金属材料学各章小结

《金属材料学》课程《金属材料学》课程 各各 章章 小小 结结 和和 学学 习习 思思 路路 20062006 年修改）年修改） 张张 妍妍 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 20062006 年年 1 1 月月 （（ 1 1、合金化原理小结、合金化原理小结 MC、M2C 型：简单点阵结 构，熔点高，硬度高，稳定 性好 ； M3C、M7C3、M23C6型：复 杂点阵结构，熔点低，硬度 低，稳定性差 ； M6C 型：非金属性 K。复 杂点阵结构，性能特点接近 MC、M2C 型 K 1、强者先，依次成； 2、相似者相溶：有限溶解， 无限溶解；溶入强者，↑K 稳定性；溶入弱者，↓ K 稳定性； 3、Nm/NC比值决定 K 类型； 4、 强者稳，溶解难， 析出难， 聚集长大也是难； 5、rc/rM0.59，形成复杂 结构 K； 6、量少时，形成复合K，量 多时，形成特殊 K 多元适量复合加入 K 形 成 元 素 Ti Nb V W Mo Cr / Si Mn α 形 成 元 素 K 类 型 α形成元素：↑A 1，缩小γ区， 对使 Fe-C 相图 S、 E 点向左上方 相移动；量多时，可获 F 钢； 图γ形成元素：↓A 1，扩大γ区， 的使 Fe-C 相图 S、 E 点向左下方 影移动；量多时，可获 A 钢； 响固溶体： 置换固溶和间隙固溶度 规律，与元素周期表的关系 K 形 成 规 律 非 K 形 成 元 素 Ni Co C N Cu Si / γ 形 成 元 素 1、除 Co 外，Me 均不同程度地 对 使“C”曲线右移； 过 2、使 P 转变右移程度较大的元 冷 素：Mo、W、Mn、Cr…； 奥 3、使 B 转变右移程度较大的元 氏 素：Mn、Cr、Ni、Si…； 体 4、K 形成元素改变“C”曲线形 相 状； 变 5、使 MS点降低程度较大的元 影 素： （C、N） 、Mn、Cr、Ni 响 … 微合金化原理及应用合金化设计 热 处 理 及 工 艺 性 加热奥氏体化：不同 K 的溶解规律， Me对晶粒长大的影响； 回火转变： K 形成元素↓ac， ↓M 分解； Si↓M 分解；AR中析出 K，反稳定 化，↑MS；K 聚集长大，类型转变， 原位析出，异位析出，二次硬化； 回火过程的强化与弱化，强化机制 贡献大小的转化； 回火脆性：特征及影响因素，Mn、Cr、 Ni↑回脆性作用大； Si↑氧化脱碳倾向；Mn↑过热敏感性 合金化韧化途径 1、细化晶粒：Ti、Nb、V、 W、Mo、(Al)、Cr； 2、↑回火稳定性：K 形成 元素。Si↑低温回火稳定 性效果好； 3、改善基体韧性：Ni； 4、细化K：Cr、V（适量） ； 5、↓回火脆性：Mo、W； 6、保证强度水平下，适当 降低 C 量； 7、提高冶金质量； 8、适量 AR 淬透性：(B)、Mn、Mo、Cr、Ni、Si 作用 较大；选择钢种，选择淬火工艺； 冷成型性：Me 加入，↑冷作硬化率，↓ 冷成型性。P、C、Si 影响大； 可焊性：Me↑淬透性，↓可焊性； 切削性：S、Pb、Ca 等为易切削元素， MnS 是易切削化合物 热成型性：W、Mo、V、Cr 等元素↓热 压力加工性，↓导热性 钢的基本强化机理 固溶强化：Δσs=KiC i . C、N↓↓↓塑韧性；在低碳 合金钢中，Si、Mn 量大时↓ 塑韧性； 0.5位错强化：Δσd=Kdρ . 形变↑ρ，↓↓塑韧性； -0.5细晶强化：Δσg=Kgd. ↑↑塑韧性； -1弥散强化：Δσp=Kpλ . ↓塑韧性 细晶（组织）强化和弥散沉淀 析出强化对强化贡献大 n 分布—组织—偏聚 钢的强化与韧化 合金钢与碳钢 的强韧性差 异，主要不在于 Me 本身的强化 作用，而在于 Me 对钢相变过程 的影响。且 Me 的作用只有在进 行适当热处理条件下才能最优发 挥。强度和塑韧性是一对相互长 消的矛盾。当强度水平满足要求 时，如何改善塑韧性是矛盾的主 要方面；反之，提高强度是矛盾 的主要方面 图图 1 1钢合金化原理、主线、核心和设计思路钢合金化原理、主线、核心和设计思路 2 2 2、结构钢复习小结、结构钢复习小结 表表 1 1典型结构钢的特点、应用及演变典型结构钢的特点、应用及演变 类 型 低 强 钢 服役条件及 性能要求 静载、 大气、 海水侵蚀； 16Mn 无相对运动； 有时受交 变应力，低温。要有良 好的综合性能， 焊接性 好，耐蚀，时效敏感性 小 低 C 马 氏 体 渗 碳 钢 受磨损、接触疲劳应 力、弯曲、冲击力；要 求表面硬度高、耐磨， 心部强度高， 有一定塑 性、韧度，良好的工艺 性能，淬透性、渗 C 工 艺性好 氮 化 钢 调 质 钢 弹 簧 钢 冲击等条件下工作。 要 求综合性能好， 足够的 淬透性， 防止回火脆性 动载荷，冲击，振动， 周期性交变应力。 要求 高屈服强度，高屈强 比，高疲劳强度，一定 塑韧性，工艺性能好 轴 承 钢 高 锰 钢 高速、高应力。要求接 触疲劳强度高， 抗压强 度高，硬度高而均匀， 耐磨，尺寸稳定 受冲击、强烈磨损。既 耐冲击，又耐磨，强韧 性好 ZGMn131.0- 1.3 水韧 处理 A受 冲 击 强 烈 磨 损零件 高锰耐磨钢 性能特点、 原 因， 水韧处理 GCr15 GCr15SiMn 0.95-球 化 退 1.05火； 淬火 +低回 M+K主 要 用 于轴承 冶金质量控 制， 组织控制 65Mn 60Si2Mn 50CrVA 55SiMnMoV 0.75 0.5- 淬火+中 温回火 T 回 各 种 弹 簧 或 弹 性零件 Si-Mn 作用； 强化成型方 法；冶金质 量、 表面质量 高硬度、高耐磨性；高 疲劳强度；尺寸稳定 35CrMo 38CrAl 38CrMoAlA 常在扭转、 弯曲、 拉伸、 40Cr 40CrNi 40CrNiMo0.50 0.25-调质 0.25-调质+ 0.45 氮化 表 面 硬 化层， 心 部 S 回 S 回 主轴、 镗 杆 等 重 要零件 轴 类 零 件为主 20Cr、20CrV 20CrMnTi 18Cr2Ni4WA 0.12-渗 C + 0.25直 接 淬 火； 一次 淬火； 二 次淬火 表层：M 回 常用牌号C 量% 0.2 常用 工艺 一 般 不 进 行 热 处理， 常 在 热 轧 态供应 组织 F+P； 低 C- 贝氏体 低 C- 马氏体 板 条 马 氏体 应用 工 程 构 件 ， 船 舶 ， 桥 梁。 建筑 等 代 调 质 件、 中小 尺 寸 碳 钢 渗C 件 齿轮、 凸 轮、 销等 零件 要点 Si、Mn、C 有限制范围； 低 C-贝氏体 中 B、Mo 的 作用； 双相钢 概念 低 C-马氏体 的优越性及 合理应用 15MnV 15MnVN 14CrMnMoVB 良好的强韧性，TK低， 20MnV 缺口敏感性低； 冷变形 性、焊接性好，脱 C、 变形开裂倾向小 15MnVB 20SiMn2MoVA 0.15-淬火+ 0.25低 温 回 火 20CrMnTi 的 广泛应用； 渗 C 工艺特点 及应用； 主要 合金元素作 用 +K+AR 心部： 低 C-M 回或 S 回 38CrMoAlA 钢性能特点； M