华北理工金属材料学教案

100000平时成绩（百分制占总成绩的30%，其中出勤成绩为60分，作业成绩为40分2材料的发展与冶炼技术的进步过程、各种金属1.1第一阶段：原始钢铁生产（民间技艺）脂肪淬火时冷却馒，因此钢质柔韧。经过这两种淬火剂处理后，钢匀，液态生铁中的碳分与熟铁中的氧化物起作用，又有利于去除杂铁”)作刀脊，将宿铁(早期的灌钢)作刀刃，实际即是后来所谓“夹使用了畜溺和油脂两种淬火介质。前一种含有盐分，冷却速度比水生铁和熟铁的区别在于其含碳量的多少。生铁含碳量较高，熟铁含碳量较低。钢的含碳量介于生铁和熟铁含碳量在0.15%以量在2~4.3%的铁的合金。又称铸铁。生铁里除含碳外，还含31.2第二阶段：钢铁的研究与发展（实验科学）18，19世纪1.3第三阶段：微观理论的发展（理论科学）20世纪属学中许多典型的照片就是在这个时期研究中拍摄的科学技术的发展2.1现代金属材料金、铝合金、镍合金等都是最重要和最广泛应用的传统金属材料，即使是4从髙温材料来看，碳复合材料可达到2500，但抗氧化能力太差，只能利用气体雾化制粉后采取热等静压的粉末冶金工艺可以生产出韧性和耐磨要方面.近年来已经开发成功利用离子渗入法在高速钢工具表2.2金属材料的可持续发展与趋势低效率、高污染"的问题，在中国资源的开发和利用中严重存在。无废物的取、制备、生产加工、使用和废弃的过程中，一方面，它推动着社会经济发展和人类文明进步；另一方面，又消耗着大量的资源和能源，并排放出561.1基本概念（1）金属：具有不透明、金属光泽的导热和导电性并且其导电能力随温（3）合金：由两种或两种以上金属或金属与非金属组成，具有金属特（4）固溶体：合金组元通过溶解形成一种成分和性能均匀的、且晶格类（5）金属化合物：合金组元相互作用形成的晶格类型和特性完全不同于（6）机械混合物：由两种晶体结构而组成的合金组成物，虽然是两面种71.2知识拓展须保持在掺入外来杂质原子后原来的晶体结构不发生转变。另虽然和溶剂相同，晶格结构保持不变，但因溶质原子的溶人引起致点阵畸变，破坏了基质点排列的有序性和引起周期势场的畸变如材料的导电性、强度以及其他很多功能。固溶体普遍存在于金料中，实用的金属材料多数是合金，它们就是固溶体；固溶体），是置换固溶体，即溶质原子替代了原来溶剂原子的位置；另一和溶剂的原子尺寸差较大时，特别在溶质原子尺寸较小吋，溶质为基的固溶体之外，当超过固溶体的溶解限度时，还可能形成晶的中间部位，所以通常把这些固溶体相总称为中间相，金属材2.1纯铁：纯铁由液态结晶为固态后，继续冷却到1394及9温度低于912℃的铁为体心立方晶格，称为α-Fe；温度在912~82.2碳在铁中的固溶体），表示，其最大溶解度为0.0218wt%C，发生于727℃,碳多存在于体心立方αγ表示，其最大溶解度为2.11wt%C，发生于1148℃,碳多存在于面心立方γ2.3铁碳化合物3.1铁碳相图此相图为本门课程的理论基础，非常关键，要求每位同学都能独93.2相图分析①在HJB水平线（1495℃)发生包晶转变：J②在ECF水平线（1148℃)发生共晶转变：③在PSK水平线（727℃)发生共析转变：），③PQ线：碳在α中的溶解度线。α从727℃冷4.1工业纯铁的平衡凝固过程4.2共析钢的平衡凝固过程4.3亚共析钢的平衡凝固过程液相中继续结晶出γ,所4.4过共析钢的平衡凝固过程4.5共晶白口铁℃)时，剩余γ的含碳量温度降到2点时，共晶γ恒温下发生共析转变形成珠光体。最后得到的4.6亚共晶白口铁4.7过共晶白口铁4.8含碳量对铁碳合金室温平衡组织的影响因4.9含碳量对铁碳合金机械性能的影响基体是α,则若Fe3C的量越多，分布越均匀，材料的强度就越高。但是当这度、强度直线上升，而塑性指标(δ、ψ、冲击值）相应降低。共析钢的缓14、利用铁碳相图分析绘制含碳量为0.1中的转变、淬火钢的回火转变等内容。其中，重过共析钢）奥氏体化的过程及影响因素，奥氏体组织结构与性能及其形成机理；回火时马氏体中程、残余奥氏体的转变、铁素体的回复与再结平衡转变中的相的变化、组织结构变化和性能1.2奥氏体形成的热力学条件1.2奥氏体形成的热力学条件能1.1奥氏体的组织、结构及性能AP1.3奥氏体的形成过程（以共析钢为例，请同学们课下研究亚共析钢和1.4奥氏体形成速率的影响因素随着钢中含碳量增加,铁素体核渗碳体相界面总由于奥氏体的晶核是在铁素体和渗碳体的相界面上形成,所以原始组织越细,相界面越多,形成奥氏体晶核的＂基地＂越多,奥氏体转变就1.5奥氏体晶粒度及其影响因素2.1钢的两种冷却方式2.2过冷奥氏体的等温转变曲线（C曲线，TTT曲线）冷却速度一般较大，大多都偏离了平衡状态（除处理后的组织为非平衡组织。碳钢非平衡组织和按铁碳相图结晶得到的平衡组织所以不能再用铁碳相图加以分3.1珠光体转变特征3.2珠光体的组织形态与性能3.3珠光体的形成过程粒状珠光体的形（1）特定的奥氏度低，保温时间许多残留碳化物或微小的高浓度（2）特定的冷却条件：等温温度4.1马氏体转变基本状况铁原子沿奥氏体一定晶面,集体地(不改变相互位置关系)作一定距离的(不超过一个原子间距)，使面心立方晶格改组为体心正方晶格，碳原子原4.2马氏体的组织形态和晶体结构（二）马氏体的性能（1）无扩散切变（2）表面浮凸现象（3）进行（5）不能进行到底（6）奥氏体热稳定化（75.1贝氏体转变的基本特征5.2贝氏体的组织形态和力学性5.3贝氏体转变特点5.4魏氏组织的形成极其组织与性能特点5.5贝氏体转变热力学及转变过程5.6贝氏体转变动力学及影响因素6.1曲线建立膨胀法金相硬度法6.2曲线分析共析钢以大于Vk速度冷却时,得到的组织为马氏体。冷却速度小于Vk′（下临界冷却速度）时,钢将全部转变为珠光体型组织。共析钢过冷奥氏体在连续冷却转变时得不到贝氏体组织。●Vk：保证过冷奥氏体在连续冷却转变过程中不发生分解而全部过冷到Ms线以下转变为M的最小冷速。k,:保证过冷奥氏体在连续冷却过程中全部发生珠光体转变而不发生马氏体转变的最大6.3过冷奥氏体的连续冷却转变与等温转变曲线的比较与共析钢的TTT曲线相比，共析钢的CCT曲线稍靠右靠下一点，表明连续冷却时，奥氏体完成珠光体转变的温度较低，时间更长。钢件淬火后,为了消除内应力并获得所要求的组织和性能,将其7.1淬火钢在回火时的组织转变7.2淬火钢在回火时力学性能的变化7.3回火脆性7.4合金元素对回火转变的影响；（），），火工艺和钢的化学热处理工艺等内容。其中，重点介绍钢的退火、扩散退火、球化退火和去应力退火）工艺和正火工艺的特钢的淬透性和淬硬性及其影响因素，淬火和回火后的组织与性能；表面淬火的方主要目的和适用范围；渗碳和渗氮的方法和工艺特点，渗碳钢淬的退火和正火、淬火和回火、渗碳和渗碳钢淬火等热钢的淬透性和淬硬性及其影响因素，退火与正火、淬钢的退火（完全退火、等温退火、扩散退火、球化退火和去应力退火）工艺1.1退火的概念及目的1.2退火分类2.1定义：l它的主要特点是空冷，对于大型零件或在炎热地区，也可用风冷或2.2正火的目的2.3退火和正火的选用3.1淬火定义及其目的3.2淬火工艺l合金钢由于合金元素的影响，加热温度比碳钢高，具体情况可以查在“NOSE”处（600℃~400℃)要快，以避开它保证获得全部的马氏体组织；3.3淬火方法3.4钢的淬透性影响淬透性的因素主要是C曲线的位置，C曲线右移，淬火临界冷却速度减小，淬透性提高。3.5淬火缺陷及其防止办法过热：工件在淬火加热时，由于温度过高或保温时间过长造成的奥氏过烧：淬火加热温度太高导致奥氏体晶界局部熔化或者发生氧化的现4.1回火定义及目的4.2回火温度4.3回火保温时间4.4回火后的冷却5.1表面淬火近工件表面的电流密度大，而中心几乎为零。工件表面温度快速升高到相变点以上，而心部温度仍在相变点以下。感应加热后，l表面层淬得马氏体后,由于体积膨胀在工件表面层造成较大的残l工艺设备较贵，维修调整困难，对于形状复杂的零件的感应器不易下料-----锻造-----调质或正火------切削加工-----感应加热l火焰加热表面淬火和高频感应加热表面淬火相比，具有设备简成本低等优点。但生产率低，零件表面存在不同程度的过热，质量5.2化学热处理l钢件在渗碳介质中加热和保温，使碳原子渗入到钢表层的化学热处淬火、低温回火后，可在零件的表层和心部分别获得高碳和低碳组织，使高碳钢和低碳钢的不同性能结合在一个零件上，从而满足了l根据渗碳剂的不同，渗碳方法可分为固体渗碳、液体渗碳和气体渗碳。气体渗碳法的生产率高，渗碳过程容易控制，渗碳层质量好，ll钢经渗碳后表层含碳量可达0.85～1.05%,并从表层到心部其含碳量逐渐减小,到心部为原来低碳钢的含碳量。因此,低碳钢渗碳缓冷到室温的组织最外层是过共析组织,往里是共析组织,再往里是亚共析马氏体较粗,残余奥氏体也较多,所以耐磨性较低,变形较大。为了减少淬火时的变形,渗碳后常将工件预冷到830℃~850℃后淬火。渗碳、淬火后应进行低温(150℃~200℃)回火,以消除淬火应1、钢的退火（完全退火、等温退火、扩散6、表面淬火的方法，主要目的和适用范围；渗碳和渗氮的方法和工艺合金元素与铁和碳的相互作用、合金元素对相变的影响（包括合金元素对加热时奥氏体形成过程的影响、合金元影响（包括合金元素对钢强度的影响、合金元素对钢塑性和韧性的错能的影响及微量元素在钢中的作用，掌握合金化原相图的影响、合金元素对钢中相变的影响。合金元素对加热1.1合金元素及其在钢中的分布和存在形式1.2合金元素与铁的相互作用1.3合金元素与碳的相互作用1.4合金元素对铁碳相图的影响（1）合金元素对奥氏体、铁素体区存在范围的影响（2）合金元素对铁碳相图共析点和共晶点位置的影响2.1合金元素对钢加热奥化的影响2.2合金元素对钢的过冷奥氏体分解转变的影响除Co、Al外几乎所有元素均能增大过冷奥氏体的稳定性，使C曲线右移，推迟珠光体型转变。●必须溶入奥氏体中才会起到作用●多元少量原则2.3合金元素对淬火钢回火过程的影响3.1合金元素对钢的强度的影响3.2提高钢韧性的方法易切削钢、合金结构钢、合金工具钢、低合金高强度钢、弹簧钢工具钢和高速工具钢、不锈钢和耐热钢的编号（即钢号钢的用途，钢中常见的杂质（Mn、Si、S、P、N、H、O）及其导致的热脆、冷脆、蓝各种普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢、易切削钢、合金工具钢、低合金高强度钢、弹簧钢、滚动轴承钢、合金“两位数字+合金符号+数字”普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢、合金结构钢、合金工具钢、的编号（即钢号）的表示方法及其意义。要求2、从日常生活和生产中举出一两个合金钢的牌号，并说明其型钢、针状铁素体型钢和铁素体-马氏体双相钢等钢种的化学成分特点与合金化、组低合金高强度钢、微合金钢、低碳贝氏体型钢、针状铁素体型钢和铁素体-马氏体双相钢等钢种的化学成分特点与合金化、组织结构与性能特点、2﹑耐大气腐蚀和海水腐蚀性能好，有的还需好的耐高温腐蚀性碳素构件用钢又称碳素结构钢或普碳钢，其产量占钢总产量的70~％，时还应避免σs与σb太接近而引起的安全问题，一般要求：σs/σ室温冲击韧性纵向：ak>80J/cm2,横在零下40℃或经时效后，ak下降不得低于室温的50%Q460：在其他钢号中添加0.7％Cr和0.7Ni%（1）化学成分特点：0.5Mo＋0.003％B为低碳,C≤0.06﹪,典型成分：0.06C-1.9Mn-0.3Mo-0.06Nb.强度、低温冲击韧性、焊接性能高于铁素体-珠光其中，重点介绍渗碳钢、调制钢、弹簧钢、滚动轴承钢和马氏体型体型结构