工程材料知识总结

1、纯金属结晶：结晶：金属自液态转变为固态晶体的过程 本质：金属的原子由不规则排列的液态逐步过渡到原子规则排列的晶体状态的过程， 或金属从一种原子排列状态过渡到另一种原子排列状态的转变过程。一次结晶：金属从液态过渡到固体晶态的过程。二次结晶：金属从一种固体晶态过渡到另一种固体晶态的过程。又叫重结晶。冷却曲线：TT0TnT :T0 ：Tn :图：2、纯金属结晶的过程晶核的形成： 1.；2.(在实际结晶过程中起主要作用)“结构相似，尺寸相当”原则晶体的长大 : 1.(在过冷度较小、杂质含量较少的情况下较多) 密集面最慢，非密集面较快； 2.(在过冷度较大，杂质含量较多的情况下较多)树枝晶形成的原因:结

2、晶潜热在突出部位散去得快；晶体的突出部位缺陷多，易于原子的固定；树枝状的表面积大，便于从液体中获得生长需要的原子。同素异构转变 : 金属在固态下随温度的改变，由一种晶格转变为另一种晶格的现象。即二次结晶的现象。重结晶同素异晶体：以不同晶体结构存在的同一种金属的晶体。纯铁冷却曲线图：铸锭的结构：细等轴晶区：在铸锭的表面形成的一层厚度不大、晶粒很细的等轴晶区。? 柱状晶区：在铸锭的表面与中心之间形成的一层垂直于模壁的柱状晶区。粗等轴晶区：在铸锭的中心形成的晶粒很粗的等轴晶区。铸锭晶粒形状的影响因素：金属加热温度高、冷却速度快、铸造温度高、浇注速度大、单向散热，有利于获得柱状晶；采用机械振动、电磁搅

3、拌等方法有利于等轴晶的形成细化铸态金属晶粒的措施：1. 增大过冷度； 2. 变质处理（变质剂作用: 增加非自发晶核的数量或者阻碍晶核的长大，以细化晶粒和改善组织）3. 振动 4. 电磁搅拌铸锭的缺陷： (1)缩孔 (2)缩松 (3)气孔细晶强化: 使晶粒细化，提高金属机械性能强化方式： 1. 细晶强化2. 固溶强化3.温度低，原子扩散速率下降的缘故合金的结晶 :相图：合金系在平衡条件下各种相之间关系的简明示图匀晶反应 :匀晶反应：一种液相在变温下逐渐生成一种固相的反应匀晶相图 :两组元在液态下无限互溶，在固态下也无限互溶，冷却时发生匀晶反应形成的相图结晶特点 :1.与纯金属一样，固溶体结晶的过

4、程中，也包括生核与长大两过程，但更趋于呈树枝状长大。2.与纯金属不一样，固溶体结晶在一个温度区间内进行，即为一个变温结晶过程。3.在两相区内，温度一定时，两相的成分（即Ni 质量分 数）是确定的。 ( 确定相成分的方法 ;液相与固相成分的变化规律)4. 两相质量也是一定的：杠杆定律( 应用条件 : 平衡状态下的两相区 )5. 枝晶偏析 ( 在固溶体结晶过程中，两相区各温度下的固相成分是不同的，但冷却过快时，原子扩散不能充分进行， 此时会造成一个晶粒内化学成分的分布不均) 与扩散退火 ( 合金加热到低于固相线100的温度，并长时间保温，使原子充分扩散，获得成分均匀的固溶体)共晶反应的合金的结晶:

5、共晶反应：一种液相在恒温下同时生成两种固相的反应共晶相图： 两组元在液态下无限互溶，在固态下有限互溶，冷却时发生共晶反应形成的相图结晶过程：阶段合金合金合金合金组织+ ( + )+(+)+(+)（室温）(室温)组织组成物、( + )、( +)（室温）组织组成相、f 、 gf 、 g（室温）包晶反应包晶反应：一种液相与一种固相在恒温下相互作用而转变为另一种固相的反应包晶相图： 两组元在液态无限互溶，在固态有限互溶， 在冷却时发生包晶反应所形成的相图包晶偏析：在冷却速度快时，包晶反应生成物中, 原 相中的 P 偏多，原 L 相中 P 的偏少tt共析反应共析反应：一种固相在恒温下同时生成另外两种固相

6、的反应合金的使用性能和相图的关系单相固溶体合金：由于固溶强化主要受晶格畸变的影响，故 50%溶质含量时，畸变最大，强度、硬度最大，导电率最差。两相混合物合金：性能介于两相单独性能之间。合金的工艺性能与相图的关系：单相固溶体合金：纯组元的流动性最好，易缩孔，不易缩松两相混合物合金：纯组元与共晶成分合金的流动性好，易缩孔，不易缩松合金钢1.合金钢分类：（合金元素质量分数多少，及含量）、（主要合金元素）、（小试样正火或铸造状态的组织）（按用途来分类）2. 编号方法：注： 1）结构钢以为单位的数字（两位数） ；工具钢和特殊性能钢以为单位 。2）平均质量少于不标数。3）高级优质钢在末尾加“”。3. 合金

7、结构钢名称低合金高强合金渗碳钢合金调质合金弹簧钢滚珠轴承钢度结构钢钢用途主要用于制制造汽车、拖制造汽专用结构钢，制造滚动轴造桥梁、船拉机中的变速车，拖拉主要用于制造承的滚动体舶、车辆、锅齿轮，内燃机机，机床各种弹簧和弹（滚珠、滚炉、高压容上的凸轮轴、和其他机性元件柱、滚针）；器、输油输气活塞销等机器器上的各工具钢：精密管道、大型钢零件种重要零量具、冷冲材结构等件模、机床丝杠等耐磨件性能要高强度；高韧表面渗碳层硬很好的淬高的弹性极高的接触疲求性；良好的冷度高 ; 心部具透性。截限 ，尤其是劳强度成形性能和有高的韧性和面受力均高的屈强比（ 1500焊接性能； 低足够高的强匀的零以保证弹簧有5000

8、MPa）；高的冷脆性转度；有良好的件，要求足够高的弹性的硬度和耐变温度；良好热处理工艺性整个截面变形能力和较磨性（ 62的耐蚀性能（在 900都淬透；大的承载能64HRC）；足够950下， A 晶截面受力力；高的疲劳的韧性和淬粒不易长大，不均匀的强度 ，以防透性；在大气并有良好的淬零件，主止在震动和交和润滑介质透性）要要求周变应力作用下中又一定的丽较大的产生疲劳断耐蚀能力和表面区有裂；另外零件良好的尺寸较好的性表面质量影稳定性能，心部响很大，不应要求可低有脱碳、裂纹、一些折叠、斑疤和夹杂等缺陷；足够的塑性和韧性，以免受冲击时脆断成分特低碳（不超过低碳中碳：中高碳：保证高碳：点0.20%）；加入

9、（0.10%0.25%高的弹性极限；Cr 为基本合Mn为主的合0.25%）；加入0.50%，以和疲劳强度，金元素： Cr 提金元素（增加提高淬透性的0.4%居比合金调质钢高淬透性，形固溶强化效合金元素（ Cr,多；计入高，一般为成合金渗碳果；降低 A 分Ni, Mn）；Cr 能提高淬透0.50%体解温度；细化F 晶粒；使P片变细；消除晶界上粗大的片状碳化物；提高钢的强度和韧性；使共析点C%降低；增加P%提高了钢强度）；加入Nb，Zr（细化碳化物或氮化物，阻碍热轧 A晶粒的长大，有利于获得细小的 F晶粒；另外，热轧时部分固溶在 A 内，而冷却时弥散析出，起到强化作用， 提高强度和韧性）；少量Cu

10、( 0.4%)P( 0.1%),提高抗腐蚀性；稀土元素脱 S，去气，精华钢材， 改善韧性和工艺性能。细化碳化物，性的元素0.70%；加入乘细密，均匀提高渗碳层的（ Cr,Mn,Si 、 Mn为主的分布，提高钢耐磨性， NiduiNi,Si,B ）提高淬透性的的耐磨性，特渗碳层和心部合金元素元素 ( 同时提别是疲劳强的韧性非常有Cr,高屈强比，以度。Cr 过多提利，微量 B 能Mn,Ni,SiSi 作用更突出高残余 A量和显著调高淬透还能形成但加热时促进碳化物分布性；加入阻碍 A合金 F提表面脱碳， Mn的不均匀性，晶粒长大的元高钢的强是钢易于过热适宜的质量素（少量强碳度；加入重要的弹簧钢分数为

11、化物形成元素防止第二必须加入 Cr、0.40%Ti,V,W,Mo ）还类回火脆V、W，Si-Cr 表1.65%；加入能增加渗碳层性的元素面不易脱碳，Si,Mn,V:Si,的硬度，提高（ Ni,Cr,Cr-V 晶粒细小Mn进一步提耐磨性Mn）高温不易过热，耐高淬透性，便回火慢冷冲击性能好，于 制造大型时易产生高温强度也较轴承。 V 部分第二类回高 ) ；溶于 A 中，部火脆性 Mo分形成碳化0.15%物 VC，提高钢0.30% or的耐磨性并W 0.8%防止过热（ A1.2%长大）；严格控制夹杂物含量（电路冶炼和真空去气）常用钢Q345(16Mn)种细晶粒 F+P;Q420(15MnVN)V,N

12、 ，生成 V的氮化物可细化晶粒， 又有析出强化广泛用于制造桥梁、锅炉、船舶低淬透性合金低淬透性以 Si,Mn 为主GCr4(<10mm渗碳钢： 20Cr合金调质要合金元素的的滚珠、滚柱（耐磨件）；钢：合金弹簧钢：和滚针 )中淬透性合金40Cr,40M65Mn,60Si2MnGCr15（与渗碳钢：nB,40MnV( 用于汽车、拖GCr9SiMn 同）20CrMnTi( 高B( 淬透性拉机上的板簧GCr15SiMn速中载，抗冲不太稳和螺旋弹簧 ) ；（壁厚击和耐磨损的定，切削含 Cr,V,W 等元14mm，外径零件 )加工性能素的合金弹簧250mm的套20Mn2TiB、也差一钢（ 50CrA

13、, 在圈。直径 20低碳贝氏体20MnVB(淬透钢：加入 Cr、 性不够稳定，Mo、Mn、B 等热处理变形稍元素，可阻碍大且缺乏规A 转变，是C律)曲线的 P 转高淬透性合金变区右移（高渗碳钢：压锅炉、高压18Cr2Ni4WA,2容器）0Cr2Ni4A( 低温冲击韧度好，制造大截面高载荷的重要耐磨件 )热处理正火；渗碳后直接淬特点F+细 P（索氏火，低温回火体）（20Cr、20Mn2,渗碳后需先正火，消除热组织）表面：合金渗碳体 +回火 M+少量残余 A 心部：屈氏体 +回火 M+少量 F些 )350400温中淬透性度下承受中载合金调质的较大弹簧）钢：35CrMo(加入 Mo不仅可提高淬透性，

14、而且可防止第二类回火脆性 )高淬透性合金调质钢：37CrNi3（不宜做大截面零件）40CrNiMo钢（加入Mo具有好的淬透性，还可消除回火脆性，用于制造大截面，重载荷的重要零件）淬火 +高热成型弹簧：温回火用热轧钢或钢（淬透性板制成，然后较高，一淬火和中温回般用油火（回火屈氏淬，可以体）；空冷，减冷成型弹簧：少热处理铅淬冷拔钢缺陷，回丝，油淬回火火温度钢丝，退货钢500丝650， 防止回火脆200mm的钢球。其他同GCr15）Cr 轴承钢：GCr15；添加Mn,Si,Mo,V的轴承钢：提高淬透性；加入可得无铬轴承钢正火，球化退火，淬火和低温回火（高C材料）注：预先热处理：球化退火（获得细的球状球光体和均匀分布的细粒状碳化物，为最终热处理做组织准备）；性，回火后