金属材料学复习纲要

合金化合金元素定义，常用合金元素为合金化目的加入，其加入量有一定范围的元素称为合金元素。钢中常用合金元素：Si、Mn、Cr、Ni、W、Mo、V、Ti等。高/中/低合金钢定义合金元素总量<5%为低合金钢，5%—10%为中合金钢，>10%为高合金钢。P、S为什么有害？S易与Fe结合形成低熔点FeS，导致热脆性。P易与Fe结合形成硬脆的Fe3P，导致冷脆性。奥氏体形成元素？铁素体形成元素？对S、E点的影响？A形成元素（扩大γ相区）：Ni、Mn、Co、C、N、Cu使S、E点向左下方移动，共析C量减少，莱氏体碳含量减少，共析温度降低F形成元素（封闭/缩小γ相区）Cr、V、W、Mo、TiB、Nb、Zr使S、E点向左上方移动，共析C量减少，莱氏体碳含量减少，共析温度上升合金元素在钢中的存在形式？基体内（置换固溶体、间隙固溶体）基体外（化合物、偏聚）不同热处理状态下合金元的分布规律？退火、正火态：非K形成元素固溶于基体中；K形成元素优先形成K，余量固溶。淬火态：固溶入A体的元素淬火后存在于M、B中或Ar中；未固溶者仍在K中。回火态：低温回火不重新分布。>400℃，Me开始重新分布，非K形成元素仍在基体中，K形成元素逐步进入析出的K中，其程度决定于回火温度和时间。K形成元素与非K形成元素？K形成元素：Ti、Nb、V；W、Mo、Cr；Mn、Fe非K形成元素：Ni、Si、Al、Cu等K类型？简单点阵结构（M2C、MC型）硬度高、熔点高、稳定性好复杂点阵结构（M23C6、M7C3、M3C型）硬度低、熔点低、稳定性差M6C型属于复杂点阵结构，但性能接近简单点阵结构。K形成规律？原子半径Rc/RMe>0.59复杂点阵结构，Rc/RMe<0.59复杂点阵结构，Me量少时溶于其他K形成复合KK原子尺寸、电化学因素均相似，可完全互溶。否则，有限溶解。溶入强K形成元素，K稳定性提高。溶入弱K形成元素，K稳定性降低。强K形成元素优先形成K合金元素和碳的原子数比值决定K类型强K形成元素形成的K，稳定性好，难溶解，难析出，难长大Me对A晶粒长大的影响？Ti、Nb、V强碳化物形成元素强烈阻碍A晶粒长大W、Mo阻碍A晶粒长大C、N、B、P促进A晶粒长大Mn：低C时细化晶粒，高C时促进晶粒长大10）Al、Si：量少时，以化合物形式存在，阻碍A晶粒长大；量大时，使高温下为α相，且促进α晶粒长大。11）Ni、Co、Cu等非K形成元素作用不大。回火脆性分类、产生条件、如何消除？第一类回火脆性（不可逆回火脆性）：低温（250～350℃）短时间回火Fe3C在晶界析出，且杂质元素易在晶界偏聚。加热到高温回火可消除脆性后，再回到该温度内将不再产生脆性。Mn、Cr、Ni提高脆性；Mo、Ti、V、Al改善脆性；Si推迟脆性温度区.第二类回火脆性（可逆回火脆性）：(450～600℃)：杂质元素及Me在晶界上偏聚。不可用热处理消除。高于脆性温度回火，使杂质元素扩散离开晶界，快冷，抑制杂质元素扩散。加入Ti、Mo、W以抑制第二类回火脆性。淬透性定义，如何提高，作用？指钢淬火时获得M的能力（B）、Mn、Mo、Cr、Si、Ni可提高M淬透性0.5%Mo加微量B可提高B淬透性作用：可以使工件得到均匀而良好的力学性能。淬火时，可选用较缓和的冷却介质，以减小工件的变形与开裂倾向。回火稳定性定义？淬火钢在回火时抵抗强度硬度下降的能力。回火稳定性好，可适当提高回火温度，从而提高韧性。Me对C曲线、Ms点的影响？非K形成元素Ni、Si和弱K形成元素Mn，使C曲线右移；Co使C曲线左移。K形成元素使C曲线右移，且改变形状。除Co，Al外，大多数合金元素固溶在A中，均使Ms点下降，增加残余A的含量，其中C的影响最强烈。顺序：C，Mn，Cr，Ni，Mo，Si，W内吸附定义？使偏聚元素在缺陷处的浓度大于基体中的平均浓度的现象成为内吸附或偏聚现象。钢的强化机制固溶强化：原子固溶于钢基体中，使晶格发生畸变产生弹性应力场，弹性应力场与位错的交互作用增加位错运动的阻力，从而提高强度，降低塑韧性。位错强化：位错密度提高，促进位错的交割、缠结，阻止了位错运动，提高钢的强度。细晶强化：晶粒越细，晶界、亚晶界越多，位错运动阻力增大，产生位错塞积强化。第二相强化：微粒第二相钉扎位错运动，起到强化效果。主要有切割机制和绕过机制，在钢中主要是绕过机制。分为两种情况：回火时第二相弥散沉淀析出强化，淬火时残留第二相强化。提高钢韧度的合金化途径？1）细化A晶粒2）提高回火稳定性3）改善基体韧度4)细化碳化物5)降低或消除钢的回火脆性6)适当降低含碳量7)提高冶金质量8)形成一定量的Ar什么是简单合金、通用合金？组元组成简单的合金系就叫做简单合金。能满足通用性能，在具体用途中的性能要求则可以通过不同的热处理等方法来实现的合金叫通用合金。牌号合金结构钢：如18Cr2Ni4W表示含有万分之18的碳，2%的Cr，4%的Ni,小于1.5%的W。低合金结构钢和耐候钢：如Q500C表示屈服强度500MPa质量等级为C的钢。非调制机械机构钢：如F35V表示含有万分之35的碳，小于1.5%的V，非调制钢。F35MnV表示含有万分之35的碳，小于1.5%的Mn和V，非调制钢。滚动轴承钢：如GCr15表示含有千分之15的Cr，高碳铬轴承钢。合金工具钢和高速钢：如W18Cr4V表示含18%的W，4%的Cr，小于1.5%的V不锈钢和耐热钢：如30Cr13表示含有万分之30的碳，百分之13的CrSi、Mn、Cr、V的作用（大题）Si铁素体形成元素，有较强的固溶强化效果；阻止碳化物形成；含量少时以化合物形式存在，阻止A长大；含量大时存在与α固溶体中，促进高温α铁晶粒长大；可提高淬透性；提高低温回火稳定性；推迟第一类回火脆性温度区。Mn强化铁素体，是弱碳化物形成元素；促进A长大；提高淬透性；对回火稳定性影响小；增大回火脆性Cr提高淬透性；是碳化物形成元素，提高回火稳定性；可细化晶粒；增大回火脆性；提高抗氧化性；提高热强性；是铁素体形成元素；降低Ms点，从而增加了残余A含量。V强化铁素体；是强碳化物形成元素；阻碍A长大；少量溶入A提高淬透性，过量使淬透性变差；提高回火稳定性；可改善第一类回火脆性。工程结构钢工程结构钢的性能要求？1）足够的强度与韧度（特别是低温韧度）2）良好的焊接性和成型工艺性3）良好的耐大气、水的腐蚀性4）低的成本。低合金高强钢基本成分应考虑？Mn的作用？低碳，稍高的锰含量，适当用硅强化。Mn有固溶强化作用；降低A3，弱的细晶作用；降低韧脆转变温度，量多时降低塑韧性；一般控制在1.8%以内。低合金钢中Nb、V、Ti的作用？形成稳定细小的K、AlN等，粒子2~10nm，有细晶强化和沉淀强化；降低韧脆转变温度优良焊接性能是指？如何防止焊接裂纹的产生？焊接工艺简单；焊缝与母材结合牢固，强度不低于母材；焊缝的热影响区保持足够强韧性，没有裂纹及各种缺陷。为防止焊接裂纹的产生，钢的碳含量应尽量降低，提高钢材淬透性的合金元素种类及其含量也应适当控制。合金元素对耐大气腐蚀性的影响？Cu、P可以增强低合金高强度钢的耐大气腐蚀性。为什么贝氏体型普低钢多采用0.5%的Mo和微量B作为基本合金化元素？Mo可以推迟P转变，微量B可以推迟F转变且对B转变推迟较少。所以易得到B组织。双相钢定义？显微组织主要由铁素体和5%-20%（体积分数）的M所组成的钢。机械制造结构钢调制钢的淬透性原则？淬透性相近的同类调制钢，可以互相代用。整体强化态钢定义？表面强化态钢定义？整体强化态钢均承受拉、压、扭等交变应力，大部分是整体受力。主要失效形式是疲劳破坏，总体上要求良好的综合力学性能。表面强化态钢指通过某种工艺使零件表面硬度高、耐磨而心部具有较好强韧性配合以满足要求。适宜制造表面和心部性能要求不同的零件板簧为什么不能强化后成型？热成型弹簧一般用于制造大型弹簧或形状复杂的弹簧。弹簧在热成型后，进行淬火及回火强化处理。冷成型弹簧钢是先通过冷变形或热处理方法使之强化后，再用冷成型方法制造制造成一定形状的弹簧。这种钢在冷成型成弹簧后，还需要进行200-400℃的低温退火，以去除应力。对大型弹簧而言若先强化，则成型过程难以加工，所以板簧先成型再强化。轴承钢性能要求？1）高而均匀的硬度和耐磨性（足够淬透性和淬硬性，>60HRC）2）高接触疲劳强度（以免过早失效，保证材质、组织）3）一定韧度（承受冲击，以免碎裂）4）尺寸稳定性好（保证精度）5）一定耐蚀性（大气、润滑油腐蚀）碳化物不均匀性分类、原因、如何消除？液析碳化物，枝晶偏析引起，可通过高温扩散退火消除带状碳化物，轧制时二次碳化物偏析引起，可通过高温扩散退火消除网状碳化物，冷却时碳化物在奥氏体晶界析出引起，可通过正火消除。为什么高Mn钢再淬火时能得到全部A组织，缓冷却得到大量的M？Mn具有降低Ms点的作用。空冷时，析出Mn使得Ms点上升得到马氏体；水冷时，Mn来不及析出，Ms点低，得到奥氏体。水韧处理定义？水韧处理后的耐磨机理？Acm温度以上加热，使K溶入A，水冷得到A。之后温度不能超过250℃，否则K析出。大形变在A基体中产生大量层错、形变孪晶、ε和α马氏体而硬化。表面硬度提高，而心部仍未A具有一定韧性，可承受较大冲击载荷而不断裂。在磨损作用下，表面层被磨损但硬化层也不断向内发展。低淬透性钢是如何降低淬透性的？1）尽可能降低能提高淬透性的元素含量如Mn、Si。2）加入强K形成元素Ti，形成的碳化物加热不溶于A，冷却时作为珠光体相变核心。材料选择基本原则？1）材料的使用性能要求2）材料的工艺性能3）经济性4）其他因素工模具钢（高速钢部分为重点）工模具的主要矛盾？韧度与耐磨性之间的合理平衡热稳定性定义？（热硬性）钢在较高温度下能保持一定强度的性质高速钢铸态组织？鱼骨状莱氏体（Ld）、黑色组织（δ共析体）和白亮组织（M+Ar）高速钢在淬火后，一般采用在560℃左右回火三次的工艺，为什么？淬火后Ar含量高，稳定性大，在回火过程中不分解。在500-600℃内保温可析出部分合金碳化物，使奥氏体的Ms点升高，冷却到室温时部分发生M转变。但还需要进一步降低，且要消除新产生M引起的内应力。所以要在560℃左右三次回火。高速钢每次回火为什么一定要冷却到室温再进行下一次回火？为什么不能用较长时间的一次回火来代替多次回火？回火必须冷却至室温才能使Ar化为M。因为一次回火使M转化为回火M，Ar转化为M，而新产生的M没有经过回火，必须再次回火以消除新产生M引起的内应力，一般回火3次。高速钢W6Mo5Cr4V2的A1温度在800℃左右，为什么常用的淬火加热温度却高达1200℃以上？淬火目的：获得高合金度的A，淬火后得到高合金M，具有高的回火稳定性，在高温回火时弥散析出K产生二次硬化，使钢具有高硬度和热硬性。高合金钢中的合金碳化物比较稳定，必须在高温下才能将其溶解。所以淬火加热温度要高。高速钢在淬火加热时，常需进行一次或二次预热，为什么？预热有什么作用？高速钢热导率低，加热温度又高,所以需要预热作用：1）减少淬火加热过程中的变形开裂倾向2）缩短高温保温时间，减少氧化脱碳3）准确地控制炉温稳定性。可采用一次预热和二次预热。高速钢在分级淬火时，为什么不宜在950-675℃温度范围停留过长时间？高速钢在高温加热A化之后，A中合金度高，具有高的稳定性。由于合金度高，具有析出K的趋势，在760℃左右析出作用特别强烈。在冷却过程中析出K，降低A中的合金度，影响热硬性。什么是定比碳经验规律？在钢设计时，如果碳和碳化物形成元素满足合金碳化物中分子式的定比关系，可以获得最大的二次硬化效应。冷作模具钢要求？类型？要具有高硬度、高耐磨性、一定的韧性包括碳素工具钢和低合金工具钢、高铬和中铬模具钢、高碳高铬模具钢、高碳中铬模具钢、新型冷作模具钢、基体钢不锈钢不锈钢定义、类型？在空气、水、盐水、酸、碱等腐蚀介质中具有高的化学稳定性的钢。包括M不锈钢、F不锈钢、A不锈钢、A-F复相不锈钢、沉淀硬化不锈钢提高钢耐蚀性的途径？1）使表面形成稳定的保护膜2）提高不锈钢固溶体的电极电位或形成稳定的钝化区，降低微电池的电动势3）使钢获得单相组织4）采用机械保护措施或覆盖层Tammann定律？将较稳定的A组元加入到较活泼的B组元固溶体中，当A组元含量达n/8原子比时，固溶体电极电位突然升高，耐蚀性也有一急剧变化。也称为二元合金固溶体电位的n/8定律晶界（间）腐蚀定义？腐蚀过程沿着晶界进行，不易引起材料外表面的变化，但已使零部件的性能大为下降，使零件或设备突然破坏，危害性大。A的晶间腐蚀原因、防止措施？在焊缝及热影响区(450-800℃)，沿晶界析出了K（Cr,Fe）23C6，晶界附近区域产生贫Cr区（低于1/8定律的临界值）。1）降低钢中的含C量2）加入Ti、Nb元素，析出特殊K，稳定组织，消除晶间贫铬区形成3）进行1050-1100℃的固溶处理，保证固溶体的Cr含量4）对非稳定性A不锈钢，可进行退火处理使A成分均匀化5）对稳定性钢，适当热处理形成Ti、Nb的特殊K，以稳定固溶体中的Cr含量耐热钢铁的氧化规律温度高于570℃时，氧化膜由Fe2O3、Fe3O4和FeO三层氧化物组成，其厚度比例大约为1：10：100，接近基体的一端为FeO，最外层是Fe2O3。耐热钢分类？分为热强钢和抗氧化钢（热稳定性钢）两大类耐热钢中合金元素作用？抗氧化合金元素：Cr、Al、Si强化基体合金元素：Mo、W、Nb、V、TiA形成元素：Ni提高钢抗氧化性的途径？提高钢氧化膜稳定性形成致密、稳定的氧化膜应力松弛、蠕变定义？应力松弛：金属应力松弛现象是在具有恒定总变形的零件中，随时间延长而自行降低应力的现象。蠕变：金属在一定温度和静载荷长时间作用下，发生缓慢的塑形变形的现象。热强性定义、提高途径？指耐热钢在高温和载荷共同作用下抵抗塑性变形和破坏的能力。强化集体选用熔点高的金属作为基体；合金化强化晶界净化晶界；填充晶界空位弥散相强化热处理提高珠光体热强钢的蠕变强度第八章铸铁铸铁定义、分类？含碳量大于2.11%C或者组织中具有共晶组织的铁-碳合金分为灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁、白口铸铁影响铸态组织的因素？化学成分C、Si强烈促进石墨化；P促进石墨化；Mn阻碍石墨化；S促进白口化冷却速度影响慢冷利于石墨化充分进行牌号灰铸铁HT+最低抗拉强度（MPa）球墨铸铁QT+抗拉强度-伸长率孕育处理、球化处理定义？球化处理:浇筑前加入球化剂，使石墨大部分或部分呈球状。孕育处理:向白口倾向大的铁水中加入石墨化元素，短时间大量结晶核心加入使共晶团细化，石墨尺寸改善，提高强度。第九章铝合金铝合金分类分为铸造铝合金和变形铝合金。变形铝合金又分为不能热处理强化的铝合金、能热处理强化的铝合金淬火与钢的区别？铝合金淬火得到单相过饱和α固溶体，但它不发生同素异构转变。由于硬脆的第二相消失，塑型有所提高；而固溶强化效果不明显。而钢淬火产生M强化与固溶强化铝合金两种热处理强化？固溶处理时效处理Al-Cu合金时效过程？1）形成铜原子富集