上海交通大学材料科学基础教学金属材料及热处理_钢中合金元素

金属材料及热处理
材料？工艺？微观组织 结构？性能？应用？ ?……?
刘国权教授主讲
课程复习
性能：
使用性能
力学性能
工艺性能
物理性能
其它性能
结构材料
结构组织敏感性能 结构组织不敏感性能
功能材料
金属材料及热处理
材料？工艺？微观组织 结构？性能？应用？ ?……?
刘国权教授主讲
复习：第九章 第三节铁碳复线平衡相图
金属材料及热处理
刘国权教授主讲
金属材料及热处理
刘国权教授主讲
吴承建 等编著： 金属材料学，第一章 钢铁中的合金元素
第五节 合金元素对铁碳相图的影响
一、合金元素对钢临界点的影响 从对奥氏体相区大小、形状和位置的影响进而推知：
1. 对临界点 A1 (共析温度)的影响 2. 对临界点 A3 的影响 3. 对共析碳量的影响:所有合金元素均降低共析碳含量 二、合金元素是否导致出现特殊碳化物相？ 1. Fe-C-碳化物形成元素： 可能会出现不同的特殊碳化物 2. Fe-C-非碳化物形成元素：不形成该合金元素的特殊碳化物
刘国权教授主讲
吴承建 陈国良 强文江 编著： 金属材料学，冶金工业出版社， 2000
第一章 钢铁中的合金元素
重要术语（第一至四节）：
合金钢 （为什么要生产和应用合金钢？） 奥氏体形成元素，铁素体形成元素；（例子？） 晶界偏聚，柯垂耳气团，共偏聚 （产生的主要原因？） 钢中的强、中强、弱、非碳化物形成元素 （例子？ ） 间隙化合物；原子半径比值(rx/rM) 氮化物，碳氮化物； 金属间化合物(相、AB2拉维斯相、 AB3有序相)
金属基复合材料；等等
无机非金属材料；高聚物材料；复合材料等
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刘国权教授主讲
课程复习
给定材料 工艺 相变、转变 组织 结构的多变性 性能的适应性 材料的
多种用途
金属材料及热处理
材料？工艺？微观组织 结构？性能？应用？ ?……?
刘国权教授主讲
课程复习
工艺：制备工艺、加工工艺等导致组织转变
金属材料及热处理
刘国权教授主讲
吴承建 等编著： 金属材料学，第一章 钢铁中的合金元素
第七节 合金元素对过冷奥氏体转变的影响（续2）
钢在冷却时转变过程： 先共析产物析出、珠光体转变、贝氏体转变、马氏体转变
合金元素对珠光体转变的影响
✓ 碳化物形成元素 的扩散慢影响珠光体中碳化物的形核 p.16 ✓ 铬、锰和镍强烈推迟珠光体转变时的 转变；钨和硅也推迟此 转变；复合合金化推迟珠光体转变时的 转变效果更大（为什 么？）p.17 ✓ 合金元素对过冷奥氏体转变的综合作用 p.18
金属材料及热处理
钢中合金元素
主讲： 刘国权 教授
北京科技大学材料科学与工程学院
教学大纲
教学目的: 使学生获得有关金属材料及其热处理原理与工艺等方面的基本知识， 初步掌握金属材料的成分、组织结构、制备与加工工艺（尤其是热处理）、 基本性能、使用效能之间的有机联系和基本规律，并在正确选用常用金属 材料、合理使用金属材料及选用热处理工艺等方面获得初步了解和训练。
AlN、TiN、NbN 等对奥氏体晶粒长大的阻碍作用 ！！
合金元素的晶界偏聚现象
金属材料及热处理
刘国权教授主讲
吴承建 等编著： 金属材料学，第一章 钢铁中的合金元素
第七节 合金元素对过冷奥氏体转变的影响
钢在冷却时转变过程： 先共析产物析出、珠光体转变、贝氏体转变、马氏体转变
合金元素对转变过冷度的影响(通过提高或降低AC3和AC1） 合金元素对过冷奥氏体转变曲线形状与位置的影响 p.16: 图1-16、1－17、1－18
合金元素对马氏体转变的影响
✓ 合金元素的作用表现在对 Ms和 Mf温度的影响 p.20 ✓ 合金元素对马氏体转变温度 Ms 的影响 （见 p.20 公式及表） ✓ 通过对 Ms温度的影响，进一步影响钢中淬火后的残余奥氏体数量 ✓ 同样是通过对 Ms温度的影响，进一步影响马氏体的精细结构
金属材料及热处理
1. 这样有可能使珠光体转变C曲空冷贝氏体钢？
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刘国权教授主讲
吴承建 等编著： 金属材料学，第一章 钢铁中的合金元素
第七节 合金元素对过冷奥氏体转变的影响（续4）
钢在冷却时转变过程： 先共析产物析出、珠光体转变、贝氏体转变、马氏体转变
刘国权教授主讲
材料科学与工程 学科
制备与加工工艺
材料的使用与表现 材料的性能
材料组织与结构
材料科学与工程是关于材料成分、结构、工艺与它们性能与用途之间有关 知识和应用的科学。
金属材料及热处理
刘国权教授主讲
课程复习
材料、能源、信息是现代文明的三大支柱， 而材料又是其它两者的基础。
金属材料：
钢铁材料（碳钢、合金钢、铸铁、工业纯铁等）； 有色金属与合金（铜合金、铝合金、钛合金、镁合金等）；
第一章 钢铁中的合金元素
第一节 第二节 第三节 第四节
铁基固溶体 合金元素与钢中晶体缺陷的相互作用 钢铁中的碳化物和氮化物 钢中的金属间化合物
第五节 第六节 第七节 第八节
合金元素对铁碳相图的影响 合金元素对钢在加热时转变的影响 合金元素对过冷奥氏体转变的影响 合金元素对淬火钢回火转变的影响
金属材料及热处理
Mn ✓
✓
Co ✓
✓
C
✓
N
✓
Cu
✓
✓
Cr
✓
✓
…
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刘国权教授主讲
Thank you!
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刘国权教授主讲
淬火合金钢回火过程中可能出现二次硬化现象
淬火高合金钢回火过程中可能析出金属间化合物
合金元素对高温和低温回火脆性的影响
金属材料及热处理
刘国权教授主讲
第一章学习小结
合金 A形成 A形成 F形成 F形成 强K 中K 弱K 非K 其他 元素 元素1 元素2 元素1 元素2 元素 元素 元素 元素
Ni ✓
✓
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吴承建 等编著： 金属材料学，第一章 钢铁中的合金元素
第六节 合金元素对钢在加热时转变的影响
钢在加热时转变过程：奥氏体形成、碳化物溶解、碳与合金原子的 均匀化、奥氏体晶粒长大 （合金元素的晶界偏聚？）
合金元素对奥氏体形成过程的影响 合金元素对碳化物溶解、溶质原子的均匀化的影响 合金元素对奥氏体晶粒长大过程的影响
综合合金化能大大提高过冷奥氏体的稳定性 ！！
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刘国权教授主讲
吴承建 等编著： 金属材料学，第一章 钢铁中的合金元素
第七节 合金元素对过冷奥氏体转变的影响（续3）
钢在冷却时转变过程： 先共析产物析出、珠光体转变、贝氏体转变、马氏体转变
合金元素对贝氏体转变的影响
✓ 合金元素通过影响对贝氏体转变时的 转变和碳原子的扩散来 影响贝氏体转变 p.19 ✓ 合金元素对贝氏体转变的上限温度Bs的影响 （见 p.19 公式）
刘国权教授主讲
吴承建 等编著： 金属材料学，第一章 钢铁中的合金元素
第八节 合金元素对淬火钢回火转变的影响
淬火钢在回火时组织转变五阶段：
1. 马氏体中碳原子的偏聚 2. 马氏体的分解
3. 残余奥氏体的转变
4. 碳化物的析出和转变
5. 碳化物的聚集长大与相回复、再结晶
合金元素对马氏体分解的影响
合金元素对碳化物析出的影响
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吴承建 等编著： 金属材料学，第一章 钢铁中的合金元素
第七节 合金元素对过冷奥氏体转变的影响（续1）
钢在冷却时转变过程： 先共析产物析出、珠光体转变、贝氏体转变、马氏体转变
合金元素对先共析铁素体转变的影响
✓ 碳化物形成元素减慢先共析铁素体的形核与长大（为什么？）p.17 ✓ 镍和锰推迟和减慢先共析铁素体的形核与长大（为什么？）p.17 ✓ 硼强烈阻碍先共析铁素体在原奥氏体晶界上的形核（p.19图1-21） ✓ 钛、铌、钒微合金化钢中先共析铁素体生成时的相间沉淀及其强烈 的弥散强化作用 p.18
教学内容：
第1部分：碳钢、铸铁及热处理
实验一：热处理工艺及其对钢的组织与性能的影响
第2部分：合金钢(钢铁材料)
第一章 合金钢总论/第二章 工程结构钢/第三章 机械制造结构钢 第四章 工具钢/第五章 不锈耐蚀钢/第六章 耐热钢和耐热合金 实验二：常见合金钢显微组织的观察分析
第3部分：其它金属材料
金属材料及热处理
第九节 钢的淬火和回火 第十节 钢的形变热处理 第十一节 钢的表面淬火 第十二节 钢的化学热处理
p.318 p.318 p.324 p.329 p.333 p.339 p.342
p.347 p.353 p.359 p.362 p.364
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刘国权教授主讲
吴承建 陈国良 强文江 编著： 金属材料学，冶金工业出版社， 2000
铁与钢的多形性转变、钢铁材料的分类
金属材料及热处理
刘国权教授主讲
至此第十二章课内讲解内容全部完成！请撰写全章学习总结！
第十二章 钢的热处理原理与工艺
第一节 概述
第二节 第三节 第四节 第五节
钢加热时的组织转变 过冷奥氏体的转变 珠光体转变 马氏体转变
第六节 贝氏体转变 第七节 钢在回火时的转变
第八节 钢的退火和正火