金属材料学
金属材料学(全套)
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开发其他高性能钢： 利用各种新工艺新方法制造出韧性
和耐磨性都很好的新型工具钢。经济合金化是高速钢的 一个发展方向，工具材料的各种表面处理技术开发，在 新型工具材料的开发上具有重要的意义。
导 致产生微裂纹。
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4、第四阶段——微观理论的深入研究 微观理论的深入研究：
原子扩散及其本质的研究；钢TTT曲线测定； 贝氏体、马氏体转变理论形成了比较完整的理论。
位错理论建立：
电子显微镜的发明 →看到了钢中第二相沉淀析出，位 错 滑移，发现了不全位错、层错、位错墙、亚结构、 Cottrell 气团等现象 → 位错理论。
材料工程系
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一、课程特点和要求
课程特点：综合性 、应用性、经验性。 金属材料学核心课程是专业知识教学中最后一门课程
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课程要求：掌握合金化理论的基本知识，了解材料成分设计 的基本依据，熟悉生产中常用的材料及其热处理工艺、 组织、性能之间的关系，根据零件技术要求，能正确地 选择材料和制订工艺。
二、课程要点及思路
主线：材料成分-工艺-组织-性能-应用之间的有机关系 核心：合金化原理 “思想”：作用的辨证与矛盾的转化。
三、教学安排
教学：详略，有的内容自学； 实践：课堂讨论，小论文，综合性实验，思考题； 考试：考试+平时+课堂讨论与实验
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图 材料学主线示意图
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绪论
—— 金属材料的过去、现在和将来
新合金钢发明：
《金属材料学》课件
性。
合金化
通过改变金属的成分， 提高其耐蚀性。
缓蚀剂
添加缓蚀剂抑制金属腐 蚀的化学反应速度。
金属材料在特定环境下的耐腐蚀性
01
02
03
04
酸性环境
钢铁、不锈钢等对酸有一定的 耐蚀性，但不同金属差异较大
。
碱性环境
铝、镁等金属在碱性环境中容 易发生腐蚀。
海洋环境
04 金属材料的腐蚀与防护
CHAPTER
金属材料的腐蚀机理
电化学腐蚀
金属与电解质溶液接触，通过电极反应发生的腐 蚀。
化学腐蚀
金属与非电解质直接反应，生成金属氧化物的腐 蚀。
生物腐蚀
金属在有微生物的环境下发生的腐蚀。
金属材料的防腐蚀方法
涂层保护
在金属表面涂覆防腐蚀 涂层，隔离金属与腐蚀
介质。
电镀
金属材料的化学性能是指其在各种环 境中的稳定性，包括耐腐蚀性、抗氧 化性、耐候性等。
耐腐蚀性是指金属材料抵抗腐蚀的能 力，抗氧化性是指金属材料在高温下 抵抗氧化的能力，耐候性是指金属材 料在自然环境中抵抗光、热、水、大 气等因子的作用的能力。
金属材料的力学性能
金属材料的力学性能是指其在受力作用下的行为表现，包括强度、塑性、韧性、 硬度等。
详细描述
金属材料主要是指由金属元素或以金属元素为主构成的具有 金属特性的工程材料，如铁、铝、铜等。根据成分和用途， 金属材料可以分为钢铁、有色金属、贵金属等类型。
金属材料的特性与用途
总结词
金属材料具有导电性、导热性、延展性等特性，广泛应用于建筑、机械、电子 等领域。
详细描述
金属材料具有良好的导电性、导热性和延展性，这些特性使得金属在建筑、机 械、电子等领域得到广泛应用。例如，钢铁用于制造桥梁和建筑结构，铜用于 电线和电缆，铝用于包装和航空航天领域。
《金属材料学》
金属材料学引言金属材料作为人类历史上最重要的材料之一，广泛应用于各个领域。
金属具有优异的机械性能、导热性能和导电性能，因此在建筑、制造业、能源、电子等行业中扮演着重要角色。
金属材料学是研究金属材料结构、性能和应用的学科。
本文将介绍金属材料学的基本概念、金属材料的分类、性能测试以及在工程中的应用。
金属材料学的基本概念金属材料学是研究金属的物理、化学和力学性质的学科。
它探讨金属材料的结构、性能和制备工艺等方面的知识。
金属材料学主要研究以下几个方面：金属的结晶结构金属材料通常由晶粒组成，晶粒内部由原子或离子排列有序构成晶体。
金属的晶体结构决定了其物理、化学和力学性质。
金属的力学性能金属材料具有优异的机械性能，如强度、塑性、硬度、韧性等。
这些性能是材料在外力作用下发生变形和破坏的表现。
金属的热处理金属材料的热处理是通过加热和冷却过程改变其结构和性能。
常见的热处理方法包括退火、淬火、固溶处理等。
金属的腐蚀与防护金属材料容易受到腐蚀的影响，降低其性能和使用寿命。
因此，研究金属材料的腐蚀机理和防护方法十分重要。
金属材料的分类根据金属的化学成分和结构特征，金属材料可以分为以下几类：黄金属黄金属是指以金、银、铜为代表的贵金属。
它们具有良好的导电性和导热性，广泛应用于电子、通信、珠宝等领域。
有色金属有色金属是指除黄金属以外的金属材料。
包括铝、镁、锌、镍、钛等。
它们具有较高的强度和耐腐蚀性能，在航空航天、汽车制造等行业中得到广泛应用。
铁基合金铁基合金是以铁为主要成分，并添加其他合金元素的金属材料。
例如，不锈钢、铸铁、高速钢等。
铁基合金具有较高的强度和耐热性，在建筑、机械制造、能源等领域中用途广泛。
金属材料的性能测试为了确保金属材料的质量和性能，需要进行各种性能测试。
常见的金属材料性能测试包括：强度测试强度测试是衡量金属材料抗拉、抗压、抗弯等力学性能的方法。
常用的强度测试方法包括拉伸试验、压缩试验和弯曲试验。
硬度测试硬度测试是衡量金属材料硬度的方法。
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
名词解释合金元素：特别添加到钢中为了保证获得所要求的组织结构从而得到一定的物理、化学或机械性能的化学元素。
（常用Me表示）微合金元素：有些合金元素如V，Nb，Ti, Zr和B等，当其含量只在0.1%左右（如B 0.001%，V 0.2 %）时，会显著地影响钢的组织与性能，将这种化学元素称为微合金元素。
奥氏体形成元素：在γ-Fe中有较大的溶解度,且能稳定γ-Fe的元素C,N,Cu,Mn,Ni,Co,W等铁素体形成元素：在α-Fe中有较大的溶解度，且能α-Fe稳定的元素Cr，V，Si，Al，Ti，Mo等原位析出：指在回火过程中，合金渗碳体转变为特殊碳化物。
碳化物形成元素向渗碳体富集，当其浓度超过在合金渗碳体中的溶解度时, 合金渗碳体就在原位转变成特殊碳化物。
如Cr钢碳化物转变异位析出：含强碳化物形成元素的钢，在回火过程中直接从过饱和α相中析出特殊碳化物，同时伴随着渗碳体的溶解，如V，Nb，Ti。
（Ｗ和Mo既有原味析出又有异位析出）网状碳化物：热加工的钢材冷却后，沿奥氏体晶界析出的过剩碳化物（过共析钢）或铁素体（亚共析钢）形成的网状碳化物。
水韧处理：高锰钢铸态组织中沿晶界析出的网状碳化物显著降低钢的强度、韧性和抗磨性。
将高锰钢加热到单相奥氏体温度范围，使碳化物完全溶入奥氏体，然后在水中快冷，使碳化物来不及析出，从而获得获得单相奥氏体组织。
（水韧后不再回火）超高强度钢：用回火M或下B作为其使用组织，经过热处理后抗拉强度大于1400 MPa （或屈服强度大于1250MPa）的中碳钢，均可称为超高强度钢。
晶间腐蚀：沿金属晶界进行的腐蚀（已发生晶间腐蚀的金属在外形上无任何变化，但实际金属已丧失强度）n/8规律：随着Cr含量的提高，钢的的电极电呈跳跃式增高。
即当Cr的含量达到1/8，2/8，3/8，……原子比时，Fe的电极电位就跳跃式显著提高，腐蚀也跳跃式显著下降。
这个定律叫做n/8规律。
黄铜： Cu与Zn组成的铜合金青铜： Cu与Zn、Ni以外的其它元素组成的铜合金白铜： Cu与Ni组成的铜合金灰口铸铁：灰口铸铁中碳全部或大部分以片状石墨形式存在，其断口呈暗灰色。
金属材料学相关知识
金属材料学相关知识金属材料学是一个比较复杂的领域，关于金属材料学相关知识有很多内容，下面我将从金属材料的结构性质、金属材料的应用、金属材料的加工以及金属材料的发展等方面进行论述。
一、金属材料的结构性质1.晶粒尺寸：晶粒尺寸是指晶体中晶界的大小。
晶界会使材料失去原有的力学性能和化学性质。
晶粒尺寸小，晶界数目就多，会使材料的强度和硬度变高，但会使塑性变差。
2.晶体缺陷：晶体缺陷是指晶体中存在的针孔、气孔、晶格错动和微观裂纹等缺陷。
这些缺陷会使材料的强度和硬度下降，但会使塑性变高。
3.位向异性：金属材料的相对运动是确定了的，因此，其结构也是相对固定的。
这种结构性质叫做位向异性。
位向异性使材料在不同方向上的力学性能有所差异。
二、金属材料的应用金属材料在人类的生活中起到非常重要的作用。
如钢材广泛应用于建筑、机械制造、船舶制造等行业。
另外，铝合金也是一种广泛应用的金属材料，被广泛应用于航空制造、电子工业、输电线路制造、汽车工业等行业。
三、金属材料的加工金属材料的加工主要有以下几种方式：1.冷加工：冷加工是指在室温下进行加工，包括压缩、弯曲、剪切、拉伸等。
2.热加工：热加工是指在高温下进行加工，包括锤打、锻造、轧制等。
3.热处理：热处理是指在一定的温度和时间下，对金属材料进行加热、保温、冷却处理，以改善材料的性能。
四、金属材料的发展随着工业化的进程和科技的发展，金属材料的种类也越来越多，材料的性能也越来越优越。
比如，高强度、高韧性、高温、耐腐蚀的新型材料已经走在了前沿。
在未来的发展中，金属材料会继续发展，更加适应人类的需求。
综上所述，金属材料学是一个重要的领域，人们需要深入了解其中的知识，以实现对金属材料的更好利用和发展。
金属材料学
二、Me和Fe的作用
纯Fe → Fe-C相图的变化特点。 Me和Fe的作用： 1、γ稳定化元素 使A3↓，A4↑，γ区扩大
② 溶解度
1.4 碳（氮）化物
一、钢中常见的碳化物 K类型、大小、形状和分布对钢的性能有很 重要的作用。 非K形成元素：Ni、Si、Al、Cu等 K形成元素： Ti、Nb、V；W、Mo、Cr；Mn、Fe （由强到弱排列）
钢中常见的K类型有： M3C：渗碳体，正交点阵； M7C3：例Cr7C3，复杂六方 ； M23C6：例Cr23C6，复杂立方 ； M2C：例Mo2C、W2C。密排六方 ； MC：例VC、TiC，简单面心立方点阵 ；
形成什么K主要决定于当时的NM/NC比值。
退火态: 在Cr钢中，随NM/NC ↑，先后形 成顺序为： M7C3 → M3C→M23C6 。 回火态:基体中的NM/NC↑，则析出的K中
NM/NC也↑。如W钢回火时，析出顺序为：
Fe21W2C6 → WC → Fe4W2C → W2C，NW/NC
是不断↑。
3、回火态 低回: Me不重新分布；> 400℃，Me开始 重新分布。非K形成元素仍在基体中，K形成元素逐步进 入析出的K中，其程度决定于回火温度和时间。
二、Me的偏聚（segregation ）
偏聚 现象
Me偏聚 → 缺陷处C’> 基体平均C 这种现象也称为吸附现象。
偏聚现象对钢的组织和性能产生了较大影响， 如晶界扩散、晶界断裂、晶界腐蚀、相变形核等 都与此有关. Me+⊥：溶质原子在刃型位错处吸附，形成柯氏气团； Me+≡ ：溶质原子在层错处吸附形成铃木气团； Me+◎ ：溶质原子在螺位错吸附形成Snoek气团.
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(全套课件)
物理性能
化学性能
热处理可以改变金属材料的化学性能 ，如耐腐蚀性、抗氧化性等。例如， 不锈钢经过热处理后，其耐腐蚀性会 得到显著提高。
热处理对金属材料的物理性能也有显 著影响，如导热性、导电性、磁性等 。
04
金属材料的力学性能
金属的拉伸性能
拉伸试验
通过拉伸试验测定金属材料的强 度、塑性和韧性等力学性能指标
02
金属材料的晶体结构
金属的晶体结构类型
01
体心立方晶格（BCC）
体心立方晶格的晶胞是一个立方体，在其中心有一个原子，八个顶点上
各有一个原子。具有此晶格的金属有铬、钨、钼、铁、铌等。
02 03
面心立方晶格（FCC）
面心立方晶格的晶胞是一个立方体，在其八个顶点上各有一个原子，六 个面的中心各有一个原子。具有此晶格的金属有铝、铜、镍、铅、金等 。
铝合金
密度小、比强度高、耐腐蚀性好，用于航空 航天、汽车、电子等领域。
钛合金
比强度高、耐腐蚀性好、高温性能优异，用 于航空航天、医疗等领域。
金属材料的发展趋势与挑战
高性能化
轻量化
发展更高强度、更高韧性、更耐腐蚀的金 属材料，以满足高端制造的需求。
通过合金化、复合化等手段降低金属材料 的密度，以适应节能减排的要求。
包括模具设计、熔炼、浇注、冷却、落砂、清理 等步骤，影响铸件的质量和性能。
铸造合金
常用的铸造合金有铸铁、铸钢、铝合金等，具有 不同的铸造性能和机械性能。
金属的压力加工与成型工艺
压力加工
01
通过外力使金属坯料产生塑性变形，从而获得所需形状、尺寸
和性能的加工方法。
成型工艺
02
包括锻造、轧制、挤压、拉拔等，可生产各种形状和规格的金
金属材料学
金属材料学金属材料学是关于金属材料的研究学科，是材料科学的一个分支领域。
金属材料学主要研究金属的结构、性能和应用，并通过研究金属的组织结构、力学性能、物理性能、化学性能等方面来揭示金属材料的宏观和微观特性。
金属是一类常见的材料，具有导电、导热、强度高、韧性好等优点，广泛应用于工业、建筑、交通、电子等领域。
金属材料学的研究内容包括金属结构与相变、金属的物理性能和化学性能、金属的机械性能等。
金属结构与相变是金属材料学的基础研究内容之一。
金属材料的结构由晶体结构和晶体缺陷组成，晶体结构可以通过X射线衍射、电子显微镜等方法来研究。
金属材料的相变包括固溶体的形成、金属相变温度的确定、金属的亚稳相等等。
金属的物理性能和化学性能对金属材料的应用具有重要影响。
金属材料的物理性能包括电导率、热导率、磁性、反射率等，而化学性能则涉及金属的腐蚀性、韧性等方面。
通过研究金属的物理性能和化学性能，可以为金属材料的应用提供理论依据和技术指导。
金属的机械性能是金属材料学的重要内容之一。
金属的机械性能包括强度、硬度、韧性、延展性等方面。
通过研究金属的机械性能，可以提高金属材料的强度、硬度和韧性，降低金属的脆性，从而提高金属材料的使用寿命和安全性。
金属材料学的研究对推动金属材料的应用具有重要意义。
通过研究金属材料的结构、性能和应用，可以开发出新的金属材料和制备工艺，提高金属材料的性能和降低成本。
同时，金属材料学的研究成果也可以为金属材料的应用提供理论基础和技术支持，推动金属材料在各个领域的广泛应用。
总之，金属材料学是一门研究金属材料结构、性能和应用的学科，对于提高金属材料的性能和开发新型金属材料具有重要作用。
通过研究金属材料的结构、物理性能、化学性能和机械性能等方面，可以更加深入地了解金属材料的特性和行为，为金属材料的应用提供理论基础和技术支持。
金属材料学
§1－2 合金元素与钢中晶体缺陷的相互 作用
一、相互作用 合金元素和杂质元素在晶体缺陷处偏聚。 1、晶界内吸附（晶界偏聚）：溶质原 子在晶界、相界、亚晶界等处的浓度远远 超过在基体中的平均浓度。
33
2. 柯垂耳气团 溶质原子在刃型位错处的吸附。 3. 铃木气团 溶质原子在层错处的吸附。
34
二、产生相互作用的原因 溶质原子在完整晶体内引起的畸 变能很大。因此，溶质原子在晶体缺 陷处偏聚，可使点阵畸变松弛，从而 降低系统的内能。
45
3. 三元碳化物 （W、Mo）－Fe－C，均为间隙化合物。 (1) 复杂立方点阵(M6C型碳化物) Fe3W3C，Fe4W2C，Fe3Mo3C，Fe4Mo2C， (2) 复杂立方点阵(M23C6型碳化物) Fe21W2C6，Fe21Mo2C6。
46
三、碳化物的相互溶解 1. 完全互溶
只能发生在同类碳化物形成元素的相 同晶格类型的碳化物之间。 (1) Ti，Zr，Nb，V形成的碳化物
②含Cr量低于1%的铬合金工具钢，Cr 含量以0.1%为单位，并在前面加一个 “0”字表示。 如：Cr06, Cr, Cr2。
20
③高速钢含碳量小于1％时，通常也不标 注含碳量 。 如：W18Cr4V： 含碳量 0.7-0.8% W6Mo5Cr4V2： 含碳量 0.8-0.9% 合金元素相同，含碳量不同的要标 注含碳量，如9W18Cr4V。
26
Cr，V：与α－Fe无限固溶；
其余元素为有限固溶。
(2) 缩小γ相区
B，Zr，Nb，S：出现了金属间化 合物，破坏了γ圈。
27
3. 热力学讨论 用Cα，Cγ分别表示在温度T时 某元素在α相和γ相的平衡浓度，在 平衡状态下得：
C H exp[ ] C RT
金属材料学
名词解释：1、钢的淬透性是指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2、淬硬性是指在理想的淬火条件下，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3、过热敏感性是指钢淬火加热时，对奥氏体晶粒急剧长大的敏感性4、极限合金化理论：每个合金元素都有一个最佳范围，可使钢获得最佳性能。
往往超过一定量，会导致钢的性能破坏。
5、调质钢的淬透性原则是指淬透性相近的同类调质钢，可以相互代用。
6、热硬性是指钢在较高的温度下，仍能保持较高硬度的性能7、晶间腐蚀是指沿着金属晶粒间的分界面向内扩展的腐蚀8、铸件壁厚敏感性是指把铸件壁厚的变化对其强度的影响9.脱碳：在各种热加工工序的加热或保温过程中，由于周围氧化气氛的作用，使钢材表面的碳全部或部分丧失掉，这种现象称为填空题：1.钢淬火后进行回火，目的是降低脆性，提高韧度，稳定组织2.钢强化的形式及其机理固溶强化、位错强化、细晶强化、第二相强化3.钢的淬透性好，一方面可以使工件得到均匀而良好的力学性能，满足技术要求。
另一方面，在淬火时，可选用比较缓和的冷却介质，以减少工件的变形与开裂倾向4.合金元素对马氏体转变的影响表现在对马氏体转变临界温度Ms的影响，并影响刚中残余奥氏体量及马氏体精细结构5.弹簧钢常用的热处理工艺是淬火和中温回火，得到回火托氏体。
6.根据夹杂物形状，轴承钢按三项夹杂物评级，即脆性夹杂物，塑性夹杂物和球状不变形夹杂物。
7.碳化物的尺寸和分布对轴承的接触疲劳寿命也有很大的影响，大颗粒碳化物和密集的碳化物带都是极为有害的。
8.根据其产生条件，碳化物的不均匀性可分为：液析碳化物、带状碳化物、和网状碳化物9.随着含C量的增加，钢的强度升高，耐蚀性降低；随着含Cr量的增加，耐蚀性提高。
10.所谓的石墨化就是铸铁中碳原子析出和形成石墨的过程。
合金元素对S、E点的影响1、凡是扩大γ相区的元素均使S、E点向左下方移动2、凡是封闭γ相区的元素均使S、E点向左上方移动3、S点左移，意味着公析C含量减小4、E点左移，意味着出现莱氏体的碳含量减少碳（氮）化物在奥氏体中的溶解规律①碳（氮）化物的稳定性越好，在钢中的溶解度越小②随着温度的下降，各种碳化物的溶解度都会降低③奥氏体中存在比较弱的碳化物形成元素，则会降低奥氏体中的碳活度ac，从而促进了稳定性较好的碳化物的溶解④碳化物稳定性相对较差的碳化物在加热奥氏体过程中先溶解合金元素是通过对贝氏体转变过程和碳原子扩散的影响而起作用的碳是结构钢中最主要的元素，它决定了钢的淬硬性，即淬成马氏体的硬度，同时碳也是一个有效增加淬透性的元素P261.12回火稳定性合金钢比碳钢的回火稳定性好，所以要达到同样的回火硬度，合金钢的回火温度比碳钢高，回火时间也可以长些。
(完整版)金属材料学知识整理(经典版)
第一章 合金化原理主要内容：概念：⑴合金元素：特别添加到钢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。
⑵杂质：冶炼时由原材料以及冶炼方法、工艺操作而带入的化学元素。
⑶碳钢：含碳量在0.0218-2.11%范围内的铁碳合金。
⑷合金钢：在碳钢基础上加入一定量合金元素的钢。
①低合金钢：一般指合金元素总含量小于或等于5%的钢。
②中合金钢：一般指合金元素总含量在5～10%范围内的钢。
③高合金钢：一般指合金元素总含量超过10%的钢。
④微合金钢：合金元素(如V,Nb,Ti,Zr,B)含量小于或等于0.1%，而能显著影响组织和性能的钢。
1.1 碳钢概论一、碳钢中的常存杂质1.锰（ Mn ）和硅（ Si ）⑴Mn ：W Mn ％<0.8％ ①固溶强化 ②形成高熔点MnS 夹杂物（塑性夹杂物），减少钢的热脆（高温晶界熔化，脆性↑）；⑵Si ：W Si ％<0.5％ ①固溶强化 ②形成SiO2脆性夹杂物；⑶Mn 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 ）⑴S ：在固态铁中的溶解度极小， S 和Fe 能形成FeS ，并易于形成低熔点共晶。
发生热脆 (裂)。
⑵P ：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。
⑶S 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 ）⑴N ：在α-铁中可溶解，含过饱和N 的钢析出氮化物—机械时效或应变时效（经变形，沉淀强化，强度↑，塑性韧性↓，使其力学性能改变）。
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。
⑵H ：在钢中和应力的联合作用将引起金属材料产生氢脆。
⑶O ：在钢中形成硅酸盐（2MnO•SiO2、MnO•SiO2）或复合氧化物（MgO•Al2O3、碳钢中的常存杂质 碳钢的分类 碳钢的用途 1.1 碳钢概论 主要内容 1.2 钢的合金化原理： ①Me 在钢中的存在形式 ②Me 与铁和碳的相互作用 ③Me 对Fe-Fe3C 相图的影响 ④Me 对钢的热处理的影响 ⑤Me 对钢的性能的影响 1.3合金钢的分类MnO•Al2O3）。
金属材料学
1.A、F、K、非K形成合金元素。
A形成元素：1.完全固溶。
Mn、Co、Ni（Mn脆Co贵都少见，Ni有工业价值）（fcc）；2.部分固溶。
Cu、C、N（C、N间隙，有工业价值，Cu 置换）。
F形成元素：1.完全固溶体（无限置换固溶体）：Cr、V（bcc）；2.有限互溶：Ti、Mo、W、Al、P、Sn、Sb、As等。
K形成元素：1.强K：Ti、Zr、Nb、V，熔点3000℃左右，一般热处理工艺中不熔化；2.中强K：W、Mo、Cr，熔点1500℃左右；3.弱K：Mn、Fe。
非K 形成元素：Ni、Co、Cu、Si、Al、N、P、S等。
2.为什么要在钢中加入合金元素？对相图的影响？对C曲线的影响？相图：①改变A相区位置。
A形成元素使A存在区域扩大，其中开启γ相区的元素如Ni、Mn含量较多时，可使钢在室温下得到单相A组织；F 形成元素均使A存在区域减小，其中封闭γ相区的元素如Cr、Ti、Si等超过一定含量时，可使钢在室温获得单相F组织。
②改变共析转变温度。
扩大γ相区元素使铁碳相图中的共析转变温度下降，缩小γ相区的元素则使其升高。
③改变S和E等临界点的含碳量。
几乎所有合金元素都使共析点（S）和共晶点（E）的含碳量下降。
即使S和E点左移。
C曲线：①除Co外，几乎所有合金元素都增加A的稳定性，推迟A向P组织的转变。
使C曲线右移，提高了钢的淬透性。
②非K形成元素Ni、Si和弱K形成元素Mn，大致保持碳钢C曲线形状，只是使其向右作不同程度的移动。
③非K形成元素Co，不改变C曲线形状，使其左移。
④K形成元素不仅使C曲线右移，并且改变其形状。
因对P和B转变推迟作用的影响不同，产生两个“鼻子”，C曲线分成上下两条，两个相区完全分开。
(机械性能：①对退火下的机械性能无明显影响；②对正火、淬火、回火状态下钢的强化作用明显，提高强度、回火稳定性，有些可提高高温性能。
工艺性能：①对铸造性能取决于对Fe-Fe3C相图的影响:固、液相的温度差下降，性能提高,共晶成分处最好；能形成强K的元素，会降低流动性，恶化铸造性能。
金属材料学
名词解释1、碳当量：一般以各元素对共晶点实际含C量的影响，将这些元素的含量折算成C的百分数，用这种方法的含C量称为碳当量。
2、共晶度：普通铸铁中含碳量与共晶点含碳量的比值3、孕育处理：把孕育剂加入到浇注前的铁液中，以改变铁液的冶金状态，从而改善铸铁的组织与性能。
4、可锻铸铁：将一定成分铁水浇注成的白口铸铁，然后经过长时间的石墨化退火使白口铁的游离渗碳分解成团絮状石墨体，从而得到由团絮状石墨和不同基体组织的铸铁。
这种铸铁即为可锻铸铁。
5、球化处理：在铁水浇注前，向铁水中加入球化剂，使片状石墨转化为球状石墨，而所得的一种铸铁处理过程。
6、AL热处理特点：固溶时效，Mg和AL相似，组织粗大，淬火加热温度低，合金元素在镁中扩散的速度快，退火保温时间长，氧化倾向大，加热炉保护。
7、合金元素：为了得到一定的物理、化学或机械性能而添加到钢中的有一定范围的化学元素。
8、微合金元素：在钢中加入某些元素时，只能加入极少的量，即是……9、奥氏体形成元素：合金元素中，在γ-Fe中有较大溶解度，并能稳定γ-Fe的元素10、铁素体形成元素：在α-Fe中有较大的溶解度，并使α-Fe不稳定的元素11、二次淬火：在强合金形成元素含量较多的合金钢中，淬火后奥氏体十分稳定，甚至加热到500-600度回火升温与保温时仍不分解，而是在冷却部分转变成马氏体，使钢的硬度提高。
12二次硬化：从α相中直接析出的特殊碳化物尺寸细小，稳定性好，并与母相保持着共格关系，故强化效果比较显著，伴随着这类特殊碳化物的析出，合金钢的硬度会升高，在硬度与回火温度的关系曲线上出现峰值，这种现象称为….13、合金：在金属中加入的非基体元素，使基体的组织和性能得到改善14、475°C脆性：合金钢（含Cr、Ni、Mn、Si等元素）淬火并在450°C-650°C回火后产生低韧性现象，也称为高温回火脆性和第二类回火脆性15、原位析出：碳化物形成元素向渗碳体富集，当其浓度超过在合金渗碳体的溶解度时，合金渗碳体就在原位转变成特殊碳化物。
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金属材料学复习一、金属材料领域发生的革命性变化：①晶态材料的基础上发展了非晶，微晶与纳米多晶体材料；②多维(大块)材料的基础上发展了低维材料；③单一材料的基础上发展了复合材料；④宏观均匀材料的基础上发展了宏观不均匀材料；⑤固溶体材料的基础上发展了金属间化合物材料。
二、未来材料趋势：智能化、仿生化、复合化、纳米化、轻量化、高功能化第1章钢的合金化概论C（2）形成强化相：一、合金元素在钢中的存在方式：(1)溶入基本相：α、γ、Fe3碳化物、氮化物或金属间化合物（3）形成非金属夹杂物：氧化物、硫化物、硅酸盐、AlN（4）以游离状态存在：Pb、Cu 、G（C）二、合金元素的分类：(1)按与Fe相互作用的特点分：γ形成元素：Mn，Ni，Co，C，N，Cu ；α形成元素：Cr，Mo，Si （2）按照与碳（C）相互作用的特点分：碳化物形成元素：Ti，Zr，Nb，V，W，Mo，Cr，Mn，Fe 非碳化物形成元素：Ni，Si，Al1、奥氏体形成元素扩大γ相区的元素①Mn，Ni，Co：与γ- Fe可以无限固溶②C，N，Cu：与γ- Fe有限固溶2、铁素体形成元素缩小γ相区的元素①Cr，V：与α- Fe无限固溶②B，Nb：出现了金属间化合物三、合金元素对Fe-C合金相图的影响1、合金元素对奥氏体相区的影响：（1）Mn、Ni、Co、C、N、Cu扩大A相区。
（2）Cr、W、Mo、Ti缩小A相区。
2、合金元素对临界点的影响:：（1）所有合金元素均使S点左移。
（2）扩大γ相区的元素使A1，A3下降；缩小γ相区的元素使A1，A3升高。
四、合金元素对Fe-C合金相变的影响1、对C曲线的影响：除Co、Al外，合金元素均使C曲线右移，提高淬透性。
(合金元素必须溶入A中；多元少量原则)2、对回火过程的影响:(1)马氏体分解温度提高，且分解速度下降。
碳化物越稳定，元素的这种作用越强（2）残余奥氏体数量增加，且分解温度提高。
“二次淬火”现象“二次硬化”现象（3）碳化物的形成，聚集和长大困难。
五、钢中常见碳化物类型MC型：面心立方点阵。
如TiC，VC。
M2C型：密排六方点阵。
如W2C，Mo2C。
M3C型：正交点阵。
如Fe3C。
M7C3型：复杂六方点阵。
如Cr7C3，Mn7C3。
M23C6型：复杂立方点阵。
如Cr23C6，Mn23C6。
M6C型：复杂六方点阵。
如Fe3W3C，Fe4W2C。
似着相溶。
强者先。
强着稳，溶解难，析出难，聚集长大也是难。
MC>M2C>M6C>M23C6>M7C3>M3C六、合金元素在退火态分布：:（1）非碳化物形成元素固溶于铁素体中。
（2）碳化物形成元素除固溶于铁素体外，还形成碳化物。
元素与碳亲和力越强，其在碳化物中的比例越高。
七、合金元素在淬火态分布：（1）加热时溶入A中的元素，淬火后存在于M、B、Ar 内 。
（2）碳化物加热未溶的，元素仍在未溶解碳化物中 。
八、合金元素在回火态分布：:（1）低温回火时，Me 不发生重新分配。
（2）＞400℃时，非碳化物形成元素在铁素体中，碳化物形成元素在析出相中。
八、合金元素的偏聚1、晶体缺陷：晶界、相界、亚晶界、位错等2、溶质原子与晶界结合：晶界内吸附 3、溶质原子与位错结合 ： C 、N 偏聚 柯氏气团。
4、缺陷偏聚的富积系数β ⎪⎭⎫ ⎝⎛==RT E C C g exp 0β C g —缺陷的溶质偏聚浓度；C 0 —溶质在基体晶内的浓度；E —为溶质原子在晶内和晶界区引起畸变能差九、合金元素的强化方式：（1）固溶强化：晶格畸变，产生弹性应力场，应力场作用于位错，增大位错运动阻力，导致强化。
（2）晶界强化：晶界附近产生位错塞积，形成加工硬化微区阻碍位错运动。
（3）第二相强化：位错运动遇到第二相粒子，或切过或绕过，消耗额外能量。
（4）沉淀强化（5）弥散强化（6）位错强化：通过提高位错密度强化。
十、韧化途径：（1）细化晶粒：它是既强化又韧化钢材的唯一办法（2）降低有害元素的含量：减少在晶界的偏聚（3）调整合金元素含量：抑制钢的脆性断裂倾向（4）降低钢中的含碳量：发展位错型马氏体十一、合金化设计基本原则：① 在维持合金高性能的前提下，尽量减少合金组元数。
② 获得合金高性能时，控制显微组织作为替代方法。
十二、合金元素对成形加工性影响 A 、热加工工艺性能：（1）固溶或形成碳化物，都使热变形抗力提高和塑性明显降低，容易发生锻裂现象。
（2）碳化物呈弥散分布时，影响不大。
（3）合金元素一般都降低钢的导热性和提高钢的淬透性，为了防止开裂，锻造的加热和冷却都必须缓慢。
B 、冷加工工艺性能:(1)固溶体中的合金元素，一般将提高钢的冷加工硬化程度 (2)碳、硅、磷、硫、镍、铬、钒、铜等元索还会使钢材的冷态压延性能恶化 (3)需大量塑性变形加工的钢材，冶炼时应严格控制硫、磷等。
1、9SiCr 钢和T9钢相比，退火后硬度偏高，在淬火加热时脱碳倾向较大： Si是非K 形成元素，能有效地强化铁素体，所以使钢在退火后硬度偏高； Si提高碳活度，使渗碳体稳定性变差，促进了钢在加热时脱碳 倾向较大。
2、40Mn2钢淬火加热时，过热敏感性比较大：Mn 促进了晶粒长大倾向，因为Mn 降低A1温度，又强化了C 促进晶 粒长大的作用。
所以，40Mn2钢过热敏感性比较大。
3、40CrNiMo 钢正火后，切削性能比较差：由于含有提高淬透性的元素Cr 、Ni 、Mo ，又是多元复合作用，所以钢的淬透性很好，正火条件下也会有大量的马氏体产生。
因此其切削性能比较差。
1、试从合金化原理角度分析9Mn2V 钢的主要特点: 1）Mn 提高淬透性；2）Mn 大大降低MS 温度，淬火后Ar 较多，淬火变形较小；3）V 能克服Mn 的缺点，降低过热敏感性，且能细化晶粒。
2、试总结Ni 元素在合金钢中的作用，并简要说明原因。
1）提高基体韧度。
Ni 降低位错运动阻力，使应力松弛； 2）稳定奥氏体。
Ni降低A1，扩大γ区，量大时，室温为奥氏体组织； 3）提高淬透性。
使“C ”线右移，Cr-Ni 复合效果更好； 4）提高回火脆性。
Ni 促进有害元素偏聚；3、试总结Si元素在合金中的作用：1）提高强度，降低可切削性。
固溶强化效果显著； 2）提高低温回火稳定性。
抑制ε-K形核长大及转变； 3）提高抗氧化性。
形成致密的氧化物； 4）提高淬透性。
阻止K形核长大，使“C”线右移，高碳时作用较大； 5）提高脱碳和石墨化倾向。
Si提高碳活度，含Si钢脱碳倾向大。
4、合金钢中碳化物形成元素所形成的碳化物基本类型及其相对稳定性。
钢中常见碳化物类型：MC型，如TiC，VC；M2C型，如W2C，Mo2C；M3C型，如Fe3C；M7C3型，如Cr7C3，Mn7C3；M23C6型，如Cr23C6，Mn23C6；M6C型，如Fe3W3C，Fe4W2C。
其相对稳定性：MC > M2C > M6C > M23C6 > M7C3 > M3C5、论述钢的强化与韧化途径？（1）强化途径：强化即提高塑变抗力，而塑变本质是位错运动。
钢的韧化主要从下方面进行：利用合金化，产生固溶强化、晶界强化、第二相强化等效果；冷加工进行位错强化；相变强化等手段。
（2）韧化途径：钢材的韧化，意味着减小脆性。
钢的韧化主要从下方面进行：细化晶粒，它是既强化又韧化钢材的唯一办法；降低有害元素的含量，减少晶界的偏聚；合金化，抑制钢的脆性断裂倾向；降低钢中的含碳量，发展位错型马氏体。
第2章工程结构钢用途：桥梁、船体、建筑结构、高压容器等工程结构件。
服役特点：不作相对运动,长期承受静载荷作用,有一定的使用温度和环境要求。
力学性能要求：①弹性模量大，有好的刚度；②足够的抗塑性变形及抗破断的能力；③缺口敏感性及冷脆倾向性较小;④一定的耐大气腐蚀及海水腐蚀性能。
工艺性能要求：良好的冷变形性能和焊接性能。
普通碳素结构钢：Q195、Q215、Q235、Q275 低合金高强度钢：Q345、...Q620 、Q690一、合金化思想：:（1）C ：增加强度，塑性韧性下降。
控制≤0.25％（2）Mn：细晶；固溶强化显著，降低韧性。
控制＜1.8％（3）Si ：固溶强化非常显著，但降低韧性。
控制＜1.1％低碳，稍高锰含量，适当硅强化。
二、工程结构钢的强化：（1）固溶强化：Mn、Si起主要作用（2）细晶强化：强碳化物形成元素（V，Ti，Nb）和Al （3）沉淀强化：固溶于奥氏体中的V，Ti，Nb，发生相间沉淀和在铁素体中析出极细小的碳化物颗粒。
三、元素对韧性的影响：（1）C：脆性转变温度升高（2）Mn：>1.5%时，明显降低韧性（3）Ni、Cr：降低脆性转变温度（4）N、P、Si：明显降低冲击韧性（5）V、Ti、Nb：细晶强化可以补偿对韧性的损害四、工程结构钢的强度值概念：（1）铁素体-珠光体钢σs：195～275MPa。
（2）微珠光体钢σs：345～440MPa。
（3）低碳贝氏体钢σs：450～800MPa。
（4）低碳马氏体钢σs：＞900MPa。
低合金高强度钢发展趋势：（1）冶炼工艺：炉外精炼、加入稀土。
（2）控轧控冷：加Nb、Ti、V，控制轧制第3章机械制造结构钢一、选择材料的基本原则：使用性能原则、工艺性能原则、经济性选材原则二、服役条件下力学性能要求：承受大小或大小方向变化的载荷——要求高的疲劳强度；承受静载荷或短时超载——要求高的屈服极限和强度极限；承受冲击载荷——要求高的韧性、疲劳强度、硬度等；零件存在相互运动——要求高的耐磨性；零件形状复杂存在台阶等尖角——要求低的缺口敏感性。
(1)调质钢: 0.35-0.50％C；(2)微合金非调质钢: ＜0.40％C (3)弹簧钢：0.60～0.9%C，碳素弹簧钢。
0.45～0.70%C，合金弹簧钢；(4)滚动轴承钢0.95~1.15%C；(5)渗碳钢0.10～0.25%C；(6)氮化钢0.3-0.5% C；(7)低合金超高强度钢0.3～0.5% C；(8)高合金超高强度钢＜0.15% C第4章工模具钢(1)碳素工具钢T8、T10A、T12…(2)低合金工具钢9SiCr、CrWMn…(3)高速钢W18Cr4V、W6Mo5Cr4V3…(4)冷作模具钢Cr12MoV… 5.热作模具钢4Cr5MoSiV…导热性差，加热或冷却易变性和开裂。
预先热处理：球化退火；最终热处理：淬火+低温回火（1）淬火加热时能溶入奥氏体的元素：阻碍回火时马氏体中碳原子析出提高淬透性、提高回火稳定性、二次硬化。
（2）淬火加热时未溶碳化物中的元素：阻止奥氏体晶粒长大细化晶粒、提高耐磨性。
一、高速钢中W、V、Cr合金元素的主要作用。
高速钢在淬火加热时，如产生欠热、过热和过烧现象，在金相组织上各有什么特征。