山大材料科学基础考研第十一章_ppt课件

材料科学基础材料科学基础2007.12第第十十一一章章材材料料概概论论主要内容 :| 合金元素在钢中的作用| 低合金高强度钢| 合金结构钢| 合金工具钢| 不锈钢与耐热钢| 铸铁| 有色金属z铝合金z铜合金11.1合金合金元素元素在钢在钢中的中的作用作用一、合金元素对钢性能的影响1. 增加淬透性 淬火回火钢力学性能相似性：l 不同成分机器零件用钢完全淬透再回火至相同硬度时，钢的各种常规力学性能大致相同； 影响强度主要因素：马氏体量 除钴外，所有合金元素都使 C曲线向右 降低临界冷却速度，淬硬层加深，淬透性提高，马氏体量增加，强度提高；11.1合金合金元素元素在钢在钢中的中的作用作用一、合金元素对钢性能的影响2. 提高回火抗力 回火抗力：在较高回火温度下仍能保持高硬度或强度的能力 回火稳定性； Si、 Cr、 Mo、 W 等阻止马氏体分解，阻碍回火过程进行； 合金元素必须溶入奥氏体才能起作用； 二次硬化：高速钢等高温回火，回火硬度高于淬火硬度的现象：l 合金碳化物的弥散析出；l 二次淬火：残余奥氏体中碳含量下降，转变成马氏体。11.1合金合金元素元素在钢在钢中的中的作用作用一、合金元素对钢性能的影响3. 获得碳钢不具备的特殊性能 获得单相组织 (F、 A)或双相组织(F+A) 耐腐蚀、耐热、低温性能好等；合金元素对回火硬度的影响CrSi Mo11.1合金合金元素元素在钢在钢中的中的作用作用三、 Me对钢不平衡组织的影响1. 除 Co外所有溶入奥氏体的合金元素均使 C曲线右移 提高淬透性；2. 非或弱碳化物形成元素使 C曲线整体右移 不改变曲线形状；3. 强碳化物形成元素使 C曲线分成两部分 珠光体转变曲线和贝氏体转变曲线： Cr等强烈阻碍贝氏体转变，对珠光体转变影响不大； Mo(W) 等则有效推迟珠光体转变而对贝氏体转变影响较小。11.1合金合金元素元素在钢在钢中的中的作用作用Ni的影响 Cr的影响 W 的影响钢钢的的分分类类 工程构件用钢 机器零件用钢 特殊性能钢 工具钢 低合金高强度钢渗碳钢调质钢弹簧钢轴承钢刃具钢模具钢不锈钢耐热钢钢钢的的分分类类 按金相组织分亚共析钢 过共析钢莱氏体钢共析钢平衡组织 珠光体钢 马氏体钢奥氏体钢贝氏体钢正火组织 钢钢的的分分类类按冶炼方法分冶炼设备 电炉钢 转炉钢 平炉钢 碱性 酸性脱氧程度 镇静钢半镇静钢 沸腾钢 钢钢的的分分类类按冶金质量分(S、 P含量 )普通钢 0.04%P 0.05%S 优质钢 0.025%P 0.025%S 高级优质钢 0.025%P 0.015%S 钢钢的的分分类类 按成分分低碳钢 0.25%C 中碳钢 0.25-0.6%C 高碳钢 0.6%C低合金钢 5%Me 中合金钢 5 10%Me 高合金钢 10%Me11.2低低合合金金高高强强度度钢钢| 低合金高强度钢 : HSLA(High Strength Low Alloy steel) 构件用钢 , 低碳、低合金，高强度，保持塑性、韧性。一、低合金高强度钢的性能要求1. 高屈服强度 减轻自重 ,降低成本 ;2. 良好的塑性和韧性，塑脆转变温度低；3. 好的工艺性能 (冷加工成形能力和可焊性 )和耐蚀性普通低碳钢： s240MPaHSLA钢 :s350500MPa320mm厚的 钢板： 521%, ak纵向 80Jcm-2, ak横向 60Jcm-2，Tk-40 11.2低低合合金金高高强强度度钢钢二、低合金高强度钢的成分与组织1. 成分 低碳： wc500MPa，低碳贝氏体、铁素体 +贝氏体、铁素体 +马氏体。三、控制轧制微合金化钢1. 成分：低碳 +少量 Nb、 Ti、 V；2. 控制轧制： 首先在高温奥氏体快速再结晶区粗轧几道； 降温一定时间 ; 降温至奥氏体不能再结晶和两相区时，终轧，继续变形； 停轧后转变成晶粒极为细小的铁素体。初轧温度高 ,碳化物等溶入奥氏体 ,奥氏体动态再结晶 ,晶粒不长大；随温度降低 ,碳、氮化物析出 ,阻碍晶粒长大；因 Nb、 Ti、 V作用 ,奥氏体不能再结晶的温度增高 .已再结晶的晶粒变扁平 ,界面面积增加 ,内部缺陷增多 ,产生变形带 ,铁素体转变形核位置增加 .11.2低低合合金金高高强强度度钢钢四、双相钢1. 双相钢：小岛状马氏体或下贝氏体分布在细小等轴铁素体基体上 马氏体 -铁素体或贝氏体 -铁素体双相钢。2. 成分：低碳 ,wMn1.5%, wSi0.5%, wV0.05%;1. 组织形成：钢板轧制后在 (+)两相区连续退火，形成富碳和富合金的奥氏体小岛分布在铁素体基体上，冷却后小岛转变为马氏体或贝氏体。2. 性能： s=370MPa， b=665MPa，伸长率 22% ，冷变形加工性能好；变形后低温回火去应力，屈服强度有较大提高。11.3合合金金结结构构钢钢一、超高强度钢z保证不断裂的条件下强度尽可能高： s1400MPaz成分：中碳合金钢 40CrNiMoz热处理：淬火加低温回火z冶炼、成分、热处理、加工等应严格控制z多用于航空航天部门11.3合合金金结结构构钢钢二、具有综合力学性能的结构钢 调质钢z要求钢的强度和塑性韧性有最佳配合。z成分：中碳，适量合金元素 (保证淬透性即可 )；z热处理：淬火加高温回火 调质，得回火索氏体；z应用：各种轴类，连杆等11.3合合金金结结构构钢钢三、具有高弹性极限和疲劳强度的结构钢 弹簧钢z吸收冲击能量，减轻振动和冲击作用。储存能量，驱动零件完成预定工作。 z受力：周期交变应力。z失效形式：疲劳断裂及过量塑性变形。z性能要求：1.高的 s、 P、 -1以及 s/b；2.一定的塑性和韧性；11.3合合金金结结构构钢钢z化学成分碳l 碳素弹簧钢 0.6 0.9%C 接近共析成分 P提高 ;l 合金弹簧钢 0.5-0.7%C 合金元素使共析点左移。合金元素l 主加元素： Mn、 Si;l 辅加元素： Cr、 Mo、 V、 B、 W 等 ;z热处理：淬火加中温回火，可附加喷丸处理11.3合合金金结结构构钢钢四、具有高接触疲劳强度和耐磨性能的钢 轴承钢z受力：周期接触应力 (高压负荷 )、冲击、磨损；z失效：疲劳剥落、磨损、断裂、锈蚀等；z性能要求：1)高抗压强度、高 -1(接触应力达 4000-5000 MPa);2)高弹性极限 不产生塑性变形；3)高而均匀的硬度和耐磨性；4)尺寸稳定性好；5)淬透性好 ,磨削性能好。11.3合合金金结结构构钢钢z化学成分1.高碳 0.95-1.15%Cl 保证淬硬性 ,提高硬度和耐磨性。l 高 P、高耐磨性要求 C高，而 -1不允许 C太高。2.合金元素主要 Me: Cr、 Mn、 Si。z热处理：球化退火 : 获均匀分布粒状 P, 降低硬度便于机加工。淬火加低温回火。11.3合合金金结结构构钢钢五、表面具有高耐磨性和疲劳强度、心部有足够强度和韧性的结构钢 渗碳钢z受力情况：齿根部 交变弯曲应力；啮合齿面 接触疲劳和磨损； 齿牙 较大冲击 (突然接合或刹车时 )。z失效形式：齿面磨损和剥落，齿牙断裂。 z性能要求：高的弯曲疲劳强度、高的接触疲劳强度、高的耐磨性，心部较高强韧性。11.3合合金金结结构构钢钢z化学成分 低碳 ： wc0.10%-0.25% 心部碳含量合金元素： Cr、 Ni、 Mn、 Mo、 W 等 .z热处理正火 +渗碳 +渗后淬火 +低温回火z最终组织表层： M回 细粒状 K少量 A 高硬度、高耐磨性、高接触疲劳强度；心部：低碳 M(淬透 )或低碳 M F(未淬透 )，高强韧性表面有残余压应力 提高弯曲疲劳强度。11.4合金合金工具工具钢钢一、工具钢的分类、成分与组织1. 工具钢分类工具 模具 模具用钢量具 无专用钢种刀具 刀具用钢刃具 刃具用钢碳素工具钢低合金工具钢高速工具钢冷作模具钢热作模具钢塑料模具钢11.4合合金金工工具具钢钢1. 工具钢分类a. 冷作工模具钢b. 热作工模具钢c. 高速钢d. 耐冲击工模具钢e. 塑料模具钢可用合金结构钢2. a,b,c的性能要求： 高硬度、高耐磨性、高红硬性，足够的塑性和韧性。3. 成分特点： 碳含量较高； 大量碳化物形成元素。4. 正常组织： 极细隐晶马氏体加弥散分布在基体上细小碳化物颗粒少量残余奥氏体。11.4合合金金工工具具钢钢二、碳素工具钢和低合金工具钢1. 碳素工具钢： T7T13， wc： 0.7%-1.3% ； T7、 T8 aK较高，耐磨性低，用于制做受冲击的凿子、木工工具等。 T10、 T12 aK低，耐磨性高，用来作锯条 (T10)、车刀、锉刀 (T12)及冷冲模等。 优点：易锻造，易加工，价格便宜； 缺点：l 淬透性低，水淬开裂倾向大；l 组织稳