金属材料学总复习

总复习提纲主要内容一、主线、核心和“思想”二、合金化三、各类钢的要点四、各主要材料的分析思路一、主线、核心和“思想”强化工艺性能要求材料成分使组用织性结能构服役条件零件要清楚的三点（1）同一零件可用不同材料及相应工艺例：调质钢；工具钢代用（2）同一材料，可采用不同工艺例：T10钢，淬火有水、水-油、分级等。强化工艺不同，组织有差别，但都能满足零件要求。力求最佳的强化工艺。(3）同一材料可有不同的用途例:60Si2Mn有时也可用作模具。低合金工具钢也可做主轴，GCr15也可做量具、模具等。要学活，思路要宽，要敢于提出独特见解核心：核心是合金化基本原理。这是材料强韧化矛盾的主要因素.掌握合金元素作用理解各类钢的设计与发展采用热处理等强化工艺如何在这基础上充分优化材料的使用性能，关键就在于热处理等处理工艺。企业中的许多问题都是因为在材料的加工过程中的工艺存在问题。思想：材料学是一门很有“思想”的课程，只是要从学习过程中体会和挖掘出来。辨证作用矛盾转化由强-韧性反映出来的矛盾材料的这些矛盾涉及到合金化设计、处理工艺等。强度有余时，矛盾主要方面是如何提高韧度。并且矛盾的主、次方面在一定条件下可以转化。掌握理解：固溶强化、位错强化、细晶强化和弥散强化等强化机理。正火和淬火、高温回火得到的同样是珠光体组织，但为什么一般钢要经过淬火、回火?在这些处理过程中，合金元素存在的形式和所处的位置是怎样变化

的，其它组织结构是怎样变化的，固溶强化、位错

强化、细晶强化和弥散强化等强化机制是如何相互

转化的。这些问题涉及了所有的专业课知识。合金化设计K类型及性质K形成规律对相图影响对C线的影响组织设计Me对过程影响Me对工艺性作用强韧化矛盾演化规律钢强化基本机理合金韧化基本途径多元适量复合加入在材料发展的过程中，人们不断地在这些矛盾中进行研究，并不断地取得了突破性进展。

如现在已经广泛使用的微合金钢、非调质钢、双相钢等，都是在深入理解强韧化机理的基础上，从传统的强-韧矛盾中得到解脱，有所创新。强-韧矛盾和研究开发就象是一个螺旋形，相互转化、轮回。强-韧矛盾在超高强度钢中更为突出。创新突破之处是彻底改变传统的强化之源——C合金化。所以发展了马氏体时效钢，使强韧性提高了一个数量级。二、合金化1、合金化原则

多元适量，复合加入多元多元作用大，效果好，又经济。合金元素

的作用并不是简单的代数和。简单比喻：人每

天的营养摄入，可科学地配制食谱，做到既满

足营养要求，又不会使某种营养过剩。多元复合加入的作用或情况主要有以下几种：多元复合加入⑴提高性能。如↑淬透性，复合作用不是线性相加的。如：40Cr→40CrNi→40CrNiMo⑵扬长避短。合金元素能对某些方面起积极的作用，但往往还有副作用，为克服这不足，可加入另一元素来弥补。如：Si-Mn\Mn-V⑶改善K类型与分布。某些元素加入会改变钢中所形成K类型与分布，或改变其它元素的存在形式和位置，从而提高性能。如耐热钢中Cr-Mo-V；高速钢的V-Cr-W适量合金元素的某种作用在含量达到一定量时往往会起不良的影响，而且还有经济性的问题。适量的原因，除了经济的因素外，主要有以下几种情况：适量加入①有Me增多后，会降低材料的塑韧性如构件钢中，一般Si<1.1%，Mn<1.8%②有些Me增多，会恶化K的分布如高速钢中Cr，CrWMn中的W等③有的会改变K类型，↑热处理难度如一般结构钢中V<0.1~0.2%，Mo<0.5%左右，以免生成难溶的K④适量加入,符合经济性Me作用不是线性的,适量，体现经济性2、主要合金元素作用归纳Crα①↑淬透性→↓ΔGγ→，↓K形核长大。Cr、Ni等复合作用大，如调质钢40Cr—40CrNi—40CrNiMo。②↑回稳性→阻止M3C型长大。如40

Cr与40钢相比，回火到相同硬度时，回火温度可↑30-40℃。③↑抗氧化性、热强性→形成Cr2O3，↑FeO出现的温度；↑原子间结合力，↑热强性。如耐热钢，Mo-Cr-V。Cr④↑耐蚀性→↑电极电位，n/8定律。如不锈钢。⑤细化晶粒，改善K均匀性→K较稳定，如GCr15。⑥↑回火脆性→促进杂质原子偏聚，如40CrNi。⑦↑A1

→F形成元素。↑热疲劳性，如5CrNiMo；↑淬火温度，如GCr15为840℃，而T10为780℃；含Cr量多时→F钢，如1Cr17。⑧↓Ms→↑Ar，如GCr15比T10钢的AR多，分布为8%左右和3%左右。Mn①强化F→固溶强化，如低合金普通结构钢。α②↑淬透性→↓ΔGγ→，使“C”线右移，如40

Mn2。③↑晶粒长大→↓A1

，强化C的促进晶粒长大作用，↑过热敏感性。④↑Ar→↓Ms。量大时，获得A钢→Mn扩大γ区。⑤↑回火脆性→促进有害元素偏聚。⑥↓热脆性→脱硫，形成MnS；脱氧剂，MnO；易切削钢。Si①↑σ，↓可切削性→固溶强化效果显著，如弹簧钢60Si2Mn等；②↑低温回火稳定性→抑制ε-K形核长大及转变，如

30CrMnSi、9SiCr。③↑抗氧化性→形成致密的氧化物，如高温抗氧化钢Cr18Si2,排气阀用钢4Cr9Si2。④↑淬透性→↓K形核长大，使“C”线右移，高C时作用较大。↑淬火温度→↑A1

。如9SiCr，Ac1为770℃。⑥↑脱C、石墨化倾向→Si↑碳活度，含Si钢脱C倾向大。如9SiCr、60Si2Mn等Mo①↑淬透性→推迟P转变，对B转变影响较小。②↑热强性→↑固溶体原子间结合力，如珠光体热强钢

12CrMoV。③↓回火脆性→有效地抑制有害元素的偏聚，如40CrNiMo。④↑回火稳定性→较强K形成元素，↓碳活度，且K稳定不易长大。⑤细化晶粒→较强K形成元素，↓碳活度，阻止晶界移动。⑥↑非氧化性酸的耐蚀性，防止点蚀→形成MoO3，致密而稳定。Ni①↑基体韧度→Ni↓位错运动阻力，使应力松弛。如马氏体时效钢。40CrNi、40CrNiMo钢的韧度较高。②稳定A组织，→Ni↓A1

，扩大γ区，量大时，室温为A组织，如18-8奥氏体不锈钢。α③↑淬透性→↓ΔGγ→，使“C”线右移，Cr-Ni复合效果更好。如12CrNi3、40CrNi。④↑回火脆性→Ni促进有害元素的偏聚，如40CrNi回火脆性大。↓Ms→↑Ar。V①↑热强性→VC质点稳定性好，且弥散分布，如耐热钢Cr-Mo-V。②细化晶粒→VC质点细小、稳定，有效阻止晶界移动，如40Mn2V、50CrV。③↑红硬性、耐磨性→VC质点细小、稳定、弥散，如高速钢均含V。④↓过热倾向→VC质点溶解稳定较高，晶粒不易长大，4040Mn2V。⑤↓磨削性→VC质点硬度高，容易产生磨削裂纹，如

9Mn2V的磨削性较差。3、利用合金化原理分析典型钢的性能特点9SiCr、CrWMn、9Mn2V；60Si2Mn；5CrNiMo；W6Mo5Cr4V21、要掌握各类钢的特点弹簧、热锻模的服役条件及技术要求；轴承钢的冶金质量；高速钢的热处理工艺；工具钢的球化处理；高碳钢的第二相；齿轮、轴类零件的选材料；不同表面强化工艺特点、应用和适用钢种。三、各类钢的要点①合金元素多，钢的导热性较差，工艺的可变性也大。因此，工艺相对就比较复杂。如高速钢、Cr12MoV、18Cr2Ni4W、3Cr2W8V等。②过共析钢，希望K稳定，用较强K形成元素。量可较多，残余K细化晶粒，又提高耐磨性。如过共析钢采用不完全淬火低温回火；要重视预先热处理，球化工艺。③亚共析钢，采用完全淬火，希望钢中的K不稳定，在加热时能全部溶解。强K形成元素用得比较少，即使有，含量也是较少，控制。2、归纳各类钢的工艺特点④工具钢淬火时，变形开裂倾向比较大，所以在工艺措施上，常采用预热、预冷，淬火常用等温、分级、双液淬火等方法，且需要及时回火。⑤工件尺寸大，如锻模，则整个热处理过程需要围绕尽量降低变形开裂而采取一系列措施。⑥弹簧、轴承、工具钢最终处理前一般已是成品，要注意脱碳倾向，一般措施为采用保护气氛、盐浴炉等。⑦精密零件处理过程中要注意尺寸稳定性。⑧工模具钢，特别是高碳高合金钢的锻造工艺很重要，这是最终热处理质量的前提。许多问题往往是由于锻造工艺的原因。结构钢的特点、应用及演变工具钢的特点、应用及演变铸铁要点铝合金分类与特点四、各主要材料的思路服役条件及性能要求常用牌号C量常用工艺组织性能应用要点低强钢低C马氏体碳钢氮化钢调质钢弹簧钢轴承钢高锰钢典型结构钢的特点、应用及演变纵向要理解系统及相互间关系横向要了解含碳量及合金化的变化原因常用牌号C量常用工艺组织性能特点应用要点碳素钢低合金高速钢冷作模具钢热作模具钢量具钢典型工具钢的特点、应用及演变铸铁中心问题：G形状、大小、数量、分布石墨化过程决定G形态

Ⅱ决定基体影响因素自由焓成分、结构、HT200有利于石墨扩散有利于QT400-18化Fe3C析出KTZ450-06热力学动力学牌号及数字意义铸铁性能灰口铸铁：片G，性能特点与用途。孕育处理可锻铸铁：团絮状

G，由白口铁经石墨化得到，性能与用途球墨铸铁：球状G，球化处理。热处理

工艺：与灰铁不同，与钢区别。不同工

艺得到不同基体组

织。性能与用途化学成分冷却速度强度、伸长率、冲C、Si促进薄壁表面易击韧度比钢低；耐蠕铁：蠕虫状G石墨化；白口。壁厚磨；切削性好；消特殊性能铸铁：耐Mn、S阻止石墨化敏感性，性能差异振性好；缺口敏感性低；铸造性好。蚀、耐磨、耐热αCu、Mg、Zn、Si、MnLL+αα+βAlMe工业纯铝：密度2.72。导电、导热性好，抗蚀性好，塑

性高防锈铝合金只能变形强化。

Al-Mg、Al-Mn系。

LF5合金化固溶强化细化组织强化时效强化第二相强化基本过程：GP→θ″→θˊ→θ。条件：Me能溶入α；随T↓而固溶度↓↓；析出相强化作用大。铸造铝合金：Al-Si，ZL104Al-Cu，ZL201Al-Zn，ZL402Al-Mg，ZL301可热处理强化特点：无同素异构转变；固溶处理和时效强化硬铝：LY12Al-Cu-Mg系。性能特点：强度比较高，耐热性好，抗蚀性差。热处理：淬火温度窄，要求冷速快，转移时间短超硬铝：如LC4Al-Zn-Mg-Cu系性能特点：强度高，耐热性、抗蚀性差。热处理：淬火温度较宽锻铝：如LD5Al-Mg-Si-Cu系工艺特点：锻造性好，热处理：采用人工时

效1钢的和合金化概论合金元素和铁的作用

Me分类；A,F稳定元素；E点S影响合金钢中的相组成

固溶体及规律；各种K(强弱顺序)；K形成规律；N化物；金属间化合物；合金元素在钢中的分布及偏析

各种气团；B原子作用1.4合金钢中的相变

AP,B,M区别及元素作用；B淬透性及Mo和B机制；二次淬火；K析出类型；回火脆性(原因、特征、Me)合金元素对钢强韧化的影响

强化机制；二次硬化；提高韧度途径合金元素对钢工艺性的影响

淬透测试方法；提高淬透性作用；微量元素在钢中的作用金属材料的环境协调性设计合金钢的分类与牌号

自学了吗？第2章工程结构钢工程结构刚的基本要求

几条要求；低合金高强度结构钢的合金化

Ti、V、Ni；Cu、P常用低合金高强度结构钢微珠光体低合金高强度钢针状铁素体钢低碳贝氏体和马氏体双相钢

双相控制机制；轧控；低合金高强度钢发展趋势第3章机械制造结构钢概述调质钢

淬透原则；常用Me，作用；40Mn2；40CrNiMo，横向对比非调质机械结构钢

微合金化元素，作用弹簧钢

性能要求和工艺；60Si2Mn滚动轴承钢

GCr15；GCr15SiMn；K不均匀性低碳马氏体钢合金 碳钢

18Cr2Ni4W氮化钢

38CrMoAl低淬透性钢耐磨钢

ZGMn13零件材料选择基本原则与思路

基本原则第4章工模具钢概述刃具用碳素钢及低合金工具钢

T9和9SiCr、CrWMn、Cr2高速钢

铸态组织组成；热处理；W18Cr4V；W、V、Cr作用冷作模具钢

9Mn2V；Cr12MoV热作模具钢

H13其他类型工具钢第5章不锈钢概述影响不锈钢组织和性能的因素

Tammann定律铁素体不锈钢

475℃脆性；马氏体不锈钢奥氏体不锈钢

12Cr18Ni9;18-8；晶间腐蚀；腐蚀区域(图)第6章耐热钢概述

提高热强性途径；热强钢抗氧化刚第7章超高强度结构钢

每种钢的强化来源，K还是金属间化合物低合金超高强度钢二次硬化型超高强度钢马氏体时效钢

各种贡献强弱沉淀硬化超高强度不锈钢第8章铸铁概述