備結構鋼零件

>一碎化網(wǎng)狀滲碳體，為球化退火作準備2.預先熱處理

>改善性能：減少亞共析鋼中F%,P細化3.改善切削加工性能

f強度，韌性、硬度t（低碳鋼）

完全退火AC3以上20-30r消除缺陷細化晶粒，預先熱處理

消除內(nèi)應力亞共折鋼

球化退火Ac1以上20-4CTC使Cem球化一硬度1-切削性t,預先熱處理

為淬火作準備（正火+球化退火）過共析鋼，共析鋼

擴散退火1050-1150℃,消除枝晶偏析

10-20h

再結晶退火T再+30-50C消除加工硬化

去應力退火Ac1以下消除內(nèi)應力

5.鋼的淬火（重點掌握）

■淬火目的：獲得M組織

■淬火溫度：

亞共析鋼AC3+30—50度

共析鋼AC1+30--50ffi

過共析鋼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過飽和度1-殘余A\

防止A粗大

?淬火溫度過高一A粗大一M粗大一力學性能I；-淬火應力t-變形、開裂t

■淬透性（難點）

?淬透性：淬火條件下得到M組織的能力

>取決于V7C（下臨界冷卻速度）

>影響因素一一所有影響C曲線（VK）的因素

>應用

/選材的依據(jù)一一根據(jù)服役條件，確定對鋼淬透性的要求

/制定熱處理工藝的依據(jù)

/尺寸效應

?淬硬性：鋼在淬火后獲得硬度的能力

>取決于M中C%：C%t-淬硬性t

6.鋼的回火（重點掌握）

■回火目的

?消除淬火應力，降低脆性

?穩(wěn)定工件尺寸，由于M,殘余A不穩(wěn)定

?獲得要求的強度、硬度、塑性、韌性

■回火時的組織轉變（難點）

?馬氏體分解（200℃以下）：析出"Fe2.4C碳化物（亞穩(wěn)定）

>組織：回火馬氏體M'（過飽和a十亞穩(wěn)定e碳化物）

>作用：晶格畸變降低，淬火應力有所下降。

?殘余A分解（200-300℃）：（或4-8廣）

>組織：回火馬氏體M'

?回火屈氏體r形成（250-400℃）：e->Fe3C；a-F——維持M'外形

>組織：回火屈氏體T（F+Fe3C）

?碳化物的聚集長大，鐵素體的回復與再結晶（>400℃）

A組織：回火索氏體S'（等軸晶F+Fe3c粒）

■回火的組織與應用（重點）

回火類型回火溫度組織性能特點典型應用

低溫回火150-250M'降低脆性及殘余應力用于工模具鋼，表面淬火

高碳M’強度、硬度高、塑性、韌性差及滲碳淬火件

低碳M,高的強度與韌性

中溫回火350-500硬度下降，韌性、彈性極限和屈服強度t用于彈性元件

高溫回火500-650S'強度、硬度、塑性、韌性、良好綜合機械性能，用于調(diào)質(zhì)鋼制作的重要

優(yōu)于正火得到的組織零件（軸、齒輪）

■回火脆性（難點）

?低溫回火脆性（250-400D：碳化物片沿M晶界析出——不可逆一一避免在

此溫度回火

?高溫回火脆性（450-650C）：慢冷時，P等元素在原A晶界偏聚一一可逆一

一快冷

>Cr、Ni等促進偏聚

>Mo等抑制偏聚

7.表面淬火（掌握）

■目的：心部保持較高的綜合機械性能，表面具有高硬度和耐磨性。

■應用：中碳鋼和中碳低合金鋼的磨損部位（高硬度，耐磨）

■特點：

?加熱速度快（幾秒——幾十秒）

>加熱時實際晶粒細小，淬火得到極細馬氏體，硬度t,脆性I

>殘余壓應力提高疲勞壽命

?不易氧化、脫碳、變形小

?工藝易控制，設備成本高

■工藝路線

?鍛造一退火或正火-*粗加工一調(diào)質(zhì)一精加工f表面淬火一低溫回火一（粗磨一

時效一精磨）

8.滲碳

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強度和良好的塑性和韌性

■應用：低碳鋼，低碳合金鋼

■加工工藝路線：鍛造一正火f切削加工f滲碳f淬火（直接淬火、一次淬火，二次淬火）

一低溫回火f噴丸f磨削

氮化

■特點：

?溫度低一一500-600-0一一變形小，對心部調(diào)質(zhì)組織影響小

?時間長——30-50h

?硬度高——HV1000-1100——高耐磨性，熱硬性

?高的疲勞強度和抗腐蝕性能

■工藝路線

?鍛造一退火一機械粗加工一調(diào)質(zhì)一半精加工一去應力退火一粗磨一氮化一精

磨

第7章常用金屬材料

要點：

?鋼中常見雜質(zhì)，碳鋼的分類、編號和用途（掌握）

?合金元素的影響（重點掌握）

■存在方式（重點）

■對相圖的影響

■對熱處理的影響（重點）

■對性能的影響

■鋼的強韌化機制（重點）

?合金鋼的分類，編號和用途（掌握）

■合金結構鋼（重點）

■合金工具鋼（重點）

■特殊性能鋼

?鑄鐵（掌握）

?有色金屬材料

■鋁與鋁合金（重點）

■銅及銅合金（了解）

■鈦和鈦合金（了解）

■軸承合金（掌握）

難點：

?合金元素對熱處理的影響

?鋼的強韌化機制分析

?時效強化

?金屬材料牌號

下面就具體內(nèi)容作簡要說明。

1.碳鋼中的雜質(zhì)（掌握）

■有益雜質(zhì)元素一一錦Mn、硅Si

?脫氧：降低FeO-I脆性

?固溶強化

?Mn脫硫：Mn+S-MnS（降低S的有害作用

■有害雜質(zhì)元素——P、S、N、H、0

?磷P：冷脆

?硫S：熱脆

?氮N：蘭脆

?氫H：氫脆、白點

2.碳鋼的分類、編號和用途（掌握）

?碳含量：

>低碳鋼C%<0.25%

>中碳鋼0.25<C%<0.6%

>高碳鋼C>0.6%

?質(zhì)量（S、P雜質(zhì)含量）：

>普碳鋼SW0.055%,PW0.045%

>優(yōu)質(zhì)碳素鋼SW0.04%,P<0.04%

>高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼SW0.035%,PW0.03%

?按用途：碳素結構鋼、碳素工具鋼、鑄鋼

■牌號和應用

?普通碳素結構鋼

>QXXX——代表普通碳素結構鋼的屈服點

>應用：結構構件、沖壓件、焊接件、卸釘、螺栓、螺母、鏈、銷、轉軸、

心軸、拉桿、軋輻、主軸等

?優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼

>鋼號用平均碳含量的萬分數(shù)的數(shù)字表示

>用途：

/08F——塑性好，冷沖壓件

/10,20——冷沖壓件、焊接件或經(jīng)滲碳處理應用于齒輪等重要零件

/35,45,40,50——齒輪、軸類

/60,65------彈簧

?碳素工具鋼

>鋼號用T和平均碳含量的千分數(shù)字一起表示

A用途：

/T7,T8,強度，韌性較高，可制作沖頭、鑿子、榔頭

/T9、T10、T11,強度，韌性適中，可制作鉆頭、刨刀、絲錐、手鋸

及冷作模具

/T12,T13,硬度很高，韌性低，可制作鏗刀、刮刀、量規(guī)

?鑄鋼

>“ZG”加平均碳含量萬分數(shù)表示

>用途

/形狀復雜，需要鑄造成型

/具有一定強度、塑性和韌性的零件

3.合金元素的存在方式（掌握）

■形成固溶體

■形成碳化物

■合金元素的分類

>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強K形成元素V、Nb、Zr、Ti

4.合金元素對鐵碳相圖的影響（掌握）

■影響A和F存在的范圍

?奧氏體穩(wěn)定化元素：擴大Y相區(qū)

>Mn,Ni,Co作用最強——使a相消失，丫相擴大至室溫

>C。,C,N,Cu作用次之

?鐵素體穩(wěn)定化元素：縮小丫相區(qū)

>Cr,Mo,W,V,Ti,AI,Si作用強——使丫相區(qū)完全封閉

>B,Nb,Zr作用次之

5.合金元素對熱處理的影響（重點掌握、難點）

■影響A晶粒長大

?強烈阻礙：V、Ti、Nb、Zr

?中等阻礙：W、Mo、Cr

?影響不大：Si、Ni、Cu

?促進長大：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溫度（殘余A增加）

?除Co、Al以外——Mn、Cr、Ni、Mo、W、Si

■影響M形態(tài)

?Ni、Cr、Mn、Mo、Co增大片狀M形成傾向

■提高回火穩(wěn)定性：

■產(chǎn)生二次硬化：

?A'-M'：Mn、Mo,W、Cr、V（Ni、Co協(xié)同）

?沉淀硬化：V、Mo,W、Cr、（Ni、Co協(xié)同）

■影響回火脆性一一第二類回火脆性（450-600。。高溫）：與P有關

?增大第二類回火脆性：Mn、Cr、Ni

?消除第二類回火脆性：Mo（0.5%）、W（1%）

6.鋼的強韌化機制分析（重點掌握、難點）

■鋼的強化機制（重點）

?固溶強化：溶質(zhì)原子一晶格畸度一與位錯相互作用一阻礙位錯運動一強化

?位錯強化：位錯一增殖并相互作用一阻礙位錯運動一強化

?細晶強化：晶界一阻礙位錯運動一強化

?第二相強化：第二相粒子一阻礙位錯運動一強化

■鋼的熱處理——如何綜合利用四種強化手段（難點）

?淬火：A-M

>固溶強化：過飽和C和Me,

>位錯強化：高密度位錯

>細晶強化：極細小、不同取向的馬氏體束

?淬火：A-M

?回火

>第二相強化：析出細小碳化物粒子

■鋼的合金化一一強韌化分析（難點）

?固溶強化

?提高淬透性

?提高回火穩(wěn)定性

>相同強度時，合金鋼韌性更高

>相同溫度回火時，合金鋼強度、硬度更高

?二次硬化

■合金元素對鋼的韌性的影響（重點）

?細化晶粒：Ti、V、Nb、AlfTiC、VC、NbC、AIN-阻礙A長大一細化晶粒。

?改善基體韌性：Ni,Mn可以降低Tfef韌性提高

?提高回火穩(wěn)定性：同等硬度可提高回火溫度

?細化碳化物

?控制非金屬夾雜和雜質(zhì)元素

7.合金結構鋼的分類，牌號和用途（重點掌握）

鋼種0%合金元素作用熱處理特點使用態(tài)組性能特點及應用

織

低合金結構鋼<0.20Mn固溶強化，V、熱軋空冷或正火P+F高強韌性，良好的成形性

16Mn>Nb、Ti細化晶粒或S+F與焊接性。

15MnVN船舶、車輛、橋梁等

調(diào)質(zhì)鋼0.35-0.50Cr>Ni、Si、B、1調(diào)質(zhì)處理：淬火1.S,具有良好的綜合機械性

40Cr、40MnB.Mn提高淬透性，+高溫回火能，

38CrSi、Mo防止回火脆性2調(diào)質(zhì)處理+表連桿、螺栓

40CrNiMo