金属材料学1
金属材料学1测试题及答案
金属材料学1测试题及答案1. 锻压性最好的是（） [单选题] *A、低碳钢(正确答案)B、中碳钢C、高碳钢D、高合金钢2. 下列材料焊接性最差的是（）。
[单选题] *A、低碳钢B、高碳钢C、铸铁(正确答案)D、中碳钢3. 强度是属于材料的（）。
[单选题] *A、物理性能B、化学性能C、力学性能(正确答案)D、工艺性能4. 钢的质量以（）划分。
[单选题] *A、碳含量多少B、合金元素含量多少C、S、P含量多少(正确答案)D、杂质Si、Mn含量5. 用拉伸试验可测定材料的（）性能指标。
[单选题] *A、冲击韧性B、硬度C、塑性(正确答案)D、抗拉强度6. 在金属材料的机械性能指标中，“σe”是指（）。
[单选题] *A、屈服强度B、抗拉强度C、弹性强度(正确答案)D、抗弯强度7. 用来反应材料在交变载荷作用下，抵抗破坏能力的物理概念是（）。
[单选题] *A、韧性；B、疲劳强度；(正确答案)C、强度；D、硬度。
8. 下列材料焊接性能最好的是（）。
[单选题] *A、低碳钢(正确答案)B、铸铁C、高碳钢D、铜合金9. 下面关于3Cr13 的说法正确的是（）。
[单选题] *A、含C为3%B、含Cr为0.13%C、含Cr为1.3%D、含C为0.3%(正确答案)10. 在拉伸试验中，试样拉断前所能承受的最大应力称为材料的（）。
[单选题] *A、屈服极限B、抗拉强度(正确答案)C、弹性极限D、疲劳极限11. 某钢材的牌号为GCr9SiMn，它的用途为下列中的（）。
[单选题] *A、制造锅炉B、制造弹簧C、制造滚动轴承(正确答案)D、制造量具12. 下列钢中，硬度最高的是（）。
[单选题] *A、T12(正确答案)B、20钢C、65MnD、40Cr13. （）是金属材料在静载荷作用下抵抗变形和破坏的能力。
[单选题] *A．强度(正确答案)B．硬度C．塑性D．韧性14. 材料的硬度越高其耐磨性就（）。
金属材料学(复习题及答案)
金属材料学复习题及答案（1-32题）1.解释下列名词合金元素:特别添加到金属中为了保证获得所要求的组织结构、物理、化学和机械性能的化学元素。
合金钢：为了增加某些性能而添加合金元素的钢马氏体：碳溶于α-Fe的过饱和的固溶体，是奥氏体通过无扩散型相变转变成的亚稳定相奥氏体：碳溶于ɣ-Fe中形成的固溶体淬透性：钢在淬火时能获得马氏体的能力，是钢本身固有的一个属性淬硬性：在理想淬火条件下，以超过临界冷却速度所形成的马氏体组织能够达到的最高硬度淬火临界冷却速度：为了获得马氏体所需的最低的冷却速度二次硬化：某些铁碳合金（如高速钢）须经多次回火后，才进一步提高其硬度。
这种硬化现象，称为二次硬化，它是由于特殊碳化物析出和（或）由于与奥氏体转变为马氏体或贝氏体所致不锈钢：在空气、水、盐、酸、碱等腐蚀介质中具有高的化学稳定性的钢耐热钢：通常将在高温条件下工作的钢称耐热钢2.合金元素在钢中以什么形式存在?对钢的性能有哪些影响?答：存在形式：溶于固溶体、形成碳化物和氮化物、存在于金属化合物、各类夹杂物、自由态固溶体：随溶质元素含量的增多，产生固溶强化作用3.指出Fe-C相图中Ac1、Ac3、ACcm、Ar1、Ar3、Arcm各相变点的意义。
答：Ac1：加热时，P向A转变的开始温度；Ac3：加热时，先共析F全部转为A的终了温度ACcm：加热时，Fe3CⅡ全部融入A的终了温度Ar1：冷却时，A向P转变的开始温度Ar3：冷却时，A开始析出先共析F的温度Arcm：冷却时，A开始析出Fe3CⅡ的温度5.指出下列铁碳合金工件的淬火及回火温度，并说明回火后得到的组织和大致硬度。
（1）wc=0.45%钢制小轴（要求综合力学性能好）；（2）wc=0.60%钢制弹簧；（3）wc=1.2%钢制锉刀。
答：(1).45钢小轴,840度淬火，回火温度调质 500-600，布氏250左右，回火索氏体(2)60弹簧钢，820度淬火，回火温度380-420，硬度40-45HRC，回火托氏体(3)T12钢锉刀，780-800度淬火，回火温度160-180，硬度60-60HRC，回火马氏体6.现有低碳钢和中碳钢齿轮各一个，为了使齿面具有高硬度和高耐磨性，应进行何种热处理？并比较经热处理后组织和性能上有何不同？答：低碳钢进行的热处理工艺：渗碳直接淬火+低温回火表面组织为：回火M+碳化物中碳钢进行的热处理工艺：调质处理+表面淬火+低温回火组织为：回火M7.试说明表面淬火、渗碳、氮化热处理工艺在用钢、性能、应用范围等方面的差别。
金属材料学
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复习提纲
1、说出下列材料常用的强化方法：H70；45 钢；HT350；LY12；ZL102。 答：H70——冷变形强化（加工硬化） 45 钢——固溶强化（淬火） HT350——变质（孕育）处理 LY12——时效强化 ZL102——变质处理
或其它化合物相。 15、简述合金元素对铁碳相图（如共析碳量等等临界点）的影响。 答：1、改变奥氏体的位置（Ni、Co、Mn 以及其它扩大γ相区的元素，均使共析点左移而 GS 线下沉；Cr、W、Mo、V、
Ti、Si 以及其它缩小γ相区的元素，均使三元系中的γ相区逐渐呈劈形）
金 2、改变共析温度（Ni、Mn 等扩大γ相区的元素，使共析点（S 点）左移，GS 下沉，使得 A1 和 A3 温度同时降低。 Cr、W、Mo、V、Ti、Si 以及其它缩小γ相区的元素，使γ相区呈劈形，且共析点（S 点）左移，使得 A1 和 A3 温度同时升高。） 3、改变共析体含量（所有合金元素均使共析点左移，说明在钢中 C％不到 0.77%时，钢就会变为过共析而析出二
性质硬而脆，在冷加工时产生应力集中，易产生裂纹而形成冷脆。
9、简述合金元素在钢中的作用有哪些？
答：合金元素在钢中的作用是：强化铁素体、细化晶粒、提高淬透性、提高红硬性、增加残余奥氏体量。
10、用 45 号钢加工的二根轴，分别进行调质和正火热处理。问它们的相组织和力学性能如何？有哪些区别？
答：45 钢调质处理相组织：回火索氏体，45 钢正火处理相组织：索氏体+铁素体，调质处理的钢与正火处理的钢相比，
材 糙，甚至产生裂纹；
措施：控制 Mn、Fe 含量；铸锭进行高温均匀化退火；将加热温度由 390~440℃提高到 480~520℃；采用高温快速退 火。 ②Al‐Mg 防锈铝易出现：a、钠脆和 b、时效软化现象；
金属材料学
金属材料学1. 简介金属材料学是研究金属材料的性质、结构、制备和应用的学科。
金属材料具有良好的导电性、导热性和可塑性，广泛应用于制造业、建筑业、能源领域等众多行业。
金属材料学的研究内容包括金属材料的晶体结构、力学性能、热处理、腐蚀行为以及金属材料的应用和发展趋势等。
2. 金属材料的分类金属材料可以根据其成分和结构进行分类。
常见的金属材料分类包括： - 纯金属：由单一元素组成的金属材料，如铜、铁、铝等。
- 合金：由两种或更多种金属元素组成的金属材料，通过合金化可以改变金属材料的性能和特点，如钢、青铜、铝合金等。
- 亚共晶合金：由两种金属元素组成的合金，具有不同的熔点，通常表现为固溶体和共晶组织。
- 基体金属：组成合金中总量较大的金属元素，起到支撑和固定其他金属元素的作用。
- 异质金属：由两种或更多种具有不同性质的金属组成。
3. 金属材料的制备方法金属材料的制备方法种类繁多，常见的制备方法有以下几种： - 熔炼法：将金属原料加热至熔点以上，使其熔化后进行凝固。
- 混合熔炼法：将不同金属原料按一定比例混合后进行共熔。
- 电解法：通过电解过程，在电解质溶液中制备金属。
- 粉末冶金法：将金属粉末加以压制和烧结以获得所需形态和性能的材料。
- 涂层法：将一种或多种金属材料涂覆在基体上。
4. 金属材料的性能和测试金属材料的性能包括力学性能、物理性能和化学性能。
常用的测试方法有： -拉伸试验：用于测定金属材料的强度、塑性和韧性等力学性能。
- 硬度测试：用于测定金属材料的硬度，常见的硬度测试方法有布氏硬度、洛氏硬度和巴氏硬度等。
- 压缩试验：用于测定材料的抗压性能，常常用于金属材料的强度测试。
- 磨损测试：用于测定金属材料的耐磨性能，常见的磨损测试方法有滚动磨损试验和滑动磨损试验等。
- 腐蚀测试：用于测定金属材料在不同环境条件下的耐蚀性能，常见的腐蚀测试方法有盐雾试验和电化学腐蚀测试等。
5. 金属材料的应用领域金属材料广泛应用于各个领域，包括： - 制造业：金属材料是制造业的基础材料，广泛应用于汽车制造、航空航天、机械制造等行业。
金属材料学思考题答案1
金属材料学思考题答案11.简述什么是材料科学研究材料组分、结构、性能相互关系和变化规律的科学，是一门基础应用学科。
2.什么是工程材料？工程材料分为哪些类别？凡与工程相关的材料均可称为工程材料。
按性能可分为结构材料和功能材料；按化学方法分为金属材料，陶瓷材料，高分子材料和复合材料。
3.什么是新材料？开发新材料的重要意义是什么？新材料：相对于传统的材料而言。
经过新工艺新技术制造的整合原有材料的功能的材料。
意义：对高科技和新技术的发展具有非常关键的作用；是发展高科技的物质基础；是国家在科技领域处于领先地位的标志之一。
4.钢的分类方法很多通常有哪些分类？按冶金方法分：平炉、转炉、电炉（镇静钢、半镇静钢，沸腾钢）。
按化学成分分：碳钢(普通碳钢，优质碳钢)，合金钢(合金元素，合金含量)；按质量分：普通质量钢，优质质量钢，高级优质钢。
按金相分：退火态(P+F，珠光体钢，P+Fe3C)，正火态(珠光体钢，贝氏体钢，奥氏体钢)；冷却时有无相变(铁素体，马氏体，奥氏体，双相钢)；按用途分：工程结构钢，机器零件用钢，工程模具用钢，特殊用钢（不锈钢，耐热钢、磁钢）。
5.通常钢中的P，S控制钢的质量，按质量等级碳素钢，合金钢的钢材质量可分为哪些等级，P，S含量是如何控制的可分为：普通质量钢，优质钢，高级优质钢三个等级。
碳素钢合金钢S％P％S％P％普通质量钢0.0450.0450.0450.045优质钢0.0350.0350.0350.035高级优质钢0.0300.0300.0250.0256.合金元素在钢中的分布或存在的形式有哪几种？可分为五种情况：1）形成非金属夹杂物（如氧化物、氮化物和硫化物等），2）溶入固熔体，3）形成碳化物，4）自由存在，5）金属间化合物。
7.按化学成分如何区分低中高碳钢和低中高合金钢？碳钢：(含碳量)低碳钢≤0.25％，中碳钢0.3－0.6％，高碳钢≥0.6％；合金钢：(合金元素)低合金钢<5％，中合金钢5－10％，高合金钢>10％8.利用晶界偏聚理论解释钢的第二类回火脆性以及硼钢的淬透性问题钢的溶质原子在晶界的浓度大大超过在基体中的平均浓度的现象，称为晶界偏聚。
金属材料学
第一章合金化原理碳钢中的常存杂质1.锰（Mn ）和硅（Si ）炼钢过程中随脱氧剂或者由生铁残存而进入钢中的。
Mn：可固溶，也可形成高熔点MnS（1600℃）夹杂物。
MnS在高温下具有一定的塑性，不会使钢发生热脆。
Si：可固溶，也可形成SiO2夹杂物。
Mn和Si是有益杂质，但夹杂物MnS、SiO2将使钢的疲劳强度和塑、韧性下降。
2．硫（S）和磷（P）S：S和Fe能形成FeS，并易发生热脆(裂)。
P：可固溶于α-铁，但剧烈地降低钢的韧性，特别是低温韧性，称为冷脆。
磷可以提高钢在大气中的抗腐蚀性能。
S和P是有害杂质，但可以改善钢的切削加工性能。
3．氮（N）、氢（H）、氧（O）N：在α-铁中可溶解。
N可以与钒、钛、铌等形成稳定的氮化物，有细化晶粒和沉淀强化。
H：在钢中和应力的联合作用将引起金属材料产生氢脆。
O：在钢中形成硅酸盐2MnO•SiO2、MnO•SiO2或复合氧化物MgO•Al2O3、MnO•Al2O3。
N、H、O是有害杂质。
碳钢的分类1．按钢中的碳含量1）按Fe-Fe3C相图分类亚共析钢0.0218%≤w c≤0.77% 共析钢w c=0.77% 过共析钢：0.77%＜w c≤2.11%2）按钢中碳含量的多少分类低碳钢：w c ≤0.25% 中碳钢：0.25%＜w c≤0.6% 高碳钢：w c＞0.6%2．按钢的质量（品质），碳钢可分为（1）普通碳素钢（2）优质碳素钢（3）高级优质碳素钢（4）特级优质碳素钢3．按钢的用途分类，碳钢可分为（1）碳素结构钢（2）优质碳素结构钢（3）碳素工具钢（4）一般工程用铸造碳素钢4．按钢冶炼时的脱氧程度分类，可分为（1）沸腾钢F （2）镇静钢Z （3）半镇静钢b （4）特殊镇静钢TZ碳钢的用途1-普通碳素结构钢（1）主要用于一般工程结构和普通零件（2）热轧后空冷是这类钢通常的供货状态。
（3）普通碳素结构钢的牌号表示方法由代表屈服点的字母（Q）、屈服点数值、质量等级符号（A、B、C、D）及脱氧方法符号（F、b、Z、TZ）等四个部分按顺序组成。
金属材料学
备课笔记绪论一、本课程主要内容金属材料可分为五类，即钢铁材料、非铁金属材料、金属功能材料、金属间化合物材料和金属基复合材料，本课程学习前两类金属材料，其余的金属材料在别的课程中学习。
1、钢铁材料(1)合金化原理①合金元素在钢中与Fe，C的相互作用。
②合金元素在相变中的作用。
(2)各类钢铁材料2、非铁金属材料介绍铜合金、铝合金、镁合金、钛合金的特点及应用。
二、研究思路使用条件→性能要求→组织结构→化学成分↑生产工艺1、化学成分：碳含量；合金元素种类及含量。
2、生产工艺：(1) 材料生产的全过程。
(2) 不同钢种生产过程中的特殊问题。
如工程结构钢的带状组织，轴承钢的夹杂物，高碳钢的碳化物不均匀性等。
(3) 不同钢种的热处理特点。
不同的合金元素，对淬火加热温度、冷却方式、回火温度、回火冷却方式等热处理工艺制度的不同影响。
3、金属材料的性能金属材料，尤其是钢铁材料，之所以对人类文明发挥那样重要的作用，一方面是由于它本身具有比其它材料远为优越的性能；另一方面是由于它那始终孕育着在性能方面以及数量、质量方面的巨大潜在能力，能随着日益增长的要求，不断更新、发展。
(1) 使用性能：金属材料在使用时抵抗外界作用的能力。
①力学性能：如强度、塑性、韧性等。
②化学性能：如抗腐蚀、抗氧化等。
③物理性能：如电磁性能等。
(2) 工艺性能：金属材料适应实际生产工艺要求的能力。
主要包括：铸造性；锻造性；深冲性；冷弯性；切削性；淬透性；焊接性等。
如建造九江长江大桥15MnVN钢的焊接性。
使用性能是保证能不能使用，而工艺性能是保证能不能生产和制造的问题。
两者既有联系又有不同，有时是一致的，有时互相矛盾。
例如，一些要求高强度、高硬度、耐高温的材料，常给铸造、压力加工、机械加工带来困难，有时甚至否定材料。
因此，一方面需要改进加工工具或加工制作方法，另一方面要改善材料的工艺性能。
如含铜时效钢06MnNiCuNb，用于制造大型舰船，采用厚板焊接，要求淬透性好，强韧性好，可焊性好，采用低碳加铜时效。
吉林大学金属材料学课后题答案
5、简述低碳马氏体的强韧化途径 答：低碳 M 锻轧后空冷： B+M+F； 锻轧后直接淬火并回火： 低碳回火 M。 低碳回火 M 具有高强度高热性 和高的疲劳强度。 强韧化途径： 1 低碳加入 Mo、 Nb、 V、 B 等与合理含量的 Mn 和 Cr 配合。 2 提高淬透性加入 Nb 微合 金元素细化晶粒。 6、请介绍调质钢的成分特点和常规热处理工艺 答：成分特点：中碳，碳含量一般在 0.3%—0.5% 2 合金元素：主加合金元素：CrMnSiNi；辅加合金元素： Mo W V Ti Al B 等 常规处理工艺：1，预备热处理：合金含量较少时，一般采用在Ac3线以上加热进行正火。合金含量较多 时， 一般采用在Ac3线加热进行正火，随后再进行一次高温回火. 2，最终热处理：Ⅰ ，淬火：将钢件加热 至Ac3线以上进行淬火。Ⅱ ，回火。Ⅲ，表面处理。 7、列举出常用调质钢的典型钢号， 说明合金元素在调质钢中的主要作用？ 答： 合金调质钢按淬透性高低可分为低， 中， 高淬透性三类。 （1） 低淬透性合金调质钢： 40Cr、 40CrV、 40MnB、 40MnV、 38CrSi、 40MnVB 等 （2） 中淬透性合金调质钢： 35 CrMo、 40 CrMn、 40 CrNi、 30 CrMnSi 等 （3） 高淬透性合金调质钢： 37 CrNi3A、 40 CrMnMo、 40CrNiMoA、 25Cr2Ni4WA 等。 合金元素 的主要作用： 1、提高淬透性； 2、Cr、 Mn、 Si、 Ni 溶于 α 相， 起固溶强化作用；3、 Cr、 Mo、 W、 V 等 阻碍α 相的再结晶， 也可阻碍碳化物在高温回火时的聚集长大， 使钢保持高硬度。 4、加入 Mo、 W 来防 止回火脆性。 5、V、 Ti、 Al 起细化晶粒的作用。 6、C： 是降低调制钢冲击韧性的元素， P： 对冲击韧性 危害甚大
1《 金属材料 (一)》教学设计
金属材料（一）讲稿同学们好，我是。
今天，我们来学习人教版高中化学必修第一册第三章第二节金属材料。
★★提到金属材料，同学们应该并不陌生。
从普通的炒菜锅，到家用电器；从身边的交通工具，到火箭上天。
有的可以使用很久而不生锈，有些金属能够记得自己原来的样子，有的能够制造超高速铁路，有的能够制造直入云霄的宏伟建筑。
可以说，我们的身边充满了金属材料★金属材料的发展历程也从侧面反应了人类社会发展史。
人从石器时代进入青铜器时代，之后★进入铁器时代，就是以金属材料的使用作为标志的。
★金属铝的利用比铜和铁晚的多，那仅仅是100多年前的事情。
但也正是在这100多年的发展中，现在世界上铝的年产量已经超过了铜，位于铁之后，居第二位。
★到二十一世纪的今天，各种新型的金属材料层出不穷，对于人们生活水平的提升以及科技的快速发展起到了至关重要的作用。
今天我们就来一起学习一下这些金属材料。
★★金属材料包括纯金属材料与合金材料。
我们在初中已经学习过：★在金属中加热熔合某些金属或非金属，就可以制得合金。
★日常使用的金属材料，其实★大多数都是合金。
这是为什么呢？通过添加不同种类的元素，合金可以表现出★许多优良的物理、化学和机械性能。
比如说合金的★熔点和硬度与成分金属会有所不同，这样可满足人们不同的需求。
在这里特别要提醒同学们注意一点：★合金并非要求必须是由不同种类的纯金属制得，金属和非金属元素也可以相互熔合，比如说最常见的合金材料——钢，就是铁碳合金。
合金的性能之所以与纯金属有一定的差异，其根本原因还是由于在纯金属内加入其他元素后，金属的结构发生了一定的变化。
我们来看一个视频，学习一下纯金属与合金在结构上的区别。
★★通过视频的学习，我们得知，正是由于合金的结构上发生了变化，进而表现出了不同于纯金属的性能，在这里需要同学们掌握的是：★合金的熔点往往比纯金属的熔点要低；而硬度大多数比纯金属的硬度要大。
同学们通过纯金属与合金的对比，也可以很好的体会到，★微观结构上的差异决定着二者性能有所不同。
金属材料学
开课信息
（表格内容参考资料 ）
课程简介
金属材料学课程通过对金属材料的成分、组织、性能关系的讲授，指导学生从微观认识材料的本质，掌握合 金化、强韧化等原理以及牌号、成分、组织、性能、热处理、用途等基本知识。以介绍金属材料学的基础知识为 目的，既与生产实验有紧密的性，又具有较强的理论。该课程讲授对象为有色金属，具体包括：铝合金、铜合金、 镁合金、钛合金、高温合金。讲授有色金属及其热处理的基本理论和知识，讲授主线：材料成分-工艺-组织-性 能-应用之间的有机关系，核心问题：合金化原理。
寇宏超，西北工业大学教授。 王永欣，西北工业大学教授、博导。 卢艳丽，西北工业大学教授、博士生导师。
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金属材料学
西北工业大学提供的慕课
01 课程性质
03 课程简介 05 课前预备
目录
02 开课信息 04 课程大纲 06 授课目标
07 所获荣誉
09 教师简介
目录
08 证书要求
金属材料学课程是西北工业大学于2017年04月06日首次在中国大学MOOC开设的慕课、国家精品在线开放课程。 该课程授课教师是张静、寇宏超、王永欣、卢艳丽。据2021年3月中国大学MOOC官显示，该课程已开课9次。
所获荣誉
2019年1月8日，该课程被中华人民共和国教育部认定为“2018年国家精品在线开放课程”。
证书要求
完成全部基本教学单元的学习要求，并参与讨论，最后通过考试者可获得证书。
教师简介
张静，博士，西北工业大学材料学院青年教师，本科生课程《金属材料学》主讲教师、国家级精品课程《材 料科学基础》教学团队骨干成员。
课程大纲
（表格内容参考资料 ） （注：课程大纲排版从左到右列 ）
金属学常识(专业技术-金属1)
第二章
铁碳合金
目前，合金状态图主要是通过实验测定的，且测定合金状态图的方法很多，但 应用最多的是热分析法。 以Cu—Ni合金相图测定为例，说明热分析法的应用及步骤： （1）配制不同成分的合金试样，如Ⅰ纯铜；Ⅱ75%Cu+25%Ni；Ⅲ50%Cu+50%Ni； 合金Ⅳ 25%Cu+75%Ni；Ⅴ：纯Ni。 （2）测定各组试样合金的冷却曲线并确定其相变临界点； （3）将各临界点绘在温度—合金成分坐标图上； （4）将图中具有相同含义的临界点连接起来，即得到Cu、Ni合金相图。
纯铁的冷却曲线
γ-Fe→α-Fe的同素异构转变过 程示意图
第一章 金属的结构与结晶 纯铁的同素异构转变 液态纯铁在1538℃进行结晶，得到 具有体心立方晶格的δ-Fe，继续 冷却到1394 ℃时发生同素异构转 变，δ-Fe转变为面心立方晶格的 -Fe，再冷却到912℃时又发生同 素异构转变，γ-Fe转变为体心立 方晶格的α—Fe，如再继续冷却到 室温，晶格的类型不再发生变化。
热分析法装臵示意图
1—电炉 2—坩埚 3—金属液 4—热电偶
纯金属的冷却曲线
第一章 金属的结构与结晶 实际结晶温度(T1)低于理论结晶温度(T0)这一现象称为‚过冷现象‛。 理论结晶温度和实际结晶温度之差称为过冷度(△T=T0-T1)。金属结晶 时过冷度的大小与冷却速度有关。冷却速度越快，金属的实际结晶温度 越低，过冷度也就越大。
晶界处的原子排列是不规则的， 原子处于不稳定的状态。 在一颗晶粒内部 ，小晶块，它们 相互嵌镶成一颗晶粒，这些小 晶块称为亚晶粒 ，亚晶粒之 间的界面称为亚晶界 ，亚晶 界处的原子排列与晶界相似， 也是不规则的。
亚晶示意图 晶界的过渡结构示意图
金属材料学-自制资料
1.固溶强化元素有钨、钼、铬。
铬提高钢的化学稳定性。
钨、钼，可产生“二次硬化”，以保证热硬性，同时较多的碳化物可显著地提高耐磨性。
2.合金元素对淬火钢回火转变的影响主要有以下三点：①提高回火稳定性。
提高回火稳定性作用较强的合金元素有：V、Si、Mo、W、Ni、Co等。
②产生二次硬化（包括两种情况）。
③增大回火脆性（第二类回火脆性） 3.奥氏体形成元素：在γ-Fe中有较大溶解度并能稳定γ-Fe的元素（Mn、Ni、Co、C，N，Cu等）；铁素体形成元素：在α-Fe中有较大溶解度并使γ-Fe不稳定的元素（Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si 、B、Nb、Zr等）4.①钛、锆、铌、钒是强碳化物形成元素；②钨、钼、铬是中等强度碳化物形成元素；③锰和铁属于弱碳化物形成元素。
5.Si和Mn的作用主要是提高淬透性，同时也提高了屈强比，而以Si的作用最突出，但Si在加热时促进表面脱碳，Mn则使钢易于过热。
重要用途的合金弹簧钢必须加入Cr、V、W等元素。
6.热作模具钢，热强性、抗热疲劳性能和抗氧化性。
热作模具钢的合金化特点：热作模具钢的含碳量大多是中碳（0.30~0.50％C）范围。
钢中加入铬、镍、钨、钼、钒、硅、锰等合金元素。
铬、硅、锰提高淬透性。
镍可提高钢的韧性，并与铬、钼一起提高耐热疲劳性能。
钨、钼、钒可产生二次硬化效果，钼还能防止第二类回火脆性、提高高温硬度和回火稳定性。
铬和硅还能提高抗氧化和抗烧蚀性。
在高铬不锈钢、铬镍及铬锰奥氏体不锈钢、高合金耐热钢及耐热合金中，都会出现ó相。
伴随着ó相的析出，脆性增加，钢和合金的塑性和韧性显著下降。
ó相具有高硬度，属正方晶系。
7. Mn和Si是有益杂质提高强硬度、固溶强化，S和P是有害杂质，但可以改善钢的切削加工性能。
8.“低合金”是指钢中合金元素总含量不超过3%。
9.F （铁素体）+P（珠光体）：含碳量越低F↑,含碳量越高P↓。
10. 15MnTi （铁素体-珠光体钢/工程结构钢），含碳量为15~16%，Mn起固溶强化的作用，Ti起沉淀强化的作用。
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结构材料的性能要求5
舒适性与装饰性 －现代要求且是发展趋势 －表面质量与涂装 －金属光泽与抗氧化 －抗震降噪隔热 －色彩（如彩钢） －特殊性能（如抗菌、手感）
主要结构材料
硅酸盐材料：价格低廉，年用量上千亿吨； 其中天然沙石量上千亿吨，水泥22.1亿吨 (中国10.6亿吨，占48%)，陶瓷1.85亿吨(中 国0.96亿吨，占52%) 木材：天然材，但涉及环境保护，年消耗量 约40亿立方米 (中国约5亿立方米） 钢铁材料：年产量11.29亿吨(中国3.5239亿吨， 占31%） 有色金属：年产量8100万吨(中国1635万吨) 高分子材料：塑料年产量2.12亿吨(中国2199 万吨)
4
19 79 19 81 19 83 19 85 19 87 19 8 19 9 9 19 1 93 19 95 19 97 19 99 20 01
year
CC ratio, %
采用先进钢铁生产工艺技术
炼铁 Ironmaking 炼钢 Steelmaking 连铸 Continuous casting 轧钢 Hot rolling
生产结构调整
产品结构变化 工艺装备调整 棒线材转向扁平材 开发高质量和新型钢材 小方坯连铸-棒线材轧制 板坯连铸-扁平材轧制 扩大高炉炉容 转炉大型化 超高功率电炉
地区结构调整
年份 华北 东北 东部 中南 西南 西北 1950 12.72 82.83 1.95 0.90 1.61 0 1970 19.96 37.32 23.70 13.57 4.51 0.94 1980 21.51 26.44 24.74 15.05 10.34 1.91 1990 22.69 20.89 27.57 16.64 9.38 2.82 1998 26.10 14.30 31.60 15.80 8.80 3.40
微合金钢与微合金化技术是钢铁材料 发展的重要方向
超细晶粒钢，微米级晶粒尺寸的获得与控 制 超微细第二相强化钢，纳米级第二相的获 得与控制 屈强比问题，提高抗拉强度及均匀延伸率 是重要方向，而第二相与夹杂物的尺寸控 制是钢铁材料中微裂纹尺寸控制的关键
电炉炼钢新技术
20年后，电炉炼钢将成为最主要的钢铁生 产方式（废钢原料将超过铁矿石原料） 超大功率 节能降耗 紧凑生产
中国水泥产量发展
中国水泥年产量 120000 100000 80000 万吨 60000 40000 20000 0 1975 1980 1985 1990 年 1995 2000 2005
钢铁材料的特点
资源丰富
地壳中5%的丰度
性能优良且多样
强度和韧度 耐腐蚀性能 提高成材率： 连铸比与粗钢产量
18000 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 crude steel CC ratio 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 crude steel tonnage, 10 tons
温 度， ℃ 912
0.77% 0.0218%
727
1
2
3 C, %
4
5
6
6.69
Fe-Fe3C相图：特征点
A:0%C,1538℃ B:0.52%C,1495℃ C:4.3%C,1148℃ D:6.69%C,约1227℃ E:2.11%C,1148℃ F:6.69%C,1148℃ G:0%C,912℃ H:0.09%C,1495℃ J :0.17%C,1495℃ K:6.69%C,727℃ N:0%C,1394℃ P:0.0218%C,727℃ Q:0%C,-273℃ S:0.77%C,727℃
金属材料学
2007年 2007年 9月
一、引言
材料是人类社会发展的基础
材料、能源、信息 构成人类文明，而 材料是基础 任何物质只要能为 人类经济地使用， 就成为材料 结构材料是基础的 基础 人类社会的发展是 以材料作为基础标 志的 －旧石器时代 －新石器时代（陶 器） －铜器时代 －铁器时代
结构材料的性能要求1
Fe-Fe3C组织图
L
度 ，
Ld
温
℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃
P 1 2 3 C，% ， 4
铜在钢中的应用与控制
废钢原料的大量应用必然带来铜在钢中的 富积 铜在钢中产生热脆 铜提高钢的耐候性 铜在钢中可产生强烈的沉淀析出强化
AlN在钢中的作用研究
铝广泛用于脱氧，故在钢中普遍存在，合 金化成本低廉 AlN不仅可能以六方ZnS晶体结构的形态存 在，近年来发现还可能以面心立方NaCl晶 体结构的形态出现，从而具有类似于微合 金碳氮化物的作用 奥氏体区析出控制晶粒粗化并适当调节形 变奥氏体再结晶行为，铁素体区析出产生 强烈沉淀强化效果
提高性能
改善钢材品种结构
钢带 6% 中厚钢板 13% 钢管 7% 其他 1% 线材 19% 优质型材 6%
薄钢板 13%
普通型材 35%
增加品种：How many different types of steel grades are available?
Steel is not a single product. There are currently more than 3,500 different grades of steel with many different properties-physical, chemical, environmental, 75% of which have been developed in the last 20 years. Sources:
Fe-Fe3C相图：三相平衡反应
1、1495℃： δ-铁素体(0.09%C)+L液相(0.52%C)↔A奥氏 体(0.17%C) 2、1148℃： L液相(4.3%C)↔A奥氏体(2.11%C)+Fe3C 3、727℃： A奥氏体(0.77%C)↔铁素体(0.0218%C)+Fe3C
Fe-Fe3C相图：基本相
我国2003年人均占有钢已达到世界平均水 平约160kg/人，总产量达到2.24亿吨。2005 年钢产量为3.52亿吨，人均267kg。预计近 年内将达到5亿吨左右的峰值，人均占有钢 达到350-400kg/人 中国要实现全面工业化，达到发达国家整 体水平，基础设施建设时间约需50年，累 积用钢应达到200-300亿吨（人均15-20吨） 中国后工业化社会仍需保持200kg/人年，即 3亿吨/年的钢铁材料生产供应水平
提高产量
1200 production, million metric tons 1000 800 600 400 200 0 1980 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 China World
中国钢铁产量的发展空间
目前世界人均钢产量160kg/年 发达国家在实现工业化期间，人均钢产量 300-1000kg/年，持续生产时间为50-80年， 人均累积用钢25-50吨 发达国家基础设施建设达到饱和后，仍保 持人均300-500kg/年的生产供应水平 在后工业化社会，钢铁材料仍占全部金属 材料的90%以上
结构材料的性能要求3
易于成型和加工 －不同结构要求不同的形状 －流态成型（铸造、沉积） －半固态成型（带液芯轧制或锻造） －固态成型（压力加工：热加工与冷加工） －固态成型（机械加工：反复软化与硬化） －连接成型（焊接、粘合、机械结合、复合、 涂饰）
结构材料的性能要求4
生产成本低廉且能大规模生产 －资源丰富且易于开采 －接近自然平衡态（硅酸盐材料具有特殊优 势） －满足大规模生产要求（生产工艺技术、成 型工艺技术、产品生产工艺技术、性能提 高的工艺技术等） －环境友好
高炉喷吹煤粉技术 降低炼铁各工序能耗 溅渣护炉技术 转炉复吹技术 电炉炼钢技术 二次精炼技术 传统连铸生产的高效化 新型连铸技术 确立先进轧钢生产流程 生产装备和技术的现代化 开发新型轧钢生产技术
高炉喷煤技术 10年多喷吹煤粉（重点高炉喷煤比达到120kg/t） 节约焦炭712万吨，节约成本11亿元。 溅渣护炉技术 普通转炉最长炉龄已大于3万炉（重点企业平均 3600炉），复吹炉最高大于2.9万炉。按年产1亿 吨转炉钢计算年经济效益3亿元。 连铸工艺与装备技术 10年间连铸比增加61.9个百分点，节约成本约95 亿元。 棒线材连轧 10年间共提高了45个百分点，节约成本17亿元。 综合节能技术 10年降低0.691吨标煤，节约成本356亿元。
Fe-Fe3C相图：相区
ABCD线以上：L相区（液相区） AHN区：δ-铁素体区 GPQ区：α-铁素体区 5个单相区 NJESG区：奥氏体区 DFK线：Fe3C区 ABH区：δ-铁素体＋液相区 HJN区：δ-铁素体＋奥氏体区 JBCE区：奥氏体＋液相区 CDF区：Fe3C＋液相区 7个双相区 EFKS区：奥氏体＋Fe3C区 GPS区：铁素体+奥氏体区 QPK线以下：铁素体+ Fe3C区
高效化生产工艺
生产结构优化的重点： 缩短工艺优化流程，紧凑化、连续化 实现封闭生产，达到零排放 管理信息化，生产智能化 环境友好，建立节能型钢铁厂
薄板坯连铸连轧高效化生产工艺
国外薄板坯连铸连轧生产线水平为：单流130万吨，双流 200万吨。 国内投产的7条薄板坯连铸连轧生产线，研究开发和采用 高效化生产工艺，使单流产量达到150万吨/年，双流产量 达到300万吨/年。 将对我国和世界薄板坯连铸连轧生产工艺产生巨大的影响
稳定的形态（温度、湿度、外力作用下稳 定） －较高的刚度（排除了气体和液体） －较高的承载能力（屈服强度与断裂强度， 抗拉、抗压、抗弯、耐磨、抗疲劳，轻量 化要求如高层建筑、运输工具） －温度稳定性（冷脆、热强性） －环境介质作用稳定性（耐候性）
结构材料的性能要求2
安全性 －韧性（冲击载荷作用下吸收能量） －耐温（不同使用条件下有不同要求，如低 温钢、耐火钢） －耐蚀（不同使用条件下有不同要求，如耐 候钢、耐海水腐蚀钢、耐酸钢） －自我修复（如加工硬化）