金屬材料學(xué)總復(fù)習(xí)

1、主要內(nèi)容一、主線、核心和“思想”二、合金化三、各類鋼要點(diǎn)四、各主要材料的分析思路,主線：服役條件→技術(shù)要求→選擇材料→強(qiáng)化工藝→組織結(jié)構(gòu)→最終性能→應(yīng)用、失效。,一、主線、核心和“思想”,零件,,服役條件,,性能要求,,材料成分,,強(qiáng)化工藝,,組織結(jié)構(gòu),,使用性能,,,,,,,,,,,,,要清楚的三點(diǎn),（1）同一零件可用不同材料及相應(yīng)工藝 例：調(diào)質(zhì)鋼；工具鋼代用,（2）同一材料，可采用不同工藝 例

2、：T10鋼，淬火有水、水-油、分級等。強(qiáng)化工藝不同，組織有差別，但都能滿足零件要求。力求最佳的強(qiáng)化工藝。,(3）同一材料可有不同的用途。 例:60Si2Mn有時(shí)也可用作模具。低合金工具鋼也可做主軸，GCr15也可做量具、模具等。 要學(xué)活，思路要寬，要敢于提出獨(dú)特見解,,核心：核心是合金化基本原理。這是材料強(qiáng)韌化矛盾的主要因素.,掌握合金元素作用,理解各類鋼的設(shè)計(jì)與發(fā)展采用熱處理等強(qiáng)化工藝,如何在這基礎(chǔ)上充分優(yōu)化材

3、料的使用性能，關(guān)鍵就在于熱處理等處理工藝。企業(yè)中的許多問題都是因?yàn)樵诓牧系募庸み^程中的工藝存在問題。,,,“思想”：材料學(xué)是一門很有“思想”的課程，只是要從學(xué)習(xí)過程中體會和挖掘出來。,辯證作用矛盾轉(zhuǎn)化,結(jié)構(gòu)鋼是強(qiáng)度-韌度的匹配，工模具鋼主要是韌度-耐磨性的協(xié)調(diào)，鑄鐵石墨形態(tài)和力學(xué)性能之間的關(guān)系等 —— 由強(qiáng)-韌性反映出來的矛盾,材料的這些矛盾涉及到合金化設(shè)計(jì)、處理工藝等。強(qiáng)度有余時(shí)，矛盾主要方面是如何提高韌度。并

4、且矛盾的主、次方面在一定條件下可以轉(zhuǎn)化。,,掌握理解：固溶強(qiáng)化、位錯(cuò)強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化等強(qiáng)化機(jī)理。 正火和淬火、高溫回火得到的同樣是珠光體組織，但為什么一般鋼要經(jīng)過淬火、回火?在這些處理過程中，合金元素存在的形式和所處的位置是怎樣變化的，其它組織結(jié)構(gòu)是怎樣變化的，固溶強(qiáng)化、位錯(cuò)強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化等強(qiáng)化機(jī)制是如何相互轉(zhuǎn)化的。這些問題涉及了所有的專業(yè)課知識。,合金化設(shè)計(jì),K形成規(guī)律,K類型及性質(zhì),對C線

5、的影響,對相圖影響,強(qiáng)韌化矛盾演化規(guī)律,鋼韌化基本途徑,鋼強(qiáng)化基本機(jī)理,Me對過程影響,Me對工藝性作用,組織設(shè)計(jì),,,,,,,,,,,多元適量復(fù)合加入,強(qiáng)-韌矛盾和研究開發(fā)就象是一個(gè)螺旋形，相互轉(zhuǎn)化、輪回。強(qiáng)-韌矛盾在超高強(qiáng)度鋼中更為突出。創(chuàng)新突破之處是徹底改變傳統(tǒng)的強(qiáng)化之源——C合金化。所以發(fā)展了馬氏體時(shí)效鋼，使強(qiáng)韌性提高了一個(gè)數(shù)量級。,在材料發(fā)展的過程中，人們不斷地在這些矛盾中進(jìn)行研究，并不斷地取得了突

6、破性進(jìn)展。如現(xiàn)在已經(jīng)廣泛使用的微合金鋼、非調(diào)質(zhì)鋼、雙相鋼等，都是在深入理解強(qiáng)韌化機(jī)理的基礎(chǔ)上，從傳統(tǒng)的強(qiáng)-韌矛盾中得到解脫，有所創(chuàng)新。,體會,分析問題、解決問題的關(guān)鍵和思路。 材料的發(fā)展充滿了活的辨證關(guān)系，充滿了矛盾的演變。當(dāng)然，對問題的認(rèn)識有一個(gè)逐步理解的過程。首先要有宏觀的認(rèn)識和思路，從高處看問題有豁然開朗的意境。,二、合金化 1、合金化原則 多元適量，復(fù)合加入多元：多元作用大，效果好，又經(jīng)濟(jì)。合金元素

7、 的作用并不是簡單的代數(shù)和。簡單比喻：人每 天的營養(yǎng)攝入，可科學(xué)地配制食譜，做到既滿 足營養(yǎng)要求，又不會使某種營養(yǎng)過剩。 合金元素作用的辯證規(guī)律. 多元復(fù)合加入的作用或情況主要有以下幾種：,多元復(fù)合加入,,⑴ 提高性能。如↑淬透性，復(fù)合作用不是線性 相加的。如：40Cr →40CrNi → 40CrNiMo,⑵揚(yáng)長避短。合金元素能對某些方面起積極的 作用，但往往還有副作用，為克

8、服這不足， 可加入另一元素來彌補(bǔ)。如：Si-Mn\Mn-V,⑶改善K類型與分布。某些元素加入會改變鋼 中所形成K類型與分布，或改變其它元素的 存在形式和位置，從而提高性能。如耐熱鋼 中Cr-Mo-V；高速鋼的V-Cr-W,適量：合金元素的某種作用在含量達(dá)到一定量 時(shí)往往會起不良的影響，而且還有經(jīng)濟(jì)性的 問題。 適量的原因，除了經(jīng)濟(jì)的因素外，主要有 以下幾種情況：,適量加入,①有

9、Me增多后，會降低材料的塑韌性 如構(gòu)件鋼中，一般Si<1.1%，Mn<1.8%②有些Me增多，會惡化K的分布 如高速鋼中Cr，CrWMn中的W等③有的會改變K類型，↑熱處理難度 如一般結(jié)構(gòu)鋼中V<0.1~0.2%，Mo<0.5%左右，以免生成難溶的K ④適量加入, 符合經(jīng)濟(jì)性 Me作用不是線性的,適量，體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性,2、主要合金元素作用歸納Cr: 1）↑淬透性 → ↓

10、ΔGγ→α，↓K形核長大。Cr、Ni等復(fù)合作用大，如調(diào)質(zhì)鋼40Cr—40CrNi—40CrNiMo。 2）↑回穩(wěn)性 → 阻止M3C型長大。如40 Cr與40鋼相比，回火到相同硬度時(shí)，回火溫度可↑30-40℃。 3）↑抗氧化性、熱強(qiáng)性 → 形成Cr2O3，↑FeO出現(xiàn)的溫度；↑原子間結(jié)合力，↑熱強(qiáng)性。如耐熱鋼，Mo-Cr-V。,4）↑耐蝕性 → ↑電極電位，n/8定律。如不銹鋼。 5）細(xì)化晶粒，改善K均勻性 → K較

11、穩(wěn)定，如GCr15。 6）↑回火脆性 → 促進(jìn)雜質(zhì)原子偏聚，如40CrNi。 7）↑A1 → F形成元素。↑熱疲勞性，如5CrNiMo；↑淬火溫度，如GCr15為840℃，而T10為780℃；含Cr量多時(shí)→F鋼，如1Cr17。 8）↓Ms → ↑Ar，如GCr15比T10鋼的Ar多，分布為8%左右和3%左右。,Mn: 1）強(qiáng)化F → 固溶強(qiáng)化，如低合金普通結(jié)構(gòu)鋼。 2）↑淬透性 → ↓ΔGγ→α

12、，使“C”線右移，如40 Mn2。 3）↑晶粒長大 → ↓A1 ，強(qiáng)化C的促進(jìn)晶粒長大作用，↑過熱敏感性。 4）↑Ar → ↓Ms。量大時(shí)，獲得A鋼 → Mn擴(kuò)大γ區(qū)。 5）↑回火脆性 → 促進(jìn)有害元素偏聚。 6）↓熱脆性 →脫硫，形成MnS；脫氧劑，MnO；易切削鋼。,Si： 1）↑σ，↓可切削性 → 固溶強(qiáng)化效果顯著，如彈簧鋼60Si2Mn等； 2）↑低溫回火穩(wěn)定性 →

13、抑制ε-K形核長大及轉(zhuǎn)變，如30CrMnSi、9SiCr。 3）↑抗氧化性 → 形成致密的氧化物，如高溫抗氧化鋼Cr18Si2,排氣閥用鋼4Cr9Si2。 4）↑淬透性 → ↓K形核長大，使“C”線右移，高C時(shí)作用較大。 5）↑淬火溫度 → ↑A1 。如9SiCr，Ac1為770℃。 6）↑脫C、石墨化傾向 → Si↑碳活度，含Si鋼脫C傾向大。如9SiCr、60Si2Mn等。,Mo： 1）↑

14、淬透性 → 推遲P轉(zhuǎn)變，對B轉(zhuǎn)變影響較小。 2）↑熱強(qiáng)性 → ↑固溶體原子間結(jié)合力，如珠光體熱強(qiáng)鋼12CrMoV。 3）↓回火脆性 → 有效地抑制有害元素的偏聚，如40CrNiMo。 4）↑回火穩(wěn)定性 → 較強(qiáng)K形成元素，↓碳活度，且K穩(wěn)定不易長大。 5）細(xì)化晶粒 → 較強(qiáng)K形成元素，↓碳活度，阻止晶界移動。 6）↑非氧化性酸的耐蝕性，防止點(diǎn)蝕 → 形成MoO3，致密而穩(wěn)定。,Ni：

15、 1）↑基體韌度 → Ni↓位錯(cuò)運(yùn)動阻力，使應(yīng)力松弛。如馬氏體時(shí)效鋼。40CrNi、40CrNiMo鋼的韌度較高。 2）穩(wěn)定A組織，→ Ni↓A1 ，擴(kuò)大γ區(qū)，量大時(shí)，室溫為A組織，如18-8奧氏體不銹鋼。 3）↑淬透性 → ↓ΔGγ→α，使“C”線右移，Cr-Ni復(fù)合效果更好。如12CrNi3、40CrNi。 4）↑回火脆性 → Ni促進(jìn)有害元素的偏聚，如40CrNi回火脆性大。

16、 5）↓Ms → ↑Ar。,V： 1）↑熱強(qiáng)性 → VC質(zhì)點(diǎn)穩(wěn)定性好，且彌散分布，如耐熱鋼Cr-Mo-V。 2）細(xì)化晶粒 → VC質(zhì)點(diǎn)細(xì)小、穩(wěn)定，有效阻止晶界移動，如40Mn2V、50CrV。 3）↑紅硬性、耐磨性 → VC質(zhì)點(diǎn)細(xì)小、穩(wěn)定、彌散，如高速鋼均含V。 4）↓過熱傾向 → VC質(zhì)點(diǎn)溶解穩(wěn)定較高，晶粒不易長大，4040Mn2V。 5）↓磨削性 → VC質(zhì)點(diǎn)硬度

17、高，容易產(chǎn)生磨削裂紋，如9Mn2V的磨削性較差。,3、利用合金化原理分析典型鋼的性能特點(diǎn) 9SiCr、CrWMn、9Mn2V； 60Si2Mn； 5CrNiMo； W6Mo5Cr4V2,三、各類鋼要點(diǎn) 1、要掌握各類鋼的特點(diǎn) 彈簧、熱鍛模的服役條件及技術(shù)要求； 軸承鋼的冶金質(zhì)量； 高速鋼的熱處理工藝； 工具鋼的球化處理； 高碳鋼的第二相； 齒輪、軸類零

18、件的選材料； 不同表面強(qiáng)化工藝特點(diǎn)、應(yīng)用和適用鋼種。,2、歸納各類鋼工藝特點(diǎn) 1）合金元素多，鋼的導(dǎo)熱性較差，工藝的可變性也大。因此，工藝相對就比較復(fù)雜。如高速鋼、Cr12MoV、18Cr2Ni4W、3Cr2W8V等。 2）過共析鋼，希望K穩(wěn)定，用較強(qiáng)K形成元素。量可較多，殘余K細(xì)化晶粒，又提高耐磨性。如過共析鋼采用不完全淬火，低溫回火；要重視預(yù)先熱處理，球化工藝。 3）亞共析

19、鋼，采用完全淬火，希望鋼中的K不穩(wěn)定，在加熱時(shí)能全部溶解。強(qiáng)K形成元素用得比較少，即使有，含量也是較少，控制。,4）工具鋼淬火時(shí)，變形開裂傾向比較大，所以在工藝措施上，常采用預(yù)熱、預(yù)冷，淬火常用等溫、分級、雙液淬火等方法，且需要及時(shí)回火。 5）工件尺寸大，如鍛模，則整個(gè)熱處理過程需要圍繞盡量降低變形開裂而采取一系列措施。 6）彈簧、軸承、工具鋼最終處理前一般已是成品，要注意脫碳傾向，一般措施為采用保護(hù)氣氛、鹽浴

20、爐等。 7）精密零件處理過程中要注意尺寸穩(wěn)定性。 8）工模具鋼，特別是高碳高合金鋼的鍛造工藝很重要，這是最終熱處理質(zhì)量的前提。許多問題往往是由于鍛造工藝的原因。,1 結(jié)構(gòu)鋼的特點(diǎn)、應(yīng)用及演變 2 工具鋼的特點(diǎn)、應(yīng)用及演變 3 鑄鐵要點(diǎn)4 鋁合金分類與特點(diǎn),四、各主要材料的思路,服役條件及性能要求,常用牌號,C量,常用工藝,組織性能,應(yīng)用,要點(diǎn),低強(qiáng)鋼,低C馬氏體,滲碳鋼,氮化鋼,調(diào)質(zhì)鋼,彈簧鋼,軸承

21、鋼,高錳鋼,,,典型結(jié)構(gòu)鋼的特點(diǎn)、應(yīng)用及演變,縱向要理解系統(tǒng)及相互間關(guān)系,橫向要了解含碳量及合金化的變化原因,常用牌號,C量,常用工藝,組織,性能特點(diǎn),應(yīng)用,要點(diǎn),碳素鋼,低合金,高速鋼,冷作模具鋼,熱作模具鋼,量具鋼,,,典型工具鋼的特點(diǎn)、應(yīng)用及演變,自由焓有利于石墨化,成分、結(jié)構(gòu)、擴(kuò)散有利于Fe3C析出,HT200QT400-17KTZ450-06,灰口鑄鐵：片G，性能特點(diǎn)與用途。孕育處理,熱力學(xué),動力學(xué),牌號及

22、數(shù)字意義,可鍛鑄鐵：團(tuán)絮狀G，由白口鐵經(jīng)石墨化得到，性能與用途,石墨化過程 Ⅰ決定G形態(tài) Ⅱ決定基體,鑄鐵中心問題：G形狀、大小、數(shù)量、分布,球墨鑄鐵：球狀G，球化處理。熱處理工藝：與灰鐵不同，與鋼區(qū)別。不同工藝得到不同基體組織。性能與用途,影響因素,鑄鐵性能,化學(xué)成分C、Si促進(jìn)石墨化；Mn、S阻止石墨化,冷卻速度薄壁表面易白口。壁厚敏感性，性能差異,強(qiáng)度、伸長率、沖擊韌度比鋼低；耐磨；切削性好；消振性好；缺口敏感性低；鑄造

23、性好。,蠕鐵：蠕蟲狀G特殊性能鑄鐵：耐蝕、耐磨、耐熱,,,,,,,,,,,,,,,,,工業(yè)純鋁：密度2.72。導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好，抗蝕性好，塑性高,防銹鋁合金只能變形強(qiáng)化。Al-Mg、Al-Mn系。LF5,固溶強(qiáng)化細(xì)化組織強(qiáng)化時(shí)效強(qiáng)化第二相強(qiáng)化,基本過程：GP→θ″→θˊ→θ。條件：Me能溶入α；隨T↓而固溶度↓↓；析出相強(qiáng)化作用大。,鑄造鋁合金：Al-Si ，ZL104Al-Cu，ZL201Al-Zn，ZL402

24、Al-Mg，ZL301,可熱處理強(qiáng)化特點(diǎn)：無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變；固溶處理和時(shí)效強(qiáng)化,超硬鋁：如LC4Al-Zn-Mg-Cu系性能特點(diǎn)：強(qiáng)度高，耐熱性、抗蝕性差。熱處理：淬火溫度較寬,硬鋁：LY12Al-Cu-Mg系。性能特點(diǎn)：強(qiáng)度比較高，耐熱性好，抗蝕性差。熱處理：淬火溫度窄，要求冷速快，轉(zhuǎn)移時(shí)間短,鍛鋁：如LD5Al-Mg-Si-Cu系工藝特點(diǎn)：鍛造性好，熱處理：采用人工時(shí)效,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,A

25、l,Me,,,合金化,Cu、Mg、 Zn、Si、Mn,L,L+α,α,α+β,,,,黃銅,普通黃銅,特殊黃銅,金色黃銅：H96彈殼黃銅：H70商業(yè)黃銅：H62,32%Zn,α+β,海軍黃銅：HSn70-1 耐腐蝕性好易切黃銅：HPb59-1 可切削性好商業(yè)黃銅：HAl77-1 熱塑性好,,純銅,密度8.94, 無晶形轉(zhuǎn)變導(dǎo)電、導(dǎo)熱好，化學(xué)穩(wěn)定性好，耐蝕, 成形性優(yōu)良,可焊,無磁,熱脆：Bi/Pb形成低熔點(diǎn)組織

26、于晶界；冷脆：S/O→Cu2O、 CuS，硬脆,青銅,錫青銅,鋁青銅,鈹青銅,<6~7%Sn，壓力加工；10~14% Sn，鑄造. 鑄造性比黃銅差，耐蝕性比黃銅好. +P、Zn、Ni等元素，為多元錫青銅.如QSn4-3: Sn-4%左右,Zn-3%左右,大部分多元：Cu、Al+Mn、Fe、Ni等.如Q Al9-2，+2%左右Mn 比黃銅錫青銅有更高強(qiáng)度和硬度，更好的耐磨性和耐蝕性，塑性較差。

27、,如QBe2. 具有高σb 、 σp 、 σ-1 ,耐磨，抗蝕，受沖擊不產(chǎn)生火花。 經(jīng)淬火時(shí)效后，σb可達(dá)1200MPa,,自然辯證法原理應(yīng)用,一切運(yùn)動都存在于吸引和排斥的相互作用中。這是基本矛盾。在微觀物理運(yùn)動中，吸引和排斥的統(tǒng)一首先表現(xiàn)在微觀粒子之間強(qiáng)大的內(nèi)聚力和排斥力之間的動態(tài)平衡。 —— K的穩(wěn)定性，復(fù)合K的性質(zhì)差別等,一切化學(xué)過程都?xì)w結(jié)為化學(xué)的吸引和排斥的過程。正是由于分子中原子之間化學(xué)鍵的形成和斷裂所引起

28、的化合和分解的對立統(tǒng)一，構(gòu)成了一切化學(xué)運(yùn)動過程的豐富內(nèi)容。在化學(xué)的吸引和排斥中，各種化學(xué)元素的多種多樣性質(zhì)最充分地暴露出來，同時(shí)產(chǎn)生出多種多樣形態(tài)的化學(xué)物質(zhì)?！?元素性質(zhì)不同，可形成多種化合物等,自然界運(yùn)動形式的轉(zhuǎn)化，是一個(gè)由量變引起質(zhì)變的過程，這個(gè)過程是通過漸變和突變實(shí)現(xiàn)的，是連續(xù)與間斷的統(tǒng)一。漸變往往是突變的前提，在一定條件下，兩者可以轉(zhuǎn)化。 —— 相變的孕育期，元素加入量一定程度，形成K類型變化等,在新、舊

29、物質(zhì)演化過程中，系統(tǒng)之間往往存在過渡狀態(tài)或中介類型。其特點(diǎn)首先反映了新舊系統(tǒng)的相互包含，即原有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)已經(jīng)破壞，但未完全改變，新的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)還處在萌芽狀態(tài)，又尚未產(chǎn)生。這樣，它既包含舊系統(tǒng)的內(nèi)容，又包含新系統(tǒng)的內(nèi)容。 —— 回火或時(shí)效的相變過程等,主要矛盾：有一種矛盾起著領(lǐng)導(dǎo)的、決定的作用，規(guī)定或影響著其他矛盾的存在和發(fā)展，這種矛盾就稱為主要矛盾。在事物發(fā)展的不同過程中，主要矛盾也是可以改變的。矛盾雙方必有主要的

30、和非主要的。矛盾的主要方面決定著事物的性質(zhì)。矛盾的主次方面的地位不是一成不變的，在一定條件下，矛盾的主次方面是可以轉(zhuǎn)化的。 —— 材料強(qiáng)韌矛盾變化，G形狀變化決定了鑄鐵的性能，強(qiáng)化的有效性等,量變到質(zhì)變。 在一定的界限之內(nèi)，事物的質(zhì)是不因量的不同而發(fā)生變化的。但是，一旦超過這個(gè)界限，事物的質(zhì)就要發(fā)生根本的變化。如金屬的熔點(diǎn)、氣體的凝點(diǎn)、液體的沸點(diǎn)、材料的強(qiáng)度極限、K的溶點(diǎn)、材料的相變點(diǎn)等。 —— 合金元