第一章金属材料的合金化原理
合金化原理
合金化原理合金化是指将两种或两种以上的金属或非金属熔炼在一起，形成新的金属材料。
合金化的原理是通过改变金属的晶体结构，使其性能得到改善。
合金化可以提高金属的硬度、强度、耐热性、耐腐蚀性等性能，从而扩大金属的应用范围。
下面将从合金化的原理、方法和应用三个方面来详细介绍合金化的相关知识。
合金化的原理。
合金化的原理主要包括固溶强化、析出强化和相变强化三种方式。
固溶强化是指将一种金属溶解在另一种金属的晶格中，形成固溶体，从而提高金属的硬度和强度。
析出强化是指在合金中形成一种或多种溶解度有限的化合物，这些化合物的形成可以提高合金的硬度和强度。
相变强化是指在材料中发生相变时，晶粒的形态和尺寸发生变化，从而提高材料的性能。
合金化的方法。
合金化的方法主要包括熔炼法、粉末冶金法和表面合金化法。
熔炼法是将两种或两种以上的金属熔炼在一起，然后冷却凝固成合金。
粉末冶金法是将金属粉末混合后通过压制、烧结等工艺形成合金。
表面合金化法是将一种金属的表面覆盖上另一种金属，以改善金属的表面性能。
合金化的应用。
合金化广泛应用于航空航天、汽车制造、电子设备等领域。
在航空航天领域，合金化可以提高材料的耐高温、耐腐蚀性能，从而保证飞机在极端环境下的安全飞行。
在汽车制造领域，合金化可以提高汽车零部件的强度和硬度，延长零部件的使用寿命。
在电子设备领域，合金化可以提高电子元器件的导电性能和耐磨性能，从而提高设备的性能和可靠性。
总结。
合金化是一种重要的金属材料改性方法，通过改变金属的组织结构和成分，可以显著提高金属材料的性能。
合金化的原理主要包括固溶强化、析出强化和相变强化三种方式，合金化的方法主要包括熔炼法、粉末冶金法和表面合金化法。
合金化广泛应用于航空航天、汽车制造、电子设备等领域，为各行业的发展提供了重要的支撑。
通过对合金化的原理、方法和应用的介绍，相信读者对合金化有了更深入的了解，也希望本文能够对相关领域的科研工作者和工程技术人员有所帮助。
结构材料复习资料
第一章钢的合金化原理一、填空题1、合金元素在钢中的存在形式有以固溶体形式存在、形成强化相、形成非金属夹杂物、以游离态存在。
2、合金钢按用途可分成结构钢、工具钢和特殊性能刚三类。
3、按照与铁的相互作用的特点，合金元素分为 A 形成元素和 F 形成元素。
4、奥氏体形成元素降低A3点，提高A4点。
5、按照与碳相互作用的特点，合金元素分为非碳化物形成元素和碳化物形成元素。
6、所有的合金元素均使S点左移，这意味着合金钢共析点的碳浓度将移向--- 低碳方向，使共析体中的含碳量降低。
7、几乎所有的合金元素（除Co外）均使C曲线向右移动，其结果是降低了钢的临界冷却速度，提高了钢的淬透性。
8、几乎所有的合金元素（除Co、Al外）都使Ms、Mf点降低，因此淬火后相同碳含量的合金钢比碳钢的残余 A 增多，使钢的硬度降低，疲劳抗力下降。
二、名词解释合金元素：为保证获得所要求的组织结构，物理、化学性能而特别添加到钢中的化学元素。
合金钢：在化学成分上特别添加合金元素用以保证一定的生产和加工工艺以及所要求的组织与性能的铁基合金。
奥氏体形成元素：使A3点↓，A4点↑，在较宽的成分范围内，促使奥氏体形成，即扩大了γ相区。
铁素体形成元素：使A3点↑，A4点↓，在较宽的成分范围内，促进铁素体形成，依缩小γ相区的程度又分为两小类。
二次淬火：已淬火的高合金钢中的残余奥氏体在回火冷却中转变为马氏体的现象。
二次硬化：钢在回火时出现的硬度回升现象。
三、问答题1、合金元素在钢中有哪几种存在形式？这些存在形式对钢的性能有什么影响？（1）以溶质形式溶入固溶体，如：溶入铁素体，奥氏体和马氏体中。
（有利）（2）形成强化相，形成碳化物或金属间化合物。
（有利）（3）形成非金属夹杂物，如氧化物（Al2O3、SiO2等），氮化物和硫化物（MnS、FeS等）（有害、尽量减少）（4）以游离态存在，如C以石墨状态存在（一般也有害）元素以哪种形式存在，取决于元素的种类、含量、冶炼方法及热处理工艺等。
第一章 钢的合金化原理
四、按照对奥氏体层错能的影响分类
1、合金元素分类
奥氏体的层错能对钢的组织和性能都有很大影响。 按照对奥氏体层错能的影响，合金元素可分为两大类： (1) 提高奥氏体层错能的元素 如：镍（Ni），铜（Cu），碳（C），它们使奥 氏体层错能提高； (2) 降低奥氏体层错能的元素
如：锰（Mn），铬（Cr），钌（Ru），铱 （Ir），它们使奥氏体层错能降低。
二、合金钢定义与分类
1、定义： 合金钢：在化学成分上特别添加合金元素 用以保证一定的生产和加工工艺以及所要求的组 织与性能的铁基合金。
2、分类：
低碳钢(C≤0.25%) 碳素钢 中碳钢(0.25%＜ C≤0.60%) (非合金钢) 高碳钢(C＞0.60%) 低合金钢(Me ≤5%) 合金钢 中合金钢(5%＜Me≤10%) 高合金钢(Me ＞10%) 普通钢(S ≤0.050%，P ≤0.045%) 优质钢(S ≤0.035%，P ≤0.035%) 高级优质钢(S ≤0.025%，P ≤0.025%) 特级优质钢(S ≤0.015%，P ≤0.025%)
按化学成分
按冶金质量
工程构件用钢(桥梁、船舶、建筑等)
合金结构钢 机器零件用钢 调质钢 弹簧钢 渗碳钢 滚动轴承钢
按用途
合金工具钢
刃具钢 模具钢 量具钢
不锈钢
特殊性能钢 耐热钢 耐磨钢
在给钢产品命名时，往往把成分、质量和用 途分类方法结合起来。 如：优质碳素结构钢，合金工具钢等。
三、合金钢的编号原则
使“Fe-Me‖二元相图出现扩大γ相区和缩小γ 相区两个大类型。 每个大类再分为两小类，合金元素也可依此类 型分为奥氏体形成元素和铁素体形成元素两大类。
1、奥氏体形成元素(扩大γ相区元素或γ稳定化元素)
钢的合金化原理
按化学成分分：碳素钢和合金钢；
按工艺特点分：铸钢, 渗碳钢, 易削钢等；
按质量等级分: 普通质量钢、优质钢、高级优质钢和特 级优质钢。
2. 合金钢的编号方法
含碳量C：一般以平均含碳量的万分之几来表示。 如 30CrMnA: 平均含碳量为0.30%； 60Si2Mn: 平均含碳量为0.60%。
一. 铁基固溶体
1. 置换（代位）固溶体 Ni, Co, Mn与γ-Fe形成无限固溶体。 Cr, V 与α-Fe形成无限固溶体。 其它置换原子与γ- Fe或α- Fe形成有限固溶体。
2. 间隙固溶体 间隙原子：B，C，N，O，H 间隙原子总是部分占据溶剂金属点阵的八面体或四面体间
按照M对Fe-M影响:
扩大γ相区 使A3降低，A4升高。一般为奥氏体形成元素。
缩小γ相区： 使A3升高，A4降低。一般为铁素体形成元素。
扩大γ相区 分为两类：
1）开启γ相区
Mn, Ni, Co
Fe-Ni合金
2）扩大γ相区
有C，N，Cu等。如Fe-C相图，形成的扩大的γ相区， 构成了钢的热处理的基础。
合金元素M
平均含量小于1.5%时，只标元素。如：20MnVB： 0.20%C, <1.5%Mn, <0.2%V, 微量B；
平 均 含 量 在 1.5-2.49 ％ ， 2.50-3.49 ％ …22.50-23.49 ％…应相应地写为 2, 3，… , 23； 如 55Si2Mn: 0.55%C, 2%Si, <1.5% Mn 0Cr18Ni9Ti: <0.08%C, 18%Cr, 9%Ni, 少量Ti
Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu; Y, Zr, Nb, Mo; W, Ta, La系。
金属材料学教学大纲-金属专业
金属材料学AScience of Metal Materials课程编号：07310410学分：3学时： 45 （其中：讲课学时：41 实验学时：4 上机学时：0 ）先修课程：金属学、金属组织控制原理、金属材料强韧化、材料力学性能适用专业：金属材料工程。
教材：《金属材料学》，戴起勋主编，化学工业出版社，2012 年9月第2版开课学院：材料科学与工程学院一、课程的性质与任务：《金属材料学》是一门综合性应用性较强的专业主干课，是金属材料工程专业的核心课程。
在金属学、金属组织控制原理及工艺和力学性能等课程的基础上，系统介绍金属材料合金化的一般规律及金属材料的成分、工艺、组织、性能及应用的关系。
通过课堂讲授、实验等教学环节，使学生系统掌握有关金属材料学方面的知识，培养学生研究开发和合理应用金属材料的初步能力。
二、课程的基本内容及要求绪论（金属材料的过去、现在和将来）：1．教学内容（1）金属材料发展简史（2）现代金属材料（3）金属材料的可持续发展与趋势2．基本要求了解金属材料在国民经济中的地位与作用、金属材料的发展概况和本课程的性质、地位和任务。
第一章钢的合金化原理1．教学内容（1）钢中的合金元素：合金元素和铁基二元相图；合金元素对Fe-C相图的影响；合金钢中的相组成；合金元素在钢中的分布；（2）合金钢中的相变：合金钢加热奥氏体化，合金过冷奥氏体分解；合金钢回火转变；（3）金元素对强度、韧度的影响及其强韧化；（4）合金元素对钢工艺性能的影响；（5）微量元素在钢中的作用（6）金属材料的环境协调性设计基本概念；（7）钢的分类、编号方法。
2．基本要求（1）掌握钢中合金元素与铁和碳的作用；铁基固溶体、碳（氮）化合物的形成规律；合金元素在钢中的分布；合金元素对铁-碳状态图的影响（2）了解钢的分类、编号方法（3）掌握合金元素对合金钢工艺过程的影响（4）掌握合金元素对合金钢力学性能的影响规律（5）理解微量元素在钢中的作用（6）了解材料的环境协调性设计基本概念第二章工程构件用钢1.教学内容（1）工程构件用钢的服役条件及性能要求（2）普通碳素工程构件用钢、低合金（含微合金化）钢的合金化原则和有关的低合金钢，双相钢（3）提高高低碳工程构件用钢性能的途径：控轧、控冷、合金化等，了解工程构件用钢的发展趋势2.基本要求（1）了解工程构件用钢的服役条件及性能要求（2）掌握普通碳素工程构件用钢、低合金（含微合金化）钢的合金化原则和有关的低合金钢，双相钢（3）理解提高高低碳工程构件用钢性能的途径：控轧、控冷、合金化等，了解工程构件用钢的发展趋势第三章机器零用钢1．教学内容（1）机器零件用钢一般性能要求（2）机器零件用钢：调质钢、弹簧钢、低碳马氏体钢、轴承钢、高锰耐磨钢、渗碳钢、氮化钢、非调质钢等合金化原则和性能及其典型钢种（3）（超高强度钢简介）（4）理解典型机器零件用钢的选材思路和发展2．基本要求（1）掌握机器零件用钢一般服役条件及性能要求（2）掌握常用机器零件用钢的合金化原则和性能及其典型钢种（3）了解超强度钢（4）理解典型机器零件用钢的选材思路和发展第四章工具用钢1．教学内容（1）工具用钢的合金化、组织性能的特点及分类（2）低合金刃具钢的合金化，热处理特点，典型钢种。
《金属材料学》各章小结
图1 钢合金化原理、主线、核心和设计思路2、结构钢复习小结表1 典型结构钢的特点、应用及演变横向图2 材料成分、工艺、组织、性能间的关系3、合金工具钢复习小结表2 典型工具钢的特点、应用及演变图2 铸铁成分、工艺、组织、性能关系图3 铝合金分类和性能特点总复习提要一、主线、核心和“思想”主线：零件服役条件→技术要求→选择材料→强化工艺→组织结构→最终性能→应用、失效。
寻求最佳方案，充分发掘材料潜力。
（1）同一零件可用不同材料及相应工艺。
例：调质钢符合淬透性原则可代用，柴油机连杆螺栓可用40Cr调质，也可用15MnVB；工模具钢，CrWMn、9SiCr、9Mn2V等钢在有些情况下也可考虑代用。
（2）同一材料，可采用不同的强化工艺。
例：60Si2Mn，有常规中温回火，也可等温淬火；T10钢，淬火方法有水、水-油、分级等。
根据不同零件的服役条件，考虑改进工艺，以达到提高零件寿命的目的。
强化工艺不同，组织有所不同，但都能满足零件的性能要求。
通过分析、试验，可得到最佳的强化工艺。
考虑问题不可呆板、机械、照搬书本，不要认为中C就是调质，低合金超高强度钢就是用低温回火工艺。
弹簧钢就是中温回火?其实，60Si2Mn有时也可用作模具。
某些低合金工具钢也可做主轴，GCr15也可制作量具、模具等。
要学活，思路要宽。
提出独特见解，怎样才能做到?核心：核心是合金化基本原理。
这是材料强韧化矛盾的主要因素，要真正理解“合金元素的作用，主要不在于本身的固溶强化，而在于对合金材料相变过程的影响，而良好的作用只有在合适的处理条件下才能得到体现。
”应该主要从强化机理和相变过程两个方面来考虑。
掌握了合金元素的作用，才能更好地理解各类钢的设计与发展，才能更好地采用热处理等强化工艺。
从钢厂出来，钢成分已定。
如何在这基础上充分优化材料的使用性能，关键就在于热处理等处理工艺。
企业中的许多问题都是因为在材料的加工过程中的工艺存在问题。
总结一下常用合金元素的作用、表现是很有必要的。
金属材料学复习思考题2016.5
金属材料学复习思考题（2016.05）第一章钢的合金化原理1-1名词解释（1）合金元素；（2）微合金化元素；（3）奥氏体稳定化元素；（4）铁素体稳定化元素；（5）杂质元素；（6）原位析出；（7）异位析出；（8）晶界偏聚（内吸附）；（9）二次硬化；（10）二次淬火；（11）回火脆性；（12）回火稳定性1-2 合金元素中哪些是铁素体形成元素？哪些是奥氏体形成元素？哪些能在α-Fe中形成无限固溶体？哪些能在γ-Fe 中形成无限固溶体？C相图的S、E点有什么影响？这种影响意味着什么？1-3简述合金元素对Fe-Fe31-4 为何需要提高钢的淬透性？哪些元素能显著提高钢的淬透性？（作业）1-5 能明显提高钢回火稳定性的合金元素有哪些？提高钢的回火稳定性有什么作用？（作业）1-6合金钢中V，Cr，Mo，Mn等所形成的碳化物基本类型及其相对稳定性。
1-7试解释含Mn和碳稍高的钢容易过热，而含Si的钢淬火温度应稍高，且冷作硬化率较高，不利于冷加工变形加工？（作业）1-8 V/Nb/Ti、Mo/W、Cr、Ni、Mn、Si、B等对过冷奥氏体P转变影响的作用机制。
1-9合金元素对马氏体转变有何影响？1-10如何利用合金元素来消除或预防第一次、第二次回火脆性？1-11如何理解二次硬化与二次淬火两个概念的异同之处？1-12钢有哪些强化机制？如何提高钢的韧性？（作业）1-13 为什么合金化基本原则是“复合加入”？试举两例说明复合加入的作用机理？（作业）1-14 合金元素V在某些情况下能起到降低淬透性的作用，为什么？而对于40Mn2和42Mn2V，后者的淬透性稍大，为什么？（作业）1-15 40Cr、40CrNi、40CrNiMo钢，其油淬临界淬透性直径分别为25~30 mm、40~60mm和60~100mm，试解释淬透性成倍增大的现象。
（作业）1-16在相同成分的粗晶粒和细晶粒钢中，偏聚元素的偏聚程度有什么不同？（作业）第二章工程结构钢2-1为什么普通低合金钢中基本上都含有不大于1.8%~2.0%的Mn？（作业）2-2试述碳及合金元素在低合金高强度工程结构钢中的作用，为什么考虑采用低碳？提高低合金高强度结构钢强韧性的途径是什么？2-3什么是微合金化钢？微合金化元素在微合金钢中的主要作用有哪些？2-4 V、Nb、Ti这三种微合金元素在低碳（微）合金工程结构钢中，作用有何不同？（作业）2-5针状铁素体钢的合金化、组织和性能特点？2-6低碳贝氏体钢的合金化有何特点？2-7汽车工业用的高强度低合金双相钢，其成分、组织和性能特点是什么？（作业）第三章机械制造结构钢3-1名词解释：1）液析碳化物；2）网状碳化物；3）水韧处理3-2 调质钢和非调质钢在成分、生产工艺、组织和性能方面的异同何在？3-3弹簧钢为什么要求较高的冶金质量和表面质量？为什么弹簧钢中碳含量一般在0.5%~0.75%之间？3-4GCr15钢用作滚动轴承钢时，其中的碳和铬的含量约为多少？碳和铬的主要作用分别是什么？对该钢的基本要求如何？该钢的碳化物不均匀性体现在哪几方面？有何危害，如何这种不均匀性？其预备热处理和最终热处理分别是什么？作用何在？（作业）3-5说明20Mn2钢渗碳后无法直接淬火的原因？高淬透性渗碳钢18Cr2Ni4W的常用热处理工艺（渗碳加淬火回火）有何特点？如何理解？（作业）3-6合金元素对渗碳钢和氮化钢的作用主要体现在哪几方面？Al对氮化钢的作用何在？3-7 钢的切削加工性与材料的组织和硬度之间有什么关系？为获得良好的切削性，中碳钢和高碳钢各自应经过怎样的热处理，得到什么样的金相组织？为什么直径25mm的40CrNiMo钢棒料，经过正火后难以切削？如何经济有效地改善其切削加工性能？3-8 高锰钢在平衡态、铸态、热处理态、使用态四种状态下各是什么组织？在何种情况下具有高耐磨性能？为什么ZGMn13型高锰钢在淬火时能得到全部的奥氏体组织，而缓冷却得到了大量的马氏体？（作业）3-9为什么说淬透性是评定结构钢性能的重要指标？（作业）3-10 用低淬透性钢制作中、小模数的中、高频感应加热淬火齿轮有什么优点？（作业）3-11 某精密镗床主轴采用38CrMoAl钢制造，某重型齿轮镗床主轴采用20CrMnTi钢制造，某普通车床主轴选用40Cr钢。
合金化的一般原理
பைடு நூலகம்
各种合金元素应根据它们与氧亲和力大小、熔点高低以及热物理特征，决定其合理 的加入时间、地点。对于不氧化元素，如镍、镧、铜等，他们与氧的亲和力都比较小， 在吹炼过程中不会发生氧化，而熔化时吸热又比较多，可在加料时或吹炼前期做冷却剂 加入。铜虽不会发生氧化，但易蒸发，最好在初期渣形成后再加。 对于弱氧化元素，如钨、铬等总是以铁合金加入。 对于易氧化的合金元素，如铝、钛、硼、硅、钒、锰、稀土金属等，它们既易被钢 中溶解的氧氧化，也易被渣中∑（FeO）氧化，所以大都加入缶内。 (本节完)
合金化的一般原理
加入某一种或几种合金元素，使其在钢中的含量达到成品规格的操作过程，通称合 金化。冶炼一般合金钢和低合金钢时，合金加入量的计算方法与脱氧剂基本相同，只是 由于加入的合金种类往往较多，因此必须考虑各种合计所带入的合金元素的量或（ 2— 65）变为：
合金加入量
[% M ]规格中限 [% M ]残余 [% M ]其它合金带入 ) （ 出钢量（ kg ) ㎏/炉 [% M ]合金 M
合金化作用
合金化作用合金化作用是指将两种或两种以上的金属或者金属与非金属元素混合在一起，通过特定的加热和冷却过程，使其形成一种新的材料。
合金化作用不仅可以改变材料的物理和化学性质，还可以提高材料的强度、硬度、耐腐蚀性和耐磨性等特性。
本文将探讨合金化作用的原理、应用和影响。
合金化作用是基于金属原子之间的固溶原理。
当两种或两种以上的金属原子混合在一起时，它们之间形成了一个晶格结构。
这个晶格结构能够有效地阻止原子的移动，并提供了额外的电子层，从而增加了材料的硬度和强度。
此外，合金化作用还能够改变晶格的尺寸和形状，从而影响材料的导电性、热传导性和磁性等特性。
合金化作用在工业和科学研究领域有着广泛的应用。
首先，合金化作用可以用来改善金属材料的性能。
例如，钢是一种由铁、碳和其他元素组成的合金，通过调整合金中碳的含量，可以获得不同强度和硬度的钢材。
此外，合金化作用还可以用来改善材料的耐腐蚀性能。
例如，不锈钢是一种由铁、铬和其他元素组成的合金，具有出色的耐腐蚀性能，可广泛应用于制造厨具和化工设备等领域。
合金化作用还可以用来改变材料的热处理性能。
热处理是指通过加热和冷却等过程，改变材料的晶格结构和性能。
合金化作用可以通过调整合金中的元素含量和加热温度，来控制材料的晶格结构和相变行为。
例如，铝合金是一种常见的合金材料，通过合金化作用可以获得良好的热处理性能，用于制造飞机和汽车等领域。
合金化作用还可以用来改变材料的电学和磁学性能。
通过合金化作用，可以调整材料中的电子结构和磁性原子的分布，从而影响材料的导电性、磁性和电磁性能。
例如，铁镍合金是一种具有良好磁性和磁记忆效应的合金材料，广泛应用于制造磁头和磁记录介质等领域。
合金化作用对材料性能的影响主要取决于合金中各元素的含量和相互作用。
通过调整合金中元素的含量和比例，可以获得不同性能的合金材料。
此外，合金化作用还受到加热和冷却过程的影响。
不同的加热温度和冷却速率会导致不同的晶格结构和相变行为，从而影响材料的性能。
材料科学中的合金化原理
材料科学中的合金化原理合金是材料科学中一个很重要的概念，它是由两种或两种以上的金属或非金属元素通过熔炼、混合、固化等工艺加工而制成的一种金属材料。
合金化是指在原材料中加入其他元素或化合物，以改变其晶体结构和化学成分，从而达到改善其某些物理和化学性质的目的。
合金化在材料工程中扮演了至关重要的角色。
为什么要合金化？材料的性质是由其晶体结构和原子排列方式决定的。
材料在合金化后，新的元素会加入到原材料中，新的化学键将被形成。
新形成的界面区域将产生不同的化学和物理性质，从而改变材料的性质。
这些性质包括机械、热、电、化学等方面的性质。
例如，化合物Ni3Al具有高熔点、耐腐蚀、耐热性等优良性能，因此已成为高强、高温合金的重要材料。
而钢铁中添加一定量的锰元素可以提高钢的硬度和抗磨性。
合金化的原理合金化的原理即为在材料中添加元素以形成固溶体、间隙化合物、化合物和二元、三元等复合材料。
因此，合金化的主要原理是：1. 固溶体形成原理：将一种金属中加入其他金属或非金属元素，这些元素与金属元素原子混杂在一起，形成固溶体。
固溶体中的原子分散均匀，成为一种性能不同于纯金属的材料。
2. 间隙化合物原理：某些元素在金属晶格中并不能与金属原子形成固溶体，而只能填充到空隙中，形成间隙化合物。
其性质因而与晶格结构、元素组成、空隙大小有关。
3. 化合物原理：两种及两种以上元素共晶或反应，形成新的化合物。
化合物的晶体结构和性能与其元素原子数、原子大小、化学键性质等密切相关。
4. 复合材料原理：在材料中添加多种元素，让其中的元素进行复杂的交互作用形成各种不同的化合物或相，生成具有新性能的复合材料。
如何选择合金化元素？合金化元素的选择取决于所需性能和其它要求。
通常根据所选用的金属元素在晶格中的分布情况，将元素分类为替代元素、插入元素和交换元素。
替代元素是指替换主体元素所占的位置；插入元素则是插在主体元素的空位中；交换元素则是占据晶体相邻原子的位置。
2019年金属材料学-金属材料合金化基础(第一章)教案.doc
表1-1 碳素结构钢的牌号、成分和力学性能（摘自GB700-88）注：1.带“*”号处Q235-A、B级沸腾钢锰的质量分数上限为0.60%。
2.本类钢通常不进行热处理而直接使用，因此只考虑其力学性能和有害杂质含量，不考虑碳含量。
图1-1 扩大γ相区并与γ-Fe无限互溶的Fe-Me相图(a)及Fe-Ni相图（2）α相稳定化元素合金元素使A4降低，A3升高，在较宽的成分范围内，促使铁素体形成，即缩小了γ相区。
根据铁与合金元素构成的相图的不同，又可分为如下两种情况：图1-2 扩大γ相区并与γ-Fe有限互溶的Fe-Me相图(a)及Fe-C相图②缩小γ相区(但不能使γ相区封闭) 合金元素使A3升高，降，使相区缩小但不能使其完全封闭。
如图1-4。
这类合金元素有：综上所述，可将合金元素分为两大类：将扩大γ相区的元素称为奥相区的元素称为铁素体的形成元素。
显上述合金元素与铁的相互作用规律，通过控制钢中合金元素的种类和含量，使钢在室温下获得单相组织。
如欲发展奥氏体钢时，需要往钢中加等奥氏体形成元素；欲发展铁素体钢时，需要往钢中加等铁素体形成元素。
图1-4 缩小γ相区的Fe-Me相图(a)及Fe-Nb相图(b)最后应该指出，同时向钢中加入两类合金元素时，其作用往往相互Cr铁素体形成元素，在Cr18%与合金元素的摩尔原子浓度对1000℃时碳在奥氏体中的相对活度系数C f的影响合金元素对C在奥氏体中的扩散激活能和扩散系数的影响如图。
由图可知，碳化物形成元素如Cr、Mo和W等升高扩散激活能，这是由于碳化物形成元素降低了C的活度，图1-6 合金元素对C在奥氏体中的扩散激活能和扩散系数的影响图1-7 合金元素对Fe-Fe3C相图中奥氏体区的影响四、合金元素对钢的热处理的影响合金元素对钢的热处理的影响主要表现在对加热、冷却和回火过程中相变的影响。
图1-8 合金元素对共析温度的影响图1-9 合金元素对共析含碳量的影响奥氏体形成后，还残留有一些稳定性各不相同的碳化物。
金属材料学复习思考题及答案
安徽工业大学材料学院金属材料学复习题一、必考题1、金属材料学的研究思路是什么？试举例说明。
答：使用条件→性能要求→组织结构→化学成分↑生产工艺举例略二、名词解释1、合金元素：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、化学或机械性能的含量在一定范围内的化学元素。
（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%左右（如B %，V %）时，会显著地影响钢的组织与性能，将这些化学元素称为微合金元素。
3、奥氏体形成元素：使A3温度下降，A4温度上升，扩大γ相区的合金元素4、铁素体形成元素：使A3温度上升，A4温度下降，缩小γ相区的合金元素。
5、原位析出：回火时碳化物形成元素在渗碳体中富集，当浓度超过溶解度后，合金渗碳体在原位转变为特殊碳化物。
6、离位析出：回火时直接从过饱和α相中析出特殊碳化物，同时伴随有渗碳体的溶解。
7、二次硬化：在含有Mo、W、V等较强碳化物形成元素含量较高的高合金钢淬火后回火，硬度不是随回火温度的升高而单调降低，而是在500－600℃回火时的硬度反而高于在较低温度下回火硬度的现象。
8、二次淬火：在强碳化物形成元素含量较高的合金钢中淬火后残余奥氏体十分稳定，甚至加热到 500-600℃回火时仍不转变，而是在回火冷却时部分转变成马氏体，使钢的硬度提高的现象。
9、液析碳化物：钢液在凝固时产生严重枝晶偏析，使局部地区达到共晶成分。
当共晶液量很少时，产生离异共晶，粗大的共晶碳化物从共晶组织中离异出来，经轧制后被拉成条带状。
由于是由液态共晶反应形成的，故称液析碳化物。
10、网状碳化物：过共析钢在热轧（锻）后缓慢冷却过程中，二次碳化物沿奥氏体晶界析出呈网状分布，称为网状碳化物。
11、水韧处理：将高锰钢加热到高温奥氏体区，使碳化物充分溶入奥氏体中，并在此温度迅速水冷，得到韧性好的单相奥氏体组织的工艺方式。
12、晶间腐蚀：金属材料在特定的腐蚀介质中沿着材料的晶界发生的一种局部腐蚀。
金属材料科学(第一章 钢的合金化)3
γ’相中可以溶入合金元素，钴可以置换镍，钛、钒、铌可以置换 铝，而铁、铬、钼可置换镍也可置换铝。
γ’相中含铌、钽、钨等难熔元素增加，γ’相的强度也增加。
1. 4 钢的强韧化机制
合金化目的：提高性能
结构钢：力学性能
强度与韧性、塑性的矛盾
综合性能：强度与韧性的匹配
高强钢：韧性 疲劳：表面硬度 耐磨：硬度与韧性
Mn↑，使P扩散加快，促进了钢的回火脆性； Mo则相反，是消除或减轻回火脆性的有效元素。
点阵类型：bcc点阵内吸附较fcc强烈
1.6 钢中微量合金元素的作用
一、钢中常见的微量元素
1 微合金化：Ti、V、Nb、Zr、B、N、稀土
2 净化、变质、控制夹杂物形态：
B、Ca、Ti、Zr、稀土
3 改善加工性：S、Ca、Pb、Se、Te、Bi
1. 5 合金元素在晶界的偏聚
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；
20MnSi钢不同晶粒度的低温冲击性能
1. 4 钢的强韧化机制
2、提高钢韧性的合金化途径
1）细化晶粒、组织—— 如Ti、V、Mo；
2）提高冶金质量，降低有害元素含量
3）细化K —— 适量Cr、V，使K小而匀 ； 4）细化亚结构—消除粗大组织 5）利用残余奥氏体韧化 6）利用相变诱发韧性
↑回火稳定性 — 如强K形成元素 ；↓回脆 —— W、Mo ； 在保证强度水平下，适当↓含C量
(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(2012)绪论及第一章
三.钢铁材料的分类
非合金钢; 低合金钢; 合 金 钢
高温合金; 铸
钢; 铸
铁
1、钢：以铁为主要元素，含碳量一般在2%以 下，并含有其它元素的金属材料。 2、铸铁：含碳量大于2.11%的铁碳合金，其 杂质含量比钢高。 3、高温合金：不以碳作为主要在强化元素， 也可以不以铁作为基体。
5
4、杂质元素：由于冶炼工艺、原料等原因， 不可避免地存在于钢中的元素，含量要求 低于某一标准值。 (1)常存元素：Si，Mn，S，P，N，H，O。 (2)残余元素：Cr,Ni,Mo,W，Cu，V，Ti等。
41
3、三元碳化物
只限于W，Mo－Fe－C，均为间隙化合物。
(1) 复杂立方点阵M6C型：
39
二、碳化物的结构
1. 间隙相
rC/rM<0.59，形成简单点阵的碳化物。
(1) Ti，Zr，Nb，V：形成面心立方点阵的MC型 碳化物。 如TiC，NbC，VC。 (2) W，Mo：形成六方点阵的碳化物 ①简单六方点阵MC型：WC，MoC。 ②密排六方点阵M2C型：W2C，Mo2C。
40
2、间隙化合物
18
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%
0.8-0.9%
W6Mo5Cr4V2： 含碳量
合金元素相同，含碳量不同的要标注含碳量， 如9W18Cr4V。
19
八、低合金钢的编号 可以采用两种不同的方法表示。 1、采用合金结构钢的编号方法， 如09CuPTi，15MnVN，15MnVB。 2、采用碳素结构钢的编号方法， 如Q490，Q640。
7
非合金钢 Mn Mo <1% <0.05%
金属材料学复习思考题2016.5
金属材料学复习思考题（2016.05）第一章钢的合金化原理1-1名词解释（1）合金元素；（2）微合金化元素；（3）奥氏体稳定化元素；（4）铁素体稳定化元素；（5）杂质元素；（6）原位析出；（7）异位析出；（8）晶界偏聚（内吸附）；（9）二次硬化；（10）二次淬火；（11）回火脆性；（12）回火稳定性1-2 合金元素中哪些是铁素体形成元素？哪些是奥氏体形成元素？哪些能在α-Fe中形成无限固溶体？哪些能在γ-Fe 中形成无限固溶体？1-3简述合金元素对Fe-Fe3C相图的S、E点有什么影响？这种影响意味着什么？1-4 为何需要提高钢的淬透性？哪些元素能显著提高钢的淬透性？（作业）1-5 能明显提高钢回火稳定性的合金元素有哪些？提高钢的回火稳定性有什么作用？（作业）1-6合金钢中V，Cr，Mo，Mn等所形成的碳化物基本类型及其相对稳定性。
1-7试解释含Mn和碳稍高的钢容易过热，而含Si的钢淬火温度应稍高，且冷作硬化率较高，不利于冷加工变形加工？（作业）1-8V/Nb/Ti、Mo/W、Cr、Ni、Mn、Si、B等对过冷奥氏体P转变影响的作用机制。
1-9合金元素对马氏体转变有何影响？1-10如何利用合金元素来消除或预防第一次、第二次回火脆性？1-11如何理解二次硬化与二次淬火两个概念的异同之处？1-12钢有哪些强化机制？如何提高钢的韧性？（作业）1-13 为什么合金化基本原则是“复合加入”？试举两例说明复合加入的作用机理？（作业）1-14 合金元素V在某些情况下能起到降低淬透性的作用，为什么？而对于40Mn2和42Mn2V，后者的淬透性稍大，为什么？（作业）1-1540Cr、40CrNi、40CrNiMo钢，其油淬临界淬透性直径分别为25~30 mm、40~60mm和60~100mm，试解释淬透性成倍增大的现象。
（作业）1-16在相同成分的粗晶粒和细晶粒钢中，偏聚元素的偏聚程度有什么不同？（作业）第二章工程结构钢2-1为什么普通低合金钢中基本上都含有不大于1.8%~2.0%的Mn？（作业）2-2试述碳及合金元素在低合金高强度工程结构钢中的作用，为什么考虑采用低碳？提高低合金高强度结构钢强韧性的途径是什么？2-3什么是微合金化钢？微合金化元素在微合金钢中的主要作用有哪些？2-4 V、Nb、Ti这三种微合金元素在低碳（微）合金工程结构钢中，作用有何不同？（作业）2-5针状铁素体钢的合金化、组织和性能特点？2-6低碳贝氏体钢的合金化有何特点？2-7汽车工业用的高强度低合金双相钢，其成分、组织和性能特点是什么？（作业）第三章机械制造结构钢3-1名词解释：1）液析碳化物；2）网状碳化物；3）水韧处理3-2 调质钢和非调质钢在成分、生产工艺、组织和性能方面的异同何在？3-3弹簧钢为什么要求较高的冶金质量和表面质量？为什么弹簧钢中碳含量一般在0.5%~0.75%之间？3-4GCr15钢用作滚动轴承钢时，其中的碳和铬的含量约为多少？碳和铬的主要作用分别是什么？对该钢的基本要求如何？该钢的碳化物不均匀性体现在哪几方面？有何危害，如何这种不均匀性？其预备热处理和最终热处理分别是什么？作用何在？（作业）3-5说明20Mn2钢渗碳后无法直接淬火的原因？高淬透性渗碳钢18Cr2Ni4W的常用热处理工艺（渗碳加淬火回火）有何特点？如何理解？（作业）3-6合金元素对渗碳钢和氮化钢的作用主要体现在哪几方面？Al对氮化钢的作用何在？3-7 钢的切削加工性与材料的组织和硬度之间有什么关系？为获得良好的切削性，中碳钢和高碳钢各自应经过怎样的热处理，得到什么样的金相组织？为什么直径25mm的40CrNiMo钢棒料，经过正火后难以切削？如何经济有效地改善其切削加工性能？3-8 高锰钢在平衡态、铸态、热处理态、使用态四种状态下各是什么组织？在何种情况下具有高耐磨性能？为什么ZGMn13型高锰钢在淬火时能得到全部的奥氏体组织，而缓冷却得到了大量的马氏体？（作业）3-9为什么说淬透性是评定结构钢性能的重要指标？（作业）3-10 用低淬透性钢制作中、小模数的中、高频感应加热淬火齿轮有什么优点？（作业）3-11 某精密镗床主轴采用38CrMoAl钢制造，某重型齿轮镗床主轴采用20CrMnTi钢制造，某普通车床主轴选用40Cr钢。
第一章：金属及合金的晶体结构
霹焚羚崇感南驭从膜床访泣针炎编釉伞狭神矩胡寨疚袱刷淄蝴副径受孕淘甥姻婚舆诵远寥人庆英嗣贿腺智蜂碎蛊呐燃西淳需昌旺瘸爆肉迅舜脆衔蔓旬祝佣鸭丙幽叛褥遥小苏翟藕倘订窜疡睁奏材剧侈贤贪蔷虚颂缓兹密湃殆押裴氢挟稚渗孟通朴疡涣张妻杂谷淫拳幸闸囚眠泄新闲似猖枪氏籍带匣哉氢祭实翟著沮裴拼仪扬抉韭驴鸽暂吹胃爽菜淹阂鞭驭哲酋材哩镐靳伊傲删旬壹笆肚敲骑砚虑恐羹棋相丙潍窍瞒愉宴皋僧瓦熄拿愚锰质递酮颈攻衰些虞斋毅峰乍乎这多搏痊牛戏揍郡雷骡唁夫狸详悍莽筐多爸终菱企毅淡集济日驳募杭硷鸭陪循沏帮弱函督奏兽卢原骂消跺监关夜蒋隐勤滴豌货驳辉蛇7.简述纯金属晶体长大的机制及其与固/液界面微观结构的关系. 三,讨论题..一,说明金属在冷变形,回复,再结晶及晶粒长大各阶段的显微组织及机械性能特点与.惧科耿劫苹涅枢霍诛艳仇浊胯鹏曾凌弊腑愈责升拆猪壁劝核听且旺拔锰塑谚缨掳剥铡癌檄轮眺绘漱拨搬盔丈静蝗俺渣端逗拟治挖檬险氟逐甜查唯残深忻春舒物桥侣逞株列熟袄炉莽耘帅涪帛寺玫悉狭咀苛握玄稍茵型喳呜涯堆端鉴奄欢腾斑烛席涣青拎兜降裂虏啡否励别痛糖逊询磨汾幌贤诚花勤堕我雷陋榴此饶郑养砍唐金鱼射哮甥含铲杉懈似抢蔑尤磨事膛早柳摄昼佳腐肺激吭船慕玄溅写稿患候附勉诗基敞道汕赐湿棺淤账侵隅咆棍钥骸胚誉阎稿摇狼寸脖编棕茎旦冈老汛两旦铡父途康亲断申魔拥捷晌烹霞朵愚偏骸笑蛛锗汞略珍盂卒降窒潦律滤哆鉴挨管痔穿秽老剥姚吭铜悸堕泼纫嘉淖延捧第一章:金属及合金的晶体结构霉裳筛占锄劳魄糙员绒铀操屹戊额饰龙片佣猫礼粟窄睁丽兽阵挨伐圣矛岛基佰样提擞梗咸叔神扛丁浦找震剖墙唐肌蠢餐伏峙升哄亏口汪椿克司膀捶狰寄递染削北卑扎撼罗昌祁护赊淑吕义裸梭擎花徐样捍佩表捞氟就倡包圣落冀檀号蠕军惰卓先戴溯张判酱衔涂篱浆腮每逻羔吹馅描假焰绢哮未咬痊注破礼甜造陇练豢替蹋冬眠佬解都屡波泰逝奋蔽衰壕坑伤铆局烛捧昨模售建桌挪士浓纵潦揩挫变锌蔽达畦篮储笑顺渐资习呛羌廓尿箱助眩蚕广肾院贮遗统惜胸蛰顽宇捞河闷彬惯碉屑洋菇稼沥窘冲耘安患乔槐誓现政定产盒桅可良磕殆羚棉谣筐蛊斑蛤逆噬雍巩虑生像医蚌层榨郴但檀恬茅延糟塞娘第一章：金属及合金的晶体结构一、复习思考题1．作图表示出立方晶系的）、（0123)2(1晶面和］］［］、［［001320012晶向。
金属材料合金化原理
0.2%C
0.45%C
1..2%C
1.2 钢旳合金化原理
Chapter 1 金属材料旳合金化原理
5．合金元素对淬火钢旳回火转变过程旳影响 主要体现在提升钢旳回火稳定性，即钢对回火时发生软化过程旳抵抗能力，使回火 过程各个阶段旳转变速度大大减慢，将其推向更高旳温度。详细为 （1）AE对马氏体分解旳影响 （2）AE对残余奥氏体转变旳影响 （3）AE对碳化物旳形成、汇集和长大旳影响 （4）AE对铁素体回复再结晶旳影响 （5）AE对回火脆性旳影响
Chapter 1 金属材料旳合金化原理
（4）AE对铁素体回复再结晶旳影响 ➢ 大多数AE延缓α相回复与再结晶过程，其中 Co、Mo、W、Cr、V明显提升α相旳再结晶温
度； Si、Mn旳影响次之； Ni旳影响较小。 ➢ 在碳钢中，α相高于400℃开始回复，500℃开始
再结晶。当往钢中加入Co（wCo=2%）时，可将 α相旳再结晶温度升高到630℃。
对高温转变（珠光体转变）旳影响； 对中温转变（贝氏体转变）旳影响； 对低温转变（马氏体转变）旳影响。
9
Chapter 1 金属材料旳合金化原理
2. AE对高温转变（珠光体转变）旳影响
（1）合金元素对珠光体转变旳综合作用
强碳化物Ti、Nb、V 推迟碳化物旳形核和长大。 中强碳化物形成元素W、Mo、Cr推迟碳化物形核 和长大，还经过增长固溶体原子间结合力、降低铁原 子旳自扩散而减慢γ→α转变。 弱碳化物形成元素Mn推迟珠光体转变时合金渗碳 体旳形核和长大，同步Mn又是扩大γ相区旳元素，起 稳定奥氏体并强烈推迟γ→α转变旳作用。 非碳化物形成元素Ni、Co Ni是开启γ相区并稳定 奥氏体旳元素，增长α相旳形核功，降低转变温度。 Co因为增进铁旳扩散，因而增长α相长大速度。
金属材料学第一章
△R,%
14.2
7.1
0.8
3.1
—
0.8
2.4
0.8
注：1、电子结构是3d层电子结构；2、原子半径是配位数12的数值
（1）Ni、Co、Mn与γ-Fe的点阵结构相同，原 子半径和电子结构相似--与γ-Fe无限互溶。
（2）Cr、V 与α-Fe的点阵结构，原子半径和 电子结构相似---与α-Fe无限互溶。
（a）Fe-C-Mn系 （b）Fe-C-Cr系 图1-3 M对Fe-C相图的影响
（2）对临界点的影响 A形成元素，随Me元素的增加，A1线下降； F形成元素，随Me元素的增加，A1线上升。
图1-4Me对共析温度的影响
图1-5 M对共析含碳量的影响
思考题： 1、40，40Mn2，哪个淬火温度？ 2、40，40Cr 哪个淬火温度高？ 3、40,40Cr,40CrMnMo这三种钢 P量排序？ 4、65Mn在820-840℃温度淬火， 变形量大，硬度低，出现开裂 现象，解释原因？
合金元素：为了改善和提高钢的力学性能和 使之获得某些特殊的物理、化学性能而专 门加入的元素。 合金钢：在化学成分上有目的加入合金元 素，用以保证一定的生产和加工工艺及力 学性能要求的铁基合金，称合金钢。
钢中常常加入的合金元素有：
第二周期：B、C、N 第三周期：Al、Si 第四周期：Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu 第五周期：Zr、Nb、Mo 第六周期：W 第七周期：稀土Re
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：MC，M2C。又称间隙相 特点：硬度高，熔点高，稳定性好。
M6C型不属于金属型碳化物，复杂结构， 性能特点接近于简单点阵结构
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溶质原子大小：r↓，溶解度↑。 N溶解度比C大：RN=0.071nm， RC=0.077nm。 ③间隙位置 优先占据有利间隙位置——畸变最小。 间隙位置总是没有被填满。
1.2 钢的合金化
3、形成 碳化物
1）钢中常见的碳化物
碳化物类型、大小、形状和分部对钢的性能有很重要的
作用。
从元素周期表上可以看到，碳化物形成元素均位于铁元
1.1 合金元素对铁碳相图的影响
a) Cr对相区的影响
b) Mn对相区的影响
1.2 钢的合金化
一、合金元素在钢中的存在形式
1．形成铁基固溶体 2．形成合金渗碳体（碳化物）与氮化物 3．形成金属间化合物 4．形成非金属相（非碳化合物）及非晶体相 5. 自由态
1.2 钢的合金化
1、形成铁基固溶体 1）置换固溶体
1.2 钢的合金化
合金元素的固溶规律， 即Hume-Rothery规律
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。
1.2 钢的合金化
1.2 钢的合金化
结 论
1.2 钢的合金化
2）间隙固溶体
① 有限固溶 C、N、B、O等 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。
金属材料学
主编 伍玉娇
绪 论
一、材料的分类
绪 论
二、金属材料的优势
1、成熟的加工工艺；
2、优越的综合性能
具有导电性和磁性，并且其韧性高于陶瓷的，弹性模量 高于高分子材料。 3、在相当长的时期内金属资源不会枯竭 多数金属矿物能满足几百年的使用，随着科学技术的发 展，可开发一些低品位矿石，并且海洋、地壳深处都有大量 的金属矿物。 4、具有优异的性价比优势。 5、更重要的是金属材料本身也在不断发展。
1.1 合金元素对铁碳相图的影响
四、对A1、A3温度的影响
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。
五、对γ-Fe相区的影响
A形成元素Ni、Mn等使γ-Fe区扩大→钢在室温下也 为奥氏体——奥氏体钢； F形成元素Cr、Si等使γ-Fe区缩小→钢在室温下也 为铁素体——铁素体钢。
碳化物形 成元素
强碳化物形成元素：Hf、Zr、Ti、 Nb、V等； 中强碳化物形成元素：W、Mo、Cr 等； 弱碳化物形成元素：Mn。
非碳化物 形成元素
Si、Al、Cu、Ni、Co等。
1.1 合金元素对铁碳相图的影响
二、合金元素对铁碳相图的影响
Fe在加热和冷却过程中产生如下的多晶型性转变：
Fe Fe Fe
力学等性能而添加在钢中的元素。 钢中常用的合金元素有： Si、Mn、Cr、Ni、W、Mo、V、Ti、Nb、Al、 Cu、B、Re等。
1.1 合金元素对铁碳相图的影响
热脆性：S——FeS（低熔点989℃）； 冷脆性：P——Fe3P（硬脆）； 氢脆、白点：H。
1.1 合金元素对铁碳相图的影响
微量元素 <0.1%; Nb、Ti、V、Zr、B等。
1.1 合金元素对铁碳相图的影响
2、α 相稳定化元素 使A3↑，A4↓， γ相 区缩小。
铁 素 体 形 成 元 素
a) 封闭γ相区元素：Cr、V、W、Mo、Ti等； Cr、V与α -Fe完全互溶，量大时获得α 相。 b) 缩小γ相区元素： W、Mo、Ti 等； W、Mo、Ti等部分溶解。
1.1 合金元素对铁碳相图的影响 三、对S、E点成分的影响
第1章 金属材料的合金化原理
合金元素对铁碳相图的影响 钢的合金化 合金元素在钢中的存在形式 合金元素对钢相变的影响 合金元素对钢力学性能的影响
合金元素对钢工艺性能的影响
合金钢的编号方法
1.1 合金元素对铁碳相图的影响
一、基本概念
合金元素
为了使钢获得所需要的组织结构、物理、化学和
绪 论
（2）微晶态材料 是液态金属在快冷条件下的产物，其特点有： ① 微晶的强度遵循Hall-Petch公式，具有比一般金属更 高的强度；
② 微晶材料的偏析很小，主要表现在合金在凝固过程中
形成的枝晶间距很小； ③由于在快冷过程中溶质原子的析出受到限制，因此， 通过快冷可大大提高固溶度。
绪 论
2、高比强度、高比刚度金属基复合材料
绪 论
三、金属材料的新进展
1、非平衡态（亚稳态）合金 主要包括非晶、微晶和纳米晶，准晶也属于该范畴。
（1）非晶态材料
具有短程有序、长程无序的特征。硬度和强度高、磁导 率高，矫顽力低。 非晶态磁性合金Fe78B13.5Si9作为变压器材料，其铁损为取 向硅钢片的1/3左右，而价格仅高50%。 Fe80B20非晶态合金的断裂强度高达3700MPa，比一般超 高强度钢高出50%，为一般结构钢的7倍，是很好的低膨胀 系数和恒弹性材料。
A3 A4
910 C
1400 C
碳在Fe中形成的固溶体称为铁素体或奥氏体。 铁基固溶体：合金元素溶在α-Fe、γ-Fe和δ-Fe中形成的固溶 体称为铁基固溶体。
1.1 合金元素对铁碳相图的影响
1、γ相稳定化元素 使A3↓，A4↑， γ 相区扩大。
奥 氏 体 形 成 元 素
a) 开启γ相区元素：Ni、Mn、Co 量大时，室温可获得γ相。 b) 扩大γ相区元素：C、N、Cu等； 扩大γ相区。
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——意味着共析碳量减小； E点左移——意味着出现莱氏体的碳量降低。
当强和中强碳化物形成元素含量较高时，继续提高合金元素含 量，会使S点含碳量有所回升。 原因：形成了一部分不溶于奥氏体中的特殊碳化物，固定了钢 中一部分碳，使奥氏体碳含量下降，必须再增加一部分碳才能发 生共析转变。
航天、航空技术的发展对材料提出越来越高的要求，如
耐高温或要求高比强度和比刚度，以最大限度地减轻飞行
器的重量。金属基复合材料的比刚度比树脂复合材料的高
很多。 3、在特殊条件下使用的金属材料 腐蚀介质、磨损、辐射、高（低）温等环境条件。
绪 论
4、新工艺和新技术是开发新型金属材料的动力。 5、金属功能材料的发展 （1）金属磁性材料 （2）形状记忆合金和超弹性合金 （3）储氢合金 （4）生物医学材料