第一章 合金化基础PPT课件
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近简单点阵结构
.
18
二．K形成的一般规律
1．K类型
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
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 ；
K形成元素： Ti、Nb、V、W、 Mo、Cr；Mn、Fe
.
17
一、钢中常见的碳化物
复杂点阵结构：
M23C6、M7C3 、 M3C。
特点：硬度、
熔点较低，稳定
性较差；
碳化物类型
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型属于复合 碳化物, 复杂结
构.
性能特点接
同素异构中有 FCC FCC
5 6 7 8 10
尺寸因素 结果
V、Cr与α- Mn、Co、Ni与γ- Fe相近 Fe相近
V、Cr
Mn、Co、Ni与γ- Fe形成
与α- Fe形成 无限互溶的固溶体
无限互溶的
固溶体
.
16
§1.2 碳（氮）化物
合金元素分类
非K形成元素： Ni、Si、Al、Cu、
Co、N、P等
第四周期：Ti、V、Cr、Mn、Co、
1．定义
Ni、Cu 第五周期：Nb、Mo、Zr
合金元素
第六周期：W 第二周期：B、C
合金钢
第六、七周期：Re
2．钢中常用合金元素
.
10
3．合金钢的分类
可按合金元素总的含量进行分类： 高合金钢：Me›10% 中合金钢：Me=5~10% 低合金钢：Me≤5% 微合金钢：Me=0.1%
.
20
（2） 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 ，又称间隙相。
特点：①硬度高；②熔点高（可高达3000℃）；③稳定 性好（分解温度在1200℃以上）；④虽含有50-60% 的非金属原子，但仍有明显的金属特性；⑤成分偏离 分子式，VC0.96-0.75。
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
19
2．K形成规律
（1）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。 特点：①硬度低；②熔点低；③稳定性 较差，加热时易溶入γ中。 作用：提高γ稳定性，增加钢的淬透性及 回火稳定性。
.
8
第一章 钢的合金化基础 §1.1 钢中合金元素及其分类
一．杂质元素（impurity- element）
1．分类
常存杂质：Mn Si Al S P 隐存杂质： O H N
偶存杂质：Cu Sn Pb Cr
பைடு நூலகம்
2．对钢性能的影响
热脆: S 冷脆: P
氢脆: H
.
9
二．合金元素（alloying-
element） 第三周期：Al、Si
.
11
三、Me和Fe的作用
第一类：奥氏体稳定元素
Ni、Mn、Co
C、N、Cu、Zn、Au
.
12
奥氏体稳定元素
奥氏体稳定元素
开启γ相区： Ni、Mn、Co
扩展γ区： C、N、Cu、Zn、Au
作用：使A3↓，A4↑， γ区扩大，促进γ形成
.
13
第二类：铁素体稳定元素
（1）封闭γ相区：Ti、 V、Mo、 W、Cr（强K 形成元素）、Si、Al
.
4
例：入厂复验，某元素不合格
分析： 合金元素对材料各种性能的影响； 零件受力情况(G、Z、一般件)； 使用环境 经济性 最后决定此批材料是超差应用还是报废。
.
5
学习目标
着重掌握各类合金钢的钢号、成份特点、热处 理工艺、组织、性能以及它们的应用。 另外掌握有色金属的牌号、成份、热处理工 艺、组织及其应用。
工程材料学
上官晓峰
.
1
绪论
研究内容：工程材料学是研究材料的成分、组织、性
能之间的关系的一门学科，它对生产、使用和发展材 料起着重要的作用。
基本矛盾：科学技术、工业生产对材料所提出的性能
要求与材料本身所能提供的性能之间的矛盾，则构成
了工程材料学的基本矛盾。
.
2
学习基本内容
钢的合金化基础理论（第1章） 合金钢（第2-6章） 铸铁（第7章） 有色金属材料（第8章） 非金属材料（第9-12章）
容的理解。 4．浏览相关网站，收集金属材料应用有关资料，了解新
的金属材料研究情况，拓宽知识面。 5．本课程的学时：48H 本课程的基础：材料科学基础、材料加工基础、力学性
能、金属腐蚀与防护
.
7
教材及参考书
教材：工程材料学 哈尔滨工业大学出版社 王晓敏 参考书：
《合金钢》 机械出版社 《合金钢》编写组编写 《合金钢》 机械出版社 华中工学崔崑主编 《有色金属材料及其热处理》 国防工业出版社北航西工大合编
作用：①不易溶入γ中，细化γ晶粒，阻止γ长大；
②二次硬化（回火时析出）。
M6C型不属于单一金属型的碳化物, 属于合金K，复杂 结构，性能特点接近简单点阵结构。
.
21
（3）多元K（复合K）
两种以上金属元素与C形成K——多元K。
Me量少时，不能形成自己的K，溶入Fe3C，形 成合金渗碳体，（Fe，Cr ）3C、（Fe，Mn ） 3C；
（2）缩小γ相区：B、 Zr、Nb、Ta
.
14
作用
使A3↑，A4↓，γ区缩小，促进α形成 总结： 合金元素与铁的作用是由：合金元素的点
阵类型、尺寸因素、电化学因素（电负 性）所决定的。
.
15
以第四周期的合金元素为例说明：
Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu
结构
BCC
3d层电子数 2、 3、5
.
3
第1 章为钢的合金化基础理论部分，我们将着 重讨论钢和合金元素、合金钢中的相组成与相 变、合金元素对钢的强韧性和工艺性的影响及 微量元素在钢中的作用。
第2-第8章通过对常用钢铁材料和有色金属材 料的成分、组织结构、热处理工艺与性能之间 的关系及应用范围进行比较全面、系统地学习。
非金属材料部分自学
熟悉铸铁的牌号、成份、热处理工艺、组织及 其应用。 一般了解铜合金的牌号、性能特点和应用
.
6
学习建议
1．本学期介绍的金属材料是工程上最常用的工程材料。 本课程的重点内容，需要认真学习，认真领会。一些 常用金属材料的牌号要熟记。
2．学习每章内容均有相应的作业，以加深对内容的理解。 3．课堂会举例分析金属材料的应用情况。加深对课程内
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二．K形成的一般规律
1．K类型
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
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 ；
K形成元素： Ti、Nb、V、W、 Mo、Cr；Mn、Fe
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一、钢中常见的碳化物
复杂点阵结构：
M23C6、M7C3 、 M3C。
特点：硬度、
熔点较低，稳定
性较差；
碳化物类型
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型属于复合 碳化物, 复杂结
构.
性能特点接
同素异构中有 FCC FCC
5 6 7 8 10
尺寸因素 结果
V、Cr与α- Mn、Co、Ni与γ- Fe相近 Fe相近
V、Cr
Mn、Co、Ni与γ- Fe形成
与α- Fe形成 无限互溶的固溶体
无限互溶的
固溶体
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§1.2 碳（氮）化物
合金元素分类
非K形成元素： Ni、Si、Al、Cu、
Co、N、P等
第四周期：Ti、V、Cr、Mn、Co、
1．定义
Ni、Cu 第五周期：Nb、Mo、Zr
合金元素
第六周期：W 第二周期：B、C
合金钢
第六、七周期：Re
2．钢中常用合金元素
.
10
3．合金钢的分类
可按合金元素总的含量进行分类： 高合金钢：Me›10% 中合金钢：Me=5~10% 低合金钢：Me≤5% 微合金钢：Me=0.1%
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（2） 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 ，又称间隙相。
特点：①硬度高；②熔点高（可高达3000℃）；③稳定 性好（分解温度在1200℃以上）；④虽含有50-60% 的非金属原子，但仍有明显的金属特性；⑤成分偏离 分子式，VC0.96-0.75。
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
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2．K形成规律
（1）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。 特点：①硬度低；②熔点低；③稳定性 较差，加热时易溶入γ中。 作用：提高γ稳定性，增加钢的淬透性及 回火稳定性。
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第一章 钢的合金化基础 §1.1 钢中合金元素及其分类
一．杂质元素（impurity- element）
1．分类
常存杂质：Mn Si Al S P 隐存杂质： O H N
偶存杂质：Cu Sn Pb Cr
பைடு நூலகம்
2．对钢性能的影响
热脆: S 冷脆: P
氢脆: H
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二．合金元素（alloying-
element） 第三周期：Al、Si
.
11
三、Me和Fe的作用
第一类：奥氏体稳定元素
Ni、Mn、Co
C、N、Cu、Zn、Au
.
12
奥氏体稳定元素
奥氏体稳定元素
开启γ相区： Ni、Mn、Co
扩展γ区： C、N、Cu、Zn、Au
作用：使A3↓，A4↑， γ区扩大，促进γ形成
.
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第二类：铁素体稳定元素
（1）封闭γ相区：Ti、 V、Mo、 W、Cr（强K 形成元素）、Si、Al
.
4
例：入厂复验，某元素不合格
分析： 合金元素对材料各种性能的影响； 零件受力情况(G、Z、一般件)； 使用环境 经济性 最后决定此批材料是超差应用还是报废。
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学习目标
着重掌握各类合金钢的钢号、成份特点、热处 理工艺、组织、性能以及它们的应用。 另外掌握有色金属的牌号、成份、热处理工 艺、组织及其应用。
工程材料学
上官晓峰
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1
绪论
研究内容：工程材料学是研究材料的成分、组织、性
能之间的关系的一门学科，它对生产、使用和发展材 料起着重要的作用。
基本矛盾：科学技术、工业生产对材料所提出的性能
要求与材料本身所能提供的性能之间的矛盾，则构成
了工程材料学的基本矛盾。
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学习基本内容
钢的合金化基础理论（第1章） 合金钢（第2-6章） 铸铁（第7章） 有色金属材料（第8章） 非金属材料（第9-12章）
容的理解。 4．浏览相关网站，收集金属材料应用有关资料，了解新
的金属材料研究情况，拓宽知识面。 5．本课程的学时：48H 本课程的基础：材料科学基础、材料加工基础、力学性
能、金属腐蚀与防护
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教材及参考书
教材：工程材料学 哈尔滨工业大学出版社 王晓敏 参考书：
《合金钢》 机械出版社 《合金钢》编写组编写 《合金钢》 机械出版社 华中工学崔崑主编 《有色金属材料及其热处理》 国防工业出版社北航西工大合编
作用：①不易溶入γ中，细化γ晶粒，阻止γ长大；
②二次硬化（回火时析出）。
M6C型不属于单一金属型的碳化物, 属于合金K，复杂 结构，性能特点接近简单点阵结构。
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21
（3）多元K（复合K）
两种以上金属元素与C形成K——多元K。
Me量少时，不能形成自己的K，溶入Fe3C，形 成合金渗碳体，（Fe，Cr ）3C、（Fe，Mn ） 3C；
（2）缩小γ相区：B、 Zr、Nb、Ta
.
14
作用
使A3↑，A4↓，γ区缩小，促进α形成 总结： 合金元素与铁的作用是由：合金元素的点
阵类型、尺寸因素、电化学因素（电负 性）所决定的。
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15
以第四周期的合金元素为例说明：
Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu
结构
BCC
3d层电子数 2、 3、5
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第1 章为钢的合金化基础理论部分，我们将着 重讨论钢和合金元素、合金钢中的相组成与相 变、合金元素对钢的强韧性和工艺性的影响及 微量元素在钢中的作用。
第2-第8章通过对常用钢铁材料和有色金属材 料的成分、组织结构、热处理工艺与性能之间 的关系及应用范围进行比较全面、系统地学习。
非金属材料部分自学
熟悉铸铁的牌号、成份、热处理工艺、组织及 其应用。 一般了解铜合金的牌号、性能特点和应用
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学习建议
1．本学期介绍的金属材料是工程上最常用的工程材料。 本课程的重点内容，需要认真学习，认真领会。一些 常用金属材料的牌号要熟记。
2．学习每章内容均有相应的作业，以加深对内容的理解。 3．课堂会举例分析金属材料的应用情况。加深对课程内