金属材料学解析
金属材料学知识点总结
金属材料的热处理
热处理原理
01
热处理是通过改变金属材料内部组织结构来改善其性能的一种
工艺方法。
热处理工艺
02
包括退火、正火、淬火和回火等，不同的热处理工艺适用于不
同种类的金属材料。
热处理设备
03
热处理设备包括电炉、盐浴炉、真空炉等，选择合适的热处理
设备对获得良好性能的金属材料至关重要。
03
金属材料的力学性能
金属材料的轻量化
总结词
通过采用轻质材料、优化结构设计、减少材料厚度等方式，降低产品的重量。
详细描述
轻量化是现代工业领域中重要的技术趋势，特别是在汽车、航空航天和电子产品等领域。轻量化可以 降低产品的能耗、提高机动性、减少振动和噪音等。常用的轻量化金属材料包括铝合金、钛合金和镁 合金等。
金属材料在新能源领域的应用
电化学保护
通过外加电流或牺牲阳极等方法，改变金属 的电化学状态，防止腐蚀。
选用耐蚀材料
选用耐蚀性能好的金属或合金材料，提高耐 蚀性。
05
金属材料的新技术与新应 用
金属材料的高性能化
总结词
通过改进制造工艺和材料成分，提高金 属材料的力学性能、物理性能和化学性 能。
VS
详细描述
金属材料的高性能化主要涉及合金设计、 热处理工艺优化、表面处理技术等。这些 技术可以提高金属材料的硬度、韧性、耐 腐蚀性、高温性能等，使其在更广泛的领 域得到应用。
良好的导电性和导热性
金属材料是电和热的良导体，广泛用于电子 、电力和散热等领域。
耐腐蚀性
部分金属材料具有较好的耐腐蚀性，可以在 各种环境条件下使用。
金属材料的用途
机械制造业
用于制造各种机器 零部件、工具等。
《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
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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
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
金属材料学知识点总结
二、金属材料的制备
制备（加工）工艺 冶炼与凝固 成型与热处理
冶金与凝固理论 塑性成型与固态相变理论
二、金属材料的制备
退火(annealing)
普通热处理
正火(normalizing) 淬火(quenching)
整体热 处理
回火(tempering)
热
表面淬火—感应加热、火焰加热、
处
表面热处理
• 使用性能是保证能不能使用；
• 工艺性能是保证能不能生产和制造的问题。 • 两者有时是一致的，有时互相矛盾。
金属材料的力学性能
➢ 力学性能指金属在力的作用下所 显示出的与弹性和非弹性反应相关或 涉及应力-应变关系的性能，如强度、 塑性、弹性、硬度、韧性、疲劳等
力学性能是选择和使用结构金属材料的重要依据。
• 包括工程结构钢（碳素结构钢和低合金高强度钢）和机 械制造结构钢（优质碳素结构钢和合金结构钢）。
• 工模具钢
•可分为碳素工具钢和合金工具钢。或者刃具钢、冷变形模 具钢、热变形模具钢和量具钢等。
• 特殊性能钢
•主要为不锈耐蚀钢和耐热钢，均为合金钢。
钢铁材料
3、按冶金质量分类 • 普通钢：S≤0.055%，P≤0.045%。 • 优质钢：S≤0.035%，P≤0.035%。 • 高级优质钢：S≤0.030%，P≤0.030%。 • 特级优质钢： S≤0.020%，P≤0.025%。 • 注：碳素钢有普通级，而合金钢没有普通级。
1. 材料科学与工程、金属材料学
材料科学与工程的 主要任务
确立两个关系：
• 性能与成分、组织 结构间的关系；
• 组织结构与成分和 加工工艺间的关系
性能 材料应用的基础
提高材料性能的途径
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。
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。
金属材料学课后答案(较全)
金属材料学课后答案（较全）第一章1.为什么说钢中的S、P杂质元素在一般情况下总是有害的？答：S、P会导致钢的热脆和冷脆，并且容易在晶界偏聚，导致合金钢的第二类高温回火脆性，高温蠕变时的晶界脆断。
S能形成FeS，其熔点为989℃，钢件在大于1000℃的热加工温度时FeS会熔化，所以易产生热脆；P能形成Fe3P，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。
2.钢中的碳化物按点阵结构分为哪两大类？各有什么特点？答：简单点阵结构和复杂点阵结构简单点阵结构的特点：硬度较高、熔点较高、稳定性较好；复杂点阵结构的特点：硬度较低、熔点较低、稳定性较差。
3.简述合金钢中碳化物形成规律。
答：①当rC/rM>0.59时，形成复杂点阵结构；当rC/rM<0.59时，形成简单点阵结构；②相似者相溶：完全互溶：原子尺寸、电化学因素均相似；有限溶解：一般K都能溶解其它元素，形成复合碳化物。
③NM/NC比值决定了碳化物类型④碳化物稳定性越好，溶解越难，析出难越，聚集长大也越难；⑤强碳化物形成元素优先与碳结合形成碳化物。
4.合金元素对Fe-C相图的S、E点有什么影响？这种影响意味着什么？答：A形成元素均使S、E点向_____移动，F形成元素使S、E点向_____移动。
S点左移意味着_____减小，E点左移意味着出现_______降低。
（左下方；左上方）（共析碳量；莱氏体的C量）5.试述钢在退火态、淬火态及淬火-回火态下，不同合金元素的分布状况。
答：退火态：非碳化物形成元素绝大多数固溶于基体中，而碳化物形成元素视C和本身量多少而定。
优先形成碳化物，余量溶入基体。
淬火态：合金元素的分布与淬火工艺有关。
溶入A体的因素淬火后存在于M、B中或残余A中，未溶者仍在K中。
回火态：低温回火，置换式合金元素基本上不发生重新分布；>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，其程度取决于回火温度和时间。
金属材料工艺学基础解析
拉 伸
试
样
的
颈
缩
现
断裂后
象
§1.2 材料的硬度
抵抗外物压入的能力，称为硬度――综合性能指标。
1．布氏硬度
压头为钢球时，布氏硬度用符号HBS表 示，适用于布氏硬度值在450以下的材 料。 压头为硬质合金时，用符号HBW表示 ，适用于布氏硬度在650以下的材料。
符号HBS或HBW之前的数字表示硬度值，符号后面的数字按顺 序分别表示球体直径、载荷及载荷保持时间。 如120HBS10/1000/30表示直径为10mm的钢球在1000kgf （9.807kN）载荷作用下保持30s测得的布氏硬度值为120。
2．洛氏硬度
定义： HR=k-(h1-h0)/0.002常用标尺有：B、C、A三种
① HRA 硬、薄试件，如硬质合金、表面淬火层和渗碳层。 ② HRB 轻金属，未淬火钢，如有色金属和退火、正火钢等。 ③ HRC 较硬，淬硬钢制品；如调质钢、淬火钢等。 洛氏硬度的优点：操作简便，压痕小，适用范围广。 缺点：测量结果分散度大。
布氏硬度的优点：测量误差小，数据稳定。 缺点：压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头 还硬的材料。
适于测量退火、正火、调质钢,铸铁及有色金属的硬度。
材料的b与HB之间的经验关系：
对于低碳钢: b(MPa)≈3.6HB 对于高碳钢：b(MPa)≈3.4HB 对于铸铁： b(MPa)≈1HB或0.6(HB-40)
§1.4 疲劳强度
（80%的断裂由疲劳造成）
σ
疲劳：承受载荷的大小和方同随时间作 周期性变化，交变应力作用下，往往在 远小于强度极限，甚至小于屈服极限的 应力下发生断裂。
周次
疲劳强度σ-1 ：材料经无数次应力循环而不发生疲劳断裂的最高应 力值。 条件疲劳极限：经受107应力循环而不致断裂的最大应力值。陶瓷 、高分子材料的疲劳抗力很低，金属材料疲劳强度较高，纤维增强 复合材料也有较好的抗疲劳性能。 影响因素：循环应力特征、温度、材料成分和组织、夹杂物、表面 状态、残余应力等。
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）。
金属材料学名词解释总
二.名词解释1）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M来表示)2）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。
3）奥氏体形成元素: 在γ-Fe中有较大的溶解度,且能稳定γ相；如Mn, Ni, Co, C, N, Cu；4）铁素体形成元素: 在α-Fe中有较大的溶解度，且能稳定α相。
如：V，Nb, Ti 等。
5）原位析出: 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钢中的Cr：ε-FexC→Fe3C→（Fe, Cr）3C→（Cr, Fe）7C3→（Cr, Fe）23C66）离位析出: 在回火过程中直接从α相中析出特殊碳化物，同时伴随着渗碳体的溶解，可使HRC和强度提高（二次硬化效应）。
如V，Nb, Ti等都属于此类型。
7）液析碳化物：由于碳和合金元素偏析，在局部微小区域内从液态结晶时析出的碳化物。
8）网状碳化物：过共析钢在热轧（锻）加工后缓慢冷却过程中由二次碳化物以网状析出于奥氏体晶界所造成的。
9）合金渗碳体：渗碳体内经常固溶有其他元素，在碳钢中，一部分铁为锰所置换；在合金钢中为铬、钨、钼等元素所置换，形成合金渗碳体。
10）二次硬化：淬火钢在较高温度下回火，硬度不降低反而升高的现象称为二次硬化11）变质处理：就是向金属液体中加入一些细小的形核剂（又称为孕育剂或变质剂），使它在金属液中形成大量分散的人工制造的非自发晶核，从而获得细小的铸造晶粒。
12）回火稳定性：淬火钢对回火过程中发生的各种软化倾向（如马氏体的分解，碳化物的析出与铁素体的再结晶）的抵抗能力。
13）固溶处理：指将合金加热到高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中后快速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺。
金属材料学课程的性质和要求
一、课程的性质和要求1、课程性质金属材料学是一门综合性比较强的专业主干课。
在学生学过材料科学基础（或金属学原理）、材料组织控制原理、材料组织控制工艺（或材料强韧化）及材料力学性能等课程的基础上，系统地介绍金属材料合金化的一般规律及各类主要金属材料的成分、工艺、组织和性能之间的关系。
通过课堂讲授、综合性实验、综合性作业等环节，培养学生分析问题和解决问题的能力。
2、课程要求1）掌握主要金属材料的合金化基本原理，了解材料成分设计和工艺设计的依据，为发掘材料潜力和开发新材料打下一个理论基础；2）了解各种典型材料的成分、工艺、组织结构和性能之间的有机关系；3）能初步从零件的服役条件出发，对材料提出合理的技术要求，正确地选择材料并合理制订工艺。
3、课程改革《金属材料工程》专业是江苏省品牌专业。
在新的专业内涵下，进行了课程体系的重构。
专业主干课程内容和教学方法的改革也是品牌专业建设的重要内容。
《金属材料学》是该专业主干课程中涉及综合性知识的一门课程，从知识结构来说，它是一门该专业最后的综合性主干课，也是学生在今后工作岗位上最有实践指导意义的一门课程。
根据专业建设的情况和课程特点，对该课程的教学进行了改革。
主要是精简和补充内容、编制多媒体电子课件、改革教学方法、开展课堂讨论、增加综合性作业，选编习题和布置课堂思考题、设计综合性实验等。
目的是使学生对专业有一个系统的认识，理解专业知识的主线、核心和思想，培养学生分析问题和解决问题的能力。
编写《习题和思考题》是其中部分的内容。
结合20多年的教学经验和对课程内涵、重点和难点的深入理解，编写了具有特色的相应教材。
二、习题和思考题绪论01、1958年世界工业博览会在比利时召开，博览会大楼，是由9个巨大金属球组成，球直径为18米，8球位于立方体角，1球在中心。
这象征什么? 说明什么意义?02、为纪念世界第一位宇航员加加林，莫斯科列宁大街上建造了40英尺高的雕象，雕象材料是钛合金。
金属材料成分分析
金属材料成分分析金属材料是工程中常见的材料之一，其成分分析对于材料的性能和用途具有重要意义。
金属材料的成分主要包括金属元素和非金属元素两大类，其中金属元素是金属材料的主要成分，而非金属元素则是对金属材料性能影响较大的元素之一。
金属材料的成分分析主要通过化学分析和物理分析两种方法来进行。
化学分析是指通过化学方法来确定金属材料中各种元素的含量和种类，常用的方法包括光谱分析、电化学分析、滴定分析等。
物理分析则是通过物理性能来确定金属材料的成分，如X射线衍射分析、电子探针分析、质谱分析等。
在进行金属材料成分分析时，需要注意以下几点。
首先，样品的制备要求严格，避免杂质的干扰。
其次，分析方法的选择要根据具体情况进行，确保分析结果的准确性和可靠性。
最后，对分析结果要进行合理的解释和评价，为材料的应用提供参考依据。
金属材料成分分析的结果对于材料的应用具有重要意义。
首先，可以为材料的生产提供技术支持，确保材料的质量和性能。
其次，可以为材料的选用提供科学依据，根据具体要求选择合适的材料。
最后，可以为材料的改进和优化提供参考，提高材料的性能和降低成本。
在进行金属材料成分分析时，需要注意以下几点。
首先，样品的制备要求严格，避免杂质的干扰。
其次，分析方法的选择要根据具体情况进行，确保分析结果的准确性和可靠性。
最后，对分析结果要进行合理的解释和评价，为材料的应用提供参考依据。
总之，金属材料成分分析是对金属材料进行全面了解和评价的重要手段，其结果对于材料的生产、选用和改进具有重要意义。
只有通过科学的分析方法和严格的实验操作，才能获得准确可靠的分析结果，为金属材料的应用和发展提供有力支持。
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③间隙位置 优先占据有利间隙位置—— 畸变为最小。 间隙位置总是没有被填满 —— 最小自由能原理。
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）
电子 结构
原子半径 /nm
2
0.145
3
0.136
5
0.128
5
0.131
6
0.127
7
0.126
8
0.124
100.128源自ΔR，% 14.2 7.1 0.8 3.1 — 0.8 2.4 0.8
注：1、电子结构是3d层电子数；2、原子半径是配位数12的数值
（1）Ni、Mn、Co与γ-Fe的点阵结构、原子 半径和电子结构相似——无限固溶；
铬对钢γ区的影响
锰对钢γ区的影响
1.3 铁基固溶体
一、置换固溶体
合金元素在铁点阵中的固溶情况
Me
Ti
V Cr Mn Co Ni Cu C N
溶 解
α-Fe
~7
(1340℃)
无 限
无 限
~3
76
10
0.2 0.02 0.1
度 γ-Fe
0.68
无无无
~1.4 12.8
*
限
限
限
8.5 2.06 2.8
2、合金元素（alloying-element） 为合金化目的加入，其加入量有一定范围
的元素称为合金元素。 钢中常用合金元素： Si、Mn、Cr、Ni、W、Mo、V、Ti等。
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
a) 与γ区无限固溶 —— Ni、Mn、Co 开启γ区—— 量大时， 室温为γ相；
(a) Ni，Mn，Co
(b) C，N，Cu
(c) Cr，V
(d) Nb,B等
图1 合金元素和Fe的作用状态
1.2 Me对Fe-C相图的影响 一、对S、E点的影响
A形成元素均使S、E点向左下方移动； F形成元素使S、E点向左上方移动； S点左移—意味着共析C量减小 ； E点左移—意味着出现莱氏体的C量降低 。
复杂点阵结构：M23C6 、M7C3 、M3C。 特点：硬度、熔点较低，稳定性较差；
简单点阵结构：M2C、MC。又称间隙相。 特点：硬度高，熔点高，稳定性好。
M6C型不属于金属型的碳化物, 复杂结构， 性能特点接近简单点阵结构。
二、K形成的一般规律
1、K类型
K类型与Me的原子半径有关。 各元素的rc/rMe的值如下：
第1章 钢的合金化原理
1.1 Me和Fe基二元相图
一、钢中的Me 1、杂质元素（impurity- element）
常存杂质
冶炼残余，由脱氧剂带入。 Mn、Si、Al；S、P难清除。
隐存杂质
生产过程中形成， 微量元素O、H、N等。
偶存杂质
与炼钢时的矿石、废钢有关， 如Cu、Sn、Pb、Cr等。
热脆性 —— S —— FeS(低熔点989℃)；？ 冷脆性 —— P —— Fe3P（硬脆）； ？ 氢 脆 —— H —— 白点。
Me Fe Mn Cr V Mo W Ti Nb rc/rMe 0.61 0.60 0.61 0.57 0.56 0.55 0.53 0.53
rc/rMe > 0.59 —复杂点阵结构，如Cr、Mn、Fe ， 形成Cr7C3、Cr23C6、Fe3C、Mn3C等形式的K；
rc/rMe < 0.59 —简单结构相，如Mo、W、V、Ti 等，形成VC等MC型，W2C等M2C型 。
Me量少时，形成复合K，如（Cr, M）23C6型 。
2、相似者相溶
完全互溶：晶体结构、原子尺寸、电化学因素均相似。 如Fe3C，Mn3C →(Fe,Mn)3C；TiC ~ VC（有限）。
有限溶解：一般K都能溶解其它元素，形成复合K 如Fe3C中可溶入一定量的Cr、W、V等. 最大值为 < 20%Cr，< 2%W，< 0.5%V； MC型不溶入Fe，但可溶入少量W、Mo。
决定组元在置换固溶体中的溶解 度因素是点阵结构、原子半径和电 子因素，无限固溶必须使这些因素 相同或相似.
二、间隙固溶体
① 有限固溶 C、N、B、O等
② 溶解度
溶剂金属点阵结构：同一溶剂金属不 同点阵结构，溶解度是不同的—— 如γ-Fe与α-Fe 。
溶质原子大小：r↓，溶解度↑。 N溶解度比C大 : RN=0.071nm， RC=0.077nm。
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 ；
M6C：不是一种金属K。复杂六方点阵 。 K也有空位存在 ；可形成复合K , 如 (Cr,Fe,Mo，…)7C3
（2）Cr、V与α-Fe的点阵结构、原子半径和
电子结构相似——无限固溶；
结
论
（3）Cu和γ-Fe点阵结构、原子半径相近，
但电子结构差别大——有限固溶；
（4）原子半径对溶解度影响：ΔR≤±8%， 可以形成无限固溶；≤±15%，形成有限 固溶； >±15%，溶解度极小。
合金元素的固溶规律， 即Hume-Rothery规律
b) 与γ区有限固溶 —— C、N、Cu —— 扩大γ区。
2、α稳定化元素
使A3↑，A4↓，γ区缩小
a) 完全封闭γ区 — Cr、V、 W、Mo、Ti
Cr、V与α-Fe完全互溶，量大时→α相 ?
W、Mo、Ti 等部分溶解
b) 缩小γ区 —— B、Nb、Zr等。
稳定γ相—— A形成元素，稳定α相 —— F形成元素。
注：有些元素的固溶度与C量有关
不同元素的固溶情况是不同的。为什么?（三个条件？） 简单地说：这与合金元素在元素周期表中的位置有关。
常用合金元素点阵结构、电子结构和原子半径
第四 周期
Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu
点阵 结构
bcc bcc bcc
bcc或fcc
fcc/ hcp
fcc
fcc
合金元素对共析温度的影响
合金元素对共析碳量的影响
二、对临界点的影响
A形成元素Ni、Mn等使A1（A3）线向下移动； F形成元素Cr、Si等使A1（A3）线向上移动。
三、对γ-Fe区的影响
A形成元素Ni、Mn等使γ-Fe区扩大→钢在室 温下也为A体 — 奥氏体钢；
F形成元素Cr、Si等使γ-Fe区缩小→钢在高 温下仍为F体 — 铁素体钢。