金属材料学工程材料基础重点概念知识

1、金属材料学工程材料基础第一章，钢的合金化原理=固溶强化：利用点缺陷对金属基体进行强化的一种合金化方法。方式是通过溶入某种溶质元素形成固溶体而使金属强度、硬度升高。2）当钢种碳化物形成元素含量较高时可形成一系列合金碳化物，如：MC, M2C,M23C6、M-C3和M3C等。合金元素之间也可以形成化合物即金属间化合物，一般来说，合金碳化物以及金属间化合物的熔点高、硬度高，加热时难以溶入奥氏体，故对钢的性能有很大的影响。=回火稳定性：钢对于回火时所发生的软化过程的抗力。许多合金元素可以使回火过程中各阶段的转速大大减慢，并推向更高的温度发生，提高回火温度性较强的元素有V、Si、Mo、W、Ni、Mn、C

2、o等。b 产生二次硬化现象：=若钢种含有足够的碳化物形成元素如W、V、Mo等，淬火后在500-600回火时，将形成并析出如W2C、Wo2C和VC等弥散分布的合金碳化物，使合金钢的强度、硬度不降反升，并可达到一个峰值，此称为“二次硬化”现象。 为什么合金元素能够改变金属的使用性能和工艺性能？因为合金元素加入后改变了钢和铁的组织结构。合金元素的加入产生了合金元素与铁、碳及合金元素之间的相互作用，改变了钢铁中各相的稳定性，并产生了许多新相，从而改变了原有的组织或形成新的组织。这些元素之间在原子结构、原子尺寸及晶体点阵之间的差异，则是产生这些变化的根源。 为什么要在钢中加入合金元素？因为碳钢在性能方面

3、存在不足：强度和屈强比较低；回火稳定性差；不能满足特殊性能要求。第二章 工程结构钢 碳0.25的原因是：1低温韧性要求高：随着钢中含碳量的增加，钢中珠光体含量相应增加，珠光体中因有大量脆性的片层状渗碳体，故有高的韧脆转化温度。 2焊接性能要求高：钢的焊接性能的好坏主要决定于刚得淬透性和淬硬性，这两者取决于钢中合金元素的含量和碳含量，而碳是最有害的元素。 3冷成型性能要求高：碳含量越高，塑性变形能力越差。 为什么我国的低合金高强钢用Mn作为主要的合金元素？因为该钢主要用于制造桥梁、船舶、车辆等大型钢结构，在性能上要求有比碳素结构钢更高的强度和更好的韧性。我国的Mn资源丰富，锰除了能产生较强的固溶

4、强化效果外还能大大降低A3温度，细化铁素体晶粒，并使珠光体片变细，消除晶界上的粗大片状碳化物，是提高低合金高强钢强度和韧性的即经济又有效的合金元素。微合金钢：凡是在基体化学成分中添加了微量（不大于0.20）的合金元素（钛铌钒），从而使其中一种或几种性能具有明显变化的钢。控制轧制：通过控制轧制过程中的各种参数，使已变形的奥氏体或发生再结晶但晶粒来不及长大，或仅达到回复状态而未发生再结晶，从而得到细化的铁素体晶粒和珠光体体团，使钢强韧化的工艺过程。= Ti/Nb/V等微合金元素的作用：1抑制r形变再结晶； 2阻止r晶粒长大；3沉淀相与沉淀强化； 4改变钢的显微组织第三章 机械制造结构钢=淬透性：钢

5、的淬透性是衡量零件淬火时获得马氏体层深度的能力。=水韧处理，将钢加热到1000-1100，保温，使碳化物全部溶解，然后在水中快冷，在室温下获得均匀单一的奥氏体组织。此时钢的硬度很低（约为210HB），而韧性很高。当工件在工作中受到强烈冲击或强大压力而变形时，表面层将产生强烈的加工硬化，并发生马氏体转变，使硬度显著提高，心部则仍保持原有的高韧性状态。第四章 工具钢小结 红硬性（热硬性）：指钢在高温下保持高硬度的能力（当刃具温度升到500-650时，仍能保持较高的硬度（HRC>55）。红硬性与钢的回火稳定性和特殊碳化物的弥散析出有关。第五章，不锈钢小结主要合金元素:Cr提高钢钝化膜稳定性；N

6、i提高铁的耐蚀性；Mo提高不锈钢钝化能力及扩大其钝化介质范围；Si提高钢在酸中耐蚀性；Cu提高钢耐蚀性，抗应力腐蚀性能。第六章，耐热钢和耐热合金小结=抗氧化性：抗氧化性是指金属在高温下的抗氧化能力，是零件在高温下持久工作的基础。=热强性：热强性是指钢在高温下的强度。 提高钢的热强性措施：1提高合金基体的原子间结合力，固溶强化基体（加入W、Mo、Cr）。2晶界强化。晶界在高温下的强度低，所以耐热钢采用“适当地租化晶粒”的方法提高抗蠕变性能。3钢中加入B、稀土（RE）等元素，强化晶界。4沉淀强化。加入合金元素Mo、W、V、Ti等。5获得奥氏体基体。如Ni、Mn的作用。 提高钢的抗氧化性措施：加入C

7、r/Al/Si可形成致密稳定的合金氧化膜层，提高氧化膜的稳定性。 为什么要获得奥氏体基体？因为奥氏体基体比铁素体基体耐热钢使用温度更高。对于铁基体合金来说，面心立方晶体的原子间结合力比较强，而体心立方晶体则较弱。此外，-Fe晶体的原子排列比较致密，合金元素在-Fe晶体中不容易扩散，而且-Fe晶界上原子有序度比较好，晶界强度更高。 沉淀强化奥氏体耐热钢 a 以碳化物为主要沉淀强化相，如GH2036； b 以金属间化合物-Ni3（Ti,Al）为主要沉淀强化相的，如GH2132（A-286）。=镍基合金：是在Cr20Ni80基础上加入大量强化元素如W、Mo、Ti、Al、Nb、Co等，利用金属间化合物

8、作为沉淀强化相，如G33、G37及GH130等，一般采用二次固溶处理。第七章，铸铁小结 石墨对铸铁性能的影响：由于石墨的存在，对铸铁的机械性能造成不利的影响。例如：灰口铸铁的抗拉强度和塑性都很低，这是石墨对基体的严重割裂所造成的。同样由于石墨的存在，也使铸铁具备某些特殊性能，如：铸铁的切削加工性能优异，铸铁性能良好，有很好的耐磨性能和很好的抗震性等。 变质（孕育）处理经过孕育处理后的灰口铸铁叫做孕育铸铁。变质（孕育）处理就是在浇注前向铁水中加入孕育剂，使铁水内同时生成大量均匀分布的非自发核心，因而获得细小的均匀石墨片，并细化基体组织，提高铸铁强度。常用的孕育剂有两种。一种为硅类合金，另一类是硅

9、钙合金。6球墨铸铁及其热处理球墨铸铁的石墨呈球状，具有很高的强度，又具有良好的塑性和韧性，其综合机械性能接近于钢，因其铸造性能好，成本低廉，生产方便，在工业中得到了广泛的应用。球墨铸铁常用来替代钢制造某些重要零件，如曲轴、连杆、凸轮轴等。球墨铸铁的热处理主要有退化、正火、调质、等温淬火等。第八章，有色金属及其合金 铝合金时效的基本过程： 以4Cu-Al合金为例，它包括以下四下阶段：1形成铜原子富集区G. P区（与母相共格）2铜原子富集区有序化，形成过渡相（与母相共格，但弹性应力场增大）3形成过渡相（与母相局部共格）4形成稳定的相4Cu-Al合金时效的基本过程可以概括为：G.P区（两撇）（一撇）（CuAl2）+黄铜分为：1）普通黄铜（Cu-Zn合金），如H62、H70。制作电气零件，弹壳、散热器等。2）