工程材料第3章金属材料内容整理
工程材料与热加工技术第3章
第3章 铁碳合金相图
3.2.2 典型合金结晶过程分析
1．铁碳合金的分类
根据Fe-Fe3C相图，铁碳合金可分为三类： (1) 工业纯铁(wC≤0.0218%)。 (2) 钢(0.0218%＜wC≤2.11%)。钢分为亚共析钢(0.0218%＜ wC＜0.77%)、共析钢(wC=0.77%)和过共析钢(0.77%＜wC≤2.11% ＝。
第3章 铁碳合金相图
液相线和固相线之间所构成的两个区域，是由液态合金和 结晶体组成的两相区。不过，这两个区所包含的结晶体不同， 液态合金沿AC线结晶出来的是奥氏体，而沿CD线结晶出来的是 渗碳体。由液态合金直接析出的渗碳体称为一次渗碳体(Fe3CI)。
第3章 铁碳合金相图
ECF水平线为共晶反应线，C点为共晶点。合金在平衡结晶 过程中冷却到1148℃时，C点成分的液相发生共晶反应，生成E 点成分的奥氏体和Fe3C。共晶反应在恒温下进行，共晶转变的 表达式如下：
(1) 液相。用符号L表示，是铁碳合金在熔化温度以上形成 的均匀的液体。
第3章 铁碳合金相图
(2) 铁素体。用符号F表示，是碳溶解于α-Fe中形成的间隙 固溶体，呈体心立方晶格。铁素体中碳的固溶度极小，室温时 约为0.0008%，600℃时为0.0057%，在727℃时溶碳量最大， 为0.0218%。铁素体的性能特点是强度、硬度低，塑性和韧性 良好。其力学性能与工业纯铁大致相同，即σb≈250 MPa、 80HBS、δ= 45%～50%，工业纯铁(wC≤0.02%)的室温组织是 由铁素体晶粒组成的。
第3章 铁碳合金相图
(3) 奥氏体。用符号A表示，是碳溶入γ-Fe中形成的间隙固 溶体，呈面心立方晶格。奥氏体中碳的固溶度较大，在1148℃ 时溶碳量最大达2.11%。奥氏体的强度较低，硬度不高，易于 塑性变形(δ= 40%～50%)。故在轧钢或锻造时，为使钢易于进 行变形，常把钢加热到高温，使之呈奥氏体状态。
清华大学《工程材料》第5版教材简介
清华大学《工程材料》第5版教材简介《工程材料》第5版教材由清华大学材料学院朱张校教授、姚可夫教授主编，清华大学出版社出版。
《工程材料》第5版教材目录如下：绪论0.1中华民族对材料发展的重大贡献0.2材料的结合键0.3工程材料的分类第1章材料的结构与性能特点1.1金属材料的结构与组织1.2金属材料的性能特点1.3高分子材料的结构与性能特点1.4陶瓷材料的结构与性能特点第2章金属材料组织和性能的控制2.1纯金属的结晶2.2合金的结晶2.3金属的塑性加工2.4钢的热处理2.5钢的合金化2.6表面技术第3章金属材料3.1碳钢3.2合金钢3.3铸钢与铸铁3.4有色金属及其合金第4章高分子材料4.1工程塑料4.2合成纤维4.3合成橡胶第5章陶瓷材料5.1普通陶瓷5.2特种陶瓷第6章复合材料6.1复合材料的复合原则6.2复合材料的性能特点6.3非金属基复合材料6.4金属基复合材料第7章功能材料及新材料7.1电功能材料7.2磁功能材料7.3热功能材料7.4光功能材料7.5隐形材料及智能材料7.6纳米材料第8章零件失效分析与选材原则8.1机械零件的失效8.2机械零件失效分析8.3机械零件选材原则第9章典型工件的选材及工艺路线设计9.1齿轮选材9.2轴类零件选材9.3弹簧选材9.4刃具选材第10章工程材料的应用10.1汽车用材10.2机床用材10.3仪器仪表用材10.4热能设备用材10.5化工设备用材10.6航空航天器用材附录1金属材料室温拉伸试验方法新、旧国家标准性能名称和符号对照表附录2金属热处理工艺的分类及代号(摘自GB/T 12603—2005) 附录3常用钢的临界点附录4钢铁及合金牌号统一数字代号体系(摘自GB/T 17616—1998)附录5国内外常用钢号对照表附录6常用铝及铝合金状态代号与说明(摘编自GB/T 16475—2008)附录7若干物理量单位换算表附录8工程材料常用词汇中英文对照表参考文献本教材有以下特点：（1）体系科学合理，内容丰富新颖，实例丰富。
机械基础：第03章机械工程材料
第3章 机械工程材料
3.2 常用金属材料
3.2.2 合金钢
3.合金工具钢 (2)刃具钢 ②高速钢 用途：主要适宜于制造切削速度较高的刃具（如车刀、钻头等）和形状复杂、负载较重的 成形刀具（如铣刀、拉刀等）。此外高速钢还可用于制造冷冲模、冷挤压模以及某些耐磨 零件。常用的高速钢有钨系高速钢，如W18Cr4V；钼系高速钢，如W6Mo5Cr4V2等。 (3)模具钢 定义：主要用来制造各种模具的钢称为模具钢。 ①冷变形模具钢 用于制造冷态金属成形的钢称为冷变形模具钢。如冷冲模、冷压模等。冷变形模具钢的性 能特点是高的硬度和高耐磨性，具有足够的强度、韧性和疲劳强度。 常用的冷变形模具钢有9SiCr、Cr12和Cr12MoV等。
第3章 机械工程材料
3.2 常用金属材料
3.2.1 碳素钢
2.碳素钢 （1）碳素结构钢 ②优质碳素结构钢 牌号：优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示，这两位数字代表钢的平均含碳质量分数的万 之一。例如45表示平均含碳质量分数为0.45%的优质碳素结构钢。 按照钢中锰的含量不同，可分为普通含锰量钢（WMn≤0.80%）和较高含锰量钢（WMn =0.7%～1.2%）两种，如果是后一种钢，则在两位数字后面加上Mn，如45Mn表示平均含碳 量分数为0.45%的较高锰优质碳素结构钢。 用途：优质碳素结构钢既保证力学性能又保证化学成分，而且钢中的有害杂质硫、磷质量分 数较低，质量较高，故广泛用于制造较重要的零件。
根据钢中含有害元素磷、硫质量分数划分。
普通碳素钢 Ws≤0.035%，Wp≤0.035%
优质钢
Ws≤0.030%，Wp≤0.030%
高级优质钢 Ws≤0.020%，Wp≤0.025%
第3章 机械工程材料
3.2 常用金属材料
土木工程材料(第3章 金属材料)
B上 B
A B下
σS
）强化阶段（Ⅳ） 颈缩阶段。每个阶 段都各有其特点。
δ
ε=ΔL/ L
图2.1 低碳钢受拉时应力应变曲线图
– 图2.1中的 B上点是这一阶段的最高点，称为 屈服上限（σ s上）； B下点相应的应力称为 屈服下限（σs下），又称屈服点或屈服强度 ，用σs表示。
– 伸长率δ
l1 l0 100%
d
d。
d+2.1d。
α
（a）
（a）试件安装
P
d
(b)
（b）弯曲90°
P
(c)
（c）弯曲180°
(d)
（d）弯曲至两面重合
钢材冷弯试验
第三节 钢的化学成分对钢材性能的影响
①碳（C）：
– 当含碳量小于 0.8% 的碳素钢，随着含碳量的 增加，钢的抗拉强度（σb）和硬度（HB）增加 ，而塑性和韧性则相应降低。
l0
– 伸长率δ是衡量钢材塑性的一个指标，它 的数值愈大，表示钢材塑性愈好。
– 伸长率与标距有关。通常钢材拉伸试验 标距取l0= 10d0和 l0= 5 d0，伸长率分别 以δ10和δ5表示。对同一钢材δ5大于δ10。
2．冲击韧性
– 冲击韧性是指钢材抵抗冲击荷载而不破 坏的能力。是以试样缺口处单位横截面 所吸收的功（J/cm2）来表示，即冲击韧 性值，其符号为αk。
有色金属是除黑色金属以外的其他 金属，如铝、铅、锌、铜、锡等金属及
建筑工程上用的钢材包括各类钢结 构用的型钢（如圆钢、角钢、槽钢和工 字钢等）、钢板和钢筋混凝土用钢筋、 钢丝等。
钢材强度高、品质均匀，具有一定 的弹性和塑性变形能力，能够承受冲击 、振动等荷载作用；钢材的加工性能良 好，可以进行各种机械加工，可以通过 切割、铆接或焊接等方式的连接，进行 现场装配。
工程材料力学性能第三章资料
1.摆锤冲断试样失去的位能 Ak=GH1—GH2， 试样变形和断裂所消耗的功，称为冲击吸收功.单 位为J。 冲击韧性：指材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形 功和断裂功的能力，常用标准试样的冲击吸收功Ak 表示。 2.冲击吸收功Ak的大小并不能 真正反映材料的韧脆程度, 部 分功消耗于试祥扔出、机身振 动、空气阻力以及轴承与测量 机构的摩擦消耗。
三 应变速率增加，抗拉强度增加，而且应变速率的 强度关系随温度的增加而增加。
图 应变速率对铜在各种温度下抗拉强度的影响
第二节
冲击弯曲和冲击韧性
不含切口零件的冲击：冲击能为零件的整个体积均 匀地吸收，从而应力和应变也是均匀分布的； 零件 体积愈大，单位体积吸收的能量愈小，零件所受的 应力和应变也愈小。 含切口零件的冲击：切口根部单位体积将吸收更多 的能量，使局部应变和应变速率大为升高。 另一个 特点是：承载系统中各零件的刚度都会影响到冲击 过程的持续时间、冲击瞬间的速度和冲击力大小。 这些量均难以精确测定和计算。且有弹性和塑 性。 因此，在力学性能试验中，直接用能量定性地表示 材料的力学性能特征；冲击韧性即属于这一类的力 学性能。
3.对于屈服强度大致相同的材料，根据Ak值评定材料 对大能量冲击破坏的缺口敏感性。 如弹壳、防弹甲板等，具有参考价值： 4.评定低合金高强钢及其焊缝金属的应变时效敏感性。
第三节 低温脆性 一、 低温脆性 低温脆性:一些具有体心立方晶格的金属，如Fe、 Mo 和W，当温度降低到某一温度时，由于塑性降低 到零而变为脆性状态。 从现象上看，是屈服强 度随温度降低而急剧增加的结果 倘若屈服强度随温度的下降而升高较快，而断裂 强度升高较慢，则在某一温度Tc以下，σs>σc， 金属在没有塑性变形的情况下发生断裂，即表现 为脆性的； 而在Tc以上，σs<σc，金属在断裂 前发生塑性变形，故表现为塑性的。 低温脆性对压力容器\桥梁和船舶结构以及在低温 下服役的机件是非常重要的.
3 第三章 金属的结晶、变形与再结晶——【工程材料学】
（1） 形核
形核方式有两种：均匀形核和非均匀形核。
均匀形核即晶核在液态金属中均匀的形成；非均匀形核 即晶核在液态金属中非均匀的形成。
实际生产中，金属中存在杂质并且凝固过程在容器或铸 型中进行，这样，形核将优先在某些固态杂质表面及容器 或铸型内壁进行，这就是非均匀形核。
非均匀形核所需过冷度显著小于均匀形核，实际金属的 凝固形核基本上都属于非均匀形核。
颗粒钉扎作用的电镜照片
3.2.2 塑性变形对金属组织与性能的影响
一、 塑性变形对金属组织与结构的影响
1. 显微组织的变化 滑移带 孪晶带 晶粒形状
金属在外力作用下发生塑性变形时，随着变形量的增加晶 粒形状发生变化，沿变形方向被拉长或压扁。当拉伸变形量 很大时，只能观察到纤维状的条纹（晶粒变成细条状），称 之为纤维组织。
Hall-Pitch关系：σs =σ0 + Kyd-1/2
三、 合金的塑性变形 根据组织，合金可分为单相固溶体和多相混合物两种。合
金元素的存在，使合金的变形与纯金属显著不同。
奥氏体
珠光体
1. 单相固溶体的塑性变形 单相固溶体合金组织与纯金属相同，其塑性变形过程也与
多晶体纯金属相似。但随溶质含量增加，固溶体的强度、硬度 提高，塑性、韧性下降，称固溶强化。
3.1 金属的结晶及铸件晶粒大小控制
凝固
金属由液态转变为固态的过程。
结晶
结晶是指从原子不规则排列的液 态转变为原子规则排列的晶体状 态的过程。
3.1.1 冷却曲线及结晶一般过程
一、 冷却曲线
温 度
理论冷却曲线
结晶平台(是由结晶潜热导致)
Tm
Tn
△T 过冷度
实际冷却曲线
时间
gc03-1金属材料
齿轮
螺栓
●60、65钢
主要用来制造弹簧。
热处理：淬火+中温回火
弹簧
老师提示 优的碳质量分数在0.65%～1.35% 之间，钢号用平均碳质量分数的千分数的数字 表示，数字之前冠以“T”（碳）。 如：T9表示碳质量分数为0.9%（即千分之 九）的碳素工具钢。 碳素工具钢均为优质钢，若含硫、磷更低， 为高级优质钢，钢号后标注“A”。 如：T12A表示碳质量分数为1.2%的高级优 质碳素工具钢。 用途：制造各种刃具、量具、模具等。
平炉钢（用平炉冶炼钢） 转炉钢（用转炉冶炼钢）
3.1.2 碳钢的牌号及用途 一、碳素结构钢 碳素结构钢的牌号用Q+数字表示。 “Q”为屈服点“屈”字的汉语拼音字首。 数字表示屈服强度的数值。 如：Q275是屈服强度为275MPa的碳素结构钢。 若牌号后面标注A、B、C、D，表示钢材质量 等级。 A级钢含硫、磷量最高。 D级钢含硫、磷量最低。
常用碳素工具钢： ●T7、T8 硬度较高、韧性较高，可制 造冲头、凿子、锤子等工具。 ●T9、T10、T11 硬度高，韧性适中，可制造 钻头、刨刀、丝锥、手锯条等刃 具及冷作模具等。 ●T12、T13 硬度很高，韧性较低，可 制作锉刀、刮刀等刃具及量规、 样套等量具。
锉刀
量规
老师提示 碳素工具钢使用前都要进行 热处理（淬火+低温回火）。
建筑构件
钢桥梁
老师提示 这类钢常在热轧状态下使用，不再 进行热处理。对某些小零件，可以进行正火、 调质、渗碳等处理，以提高其使用性能。
二、优质碳素结构钢 优质碳素结构钢的钢号用平均碳质量分数 的万分数的数字表示。 例如：钢号“20”即表示碳质量分数为 0.20%（万分之二十）的优质碳素结构钢。 若钢中锰含量较高，钢号后加符号“Mn”， 如15Mn、45Mn等。 优质碳素结构钢主要用来制造各种机器零 件。
重庆大学工程材料第三章 金属的结晶
三、金属的同素异构转变 1、同素异构现象和同素异构体
§1结晶过程
有些金属在固态下，存在两种或两种以上的晶格类型， 有些金属在固态下，存在两种或两种以上的晶格类型，这 两种或两种以上的晶格类型 种现象称为同素异构或多晶型性。 种现象称为同素异构或多晶型性。 同素异构 以不同晶体结构存在的同一种金属的晶体称为该金属的同 素异构体。 素异构体。 2、同素异构转变 同一种金属的同素异构体在一定的条件下会相互转化。 同一种金属的同素异构体在一定的条件下会相互转化。同 素异构转变就是这种在固态下随温度的改变由一种晶格转变为 素异构转变就是这种在固态下随温度的改变由一种晶格转变为 在固态下 另一种晶格的现象。 另一种晶格的现象。
一、液态金属的结构特点
§1结晶过程
1. 液态金属的特点
长程无序 短程有序、 短程有序、长程无序 长程有序
有序原子团
气体 液体 晶体（固体） 晶体（固体）
1、原子排列的短程有序和长程无序 结构起伏 2、存在着结构起伏（相起伏） 存在着结构起伏（相起伏）
2.金属结晶的条件
金属 的 结 现 的现象
1结晶
第三章 材料制备的基本过程
新材料的发展，不仅与对材料的成分 结构 结构—性能的研究 新材料的发展，不仅与对材料的成分—结构 性能的研究 有着密切的关系，还与其制备方法有着直接的联系。 有着密切的关系，还与其制备方法有着直接的联系。 不同的材料需要采用不同的工艺过程来制备和合成： 不同的材料需要采用不同的工艺过程来制备和合成： 金属材料： 金属材料：凝固与结晶 陶瓷材料：烧结 陶瓷材料： 聚合物： 聚合物：反应合成
§1结晶过程
四、 金属铸锭的组织特点 1金属铸锭的组织示意图
2 金属铸锭中的缺陷
第二部分工程材料(第三章、第四章)
性能要求不高时才作为
最终热处理。
淬火（含表明淬火）、
回火、表面化学热处理
主要用于最终热处理
退火
• 退火—将钢加热至 适当温度保温，然 后缓慢冷却 (炉冷) 的热处理工艺
• 目的
真空退火炉
调整硬度，便于切削加工。适合加工的硬度为
170-250HB。
消除内应力，防止加工中变形。
细化晶粒，为最终热处理作组织准备。
钢的分类
低碳钢 碳素钢 中碳钢
按化学
成 分
0.25%C 0.25-0.6%C 0.6%C 合金元素总量 5% 10%
高碳钢 低合金钢 合金钢 中合金钢 高合金钢
合金元素总量 5-10% 合金元素总量
碳素钢的分类
按质量来分—普通碳素钢，S、P含量分别≤0.055%和0.045%
（有害元素含量）
合金钢的分类和牌号
按碳素钢的分类方法，留给大家去总结
钢的热处理 热处理—就是通过对固态金属的加热、保温和冷却，来改变
金属的显微组织及其形态，从而提高或改善金属的机械性能的 一种方法。
想一想：热处理与机加工等加工方法的区别在哪里？
热处理是一种重要的加工工艺，在制造业被广泛应用 .
• 在机床制造中约60-70%的零 件要经过热处理。 • 在汽车、拖拉机制造业中需 热处理的零件达70-80%。 模具、滚动轴承100%需经过热
牌号—优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示。这两位数字 代表钢中的平均含碳量的万分之几。例：45钢，表示平均含 用于制造各 碳量为0.45%的优质碳素结构钢。
优质碳素 结构钢
按 用 途
种受载荷的 机械零件 碳素 工具钢
用于制造各 种工、量、 模具 铸钢 强度和韧性 要求较高的 零件
机械工程材料 第三章 材料的凝固.答案
具有共晶成分的合金称共晶合金。在共晶线上，凡
成分位于共晶点以左的合金称亚共晶合金，位于共
晶点以右的合
金称过共晶合
A
金。 凡具有共晶线
成分的合金液
L+
B
C
D
体冷却到共晶
温度时都将发
生共晶反应。
⑵ 合金的结晶过程 ① 含Sn量小于C点合金(Ⅰ合金)的结晶过程
在3点以前为匀晶转变，结晶出单相 固溶体，这种
根据组元数, 分为二元相图、三元相图和多元相图。
Fe-C二元相图
三元相图
一、二元相图的建立
几乎所有的相图都是通过实验得到的，最常用的是 热分析法。
二元相图的建立步骤为：[以Cu-Ni合金(白铜)为例] 1. 配制不同成分的合金，测出各合金的冷却曲线，
找出曲线上的临界点（停歇点或转折点）。 2. 将临界点标在温度-成分坐标中的成分垂线上。 3. 将垂线上相同意义的点连接起来，并标上相应
1、铁的同素异构转变
铁在固态冷却过程中有两次 晶体结构变化，其变化为：
1394℃
912℃
-Fe ⇄ -Fe ⇄ -Fe
-Fe、 -Fe为体心立方结构(BCC)，-Fe为面心立方 结构(FCC)。都是铁的同素异构体。
-Fe
-Fe
2、固态转变的特点 ⑴形核一般在某些特定部
相图被两条线分为三 个相区，液相线以上 为液相区L ，固相线以 下为 固溶体区，两 条线之间为两相共存 的两相区（L+ ）。
L
液相线 L
+
固相线
Cu
成分（wt%Ni）
Ni
A portion of the copper-nickel phase diagram for which compositions and phase amounts are determined at point B
工程材料第3版教学课件ppt作者崔占全第三章金属材料
某些性能，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。
钢低合金钢合金钢刃具钢模具钢量具钢工 具 钢不锈钢耐热钢耐磨钢特 殊 性能 钢挤压模具低合金钢中合金钢合金钢高合金钢≤0.025特级优质钢≤0.030高级优质钢≤0.035优 质 钢≤0.045普通质量钢P平炉炼钢平炉钢转炉钢电炉钢按 炉 别 分齿轮齿轮具刀采用汉语拼音字母表示钢产品的名称、用途、特性和工艺方法时，一般从代表钢产品名称的汉字的汉语拼音中选取第一个字母含量依次下降，质量提高。
●脱氧方法符号: 沸腾钢镇静钢—Z；半镇静钢特殊镇静钢—TZ。
●如碳素结构钢牌号表示为Q235AF、Q235BZ板钢*说明：通常情况下，屈服强度值小300MPa时为碳素结构钢，大于300MPa时为低合金高强度钢。
热连轧钢板齿方钢轮加工钢带08F 、10b 。
●③ 高级优质钢在钢号后加字母A ，如20A 。
(0.8%C)。
●*说明：碳素工具钢都是优质以上质量的。
高级优质钢在钢号后加“A”，如T8A。
丝锥锉刀4. 合金结构钢●该类钢的牌号由“数字+元素+数字”三部分组成。
●前两位数字表示平均碳含量的万分之几●合金元素以汉字或化学元素符号表示●是百分之几*高速钢不标含碳量，如W6Mo5Cr4V2(含** 含铬量小于1%时，在含铬量(以千分之一为单位数字“0”，如Cr06铣刀1.5%。
●渗碳轴承钢牌号的表示方法与合金结构钢相同，仅在牌号头部加字母“G”，“G20CrNiMo”。
……涡轮叶片铸钢件2.5吨大齿轮铸件●工艺性能以可焊性、淬透性为主。
●合金结构钢除少量为中高合金钢外，都是低合金钢.铜陵长江公路大桥热轧钢板铆接、黄河小浪底枢纽工程螺纹钢螺纹钢理：不进行专门热处理，热轧空冷态下使用。
用状态下组织：F+P圆钢冷成型性能2、化学成分特点●⑴低碳：≤0.2%C ●⑵合金元素：主要是低合金高强钢合金元素细化晶粒作用数热轧空冷后使用少数可用正火+高温回火处理。
●4、钢种、牌号与用途：南京长江大桥的压力容器。
(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 ：碳钢中的常存杂质 碳钢的分类 碳钢的用途1.2 钢的合金化原理：① Me 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） 。
工程材料及成型技术基础第3章 金属的塑性变形
吊钩内部的纤 维组织 （左：合理； 右：不合理， 应使纤维流线 方向与零件工 作时所受的最 大拉应力的方 向一致）
43
3）热加工常会使复相合金中的各个相沿着加工变形 方向交替地呈带状分布，称为带状组织。 带状组织会使金属材料的力学性能产生方向性，特 别是横向塑性和韧性明显降低。一般带状组织可以通过 正火来消除。
滑移面 +
滑移方向
=
滑移系
原子排列 密度最大的 晶面
滑移面和 该面上的一 个滑移方向
三种典型金属晶格的滑移系
晶格 滑移面 {110}
体心立方晶格 {111} {110}
面心立方晶格
密排六方晶格
{111}
滑移 方向
滑移系
6个滑移面
×
2个滑移方向
=
12个滑移系
BCC
4个滑移面
×
3个滑移方向
=
12个滑移系
35
这是因为此时的变形量较小，形 成的再结晶核心较少。当变形度 大于临界变形度后,则随着变形度 的增大晶粒逐渐细化。当变形度 和退火保温时间一定时，再结晶 退火温度越高，再结晶后的晶粒 越粗大。
36
再结晶晶粒大小随加热温 度增加而增加。
临界变形度处的再结晶 晶粒特别粗大
变形度大于临界变形 度后,随着变形度的增 大晶粒逐渐细化
41
(2) 出现纤维组织 在热加工过程中铸态金属的偏析、 夹杂物、第二相、晶界等逐渐沿变 形方向延展，在宏观工件上勾画出 一个个线条，这种组织也称为纤维 组织。纤维组织的出现使金属呈现 各向异性，顺着纤维方向强度高， 而在垂直于纤维的方向上强度较低。 在制订热加工工艺时，要尽可能使 纤维流线方向与零件工作时所受的 最大拉应力的方向一致。
第三章 第二节 金属材料教学设计+导学案
第三章《铁金属材料》教学设计第二节金属材料第一课时铁合金铝和铝合金教学思路问题线活动线任务类型关键能力培养指向核心素养培养意图生活中的眼镜介绍，1.你希望你的眼镜架有什么性能？学生思考并回答。
观察体验证据推理。
培养学生发现与提出问题的能力？进一步培养学生利用各种证据（已有知识、生活经验、文献查询）进行推理的能力和意识。
1.眼镜架选什么材料更好？2.合金为什么比纯金属更坚硬？驱动学生思考它们微观结构的差异。
学生结合铁、铝等金属性能思考回答。
观察体验证据推理。
观察微观认知模型。
化学方法和分析能力。
宏观辨识到微观探析的学科素养培养。
从眼镜架材料看人类对材料的认识、改造和使用问题2：你认为哪种材料更适合作为眼镜架？问题1：你希望你的眼镜架有什么性能？问题3：阅读教材，小组讨论选择适宜作眼镜架的材料？问题4：铝合金为何耐腐蚀？能否耐强酸、强碱腐蚀？问题5：了解还有哪些新型合金？问题6：设想未来的眼镜架还可能使用哪些材料？从眼镜架材料看人类对材料的认识、改造和使用第三章第二节金属材料【学习目标】1.结合生活中常见合金的认识经验，阅读教材中合金的结构介绍，了解合金的概念，并能联系纯金属和合金的微观结构解释二者性能的差异。
2.以铁合金为例，能从元素组成上对合金进行分类，并认识不同类型金属材料组成、性能与应用的联系，强化结构决定性能、性能决定用途的观念。
3.了解储氢合金、钛合金等新型合金，感受化学科学对创造更多新材料以满足人类生活需要和促进科技发展的重要作用。
【学习过程】活动一：自主学习展示1.合金的概念和特性概念由两种或两种以上的________(或_____________)熔合而成的具有_____________________特性的物质,如导电性、导热性等。
性能硬度硬度一般____________它的纯金属成分熔点熔点一般_______________它的成分金属与纯金属材料相比，合金具有优良的______________________________2.合金的形成条件形成条件合金是金属在_________状态时相互混合形成的,熔化时的温度需达到成分金属中熔点_____________的金属的熔点,但又不能高__________成分金属中沸点__________的金属的沸点。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
合金弹簧钢 – 万分之碳>50 +合金含 量（Si）
热成型：淬火中温回火；大型弹簧 冷成型：铅淬冷拔冷卷；冷拔油淬回火冷卷；退火冷卷淬火中温回火 提高寿命，喷丸强化
滚动轴承钢 – 滚铬：GCr+…
球化退火（降硬易削&细球P细粒碳化物以备最终热处理） 淬火+低温回火；高硬耐磨 极细回火马氏体、均匀分布粒状碳化物、少量残余奥氏体
奥氏体：固溶处理-千度加热水冷碳化物充分溶解 稳定化处理-含Ti、Nb可用，防晶
沉淀硬化：固溶+时效；奥氏体+马氏体+弥散晶间化合物，高强度
性
耐热钢：抗氧化抗蠕变（热强性）
低碳原因：碳降低 塑性 抗氧化性 焊接性能；
能
低碳，含铬硅铝
Back
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
合金钢
特殊性能钢
分类与牌号
元素功能
分类基准：正火状态；低碳：碳化物阴极相、晶界贫铬
不锈钢：耐蚀-化学&电化学
铬提高基体电位，突变特性 马氏体：造弹簧淬中回；造医~或量具淬低回
碳质量分数低更耐腐蚀
铁素体：退火、正火态使用，不可强化，很耐蚀强度低
特
马氏体~：Cr13；铁素体~：Cr17； 奥氏体：高镍；沉淀硬化
热作：调质；名字短回火索氏体-屈氏体组织；名字长回马碳残奥
热作模具钢 - （千分之碳）+ 铬钼等；
中碳 5CrMnMo 3Cr2Mo
量具用钢： 高碳、铬钨锰
淬火-低温回火； 降低淬火温度-减少残奥；淬火后冷处理-70℃~-80℃-减少残奥； 精度要求高的量具：时效处理：（作用如下）
消除残余应力、降低马氏体正方度、稳定残余奥氏体
Home
热处理：不均匀性 – 扩散退火消除 慢冷 – 粗大奥氏体 – 魏氏组织 – 塑性韧性降 消魏 – 完全退火or正火；同时消应力，细化 低合金铸钢：粗加工后淬回，大件油空淬 Back
铸钢与铸铁 铸钢
铸铁石墨化
铸铁分类与牌号
碳在铁碳合金中存在的形式： 溶于铁素体、奥氏体等晶体中；铁三碳（亚稳）；石墨（稳定）
镶嵌外来硬物；凹处储存润滑油
Back
2015年工程材料考试重点：1239章 第三章并不是考试的全部【微笑脸】
以及还有热测电工传热燃烧数学课【债见脸】 祝好！
石墨化中石墨来源：析出自液体、F/A，或分解自渗碳体 石墨化影响因素：加热温度+、冷却速度-、合金元素（C Si P Al Cu Ni Co+）
（Mn Mo W V Cr S-）
石墨化三阶段： 第一阶段：液相 – 奥氏体、石墨，温度E-S 第二阶段：奥氏体 – 铁素体、石墨，温度S 第三阶段：铁素体中析出石墨，温度S-
奥氏体：固溶+时效 提高强度，最耐高温，炉、燃机透平 铁素体：退火，强度不高，燃气轮机燃烧室、炉
钢
马、铁、奥、沉淀硬化（高强度） 马氏体：回火索氏体；耐热不强，汽轮机 沉淀硬化：强度最高，高温弹簧、波纹管等
Home
耐磨钢： 高碳、高猛、含硅
受力不大时，高锰钢 耐磨性 发挥不出 铸造-加工-水韧（千度溶碳水冷），奥氏体 硬度低韧性高，受强力加工硬化&马氏体转变-表面变硬
高速钢 – W/CW百分数+其他合金元素； （铬钨钼钒）；C%约1；名字长；Cr4%
回火：析出碳化物、减少残余奥氏体 回火马氏体+碳化物+少量残奥；碳化物-未溶+析出
W18Cr4V
合金模具钢： 冷作模具钢 - （千分之碳）+ 合金元素； 高碳 Cr12MoV CrWMn
冷作：淬火+低温回火；含钼钒高碳高铬：回马碳残奥 一次硬化：重载模具-韧性好；两次硬化：四五百℃用，韧性差
Home
Back
碳钢
概念与分类 牌号 元素功能
Home
碳C：决定钢的性能 锰Mn、硅Si：有利于改善钢的力学性能 硫S：易使钢发生热脆（高温锻轧开裂） 磷P：易使钢发生冷脆（室温脆性增加）
Back
合金钢
分类与牌号
元素功能
概念：含有除铁、碳外其他功能性元素的合金（碳钢中也含有其他元素） 重点：元素功能、热处理及其目的
加
调质：综合力学性能，小尺寸适用
而
等温淬火：获得下贝氏体，千兆帕，
增
强韧，小截面件适用
加
Back
铸钢与铸铁 铸钢
铸铁石墨化
灰铸铁
球墨铸铁
铸铁分类与牌号
蠕墨铸铁 可锻铸铁
特殊性能铸铁
蠕墨铸铁
各 种
综合力学性能接近球墨铸铁， 铸
铸造性能好，导热性好
铁
牌号：RuT+抗拉强度
硬 度
蠕化剂：MgTi or MgCa
不锈钢里的铬：13-17-18马铁奥；高碳 – 球化退火 不锈钢：Cr钝化TiNb消晶界贫铬（与工具结构钢分开记忆）
Home
Back
铸钢与铸铁 铸钢
铸铁石墨化
铸铁分类与牌号
铸造的优势： 易造形状复杂的零件
特点： 碳素铸钢vs碳钢： 综合力学性能不及 流动性好；收缩率小 低合金铸钢： 锰强化，铬淬透耐磨 高合金铸钢：特殊性能
铸铁石墨化
灰铸铁
球墨铸铁
铸铁分类与牌号
蠕墨铸铁 可锻铸铁
特殊性能铸铁
各
球墨铸铁
种 铸 铁 硬
特点：综合力学性能接近钢， 铸造性能好，成本较低 屈-强比约两倍于钢，静载用
度
牌号：QT+抗拉强度+断后伸长率；
随
(F/P/S/T/M)+G球
强
热处理：退火、正火、调质或等温淬火
度
退火：获得铁素体基体
增
正火：获得珠光体基体并细化组织
热处理： 20钢：自行车销钉，热轧材料 – 机加工 – 920℃渗碳 – 水淬 – 180℃低温回火， 表面60HRC耐磨 45钢：凸轮轴，热轧棒料 – 模锻 – 正火 – 粗加工 – 调质处理（淬火+高温回火）– 精加工 – 表面淬火 – 低温回火；心部回火索氏体-强韧，表面回火马氏体-58HRC耐磨 65钢：弹簧，机加工 – 840℃加热淬火 – 500℃中温回火； 回火屈氏体-弹性好（800MPa屈服）
Back
合金钢
合金工具钢
分类与牌号
元素功能
千分之碳：C%≥1时省去不写
合 金 工 具 钢
Home
合金刃具钢：
低合金刃具钢：球化退火-机加工-淬火-低温回火；
低合金刃具钢 – （千分之碳）+ 合金元素
回火马氏体+碳化物+少量残余奥氏体
（铬锰硅钨钒）；典型 – 9SiCr
高速钢：球化退火-机加工-二次预热油淬火-三次高温回火
Back
碳钢
概念与分类 牌号 元素功能
Home
概念：钢 – 铁碳合金，碳质量分数处于0.02%-2.11%范围； 常用碳钢碳质量分数处于0.02%-1.3%范围；
共性：比合金钢冶炼简便、加工容易、价格便宜。
分类： C%
Quality
用途
冶炼方法
0.02% 低碳钢
0.25% 中碳钢
0.6% 高碳钢
1.3%
时效热处理：固溶处理+时效 固溶处理：形成过饱和相，强度低，类似淬火； 时效：析出第二相，强度升高渐稳；低温下时效变慢 回归：发生自然时效
Back
有色金属及其合金
铜合金
铝合金 铜合金 其他 Home
耐腐蚀，抗磁
黄铜：铜锌合金 H**；复杂黄铜：H+主加元素+含量（铜、主、次、其他） 变形加工、铸造性能好，耐腐蚀，应力腐蚀开裂-低温退火&其他元素 铅黄铜：钟表（切削性能优良，耐磨）；锡/铝/硅黄铜：海洋船舶（耐蚀）
课本183页 铸铁的组织与石墨化表格
Home
Back
铸钢与铸铁 铸钢
Home
灰铸铁
特点：价格便宜、应用最广泛
牌号：HT+抗拉强度； 强度越高，石墨与组织越细 组织成片状((F+P)/P/S/T)+G
孕育/变质处理： 加入硅钙碳类孕育剂， 细化基体组织，
热处理：不改变石墨形态与分布 仅消除内应力、易削耐磨 去应力or消白口降硬退火、 表面淬火
硫、磷含量越低， 质量越好
普通碳素钢 优质碳素钢 高级优质碳素钢
碳素结构钢： 强韧，工程构 建、机器零件
碳素工具钢： 硬，刃具、量 具、模具
平炉钢 转炉钢
Back
碳钢
优质碳素结构钢
概念与分类 牌号 元素功能
应用： 冷冲压：带F，如08F，塑性好 焊接、冷冲压：10-20，冲压件、焊接件；渗碳后可造轴、销 综合力学性能：35-50，齿轮、轴类、套筒；需热处理 弹簧：60、65，需热处理
Back
合金钢
分类与牌号
元素功能
喵。。看习题册吧。。第8-9页 或者课本125页起
【制作人偷懒所以要补偿】其他总结 低合金、低碳 – 船舶车辆桥梁 – Null或正火 – SPF索珠铁 调质 – 齿轮轴承等；渗碳 – 销轴；医用 – 硬且耐蚀（低碳低回） 强度不够？沉淀硬化；热作、冷作模具钢用途：造冷热**模
青铜：铜锡/铝/铍合金 Q+主要元素+含量（铜、主、次、其他）；铸造：ZCu+其他 锡青铜：耐大气、海水等腐蚀优于黄铜；轴承耐磨、弹性件、耐蚀抗磁 铝青铜：力学性能好； 铍青铜：抗拉强度千兆帕，无火花，昂贵 硅青铜：力学性能优于锡青铜，价格略低；含镍硅青铜-航天
白铜：铜镍无限互溶，电阻率大，热电偶丝
随
强
特殊性能铸铁
度
增
合金元素起作用
加
耐磨铸铁（i.e.白口铸铁）磷 耐热铸铁（球墨+铝硅铬） 耐蚀铸铁（铝硅钼铬）