第6章 合金钢
第六章 热处理简答题
第六章钢的热处理1、什么是钢的热处理？钢的热处理的特点和目的是什么？答：钢的热处理是将固态金属或合金采用适当的方式进行加热、保温和冷却,以获得所需的组织结构和性能的工艺。
钢的热处理的特点是在固态下，通过加热、保温和冷却，来改变零件或毛坯的内部组织,而不改变其形状和尺寸的热加工工艺.钢的热处理的目的是改善零件或毛坯的使用性能及工艺性能.2、从相图上看，怎样的合金才能通过热处理强化?答：通过热处理能强化的材料必须是加热和冷却过程中组织结构能够发生变化的材料，通常是指:（1)有固态相变的材料;(2）经受冷加工使组织结构处于热力学不稳定状态的材料；(3）表面能被活性介质的原子渗入.从而改变表面化学成分的材料.3、什么是退火？其目的是什么？答：退火是将金属或合金加热到适当温度,保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。
其目的可概括为“四化”,即软化(降低硬度适应切削加工和冷冲压要求）；均匀化(消除偏析使成分和组织均匀化)；稳定化（消除内应力、稳定组织保证零件的形状和尺寸）；细化（细化晶粒、提高力学性能）。
4、亚共析钢热处理时,快速加热可显著提高屈服强度和冲击韧性，为什么？答:快速加热可获得较大的过热度，使奥氏体形核率增加,得到细小的奥氏体晶粒，冷却后的组织晶粒也细小。
细晶粒组织可显著提高钢的屈服强度和韧性。
5、热轧空冷的45钢在正常加热超过临界点A c3后再冷却下来,组织为什么能细化？答:热轧空冷的45钢室温组织为F+P，碳化物弥散度较大,重新加热超过临界点A c3后,奥氏体形核率大,起始晶粒细小，冷却后的组织可获得细化。
7、确定下列钢件的退火方法，并指出退火的目的及退火后的组织。
（1）经冷轧后的15钢钢板,要求降低硬度；(2）ZG35的铸造齿轮；（3)改善T12钢的切削加工性能; (4）锻造过热的60钢坯.答:（1)再结晶退火,消除加工硬化及内应力，退火组织为P+F.（2)去应力退火，消除铸造内应力，组织为P+F。
第6章 钢的热处理
保温
普通热处理
退火、正火、淬火、回火。
表面淬火
表面热处理
时间
化学热处理
预备热处理、最终热处理 毛坯成型 → 预备热处理 → 机械加工（粗加工）→ 最终热处理 → 精加工
5 状态图中三条重要线及加热和冷却速度对线的位置的影响
A3 A1 0 0.77 2.11 4.3 6.69
硬度650HB，塑性和韧性差
原因：碳过饱和程度大，晶格畸变大，
淬火内应力大，存在显微裂纹，
容易导致脆性断裂的出现，微 细孪晶存在破坏了滑移系使脆 性增大，塑性和韧性差。
孪晶M
M的硬度主要取决于含碳量
M 转变是在 Ms ～ Mf 进行。
残余A量随含碳量的增多而增多，即C↑ → A残↑
（三）影响C曲线的因素
1 碳的影响
亚共析钢和过共析钢C曲线上部
多出一条先共析相析出线。
A过转变前，亚共析钢析出F，过共析钢析出Fe3C 剩下的Ａ过达到共析成分，再发生Ｐ类型转变。
共析钢C曲线最靠右，所以：共析钢A过最稳定。
亚共析钢随含碳量↑， C曲线向右移， A过稳定性↑。
过共析钢随含碳量↑， C曲线向左移， A过稳定性↓。
A+F F+P
A + Fe3CⅡ P+ Fe3CⅡ
2 冷却介质的选择
保证有足够的冷却速度V冷＞Vk；
V冷↑→ 热应力和组织应力↑ 650 ℃～ 400℃： V冷要快
650℃ 550℃ 400℃
vk
常用淬火介质：水、盐水、矿物油
水：在650℃～400℃冷速很大，对A稳定性较小的碳钢非常有利。 但300 ℃～200 ℃冷速仍很大，组织应力大，易变形和开裂。 盐水：由于NaCl晶体在工件表面析出和爆破，破坏包围在工件表面的 蒸 汽膜，使冷速加快，而且可以破坏加热产生的氧化皮，使其 剥落。盐水淬火容易得到高硬度和光洁表面。但300 ℃～200 ℃ 冷速仍很大，组织应力大，易变形和开裂。 适用于形状简单、硬度要求高、表面要求光洁、变形要求不严格 的碳钢零件，如：螺钉、销钉、垫圈等。 矿物油：冷却能力弱：650℃～550℃，18℃水的冷却强度为1， 则50℃
(整理)第6章金属及合金的塑性变形
第6章 金属及合金的塑性变形6-1 金属的变形特性金属在外力作用下的变形行为可用拉伸曲线来描述。
设拉力为P ，试样伸长量为dl ，则应力σ和应变ε分别为：A P σ=； ldl ε= 式中，A 为试样的截面积。
在拉伸过程中，A 和l 是变化的，在工程上，为了简化问题，A 常用A 0来代替，ε也用平均值表示ε=(l －l 0)/l 0，这样测得的σ-ε曲线称工程σ-ε曲线。
一、工程σ-ε曲线P161图1是低碳钢拉伸时的工程σ-ε曲线。
当应力低于σs 时，没有残留变形，大于σs 时，开始发生塑性变形。
所以，σs 是发生塑性变形的最小应力，称屈服强度。
屈服强度也是弹性极限σe （弹性变形的最大应力）。
在弹性变形阶段，当应力小于σp 时，σ-ε呈线性，服从虎克定律： εE σ=式中，E 是直线的斜率，称材料的弹性模量。
开始偏离直线的应力σp 称比例极限。
当应力超过σs 时，开始发生塑性变形。
随着塑性变形的增加，应力增大，这种现象称加工硬化。
当应力达到最大值σb 时，开始下降，直到断裂。
最大值σb 称材料的抗拉强度。
超过此值，试样发生局部颈缩，即发生了不均匀塑性变形。
所以，σb 是材料发生均匀塑性变形的最大应力。
注意，应力超过σb 后下降，并不是加工硬化失效。
在结构材料中，我们关心的力学指标是σs 和σb ，它们和硬度一起称做强度指标。
在实际应用中，σs 值是无法测量的，通常用发生0.2%塑性变形时对应的应力值来表示屈服强度，称条件屈服强度。
通常我们所说的材料的力学性能，除了上述强度指标外，还有两个塑性指标，延伸率、断面收缩率。
延伸率是指发生断裂时，试样的伸长率：%10000⨯-=l l l δσσ断面收缩率是指发生断裂时，试样截面积的变化率：%10000⨯-=A A A ψ 二、真应力-真应变曲线（T T εσ-曲线） 工程应力与真实应力之间的不同是容易发现的。
下面看看工程应变与真实应变的不同。
拉伸一个试样，使其伸长一倍，则工程应变1/)2(000=-=l l l ε；若是压缩，要获得同样数值的负应变，理应压缩到原长度的一半。
第六章 钢的热处理
第一节 概述
热处理的概念
热处理是将固态金属 或合金在一定介质中加 或合金在一定介质中加 保温和冷却， 热、保温和冷却，以改 变材料整体或表面组织， 变材料整体或表面组织， 从而获得所需性能的工 艺。 热处理工序 预备热处理—为随后的加工（冷拔、冲压、切削） 预备热处理 为随后的加工（冷拔、冲压、切削）或进一步 为随后的加工 热处理作准备的热处理。 热处理作准备的热处理。 最终热处理—赋予工件所要求的使用性能的热处理 最终热处理 赋予工件所要求的使用性能的热处理. 赋予工件所要求的使用性能的热处理
残余Fe3C溶解
4. 奥氏体成分均匀化
延长保温时间， 延长保温时间，让碳原子 充分扩散， 充分扩散，才能使奥氏体 的含碳量处处均匀。 的含碳量处处均匀。
A 均匀化
第二节 钢在加热时的转变 共析钢奥氏体化过程
第二节 钢在加热时的转变
（二）亚共析钢和过共析钢的奥氏体形成过程
亚共析钢和过共析钢与共析钢的区别是有先共析 亚共析钢和过共析钢与共析钢的区别是有先共析 其奥氏体的形成过程是先完成珠光体向奥氏体的 相。其奥氏体的形成过程是先完成珠光体向奥氏体的 转变，然后再进行先共析相的溶解 这个P→A 先共析相的溶解。 P→A的转变 转变，然后再进行先共析相的溶解。这个P→A的转变 过程同共析钢相同，也是经过前面的四个阶段。 过程同共析钢相同，也是经过前面的四个阶段。 对于亚共析钢，平衡组织F+P，当加热到AC1以上温 对于亚共析钢，平衡组织F+P，当加热到A 亚共析钢 F+P 度时，P→A， 的升温过程中，先共析的F 度时，P→A，在AC1～AC3的升温过程中，先共析的F逐 渐溶入A 渐溶入A， 对于过共析钢，平衡组织是Fe +P，当加热到A 对于过共析钢，平衡组织是Fe3CⅡ+P，当加热到AC1 共析钢 以上时，P→A， 的升温过程中， 以上时，P→A，在AC1～ACCM的升温过程中，二次渗碳体 逐步溶入奥氏体中。 逐步溶入奥氏体中。
第六章 工业用钢(含答案)
第六章金属材料一、填空题（在空白处填上正确的内容）1、合金工具钢的牌号与合金结构钢的区别仅在于用一位数字来表示钢中平均含碳量的________，当含碳量________时，则不予标出。
答案：千分之几、大于或等于1.0%2、影响铸铁石墨化的主要因素是铸铁的________和________。
答案：化学成分、冷却速度3、黄铜是________合金。
答案：铜锌4、调质钢的碳含量为0.25～0.5％，主加元素通常为Cr、________、Si、________，辅加元素的作用分别为：Mo、W、V、Ti、B，热处理原则为________。
答案：Ni、Mn、淬火＋高温回火5、在机械制造中常用的特殊性能钢有________钢、耐热钢和________钢。
答案：不锈、耐磨6、铝合金按其成分和工艺特点分为形变铝合金和________。
答案：铸造铝合金7、碳钢的________可以满足一般机械和工具的要求，故在机械制造中应用广泛。
答案：力学性能8、影响铸铁石墨化主要因素是铸铁的________和________。
答案：化学成分、冷却速度9、合金调质钢的含碳量在________之间，合金调质钢的典型热处理工艺是________，处理后获得________组织，使零件具有优良的综合力学性能。
）答案：0.25%～0.5%、调质处理（淬火+高温回火）、回火索氏体（S回10、磷在常温下能溶入铁素体，使钢的强度、硬度增加，但塑形和韧性显著下降，尤其在低温更为严重。
这种在低温时使钢严重变脆的现象叫________。
答案：冷脆11、从不锈钢合金化原理来看，要提高金属的抗蚀能力，一方面要尽量使合金________，另一方面是________。
答案：呈单一的均匀的组织、提高合金的电极电位12、铝合金按其成分和工艺特点分为形变铝合金和________。
答案：铸造铝合金13、铸铁中的碳和硅是________（促进或阻碍）石墨化的元素，锰是________（促进或阻碍）石墨化的元素。
第6章 耐热钢和耐热合金
因此，欲得到抗氧化钢，就要形成具有致密晶格、连续、牢固附着的氧化物 层。
2. 提高钢抗氧化性的途径
主要采取合金化的方法。一般加Cr、Al、Si，它们与O亲和力比Fe大，选择 性氧化形成 结构致密、稳定、与基体结合牢固的 Cr2O3、 A12O3、 SiO2 氧化膜。 抑制或避免疏松FeO生成和长大，起保护作用，使钢不发生继续氧化。 铬：提高钢抗氧化性的主要元素。在600-650℃ Cr5％、800℃ Crl2％、 950℃ Cr20％、1100℃ Cr28％才满足抗氧化性。 Al、 Si:也是提高抗氧化性 有效 元素，但增加钢的脆性，因此很少单独加入， 常常和Cr一起加入。 Ni、Mn：对钢的抗氧化性能影响较弱。 C、N：固溶时对钢的抗氧化性影响不大；形成化合物时防碍钢表面氧化膜连 续性，因而↓钢的抗氧化性。 Mo、V：生成氧化物熔点较低，使抗氧化性变坏。 稀土元素：↑钢的抗氧化性。主要是由于稀土元素可消除高温下晶界优先氧化 现象。 除了加入合金元素外，还采用渗金属方法，如渗铝、渗铬或渗硅等以提高 钢的抗氧化能。
四、耐热钢及耐热合金的分类
P耐热钢 Fe 为基的耐热钢 M耐热钢 F抗氧化钢 A耐热钢 Fe为基的耐热钢 A抗氧化钢 镍基耐热合金：以Cr 20 Ni80合金为基础发展起来的，类似的还有钴基合金 Mo基 Ta基 难熔金属耐热合金 Nb基 金属陶瓷
化学成分及热处理：
C高于低碳珠光体热强钢。为↑淬透性和回火稳定性，以Cr、Mo为主适量加 Ti、Nb、V、B等，含量稍高。如25Cr2MoVA、20Cr1Mo1VNbTiB等。
淬火＋高温回火
叶片钢：汽轮机叶片，工作温度450～620℃ 二、马氏体耐热钢 阀门钢：汽车、内燃机排气阀，工作温度700～850℃
合金钢材 (2)
合金钢材1. 简介合金钢是一种由铁和其他元素（如碳、铬、镍、钼等）合金化制成的钢材。
相比普通钢材，合金钢具有更高的强度、硬度和耐磨性。
由于其出色的性能，合金钢广泛用于制造工程机械、汽车零部件、航空航天器材和船舶等领域。
2. 合金钢的种类合金钢可以根据其成分和性能分为多种不同的类型，下面介绍几种常见的合金钢。
2.1. 碳钢碳钢中主要合金元素是碳，通常含碳量在0.2%至2.11%之间。
碳可以提高钢的硬度和强度，但会降低其韧性。
碳钢广泛应用于建筑和桥梁等领域。
2.2. 铬钢铬钢中添加了铬元素，通常含铬量在12%至30%之间。
铬能提高钢的耐腐蚀性和抗氧化性能。
铬钢常用于制造不锈钢、汽车零部件和压力容器等。
2.3. 镍钢镍钢中加入了镍元素，通常含镍量在3%至25%之间。
镍能提高钢的韧性和耐腐蚀性。
镍钢广泛应用于船舶和航空航天器材等领域。
2.4. 钼钢钼钢中添加了钼元素，通常含钼量在0.25%至5%之间。
钼能提高钢的强度和韧性，同时还具有耐磨性和耐高温性能。
钼钢常用于制造高速切削工具和先进的合金材料。
3. 合金钢的制造合金钢的制造过程可以分为以下几个步骤：3.1. 配料首先，根据合金钢的配方要求，将铁矿石、废钢、回炉料等原料按照一定比例混合。
同时，根据不同的合金元素要求，加入适量的合金元素粉末。
3.2. 炼钢配料完成后，原料进入炼钢炉进行冶炼。
在冶炼过程中，高温下的还原剂将氧化铁还原为金属铁，并与合金元素结合，形成合金钢。
3.3. 出钢冶炼完成后，将熔融的合金钢浇铸成坯料。
根据需要，坯料可以进一步加工成不同形状的钢材，如板材、型材、圆钢等。
3.4. 热处理为了提高合金钢的性能，常常需要进行热处理。
常见的热处理方法包括退火、正火、淬火和回火等。
通过热处理，可以改善合金钢的硬度、强度和韧性。
4. 合金钢的应用合金钢由于其优异的性能，被广泛应用于各个领域。
•在工程机械制造中，合金钢可用于制造挖掘机斗齿、履带链轮以及高强度的传动轴等零部件。
合金钢的分类及牌号
根据用途，合金钢可以分为结构钢、工具钢、不锈钢、耐热钢等。根据合金元素的种类和含量，合金钢可以分为 低合金钢、中合金钢、高合金钢等。根据金相组织，合金钢可以分为珠光体钢、奥氏体钢、马氏体钢等。这些分 类方式并不是互斥的，而是可以根据实际情况进行交叉分类。
PART 02
合金钢的分类
PART 02
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2023 WORK SUMMARY
合金钢的分类及牌号
REPORTING
目录
• 引言 • 合金钢的分类 • 合金钢的牌号 • 合金钢的应用领域 • 总结
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目录
• 引言 • 合金钢的分类 • 合金钢的牌号 • 合金钢的应用领域 • 总结
汽车工业
总结词
汽车工业是合金钢的重要应用领域之一，主 要用于制造汽车零部件和车身结构件。
详细描述
由于合金钢具有高强度、高韧性、良好的耐 腐蚀性和加工性能等特点，因此在汽车工业 中被广泛应用。例如，汽车的车身结构件、 底盘件、发动机部件等重要零部件多采用合 金钢制造，以提高汽车的安全性和可靠性。
汽车工业
建筑行业
总结词
建筑行业是合金钢的重要应用领域之一，主要用于桥梁、高层建筑、工业厂房等 大型建筑的结构件和连接件。
详细描述
由于合金钢具有高强度、高韧性、良好的焊接性能和耐腐蚀性等特点，因此在建 筑行业中被广泛应用。例如，高层建筑的梁、柱、板等结构件多采用合金钢制造 ，以提高建筑的安全性和稳定性。
机械制造
按化学成分分类
低合金钢
含有少量合金元素，如锰、硅、磷等， 主要用于制造对强度和韧性要求不高 的结构和机械零件。
中合金钢
高合金钢
含有大量合金元素，如铬、镍、钨、 钴等，主要用于制造对强度、韧性和 耐腐蚀性要求极高的工模具、不锈钢 和耐热钢等。
(完整版)低合金钢与合金钢
6、不锈钢和耐热钢
含碳量+合金元素符号+该元素百分含量+……
含碳量以千分之一为单位。
含碳量的表示方
法为：
涡
轮
①当平均含碳量
叶
片
≥1.00%时，用两
位数字表示，如
11Cr17(平均含碳
量为1.10%)；
② 当1.0%>平均含碳量≥0.1%时，用一位数字表示, 如2Cr13（平均含碳量为0.20%）
第六章 工业用钢
工业用钢按化学成分分为碳素钢和合金钢两大类。 碳素钢是指含碳量低于
2.11%的铁碳合金。 合金钢是指为了提高钢
的性能，在碳钢基础上 有意加入一定量合金元 素所获得的铁基合金。
第一节 钢的分类及编号
一、钢的分类
1、按化学成分分 低碳钢 0.25%C
碳素钢 中碳钢 0.25~0.6%C 高碳钢 0.6%C
量的万分之几, 如ZG25.
2 5 吨 大 齿 轮 铸 件
铸钢件
第二节 钢中的杂质及合金元素
一、杂质元素对性能的影响
钢中的杂质一般是指Mn、Si、P、S。是由原料带入 或脱氧残留的元素。
1、Mn: 0.8%时为杂质, 是有益元素。作用为：
① 强化铁素体； ② 消除硫的有害作用。
2、Si：0.5%时为杂质， 是有益元素。作用为：
生沸腾。这种钢成材率高，但不致密。
按脱氧程度分 镇静钢：脱氧充分，组织致密，成材率低。 半镇静钢：介于前两者之间。
特殊镇静钢
1、碳素结构钢和低合金高强度钢
Q+最低屈服强度值+质量等级符号+脱氧方法符号
第六章 低合金钢与合金钢-《金属材料与热处理》中职通用第七版
二、合金模具钢
1. 冷作模具钢 冷作模具钢用于制造使金属在冷状态下变形的模具，
如冲裁模、拉丝模、弯曲模、拉深模等。
冲裁模
2. 热作模具钢 热作模具钢用于制造使金属在高温下成形的模具，如
热锻模、压铸模、热挤压模)等。
热锻模、压铸模和热挤压模
3.塑料模具钢 从儿童玩具到我们每天使用的生活用品，塑料制品在生
的低合金高强度结构钢、低合金耐候钢、低合金钢筋钢、 铁道用低合金钢、矿用低合金钢和其他低合金钢。
三、合金钢的分类(GB/T13304.2—2008)
1.按质量等级分类 (1)优质合金钢 (2)特殊质量合金钢 2.按主要性能及使用特性分类 (1)工程结构用合金钢 (2)机械结构用合金钢 (3)不锈、耐腐蚀和耐热钢 (4)工具钢 (5)轴承钢 (6)特殊物理性能钢 (7)其他 如焊接用合金钢等。
三、细化晶粒
几乎所有的合金元素都有抑制钢在加热时奥氏体晶
粒长大的作用，达到细化晶粒的目的。强碳化物形成元 素铌、钒、钛等形成的碳化物，以及铝(Al)在钢中形成 的AlN 和Al2O3，均能强烈地阻碍奥氏体晶粒的长大，使 合金钢在热处理后获得比碳素钢更细的晶粒。
四、提高钢的淬透性
除钴外，所有的合金元素溶解于奥氏体后，均可增加 过冷奥氏体的稳定性，推迟其向珠光体的转变，使C形曲 线右移，从而减小钢的淬火临界冷却速度，提高钢的淬透 性。
四、低合金钢与合金钢的牌号
五、钢铁及合金牌号统一数字代号体系
(GB/T17616—2013)
钢铁及合金牌号统一数字代号体系，简称“ISC”，它 规定了钢铁及合金产品统一数字代号的编制原则、结构、分 类、管理及体系表等内容。
§6-3 低合金钢
低合金钢是在碳素结构钢的基础上加入了少量(一般总合 金元素的质量分数不超过3%)的合金元素而得到的。由于合金 元素的强化作用，低合金钢比碳素结构钢(含碳量相同)的强度 要高得多，并且具有良好的塑性、韧性、耐腐蚀性和焊接性 能。 低合金钢广泛用于制造工程构件。
金属热处理习题及答案
第一章金属的晶体结构与结晶1．解释下列名词点缺陷，线缺陷，面缺陷，亚晶粒，亚晶界，刃型位错，单晶体，多晶体，过冷度，自发形核，非自发形核，变质处理，变质剂。
2.常见的金属晶体结构有哪几种？α-Fe 、γ- Fe 、Al 、Cu 、Ni 、Pb 、Cr 、V 、Mg、Zn 各属何种晶体结构？3.配位数和致密度可以用来说明哪些问题？4.晶面指数和晶向指数有什么不同？5.实际晶体中的点缺陷，线缺陷和面缺陷对金属性能有何影响？6.为何单晶体具有各向异性，而多晶体在一般情况下不显示出各向异性？7.过冷度与冷却速度有何关系？它对金属结晶过程有何影响？对铸件晶粒大小有何影响？8.金属结晶的基本规律是什么？晶核的形成率和成长率受到哪些因素的影响？9.在铸造生产中，采用哪些措施控制晶粒大小？在生产中如何应用变质处理？第二章金属的塑性变形与再结晶1．解释下列名词：加工硬化、回复、再结晶、热加工、冷加工。
2．产生加工硬化的原因是什么？加工硬化在金属加工中有什么利弊？3．划分冷加工和热加工的主要条件是什么？4．与冷加工比较，热加工给金属件带来的益处有哪些？5．为什么细晶粒钢强度高，塑性，韧性也好？6．金属经冷塑性变形后，组织和性能发生什么变化？7．分析加工硬化对金属材料的强化作用？8．已知金属钨、铁、铅、锡的熔点分别为3380℃、1538℃、327℃、232℃，试计算这些金属的最低再结晶温度，并分析钨和铁在1100℃下的加工、铅和锡在室温（20℃）下的加工各为何种加工？9．在制造齿轮时，有时采用喷丸法（即将金属丸喷射到零件表面上）使齿面得以强化。
试分析强化原因。
第三章合金的结构与二元状态图1．解释下列名词：合金，组元，相，相图；固溶体，金属间化合物，机械混合物；枝晶偏析，比重偏析；固溶强化，弥散强化。
2．指出下列名词的主要区别：1）置换固溶体与间隙固溶体；2）相组成物与组织组成物；3．下列元素在α-Fe 中形成哪几种固溶体?Si、C、N、Cr、Mn4．试述固溶强化、加工强化和弥散强化的强化原理,并说明三者的区别.5．固溶体和金属间化合物在结构和性能上有什么主要差别？6. 何谓共晶反应、包晶反应和共析反应?试比较这三种反应的异同点.7．二元合金相图表达了合金的哪些关系？8．在二元合金相图中应用杠杆定律可以计算什么？9. 已知A（熔点600℃）与B(500℃) 在液态无限互溶；在固态300℃时A溶于B 的最大溶解度为30% ，室温时为10%，但B不溶于A；在300℃时，含40% B 的液态合金发生共晶反应。
《建筑材料》第六章建筑钢材
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•图6.1 低碳钢受拉的应力-应变图
《建筑材料》第六章建筑钢材
(1)弹性阶段(O—A)
在OA范围内应力与应变成正比例关系，如 果卸去外力，试件则恢复原来的形状，这个阶段 称为弹性阶段
弹性阶段的最高点A所对应的应力值称为弹 性极限σp。当应力稍低于A点时，应力与应变呈 线性正比例关系，其斜率称为弹性模量，用E表 示，E=σ/ε。
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《建筑材料》第六章建筑钢材
•图6.2 冲击韧性试验图
•(a)试件尺寸；(b)试验装置；(c)试验机 •1—摆锤；2—试件；3—试验台；4—刻度盘；5—指针
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《建筑材料》第六章建筑钢材
•3 疲劳强度
钢材在交变应力的反复作用下，往往在应力 远小于其抗拉强度时就发生破坏，这种现象称为疲 劳破坏。
磷能使钢的强度、硬度提高，但显著降低钢 材的塑性和韧性，特别是低温状态的冲击韧性下 降更为明显，使钢材容易脆裂，这种现象叫做冷 脆性。
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《建筑材料》第六章建筑钢材
(4)氧、氮
未除尽的氧、氮大部分以化合物的形式存在， 如FeO、Fe4N等。这些非金属化合物、夹杂物降 低了钢材的强度、冷弯性能和焊接性能。氧还使 钢的热脆性增加，氮使冷脆性及时效敏感性增加。 （硫、磷、氧、氮是钢材中的有害杂质）
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《建筑材料》第六章建筑钢材
(2)氧气转炉炼钢 以熔融的铁水为原料，由转炉顶部吹入高纯
度氧气，能有效地去除有害杂质，并且冶炼时间 短(20~40min)，生产效率高，所以氧气转炉钢质
(3)电炉炼钢 以电为能源迅速将废钢、生铁等原料熔化，
并精炼成钢。电炉又分为电弧炉、感应炉和电渣 炉等。
金属材料与热处理习题集
《金属材料学》习题第一章金属材料的性能1.在设计机械零件时多用哪两种强度指标？为什么？2.在设计刚度好的零件，应根据何种指标选择材料。
采用何种材料为宜？材料的E越大，其塑性越差，这种说法是否正确？为什么？3.常用的硬度试验方法有几种？其应用范围如何？这些方法测出的硬度值能否进行比较？4.标锯不相同的伸长率能否进行比较？为什么？5.反映材料的受冲击载荷的性能指标是什么？不同条件下测得的这种指标能否比较？怎样应用这种性能指标？6.疲劳破坏是怎样形成的？提高零件疲劳寿命的方法有哪些？为什么表面粗糙和零件尺寸增大能使材料的疲劳强度值减小？7.断裂韧度是表明材料何种性能的指标？为什么要求在设计零件时考虑这种指标？第二章金属的结构与结晶1.解释下列名词：晶体，非晶体，金属键；晶格，晶胞，晶格常数，致密度，配位数；晶面指数，晶向指数；晶体的各向异性，同素异构（晶）转变；点缺陷，线缺陷，面缺陷，亚晶粒，亚晶界，位错；单晶体，多晶体；过冷度，形核率，成长率，自由能差；变质处理，变质剂。
2.常见的金属晶体结构有哪几种？它们的原子排列和晶格常数有什么特点？α-Fe、γ-Fe、Al、Cu、Ni、Pb、Cr、V、Mg、Zn各属何种晶体结构？3.已知Cu的原子直径为，求Cu的晶格常数，并计算1mm3Cu中的原子数。
4.在立方晶体结构中，一平面通过y＝1/2、z＝3并平行于X轴，它的晶面指数是多少？试绘图表示。
5.在面心立方晶格中，哪个晶面和晶向的原子密度最大？6.为何单晶体具有各向异性，而多晶体在一般情况下不显示出各向异性？7.过冷度与冷却速度有何关系？它对金属结晶过程有何影响？对铸件晶粒大小有何影响？8.金属结晶的基本规律试什么？晶核的形成率和成长率受到哪些因素的影响？9.在铸造生产中，采用哪些措施控制晶粒大小？在生产中如何应用变质处理？举例说明。
10.简述铸钢锭的组织和缺陷。
11.为什么钢锭希望尽量减少柱状晶区？而铜锭、铝锭往往希望扩大柱状晶区？12.如果其他条件相同，试比较在下列铸造条件下，铸件晶粒的大小：（1）金属模浇注与沙模浇注；（2）高温浇注与低温浇注；（3）铸成薄件与铸成厚件；（4）浇注时采用震动与不采用震动。
合金钢分类以及用途
合金钢分类以及用途合金钢是指含有一定量的合金元素（如铬、镍、钼、钒等）的钢材。
由于合金元素的添加，合金钢具有更好的强度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性等特点，因此在工业界得到广泛应用。
下面将介绍合金钢的分类和主要用途。
1.不锈钢不锈钢是一种耐腐蚀性能很强的合金钢，主要添加合金元素如铬、镍等，以提高钢材的耐蚀性。
不锈钢主要分类为奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢和铁素体不锈钢等。
不锈钢常见的用途包括制造厨房用具、建筑装饰材料、化工容器、医疗器械等。
2.高速钢高速钢是一种耐高温和耐磨损的合金钢，主要添加合金元素如钨、钼等，以提高钢材的硬度和耐磨性。
高速钢具有优异的热硬性、热稳定性和耐冷热疲劳性能，广泛应用于机械加工行业，如制造刀具、钻头、刀片等。
3.合金结构钢合金结构钢是一种具有优良机械性能的合金钢，适用于一些需要较高强度和一定塑性的结构件。
主要添加的合金元素包括锰、硅、铬、钼、钒等。
合金结构钢的主要用途包括汽车零部件、建筑结构、桥梁、机械设备等。
4.弹簧钢弹簧钢是一种用于制造弹簧的合金钢，具有良好的弹性和韧性。
主要添加的合金元素包括硅、锰、铬等，以调节钢材的机械性能。
弹簧钢广泛应用于汽车、摩托车、电梯、航空航天等行业。
5.高强度钢高强度钢是一种具有较高抗拉强度和抗疲劳性能的合金钢，主要添加的合金元素包括硅、锰、钒等。
高强度钢常用于汽车、航空航天、船舶、桥梁、石油管道等领域，用于制造需要承受大载荷和较高强度要求的零部件。
6.铸造合金钢铸造合金钢是一种用于铸造工艺的合金钢，具有良好的流动性和可铸性。
常用的铸造合金钢包括耐磨合金钢、耐腐蚀合金钢、高温合金钢等。
铸造合金钢广泛应用于汽车、机械、石油化工、造船、冶金等行业。
总而言之，合金钢因其在机械性能、耐蚀性、耐磨性等方面的优异表现，得到广泛应用于各个行业。
以上介绍的合金钢分类和用途仅仅是常见的几种，实际上合金钢的种类和应用非常广泛，满足人们不同领域和需求。
合金钢教案高中化学
合金钢教案高中化学一、教学目标1. 了解合金钢的基本概念和组成成分。
2. 掌握合金钢的制备方法。
3. 了解合金钢的性质和应用。
4. 能够分析合金钢在实际生产与生活中的应用价值。
二、教学重点1. 合金钢的定义和主要组成。
2. 合金钢的制备方法。
3. 合金钢的性质和应用。
三、教学难点1. 合金钢与普通钢的区别。
2. 合金钢的合金元素选择及合金成分调整。
四、教学过程1. 导入通过引入合金钢在日常生活中的应用场景，引起学生的兴趣和好奇心。
2. 学习（1）合金钢的定义及主要组成。
合金钢是将铁作为基本成分，加入其他元素（如铬、镍、锰等）形成的合金。
合金钢可以根据不同的合金成分进行分类，如不锈钢、耐磨合金钢等。
（2）合金钢的制备方法。
工业上，合金钢的制备方法主要有淬火法、合金溶质法等。
（3）合金钢的性质和应用。
合金钢具有优良的抗腐蚀性、耐热性、耐磨性等性质，因此在航空、汽车、建筑等领域被广泛应用。
3. 拓展通过展示合金钢制品的实物样本，让学生更直观地了解合金钢的外观和特点。
4. 实践让学生通过实验，探究不同合金元素对合金钢性能的影响，培养其实验设计和数据分析能力。
5. 归纳总结合金钢的优点和应用领域，激发学生探索更多材料科学领域的兴趣。
6.作业要求学生通过查阅资料，了解合金钢的发展历史及未来发展趋势，并撰写一份简短的研究报告。
五、教学反思合金钢作为一种重要的结构材料，其在工业生产和日常生活中都有着广泛的应用。
通过本次教学，学生不仅能够了解合金钢的基本概念和制备方法，还能够进一步理解其性质和应用领域，培养学生对材料科学的兴趣和创新能力。
希望通过这样的教学模式，能够激发学生对化学学科的兴趣，提高其学习的积极性和主动性。
【加工】原创金属材料与热处理习题集
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采用何种材料为宜？材料的E越大，其塑性越差，这种说法是否正确？为什么？3.常用的硬度试验方法有几种？其应用范围如何？这些方法测出的硬度值能否进行比较？4.标锯不相同的伸长率能否进行比较？为什么？5.反映材料的受冲击载荷的性能指标是什么？不同条件下测得的这种指标能否比较？怎样应用这种性能指标？6.疲劳破坏是怎样形成的？提高零件疲劳寿命的方法有哪些？为什么表面粗糙和零件尺寸增大能使材料的疲劳强度值减小？7.断裂韧度是表明材料何种性能的指标？为什么要求在设计零件时考虑这种指标？第二章金属的结构与结晶1.解释下列名词：晶体，非晶体，金属键；晶格，晶胞，晶格常数，致密度，配位数；晶面指数，晶向指数；晶体的各向异性，同素异构（晶）转变；点缺陷，线缺陷，面缺陷，亚晶粒，亚晶界，位错；单晶体，多晶体；过冷度，形核率，成长率，自由能差；蜕变处理，蜕变剂。
2.常见的金属晶体结构有哪几种？它们的原子排列和晶格常数有什么特点？α-Fe、γ-Fe、Al、Cu、Ni、Pb、Cr、V、Mg、Zn各属何种晶体结构？3.已知Cu的原子直径为2.56，求Cu的晶格常数，并计算1mm3Cu中的原子数。
4.在立方晶体结构中，一平面通过y＝1/2、z＝3并平行于X轴，它的晶面指数是多少？试绘图表示。
5.在面心立方晶格中，哪个晶面和晶向的原子密度最大？6.为何单晶体具有各向异性，而多晶体在一般情况下不显示出各向异性？7.过冷度与冷却速度有何关系？它对金属结晶过程有何影响？对铸件晶粒大小有何影响？8.金属结晶的基本规律试什么？晶核的形成率和成长率受到哪些因素的影响？9.在铸造生产中，采用哪些措施控制晶粒大小？在生产中如何应用蜕变处理？举例说明。
10.简述铸钢锭的组织和缺陷。
11.为什么钢锭希望尽量减少柱状晶区？而铜锭、铝锭往往希望扩大柱状晶区？12.如果其他条件相同，试比较在下列铸造条件下，铸件晶粒的大小：（1）金属模浇注与沙模浇注；（2）高温浇注与低温浇注；（3）铸成薄件与铸成厚件；（4）浇注时采用震动与不采用震动。
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述性能要求，因此称为调质钢。
1．调质钢的化学成分调质钢的含碳量一般为 在合金调质钢中，主加元素是锰、硅、铬、镍、硼，主要目的是增大 钢的淬透性。
量具钢的热处理方法与刃具钢相似，进行球化退火，淬火+低温退火。
为了获得较高的硬度和耐磨性，回火温量 具在淬火后应立即进行冷处理，然后在150～ 160℃下低温回火；低温回火后还应进行一次 人工时效(110～150℃，24～36h)，尽量使 淬火组织转变为较稳定的回火马氏体并消除 淬火应力。量具精磨后要在120℃下人工时效
三、耐热钢
(一) 抗氧化钢
(二) 热强钢 提高材料高温强度的途径有：
① 提高再结晶温度。 ② 利用析出弥散相而产生强化。 ③ 采用较粗晶粒的钢。
四、高温合金
1．铁基和铁镍基高温合金 3．铸造高温合金 2．变形镍基合金
4．其它高温合金
第三节 耐磨钢
耐磨钢是指在强烈冲击载荷作用下才能产生硬化的高锰钢。 由于高锰钢极易加工硬化，使切削加工困难，故大多数高锰钢零件是采
六、超高强度钢
超高强度钢一般指 的合金结构钢。这 类钢主要用于航空、航天工业，其主要特点是具有很高的强度和足够的韧度， 且比强度和疲劳极限值高，在静载荷和动载荷的条件下，能承受很高的工作 应力，从而可减轻结构重量。虽然超高强度钢存在缺口敏感性，但其平面应
变断裂韧度较高，在复杂的环境下不致发生低应力脆性断裂。
(1)低淬透性调质钢 2．常用合金调质钢及热处理 (2)中淬透性调质钢 (3)高淬透性调质钢
(二) 非调质钢 通过锻造时控制终锻温度及锻后的冷却速度来获得具有很高强韧 性能的钢材，这种钢材称为非调质机械结构钢
三、合金弹簧钢
1．弹簧钢的化学成分合金弹簧钢的含碳量一般
合金弹簧钢的主加合金元素是锰
等， 2．常用弹簧钢及热处理 (1) 冷成形弹簧 A组
磨性均优于碳素刃具钢和低合金刃具钢，因此高速钢得到了广泛的应用。
(二)常用高速钢的类型和应用
钨系高速钢 通用型高速钢 常用高速钢可分为 高碳高速钢 高性能高速 钼系高速钢
钴高速钢
铝高速钢
(三) 高速钢的加工和热处理特点 1．高速钢的锻造
2．高速钢的热处理 淬火工艺比较特殊 第一，高速钢含有大量难溶合金碳化物 第二，高速钢合金元素含量高，导热性较差
低合金超高强度钢 超高强度钢通常按化学成分 二次硬化型超高强度钢 马氏体时效钢 超高强度不锈钢等
和强韧化机制分为四类，
第二部分 工具钢
第一节工具钢的分类及编号
一、工具钢的分类
1．按成分分 (1)碳素工具钢
(2)合金工具钢 (1)刃具钢 2．按用途分 (2)模具钢 (3)量具钢
二、工具钢的编号
碳素工具钢的编号方法在第五章中已作了介绍。
a) 碳钢的C曲线
b) 加入不形成碳化物
元素后的C曲线 c) 加入形成碳化物元素 后的C曲线
(1) 增大回火抗力(回火稳定性) (2) 产生“二次硬化”现象 (3) 出现第Ⅱ类回火脆性 (4) 增大氢脆倾向 镍、铬增大钢的氢脆倾向。
回火脆性 1一快冷2一慢冷
模块二
低合金钢和合金钢的分类与牌号
分类： 合金结构钢； 合金工具钢； 特殊性能钢。
模块一 合金元素在钢材中的作用
一、合金元素对钢中基本相的影响
1．镍、硅、铝、钴、铜等与碳的亲和力很弱的元素在钢中不 与碳化合，但能溶入铁素体，称为合金铁素体(也能溶入奥氏体)。
a)硬度
b)冲击韧度
合金元素对铁素体力学性能的影响
2．锰、铬、钼、钨、钒、铌、锆、钛等与碳亲和力较强(依次增
加元素) 在钢中形成碳化物。
高速钢的淬火、
回火工艺
第三节 模具钢
一、冷作模具钢
(一) 冷作模具钢的性能要求 1．高的硬度和高的耐磨性 2．足够的强度、韧性和疲劳强度
(二) 冷作模具钢的成分特点 1．含碳量高 2．加入较多的能形 成难溶碳化物、提高 耐磨性的元素如Cr、 Mo、W、V等，尤其
是 Cr。
(三) 冷作模具钢的热处理
用铸造成型的。
高锰钢主要用于制造坦克、拖拉机的履带、碎石机颚板、铁路道岔、挖掘 机铲斗的斗齿以及防弹钢板、保险箱钢板等。 另外，还因高锰钢是非磁性的，也可用于制造既耐磨又抗磁化的零件，
如吸料器的电磁铁罩等。
课后习题
• 1、为什么碳钢在室温下不存在单一奥氏体或单一铁素体 组织， 而合金钢中有可能存在这类组织？ • 2、合金渗碳钢中常加入哪些合金元素?它们对钢的热处理、 组织和性能有何影响? • 3、为什么合金弹簧钢把Si作为重要的主加合金元素?弹簧 淬火后为什么要进行中温回火?为了提高弹簧的使用寿命， 在热处理后应采用什么有效措施? • 4、铬镍钢突出的优点何在?主要缺点是什么?怎样克服其 缺点? • 5、一般刃具钢要求什么性能?高速切削刃具钢要求什么性 能?为什么? • 6、简述高速钢(W18Cr4V与W6M05Cr4V2)中合金元素的作用。
40Cr —合金结构钢； 9CrSi —合金工具钢 CrWMo—合金工具钢；1Cr18Ni9 —不锈钢
模块三
低合金钢
低合金结构钢
一、低合金高强度结构钢
1、化学成分特点 2、性能特点 性能特点 低合金结构钢的含碳量较低。 1．高的屈服强度与良好的塑性和韧性 2．有良好的焊接性能 3．具有一定的耐蚀性 4．热加工性能与低碳钢相近
2．阴极保护 3．磷化 4．发蓝、发黑 5．阳极化 6．涂漆层 7．涂防蚀油膏 1．铁素体不锈钢 二、常用不锈钢 2．马氏体不锈钢 3．奥氏体不锈钢 4．铁素体一奥氏体不锈钢 ( 双相不锈钢 ) 不锈钢
第二节
耐热钢与高温合金
一、高温强度及其指标
1一铬镍结构钢 2一铁素体耐热钢 3一奥氏体耐热钢 4一钴基耐热钢
（3）高淬透性
——高载荷、重要耐磨件 20Cr2Ni4A、18Cr2Ni4WA
3 热处理及使用状态的组织： （1）热处理工艺： 渗碳 + 淬火 + 低温回火 （2）组 织： 表面：高碳回火马氏体 心部：低碳回火马氏体 4 性能( “表硬心韧”) 表面硬——耐磨； 心部韧——抗冲击。
二、合金调质钢与非调质钢
在钢中形成的碳化物可分为两类： (1)合金渗碳体 (2)特殊碳化物
二、合金元素对
1．对S、E点位置的影响 2．对相区的影响
相图的影响
b)锰的影响
a)铬的影响
三、合金元素对钢热处理的影响
1．对奥氏体化和其晶粒长大的影响 2．对C曲线、淬透性和残余奥氏体的影响 3．对钢回火转变的影响
合金元素对C曲线的影响示意图
温度对不同合金强度的影响
1．蠕变极限
2．持久强度极限
金属的蠕变曲线
二、提高钢高温性能的途径
为了提高钢的抗氧化性，加人合金元素 等。 加入镧、铈等稀土元素可进一步提高铬钢的抗氧化性。 提高金属的热强性，最重要的是防止蠕变。 通常用熔点高的金属作为耐热合金的基体。 加入合金元素，例如钨、钼，提高再结晶温度。 高温下晶界强度低于晶内强度，加入合金元素强化晶界，增加晶 粒间的结合力。
1)这种钢一般是中碳钢 (二) 热作模具钢的成分特点
2)加入较多的提高淬透性元素，
3)加入能产生二次硬化的合金元素，
(三) 热作模具钢的热处理 热锻模的预备热处理是退火，目的在于消除锻造应力，改善切削加 工性。退火后的组织为细片状珠光体与铁素体。
对于塑料模具，由于受力不大，冲 击较小，工作温度不高，只要求有较低
1
成分特点：
成分：Wc：0.12—0.25%，
常加元素：Cr ,Ni ,Mn ,B ，（↑淬透性，↑强韧性）
微量元素：V, Ti , W , Mo（阻碍A晶粒长大）
2 典型渗碳钢种 (1) 低淬透性 ——小载荷件
20Cr、 20Mn2 、 20MnV 、 20CrV （2）中淬透性 ——中等载荷件 20CrMn、 20CrMnTi、 20MnTiB
第六章 合金钢
本章主要任务
• 任务：合金钢的选择与应用 • 任务描述： • 碳钢存在机械性能低（强度低、淬透性低）以 及不满足特殊性能等不足； • 有意地加入一种或几种合金元素，使得使用性 能和工艺性能得以提高。
• • • •
模块一 模块二 模块三 模块四
合金元素在钢材中的作用 低合金钢和合金钢的分类与牌号 低合金钢 合金钢
用于一般弹簧及其他用途；
B组 碳素弹簧钢丝分为A、B、C三组： 用于低应力弹簧；
C组
用于较高应力弹簧。
(2) 热成形弹簧
四、滚动轴承钢
滚动轴承a)及其受力情况b)
1．滚动轴承钢的化学成分 2．常用的轴承钢及热处理
五、易切削钢
1．易削钢的化学成分一般加入易削钢的合金元素有硫、铅、磷及微量的钙等。 2．常用易削钢
四、高速钢
通常高速切削时刃具的工作温度可达500~600 (一) 高速钢的成分特点 (1) 含碳量高一般含碳量 (2) 加入铬提高钢的淬透性 (3) 加入钨或钼造成二次硬化 成分特点 (4) 加入钒提高钢的耐磨性和热硬性 (5) 在高速钢中加入钴能显著提高钢的热硬性和二次 硬度 加入钴后还可提高钢的耐磨性、导热性，并能 改善其磨削加工性。 ，高速钢的热硬性和耐
的表面粗糙度，一般可选用45钢或铸铁。
第四节 量具钢
量具钢主要用于制造测量零件尺寸的各种量具，如卡尺、千分尺、塞 规、样板等。由于量具在使用过程中经常与被测零件接触，易受到磨损或 碰撞；量具本身应具有非常高的尺寸精度和恒定性。因此，要求量具有高 的硬度、耐磨性、尺寸稳定性和足够的韧性。此外，还要有良好的磨削加 工性，以便达到很低的表面粗糙度要求。