金属材料学第3章机器零件用钢
工程材料学课后习题答案
第一章钢的合金化基础1、合金钢是如何分类的？1) 按合金元素分类：低合金钢，含有合金元素总量低于5%；中合金钢，含有合金元素总量为5%-10%；中高合金钢，含有合金元素总量高于10%。
2) 按冶金质量S、P含量分：普通钢，P≤0.04%,S≤0.05%;优质钢，P、S均≤0.03%；高级优质钢，P、S均≤0.025%。
3) 按用途分类：结构钢、工具钢、特种钢2、奥氏体稳定化，铁素体稳定化的元素有哪些？奥氏体稳定化元素, 主要是Ni、Mn、Co、C、N、Cu等铁素体稳定化元素, 主要有Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si、B、Nb、Zr等3、钢中碳化物形成元素有哪些（强-弱），其形成碳化物的规律如何？1) 碳化物形成元素：Ti、Zr、Nb、V、Mo、W、Cr、Mn、Fe等(按形成的碳化物的稳定性程度由强到弱的次序排列) ，在钢中一部分固溶于基体相中，一部分形成合金渗碳体, 含量高时可形成新的合金碳化物。
2) 形成碳化物的规律a) 合金渗碳体—— Mn与碳的亲和力小，大部分溶入α-Fe或γ-Fe中，少部分溶入Fe3C中，置换Fe3C中的Fe而形成合金渗碳体（Mn,Fe）3C; Mo、W、Cr少量时，也形成合金渗碳体b) 合金碳化物——Mo、W 、Cr含量高时，形成M6C(Fe2Mo4C Fe4Mo2C),M23C6(Fe21W2C6 Fe2W21C6)合金碳化物c) 特殊碳化物——Ti 、V 等与碳亲和力较强时i. 当rc/rMe<0.59时，碳的直径小于间隙，不改变原金属点阵结构，形成简单点阵碳化物（间隙相）MC、M2C。
ii. 当rc/rMe>0.59时，碳的直径大于间隙，原金属点阵变形，形成复杂点阵碳化物。
★4、钢的四种强化机制如何？实际提高钢强度的最有效方法是什么？1) 固溶强化：溶质溶入基体中形成固溶体能够强化金属；2) 晶界强化：晶格畸变产生应力场对位错运动起到阻碍达到强化，晶格越细，晶界越细，阻碍位错运动作用越大，从而提高强度；3) 第二相强化：有沉淀强化和弥散强化，沉淀强化着眼于位错运动切过第二相粒子；弥散强化着眼于位错运动绕过第二相粒子；4) 位错强化：位错密度越高则位错运动越容易发生相互交割形成割阶，引起位错缠结，因此造成位错运动困难，从而提高了钢强度。
2013年南京航空航天大学830金属材料学考研初试真题(A卷)
南京航空航天大学2013年硕士研究生入学考试初试试题（A卷）科目代码: 830满分: 150 分科目名称: 金属材料学注意: ①认真阅读答题纸上的注意事项；②所有答案必须写在答题纸上，写在本试题纸或草稿纸上均无效；③本试题纸须随答题纸一起装入试题袋中交回！一、名词解释（20分，每个5分）1. 碳钢与合金钢2. 渗碳体与合金渗碳体3. 二次硬化与二次淬火4. 淬火硬化与时效硬化二、填空题（20分，每空1分）1. 根据钢中含碳量的多少通常把碳钢分为、和三类。
2. 钢中常加入的与γ-Fe形成无限固溶体且开启γ相区(无限扩大γ相区) 的金属元素是和；与α-Fe形成无限固溶体，使A3升高，A4下降，以致达到某一含量时，封闭γ相区(无限扩大α相区) 的非碳化物形成元素是、。
强碳化物形成元素是、、和。
3. 钢中合金元素的强化作用主要有以下四种方式：、、及。
4. 对于珠光体型转变来说，向钢中加入合金元素可使C曲线移。
5. 铸铁是是以铁、、为主要组成元素，并比碳钢含有较多的、等杂质元素的多元合金。
三、选择题（20分，每个1分）1.引起钢轧制或锻造时的晶界碎裂（热脆）的合金元素是（a）P （b）H （c）N （d）S2.普通碳素结构钢Q235中的“235”表示（a）屈服强度（b）抗拉强度（c）弹性极限（d）疲劳强度3. 在低合金钢中，一般随钢中合金元素增加，M s和M f点继续下降，室温下将保留更多的（a）奥氏体（b）贝氏体（c）马氏体（d）铁素体4.显著提高铁基固溶体电极电位的常用合金元素（a）Mn （b）Ni （c）Si （d）Cr5. 低碳珠光体型热强钢的合金化的主加合金元素是（a）Cr、Mo （b）Mn （c）Ni （d）N6. 抗腐蚀性能最好的不锈钢钢种是（a）马氏体（b）铁素体-奥氏体型（c）奥氏体（d）奥氏体-马氏体型7. 制造大截面调质零件时，由于快冷难以抑制第二类回火脆性的发生，所以选择的调质钢一般含有下列合金元素（a）Mo （b）Cr （c）Mn （d）Si8. 可用于制造大型重要渗碳齿轮和轴类零件的渗碳合金钢是（a）20Mn2 （b）20CrMnTi （c）20SiMnVB （d）18Cr2Ni4WA9. 低合金钢的组织类型决定了其强度等级，利用贝氏体相变强化，可达到的屈服强度等级为（a）490 ~780MPa（b）195 ~255MPa（c）345 ~460MPa（d）800 ~1200MPa10.微合金化钢中的微合金化元素主要是（a）Nb、V、Ti（b）Mn、N、Co（c）Cr、Si、Ni（d）W、Mo、B11.为了减少合金钢的残余奥氏体数量，不常采用的办法是（a）冷处理（-60~-100℃）（b）高温回火（600~620℃）（c）喷丸强化（d）重新加热淬火12.为了防止合金调质钢的回火脆性，常加入的合金元素是（a）Mo、W（b）Cr、Ni（c）Sn、Sb（d）Mn、Si13. 合金调质钢的碳含量为（a）0.12%~0.25% （b）0.45%~0.7% （c）0.3%~0.5% （d）0.95%~1.15%14.在重要的机器零件用钢，如重要的合金渗碳钢、合金调质钢中，常加入下列哪种合金元素以提高其韧性。
选择机器零件用钢的基本原则
选择机器零件用钢的基本原则
А.П.Γуляев;束德林;齐立礼
【期刊名称】《热处理技术与装备》
【年(卷),期】1984(000)002
【摘要】对于一定的零件,选择其所用钢材,是设计师必须解决的主要任务之一,但这个问题并不能简单划一地予以解决,因为选择钢号必须首先考虑零件的强度、可靠性和寿命,其次还应当考虑零件的制造工艺、材料
【总页数】7页(P16-22)
【作者】А.П.Γуляев;束德林;齐立礼
【作者单位】安徽工学院;长沙交通学院;安徽工学院;长沙交通学院;安徽工学院;长沙交通学院
【正文语种】中文
【中图分类】F2
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机械工程材料 第3章 铁碳合金相图及碳钢
第二节 铁碳合金相图
3) 过共晶白口铸铁的结晶过程
Ld’＋Fe3CⅠ
第二节 铁碳合金相图
铁碳合金相图
工业纯铁
亚共析钢
共析钢
过共析钢
亚共晶白口铸铁
共晶白口铸铁
过共晶白口铸铁
第二节 铁碳合金相图
第二节 铁碳合金相图
3.2.3、铁碳合金含碳量与组织、性能的变化规律
第二节 铁碳合金相图
d -Fe1394°Cg -Fe912°Ca -Fe
● 晶格类型 bcc
fcc
bcc
● 致密度 0.68
0.74 →（胀大） 0.68
● 符合形核、长大结晶规律
● 转变过程恒温、可逆
纯铁在凝固后的冷却过程中，经两次同素异构转变后晶粒 得到细化，对于钢的性能提高具有十分重要的意义，是制 定热处理工艺和合金化的理论基础。
第一节 铁碳合金的相与组织 第二节 铁碳合金相图 第三节 碳素钢
第3章 铁碳合金相图及碳钢
重点：
1）铁碳合金相图的绘制 2）铁碳合金基本相与基本组织 3）碳素钢的牌号及应用
难点：
1）铁碳合金平衡结晶过程 2）铁碳合金相图的分析及应用
课时：
4 学时
第一节 铁碳合金的相与组织
3.1.1、纯铁的同素异构转变
1）按含碳量分： ● 低碳钢：C%﹤0.25%； ● 中碳钢：C%=0.25～0.60%； ● 高碳钢：C%﹥0.60%。 2）按冶金质量（S、P的含量）分： ● 普通碳素钢：WS≤ 0.035%, WP≤ 0.035% ； ● 优质碳素钢: WS≤ 0.030%, WP≤ 0.030% ； ● 高级优质碳素钢: WS≤ 0.020%, WP≤ 0.030% 。
金属材料学第一章和绪论
合金钢的分类
按合金元素的总含量的多少分为： 高合金钢（合金元素含量>10%）， 中合金钢（合金元素含量在5~10%）； 低合金钢（合金元素含量<5%）
绪论与第一章
材料学—西安理工大学材料学院
§1.2 合金元素的分类及对铁基 二元相图的影响（作用）
一、合金元素的分类：
铁族金属：Co、Ni、Mn 难熔金属：熔点比Fe高的金属W、Mo、 Nb、V、Cr
2、材料的定义与分类 3、材料学的研究内容与特点 4、研究的机遇与挑战 5、课程的主要内容、特点与目标
绪论与第一章
材料学—西安理工大学材料学院
1、材料与人类文明以及材料在现在工业部门 的重要性及意义
当代社会文明与国民经济的3大支柱：材料、能源与信息
材料可以实现能源的转换、存储和应用；同时材料是信息传输、 存储的载体
微合金钢：某些合金元素（如Nb、Ti、Zr、 B），即使其含量在0.1%（B在0.001%）时， 亦可能显著的影响钢的组织和性能，这一类钢 称为~
绪论与第一章
材料学—西安理工大学材料学院
合金 钢的 性能 特点
更高的力学性能
优良的热处理工艺 性能
特殊的物理与化学 性能
更高的价格
绪论与第一章
材料学—西安理工大学材料学院
碳化物形成元素与非碳化物形成元素在周期 表中分布有什么规律呢？
绪论与第一章
材料学—西安理工大学材料学院
Ⅰ A
H
Ⅱ A
Li Be
Na
Mg
Ⅲ B
Ⅳ B
Ⅴ B
Ⅵ B
Ⅶ B
0
Ⅲ A
Ⅳ A
Ⅴ ⅥA A
Ⅶ A
He
B C N O F Ne
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。
材料性能与测试-第3章材料的冲击韧性和低温脆性
低温脆性的危害
❖ 发生脆变时，裂纹的扩展速度可高达1000~3000m/s，无法加以 阻止，无任何征兆。
❖ 1938 年和1940 年, 在比利时的哈塞尔特城和海伦赛贝斯城先后 发生了两次钢桥坍塌事故。经研究，这些事故正是材料的冷脆 造成的。
§3.2 低温脆性
❖ 定义：体心立方或某些密排六方晶体金属及其合金，特别是工程上常用的 中、低强度结构钢，在试验温度低于某一温度tk时，会由韧性状态变为脆 性状态，冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔聚集型变为穿晶解理，断
§3.1 冲击载荷下金属变形和断裂特点 §3.2 冲击弯曲和冲击韧性 §3.3 低温脆性 §3.4 影响韧脆转变温度的因素
§3.1 冲击载荷下金属变形和断裂特点
冲击载荷和静载荷的区别
加载速率的不同
加载速率：载荷施加于试样或机件时的速率，用单位时间内应力增加
的数值表示。
形变速率可间接反应加载速率的变化。
口特征由纤维状变为结晶状，这就是低温脆性。
屈服强度/MPa
840
700 W
560 Mo
420 Байду номын сангаасe
280
140 Ni
几类不同冷脆倾向的材料
0 200 400 600 800 1000
温度/℃
❖ 测量不同温度下冲击韧性aK(AK)与温度t的关系曲线(AK～t)。tk称为韧脆转
变温度或冷脆转变温度，是安全性指标之一。
(3) FTE(fracture transition elastic)：低阶能和高阶能平均值对应的温度。
➢ 冲击弯曲试验，冲击吸收功-温度曲线 Ak急剧减小；
(4) 以Akv为 20.3 N·m对应的温度作为韧脆转变温度，记为 V15TT。
工程材料的成分、组织、性能、选材、工艺与应用
材料学绪论一、本课程的性质一门研究材料的化学成分，加工工艺，组织、性能及应用几者之间的内在联系，分析如何运用材料科学的基础知识解决各实际问题的综合性，实践性极强的专业课。
二、本课程的目的使学生掌握如下能力：1、对各类工件所用材料进行合理选材和制定正确的热处理工艺（或其它加工工艺），以满足其使用要求。
2、解决工件加工和使用中出现的各类早期失效问题。
3、从事新材料、新工艺的开发和研制的初步能力。
三、工程材料定义工程材料（结构材料）：用来制备在工作环境下承受载荷的工件的材料。
四、参考书工程材料朱张校清华大学出版社金属材料学王笑天机械工业出版社复合材料（二十一世纪新材料丛书）吴人洁天津大学出版社第一章钢的合金化基础一、合金元素（Me）的定义碳钢（碳素钢）：Fe+C+杂质元素（S、P、Si、Mn、O、H、N……）合金钢：Fe+C+合金元素（Me）+杂质元素合金元素：以改善钢的工艺性能和使用性能为目的，人为添加到钢中的元素。
锰（Mn）铬（Cr）钼（Mo）钨（W）钒（V）铌（Nb）钛（Ti）镍（Ni）铜（Cu）钴（Co）硅（Si）硼（B）氮（N）铝（AL）稀土（RE）杂质元素：混入钢中的元素硫（S）磷（P）硅（Si）锰（Mn）氧（O）氢（H）氮（N）二、合金元素的分类及性质1、分类a、按是否形成碳化物（c’）分为：（1）碳化物（c’）形成元素：弱碳化物形成元素，Mn——Mn3C（固溶态）；强碳化物形成元素（Me强）Cr、Mo、W、V、Nb、Ti，其中：Cr、Mo、W（部分固溶态，部分化合态），V、Nb、Ti（化合态）。
（2）非碳化物形成元素：Ni、Si、Al、B、Cu、Co、RE（固溶态）b、按对Fe-Fe3C相图各区的影响不同分为：（1）扩大F区元素（固溶态）：Cr、Mo、W、V、Nb、Ti、Al、Si（提高A1、A3，使S点左移）。
（2）扩大A区元素：Ni、Cu、Mn、C、N（降低A自由能（G A），增加A 稳定性）。
金属材料学复习题
一、填空题1、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称为，在碳钢基础上加入一定量合金元素的钢称为。
高合金钢：般指合金元素总含量超过的钢。
一般指合金元素总含量在范围内的钢称为中合金钢。
低合金钢：一般指合金元素总含量的钢。
微合金钢：合金元素(如V,Nb,Ti,Zr,B)含量小于或等于，而能显著影响组织和性能的钢。
2、奥氏体形成元素使A3线，A4线，在较宽的成分范围内，促使奥氏体形成，即扩大了γ相区。
根据Fe-Me相图的不同可分为：开启γ相区元素和扩展γ相区元素。
、属于开启γ相区合金元素，与γ-Fe无限固溶，使δ和α相区缩小。
C、N、Cu、Zn、Au属于扩展γ相区的元素，合金元素与α-Fe和γ-Fe均形成有限固溶体。
3、铁素体(α)稳定化元素使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Fe-Me相图的不同，可分为：封闭γ相区(无限扩大α相区)和缩小γ相区(不能使γ相区封闭)。
对封闭γ相区的元素，当合金元素达到某一含量时，A3与A4重合，其结果使δ相与α相区连成一片。
当合金元素超过一定含量时，合金不再有α-γ相变，与α-Fe形成无限固溶体。
4、扩大γ相区元素降低了共析温度，缩小γ相区元素升高了共析温度。
几乎所有合金元素都使共析S碳含量点降低，尤其以强碳化物形成元素的作用最为强烈。
共晶点E的碳含量也随合金元素增加而降低。
5、碳化物在钢中的稳定性取决于金属元素与碳元素亲和力的大小，一般来说，碳化物的生成热愈大，碳化物愈稳定。
根据碳化物结构类型，分为简单点阵结构和复杂点阵结构。
形成碳化物的结构类型与合金元素的原子半径有关，当r C/r M＞0.59时，形成复杂点阵结构，当r C/r M＜0.59时形成简单点阵结构。
6、强C化合物形成元素有钛、锆、铌、钒，中等强度的有钼、钨、铬，弱的有锰、铁，强碳化物形成元素总是优先与碳结合形成碳化物，若碳含量有限，较弱的碳化物形成元素将溶入固溶体中，碳化物稳定性愈好，溶解越难，析出越难，聚集长大越难。
金属材料学课程考试大纲
《金属材料学》课程考试大纲编写刘文俊一、考试对象参加材料学及材料加工硕士点研究生复试的考生。
二、考试目的考核学生对本课程知识的掌握和运用能力，属水平测试。
三、考试内容、要求第一章钢铁中的合金元素考试内容：合金元素与杂质元素，合金元素对铁碳二元相图的影响，合金钢的分类与编号，固溶体，碳氮化合物，合金元素对自由能、原子的扩散及碳在铁中的活度的影响，钢的重结晶与组织遗传性，合金元素对奥氏体晶粒长大的影响，合金元素对钢冷却时组织转变的影响，合金元素对钢的强韧性和工艺性能的影响，微量元素在钢中的作用。
考试要求：1、掌握合金元素与杂质元素在钢中的作用；2、熟悉合金钢的分类与编号；3、掌握置换固溶体、间隙固溶体、碳氮化合物的形成规律；4、掌握合金钢中的扩散规律；5、了解合金元素对加热、冷却、回火时组织结构及性能的影响；6、掌握钢的强化机制与韧化途径；7、熟悉合金元素对钢的工艺性能的影响；8、了解钢中常用的微量元素及微量元素对钢的有益作用。
9、能较好地掌握不同性能要求的合金钢的合金化设计思路第二章工程结构钢考试内容：工程结构钢的合金化，铁素体-珠光体钢的成分特点、性能及典型的钢种，低碳贝氏体和马氏体钢的的成分特点、性能及典型的钢种，双相钢的组织特点、性能及获得方法，提高低碳工程构件用钢性能的途径。
考试要求：1、合金元素在工程结构钢中的作用；2、碳含量和合金元素含量对钢的使用性能和工艺性能的影响；3、双相钢的组织结构特点、性能及获得方法；控制轧制。
第三章机械制造结构钢考试内容：四种典型机器零件用钢（调质钢、渗碳钢、弹簧钢、滚动轴承钢）、低碳马氏体钢、高锰耐磨钢的成分特点、热处理特点及性能特点；超高强度钢的合金化原理。
考试要求：1、根据四种典型机器零件用钢的不同性能要求，选择合适的钢种，并确定正确的热处理方法。
2、掌握钢中含碳量、热处理工艺与性能间的关系。
3、掌握四种超高强度钢的热处理方法及强化机制。
4、熟悉耐磨钢的典型钢种，掌握该钢种的热处理特点、组织及性能特点。
(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）。
第三章金属材料和热处理-pdf
第三章金属材料及热处理金属材料是现代机械工业使用最广泛的材料，品类繁多，性能各不相同，合理选用金属材料和正确运用热处理方法，可以充分发挥金属材料的机械性能，提高产品的质量。
金属可以分为黑色金属和有色金属，黑色金属主要是指钢和铸铁，以铁和碳为基本组成元素形成铁碳合金，即碳素钢。
在铁碳合金中加入一定量的合金元素，如铬、锰、镍、钴等成为合金钢。
有色金属是指非铁金属及其合金，如铝、铜、铅、锌等金属及其合金。
一、碳素钢的分类、编号和用途碳素钢简称碳钢，是含碳量小于 2．11％的铁碳合金，具有较好的机械性能、良好的锻压性能、焊接性能和切削加]：性能，价格比合金钢低，在机械工业中得到广泛使用。
(一)碳素钢的分类1．按钢的含碳量分类低碳钢——含碳量≤0．25％；中碳钢——含碳量：0．30％-0．55％；高碳钢——含碳量≥0．60％。
2．按钢的质量分类普通碳素钢：硫、磷含量分别≤O．055％和 O．045％优质碳素钢：硫、磷含量均≤0．040％；高级优质碳素钢：S、P含量 0．030％-0．035％。
3．按钢的用途分类碳素结构钢：主要用于制造各种工程构件和机器件，这类钢一般属于低碳钢和中碳钢。
碳素工具钢：主要用于制造各种刀具、量具、模具，这类钢含碳量较高，一般属于高碳钢。
(二)碳素钢牌号和用途1．普通碳素结构钢甲类钢：这类钢出厂时按保证机械性能供应，除硫、磷外不保征化学成分。
甲类钢的牌号以“甲”或“A”字加上阿拉伯序数表示，共 1-7级，即甲 l、甲 2、…、甲 7(或 A1、A2、…、A7)，数字越大，强度越高，塑性越差，主要用来制造钢板、角钢、圆钢和工字钢等。
乙类钢：这类钢出厂时按化学成分供应，不保证机械性能。
乙类钢的牌号用“乙”或“旷加上阿拉伯数字表示，也分为 1-7级，即乙 1、乙 1、…、乙 7(或 Dl、u2、…、B7)，数字越大，含碳量越高，主要用于制造不重要的零件，一般须经热处理。
2．优质碳素结构钢优质碳素结构钢既要保证钢的化学成分，还要保证机械性能其机械性能，用于制造比较重要的零什。
金属材料学戴起勋版答案
4-1 在使用性能和工艺性能的要求上;工具钢和机器零件用钢有什么不同工具钢使用性能：1 硬度..工具钢制成工具经热处理后具有足够高的硬度..工具在高的切削速度和加工硬材料所产生高温的受热条件下;仍能保持高的硬度和良好的红硬性..2 耐磨性.. 工具钢具有良好的耐磨性;即抵抗磨损的能力..工具在承受相当大的压力和摩擦力的条件下;仍能保持其形状和尺寸不变..3 强度和韧性.. 工具钢具有一定的强度和韧性;使工具在工作中能够承受负荷、冲击、震动和弯曲等复杂的;以保证工具的正常使用..4 其他性能..由于各种工具的工作条件不同;工具用钢还具有一些其他性能;如模具用钢还应具有一定的、热疲劳性、导热性和耐磨腐蚀性能等..工艺性能:1 加工性.工具钢应具有良好的热压力加工性能和机械加工性能;才能保证工具的制造和使用..钢的加工性取决于化学成分、组织的质量..2 淬火温度范围.工具钢的淬火温度应足够宽;以减少过热的可能性..3 淬硬性和淬透性. 淬硬性是钢在淬火后所能达到最高硬度的性能..淬硬性主要与钢的化学成分特别是碳含量有关;碳含量越高;则钢的淬硬性越高..淬透性表示钢在淬火后从表面到内部的硬度分布状况..淬透性的高低与钢的化学成分、纯洁度、晶粒度有关..根据用于制造不同的工具;对这两种性能各有一定的要求..4 脱碳敏感性. 工具表面发生脱碳;将使表面层硬度降低;因此要求工具钢的脱碳敏感性低..在相同的加条件下;钢的脱碳敏感性取决于其化学成分..5 热处理变形性. 工具在热处理时;要求其尺寸和外形稳定..6 耐削性.对很制造刀具和量具用钢..要求具有良好的磨削性..钢的磨削性与其化学成分有关;特别是;如果钒质量分数不小于0.50%则磨削性变坏..机器零件用钢使用性能：（1）较高的疲劳强度和耐久强度..（2）高的屈服强、抗拉强度以及较高的断裂抗力..（3）良好的耐磨性和接触疲劳强度..（4）较高的韧性;以降低缺口敏感性..工艺性能：通常机器零件的生产工艺：型材→改锻→毛坯热处理→切削加工→最终热处理→磨削以切削加工性能和热处理工艺性能为机器零件用钢的主要工艺性能..4-2工具钢常要做那些力学性能试验测定哪些性能指标为什么强度、塑性：静弯或扭转试验→弯曲强度、挠度和扭转强度、扭转角；韧度：一般采用无缺口式样；硬度：一般硬度60HRC以上;钢中存在的大量碳化物可提高2~3HRC;淬透性：断口法→碳素工具钢和低合金工具钢；端淬法→合金工具钢;以端淬曲线上60HRC处距水冷端距离表示..淬透性作用强弱顺序： Si、Mn、Mo、Cr、Ni热稳定性：钢在较高温度下保持一定强度的性质对高速钢;通常是红硬性；变形开裂倾向：主要原因是热应力组织应力..4-3试用合金化原理分析说明9SiCr、9Mn2V、CrWMn钢的优缺点..9SiCr① Si、Cr提高淬透性;油淬临界直径D油<40mm；② Si、Cr提高回火稳定性;经250℃回火;硬度>60HRC；③ K细小、均匀→不容易崩刃；④ 通过分级淬火或等温淬火处理;变形较小；⑤ Si使钢的脱碳倾向较大..CrWMn① Cr、W、Mn复合;有较高淬透性;D油=50~70mm；② 淬火后AR在18~20%;淬火后变形小；③ 含Cr、W碳化物较多且较稳定;晶粒细小→高硬度、高耐磨性；④ 回稳性较好;当回火温度>250℃;硬度才<60HRC；⑤ W使碳化物易形成网状..9Mn2V1Mn↑淬透性;D油= ~30mm；2Mn↓↓ MS ;淬火后AR较多;约20~22%;使工件变形较小；3V能克服Mn的缺点;↓过热敏感性;且能细化晶粒；4含0.9%C左右;K细小均匀;但钢的硬度稍低;回火稳定性较差;宜在200℃以下回火；5钢中的VC使钢的磨削性能变差..9Mn2V广泛用于各类轻载、中小型冷作模具..4-4 9SiCr和60Si2Mn都有不同程度的脱C倾向;为什么两者均含Si元素;Si是促进石墨化的元素;因此加热时易脱碳..4-5 分析比较T9和9SiCr:1为什么9SiCr钢的热处理加热温度比T9钢高2直径为φ30 ~ 40mm的9SiCr钢在油中能淬透;相同尺寸的T9钢能否淬透为什么3T9钢制造的刀具刃部受热到200-250℃;其硬度和耐磨性已迅速下降而失效；9SiCr钢制造的刀具;其刃部受热至230-250℃;硬度仍不低于60HRC;耐磨性良好;还可正常工作..为什么4为什么9SiCr钢适宜制作要求变形小、硬度较高和耐磨性较高的圆板牙等薄刃工具1 9SiCr中合金元素比T9多;加热奥实体化时;要想使合金元素熔入奥氏体中并且还能成分均匀;需要更高的温度..2不能..因为9SiCr中Si、Cr提高了钢的淬透性;比T9的淬透性好;9SiCr<40mm;所以相同尺寸的T9钢不能淬透..的油淬临界直径D油3Si、Cr提高回火稳定性;经250℃回火;硬度>60HRC；4Cr、Si的加入提高了淬透性并使钢中碳化物细小均匀;使用时刃口部位不易崩刀；Si抑制低温回火时的组织转变非常有效;所以该钢的低温回火稳定性好;热处理是的变形也很小..缺点是脱碳敏感性比较大..因此;如果采用合适的工艺措施;控制脱碳现象;适合制造圆板牙等薄刃工具..4-6 简述高速钢铸态组织特征..高速钢的铸态组织常常由鱼骨状莱氏体Ld、黑色组织δ共析体等和白亮组织M+AR组成..组织不均匀;可能含粗大的共晶碳化物;必须通过锻轧将其破碎;莱氏体网是任何热处理方法所不能消除的;只有通过热压力加工达到一定的变形量之后才能改善..4-7在高速钢中;合金元素W、Cr、V的主要作用是什么W：钨是钢获得红硬性的主要元素..主要形成M6C型K;回火时析出W2C；W强烈降低热导率→钢导热性差Cr 加热时全溶于奥氏体;保证钢淬透性 ;大部分高速钢含4％Cr ..增加耐蚀性;改善抗氧化能力、切削能力..V 显着提高红硬性、提高硬度和耐磨性;细化晶粒;降低过热敏感性..以VC存在.4-8 高速钢在淬火加热时;如产生欠热、过热和过烧现象;在金相组织上各有什么特征欠热：淬火温度较低;大量K未溶; 且晶粒特别细小..过热：淬火温度过高;晶粒长大;K溶解过多;未溶K发生角状化；奥氏体中合金度过高;冷却时易在晶界上析出网状K..过烧：如果温度再高;合金元素分布不均匀;晶界熔化;从而出现铸态组织特征;主要为鱼骨状共晶莱氏体及黑色组织..4-9 高速钢如W18Cr4V在淬火后;一般常采用在560摄氏度左右回火3次的工艺;为什么高速钢淬火后三次560℃回火主要目的是：促进残余奥氏体转变为马氏体;未回火马氏体转变为回火马氏体；减少残余应力..高速钢淬火后大部分转变为马氏体;残留奥氏体量是20—25%;甚至更高..第一次回火后;又有15%左右的残留奥氏体转变为马氏体;还有10%左右的残留奥氏体;15%左右新转变未经回火的马氏体;还会产生新的应力;对性能还有一定的影响..为此;要进行二次回火;这时又有5—6%的残留奥氏体转变为马氏体;同样原因为了使剩余的残留奥氏体发生转变;和使淬火马氏体转变为回火马氏体并消除应力;需进行第三次回火..经过三次回火残留奥氏体约剩1—3%左右..4-10高速钢每次回火为什么一定要冷到室温再进行下一次回火为什么不能用较长时间的一次回火来代替多次回火这是因为残余奥氏体转变为马氏体是在回火冷却过程中进行的..因此;在每次回火后;都要空冷至室温;再进行下一次回火..否则;容易产生回火不足的现象回火不足是指钢中残余奥氏体未完全消除..不能:因为高速钢合金元素多而导致残余奥氏体多;淬火后的组织是马氏体+残余奥氏体;第一次回火使得马氏体回火变成为回火马氏体;而残余奥氏体转变为马氏体;这部分马氏体却在第一次回火中没有得到回火;因此;高速钢一次回火不能使所有的残余奥氏体转变成为马氏体..由于多次回火可以较完全消除奥氏体以及残余奥氏体转变成为马氏体时产生的应力;必须多次回火;一般3次..4-11高速钢在退火态、淬火态和回火态各有什么类型的碳化物这些不同类型的碳化物对钢的性能起什么作用退火态：退火后的显微组织为索氏体基体上分布着均匀、细小的碳化物颗粒;碳化物类型为M6C型、M23C6型及MC型..淬火态：加热时;K 溶解顺序为：M7C3\M23C6型在1000℃左右溶解完 →M6C 型在1200℃时部分溶解 → MC 型比较稳定;在1200℃时开始少量溶解.. 回火态：主要为M 6C 淬火残留、MC 回火时析出和淬火残留、M 2C 回火析出等K.4-12 高速钢W6Mo5Cr4V2的A1温度在800摄氏度左右;为什么常用的淬火加热温度却高达1200摄氏度以上高速钢淬火的目的是获得高合金度的奥氏体;淬火后得到高合金马氏体;具有高的回火稳定性;在高温回火时弥散出合金碳化物而产生二次硬化;使钢具有高硬度和红硬性..高速钢的合金碳化物比较稳定;必须在高温下才能将其溶解..所以;虽然高速钢的A1在800摄氏度左右;但其淬火温度必须在A1+400摄氏度以上..4-13 高速钢在淬火加热时;常需要进行一次或二次预热;为什么 预热有什么作用高速钢导热性差;淬火加热温度又高;所以要预热..可根据情况采用一次预热和二次预热..预热可① 减少淬火加热过程中的变形开裂倾向；② 缩短高温保温时间;减少氧化脱碳； ③ 准确地控制炉温稳定性..4-14高速钢在分级淬火时;为什么不宜在950-675摄氏度温度范围内停留过长时间高速钢在高温加热奥氏体化后;奥氏体中合金度比较高;具有较高的稳定性..由于合金度高;所以有碳化物析出的趋势..如果冷却时在760摄氏度以上的范围停留;或缓慢地冷却到760摄氏度;奥氏体中会析出二次碳化物;在760摄氏度左右会析出特别强烈..在冷却过程中析出碳化物;降低了奥氏体中的合金度;从而影响了高速钢的红硬性..所以;从工艺上看;对某些需要做空气预冷或在800摄氏度左右作短时停留的工具;应特别注意控制预冷时间;停留时间不宜过长..实验表明;在625摄氏度进行10min的停留就会降低红硬性..所以;高速钢为了防止开裂和减少变形;通常采用在600摄氏度左右分级淬火;其停留时间也应严格控制;一般不超过15min.书上P104最后一段4-15 Cr12MoV钢的主要优缺点是什么属于高耐磨微变形冷作模具钢;其特点是具有高的耐磨性、硬度、淬透性、微变形、高热稳定性、高抗弯强度;仅次于高速钢;是冲模、冷镦模等的重要材料;其消耗量在冷作模具钢中居首位..该钢虽然强度、硬度高;耐磨性好;但其韧度较差;对热加工工艺和热处理工艺要求较高;处理工艺不当;很容易造成模具的过早失效..4-16为减少Cr12MoV钢淬火变形开裂;只淬火到200℃左右就出油;出油后不空冷;立即低温回火;而且只回火一次..这样做有什么不好为什么此题实在不会;能百度到的相关资料如下Cr12MoV淬火、回火工艺选择①Cr12MoV分级淬火减少变形、防止开裂：加热温度采用1020℃;保温后放入260~280℃硝盐炉中分级3~10min;转入温度为Ms-10~20℃硝盐炉中停留5~10min后空冷..或者直接淬入160~180℃的硝盐炉中停留5~10min 后空冷..空冷到120℃左右转入回火工序..②Cr12MoV等温淬火增加强韧度：加热温度采用1020℃;保温后放入Ms-10~20℃的硝盐炉中均温3~10min;转入260~280℃保温2~3h空冷后到120℃左右转入回火工序..③Cr12MoV钢降温淬火减少淬火变形：Cr12MoV钢制造的压胶木粉的成型模;形状复杂、尺寸变形要求严格;要求有一定的韧性;但硬度要求一般为45~50HRC..采用1020℃加热淬火;就必须用高温回火;这样变形难以控制..现在某些工厂采用880℃加热后;油冷到150~200℃立即转入300℃等温3~4h;200℃回火..这样处理的模具变形极小;韧性也好;硬度在45HRC左右..缺陷是热处理组织中有少量的屈氏体存在..④Cr12MoV钢回火温度的选择：淬火加热采用1020~1050℃;要求高硬度可用180~200℃回火；为防止线切割开裂可选用400~420℃回火..因淬火冷却发生变形;采用480℃回火可使尺寸有少量的收缩；采用510℃回火可使尺寸有少量的胀大..⑤模具的深冷处理：提高耐磨性;增加尺寸稳定性..把淬火后的模具放入液氮中1~2h进行深冷处理;然后进行回火;也可以在回火后进行深冷处理..Cr12MoV模具经深冷处理后硬度有1~2HRC的提高..4-17简述冷作模具、热作模具的服役条件及对钢性能的要求..冷作模具服役条件：工作T不高;模具主要承受高压力或冲击力;有强烈的摩擦..主要技术要求为具有高硬度和耐磨性;有一定韧性..热作模具服役条件：模具是在反复受热和冷却条件下工作.模具受热时间越长;受热程度就越严重.许多模具还受到较大冲击力..工作条件苛刻 ..热作模具钢应具有高抗热塑性变形能力、高韧性、高抗热疲劳、良好的抗热烧蚀性4-18高速钢和经过二次硬化的Cr12型钢都有很高的红硬性;能否作为热作模具使用为什么不能..高速钢虽有高的耐磨性、红硬性;但韧性比较差、在较大冲击力下抗热疲劳性能比较差;高速钢没有能满足热锤锻模服役条件所需要高韧性和良好热疲劳性能的要求..4-19 对热锤锻模的回火硬度要求是：小型模具硬度略高;大型模具硬度略低；模面硬度较高;模尾硬度较低..为什么小型锻模由于锻件冷却比较快;硬度相对较高;所以小型锻模应具有较高的耐磨性;硬度要求也应在40-44HRC.如果型腔浅而简单;硬度要求还应再提高..大型锻模由于锻模尺寸很大;淬火是的应力和变形比较大;此外工作时应力分布也不均匀;需要有较高的韧度;并且锻件的温度也相对较高;硬度较低;大型锻模的硬度以35-38HRC为宜.锻模模面和模尾硬度要求不同;模尾部分应力集中、承受冲击;硬度要求低..4-20热锤锻模、热挤压模和压铸模的主要性能要求有什么异同点同：较高的高温强度与耐磨性;良好的耐热疲劳和导热性;异：热锻模钢还要有高的淬透性;良好的冲击韧度和低的回火脆性倾向热挤压钢要求高的热稳定性..压铸模钢要求耐蚀性..4-21形状复杂的5Cr06NiMo5Cr08MnMo钢制造的热锤锻模;为减少变形、防止开裂;在淬火工艺操作上应该采取哪些措施1预热..为了减小热应力而造成的变形;热锻模一般均经550一6O0℃预热箱式炉保温..2采用油冷..油冷的特点是高温区的冷却能力低;低温区的冷却速度合适;可以大大降低淬火工件的组织应力;减小工件变形和开裂的倾向..适用于过冷Ａ比较稳定的合金钢..4-22 5CrW2Si钢中的合金元素有什么作用该钢常用作什么工具W：进一步提高耐磨性和细化晶粒;W还能有效地削弱第二类回火脆性;所以含W钢可在430~470℃回火;可得到更好的韧度..Si、Cr：提高低温回火稳定性;并推迟低回脆性区;因此可提高回火温度到280℃;而得到较高的韧度;特别是Si元素更为有效；这些元素都提高淬透性、强度和耐磨性..4-23 常用哪些热处理措施来保证量具的尺寸稳定性（1）调质处理..获得回火索氏体;减少淬火变形和提高机械交工的光洁度..（2）淬火和低温回火..常采用不完全淬火+低温回火;保证硬度的前提下;尽量降低淬火温度并进行预热;以减少加热和冷却过程中的温差和淬火应力..（3）冷处理..高精度量具淬火后必须进行冷处理;以减少残余奥氏体量;从而增加尺寸稳定性..（4）时效处理..淬火回火后;在120-150摄氏度进行24-36 h的失效处理;消除残余内应力;大大增加尺寸稳定性而不降低其硬度..4-24 试总结合金元素Si、Mn、Mo、V、Cr、Ni在合金钢中的作用;并能简述其原理..Si的作用如下：1提高钢强度； Si是铁素体形成元素;有较强的固溶强化作用；2提高钢的淬透性；可阻止铁素体形核和长大;使“C”曲线右移；3提高低温回火稳定性；因Si可以抑制回火时K的形核、长大及转变；4提高淬火加热温度；;Si提高A温度..15提高抗氧化性;因为它可以形成致密稳定的氧化膜;同时可以提高FeO的形成温度..6加热时易脱碳；Si是促进石墨化的元素..Mo元素在合金中的主要作用归结如下：1降低回火脆性;一般认为Mo可以抑制有害元素在晶界的偏聚；2提高贝氏体的淬透性;因为Mo大大推迟珠光体的转变而对贝氏体转变影响较小；3细化晶粒;提高回火稳定性..Mo是强碳化物形成元素;与碳的结合力较大形成的碳化物稳定;不易长大..4提高热强性;因为Mo可以较强地提高固溶体原子的结合力..5提高防腐性;特别是对于非氧化性介质..因为Mo可以形成致密而稳定的MoO膜；36提高红硬性;因Mo与C原子结合力强;故回火稳定性比较好并且形成的在高温下碳化物稳定..Ni元素在合金钢中的作用：1↑基体韧度→ Ni↓位错运动阻力;使应力松弛；;扩大γ区;量大时;室温为A组织；2稳定A;→ Ni↓A13↑淬透性→↓ΔG;使“C”线右移;Cr-Ni复合效果更好；4↑回火脆性→ Ni促进有害元素偏聚；5↓Ms ;↑Ar →↓马氏体相变驱动力..Mn：强化F 提高淬透性促进晶粒长大提高残余A含量;降低Ms点提高回火稳定性降低热脆性-脱硫V：提高热强性细化晶粒提高红硬性、耐磨性降低过热倾向降低磨削性Cr：提高淬透性提高回火稳定性提高抗氧化性;热强性提高耐蚀性细化晶粒降低Ms点合金元素作用归纳：Cr：提高淬透性提高回火稳定性提高抗氧化性;热强性提高耐蚀性细化晶粒降低Ms点Mn：强化F 提高淬透性促进晶粒长大提高残余A含量;降低Ms点提高回火稳定性降低热脆性-脱硫Si：提高δ;降低可切削性提高低温回火稳定性提高抗氧化性提高淬透性提高淬火温度提高脱C;石墨化倾向Mo：提高淬透性提高热强性降低回火脆性提高回火稳定性细化晶粒提高非氧化性酸的耐蚀性;防止点蚀Ni：提高基体韧度稳定A组织提高淬透性提高回火脆性降低Ms点-提高残余A含量V：提高热强性细化晶粒提高红硬性、耐磨性降低过热倾向降低磨削性Pb:提高切削性能4-25 在工具钢中;讨论合金元素起淬透性作用时;应注意什么问题Me提高淬透性;只有溶入A中;才起作用；Me的作用随钢中含碳量而变化;如Si..工具钢淬透性随热处理条件而变化;如V。
《金属材料学》习题答案
《金属材料学》习题答案1.简述什么是材料科学研究材料组分、结构、性能相互关系和变化规律的科学，是一门基础应用学科。
2.什么是工程材料？工程材料分为哪些类别？凡与工程相关的材料均可称为工程材料。
按性能可分为结构材料和功能材料；按化学方法分为金属材料，陶瓷材料，高分子材料和复合材料。
3.什么是新材料？开发新材料的重要意义是什么？新材料：相对于传统的材料而言。
经过新工艺新技术制造的整合原有材料的功能的材料。
意义：对高科技和新技术的发展具有非常关键的作用；是发展高科技的物质基础；是国家在科技领域处于领先地位的标志之一。
4.钢的分类方法很多通常有哪些分类？按冶金方法分：平炉、转炉、电炉（镇静钢、半镇静钢，沸腾钢）。
按化学成分分：碳钢（普通碳钢，优质碳钢），合金钢（合金元素，合金含量）；按质量分：普通质量钢，优质质量钢，高级优质钢。
按金相分：退火态（P+F,珠光体钢，P+Fe3C）,正火态（珠光体钢，贝氏体钢，奥氏体钢）；冷却时有无相变（铁素体，马氏体，奥氏体，双相钢）；按用途分：工程结构钢，机器零件用钢，工程模具用钢，特殊用钢（不锈钢，耐热钢、磁钢）。
5.通常钢中的P, S控制钢的质量，按质量等级碳素钢，合金钢的钢材质量可分为哪些等级，P, S 含量是如何控制的？可分为五种情况：1）形成非金属夹杂物（如氧化物、氮化物和硫化物等），2）溶入固熔体，3）形成碳化物，4）自由存在，5）金属间化合物。
7.按化学成分如何区分低中高碳钢和低中高合金钢?碳钢：（含碳量）低碳钢＜0.25%,中碳钢0.3—0.6%,高碳钢N0.6%；合金钢：（合金元素）低合金钢＜5%,中合金钢5 — 10%,高合金钢＞10%8.利用晶界偏聚理论解释钢的第二类回火脆性以及硼钢的淬透性问题钢的溶质原子在晶界的浓度大大超过在基体中的平均浓度的现象，称为晶界偏聚。
淬火钢在淬火、回火过程中，Ni、Cr、Sb、Sn、P等都向原A晶界偏聚，产生晶界偏聚现象，Ni、Cr不仅自身偏聚，而且促进杂质元素的偏聚。
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
3.2.1 碳素钢
3.碳素工具钢 由于碳素结构钢要求高硬度和高耐磨性，故工具钢含碳质量分数都在0.7%以上，都是优 质钢和高级优质钢。 牌号：以汉语拼音字母“T”后面加阿拉伯数字表示，其数字表示钢中平均含碳质量分数 的 千分之几。 例如T8表示含碳质量分数为0.80%的碳素工具钢。若为高级优质碳素工具钢，则在牌号后 面标以字母A，如T12A表示平均含碳质量分数为1.20%的高级优质碳素工具钢 。 用途：主要用于制造刃具、模具、量具以及其他工具
12 高合金钢 合金元素总含量＞10%
第3章 机械工程材料
3.2 常用金属材料
3.2.2 合金钢
2.合金结构钢 合金结构钢按用途可分为：低合金结构钢和机械制造用钢两大类。 （1）合金结构钢牌号表示方法： 合金结构钢的牌号采用两位数字（表示平均含碳质量分数万分之几）+元素符号（表示钢中 含有主要合金元素）+数字（表示合金元素含量，凡合金元素含量＜1.5%时不标出；如果平 均含量为1.5～2.5%时，则标为2；如果平均含量为2.5～3.5%时标为3；以此类推）。 （2）低合金结构钢 低合金结构钢虽然是一种低碳、低合金的钢，但具有高的屈服强度和良好的塑性和韧性，具 有良好的焊接性和一定的耐蚀性，因此广泛用于桥梁、船舶、车辆等领域。
普通碳素钢 Ws≤0.035%，Wp≤0.035%
优质钢
Ws≤0.030%，Wp≤0.030%
7
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
3.2.1 碳素钢
碳素钢：含碳质量分数小于2.11%而不含有特意加入合金元素的钢，称为碳素钢。 1.碳素钢的分类
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）。
金属材料工程专业方向及课程介绍-PPT文档资料27页
第二章 金属与铸型的物理作用 第三章 金属与铸型的化学和物理化学作用
德 第二篇 砂型的砂芯的制造 第一章 湿型 励 第二章 无机化学粘结剂砂型（芯） 第三章 有机化学粘结剂砂芯（型） 第四章 铸造用涂料及分型剂、胶补料
学 第三篇 铸造工艺及工装设计 第一章 铸造工艺设计概论 第二章 铸造工艺方案的确定 第三章 砂芯设计及铸造工艺设计参数 第四章 浇注系统设计 第五章 冒口、冷铁和铸助 第六章 铸造工艺装备设计
德第4章 贮氢合金 第5章 形状记忆合金
励第6章 非晶态合金 第7章 磁性材料 第8章 半导体材料
学第9章 微电子器件材料 第10章 光学材料 第11章 精细功能陶瓷 第12章 纳米材料 第13章 功能转换材料
西安工业大学——材料与化工学院
复合材料——张文兴
知 行 相 长
敦
第1章：总论
知 行 相 长
敦 第一章 粉末的制取
德 第二章 粉末性能及其测定
第三章 成形
励 第四章
第五章
学 第六章
第七章
特殊成形 烧结 粉末锻造 粉末材料的孔隙性能与
复合的材料的强韧化
西安工业大学——材料与化工学院
谢谢
敦 第1章 注射成型模具结构 德 第2章 注射成型模具设计
第3章 塑料制品设计
励 第4章 挤出成型模具设计
第5章 压缩成型工艺及模具设计
学 第6章 传递模具设计
第7章 其他成型模具设计 第8章 塑料成型新技术
西安工业大学——材料与化工学院
功能材料——金耀华
知 行 相 长
敦第1章 晶体学基础及材料性能 第2章 高分子基础 第3章 超导材料
相 学 业获批国家级高等学校特色专业建设项目，2019年获
《金属材料学复习资料 个人整理版》 一
原子半径对溶解度的影响是比较大的，一般规律为：ΔR 8%，可形成无限固溶体； ΔR 15%，形成有限固溶体；ΔR 15%，溶解度极小。
按照碳化物形成能力由强到弱排列，常用碳化物形成元素有Ti、Zr、Nb、V、Mo、W、Cr、Mn、Fe等。它们都是过渡元素。过渡族金属元素可依其与碳的结合强度的大小分类。钛（Ti）、锆（Zr）、铌（Nb）、钒（V）、是强碳化物形成元素；钨（W）、钼（Mo）、铬（Cr)是中等强度碳化物形成元素；锰（Mn）和铁属于弱碳比物形成元素。
合金元素对S、E点的影响1、凡是扩大 相区的元素均使S、E点向左下方移动，如Mn、Ni等2、凡是封闭 相区的元素均使S、E、点向左上方移动，如Cr、Si、Mo等S点左移，
意味着共析碳含量减小。E点左移，意味着出现莱式体的碳含量减小。
合金元素对临界点的影响合金元素对碳钢的重要影响是改变临界点的温度和碳含量，使合金钢和铸铁的热处理制度不同于碳钢。奥氏体形成元素Ni、Mn等使共析温度A1向左下移动；铁素体形成元素Cr、Si等则使共析温度A1向上移动，合金元素对A3的影响同A1.
碳化物形成的一般规律1、碳化物类型的形成2、相似者相溶3、强碳化物形成元素优先于碳结合形成碳化物4、NM/NC比值决定了碳化物类型5、碳化物稳定越好，溶解越难，析出越难，聚集长大也越难。
合金钢的加热奥实体化：合金钢加热时的转变包括奥氏体相的形成，碳化物和铁素体的溶解。奥氏体相中合金元素的均匀化，溶质元素的晶界平衡偏聚，奥氏体晶粒长大。
根据轴承的工作条件和失效破坏情况，轴承钢的性能应满足（1）高而均匀的硬度和耐磨性（2）高的接触疲劳强度（3）高的弹性极限和一定的韧度（4）一定的耐蚀性（5）尺寸稳定性好（6）具有良好的冷、热加工性能。
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由于不同机器零件的服役条件和
失效方式不同，主要的设计依据和
失效判据也不同，所以应合理选择
辨
钢的含碳量和热处理工艺。
证
应该明确:
思
一般情况下，某零件制造的材料并
维
不是唯一的；
某一种钢采用不同的热处理工艺可
以制造不同类型的零件；
某一零件用某一材料制造，其热处
理工艺方法也可能是多种的。
金属材料学第3章机器零件用钢
三、零件材料和工艺选择途径
1、对于要求良好综合力学性能，零件选 材料的途径为：
① 低碳马氏体型结构钢，采用淬火+低温回火。 为↑耐磨性，可进行渗碳处理；汽车拖拉机齿轮类 为代表.
② 回火索氏体型，选择中碳钢，采用淬火+高温 回火。为↑耐磨性，可进行渗氮处理或高 频感应加 热淬火等表面硬化工艺方法。轴类零件为典型。
金属材料学第3章机器零件用钢
2、如要求更高的强度，则适当牺牲塑韧 性。可选择中碳钢，采用低温回火工艺。如 低合金中碳马氏体钢。农业机械较多.
3、如要求高的弹性极限和屈服强度，又 要有较高的塑性和韧度，则选择中高碳钢， 进行中温回火。如弹簧钢。
4、零件要求高强度、高硬度，高接触疲 劳性和一定的塑性和韧度，可用高碳钢，淬 火+低温回火。如轴承钢。
Ni:↑基体韧度， Ni-Cr复合↑↑淬透性，↑回脆 ；
Mo：↑淬透性,↑回稳性，细晶,↓↓回脆倾向；
V：有效细晶，(↑淬透性) ，↓↓过热敏感性。
金属材料学第3章机器零件用钢
在机械制造工业中，调质钢是按淬透性高低来 分级的。 DC为油淬临界直径
低淬透性合金钢: DC < 30~40mm, 有40Cr、 40Mn2、42SiMn、35CrMo、42Mn2V等
金属材料学第3章机器零件用钢
3.2 整体强化态钢
整体强化态钢均承受拉、压、扭等交
基 变应力，大部分是整体受力。
本 情
其主要失效形式是疲劳破坏，
况
主要性能指标σ-1、Rm、AK、KIC等。
总体上要求良好的综合力学性能。
主
主要制造轴、杆、轴承类等机器零件，
要 如连杆、螺栓、主轴、半轴等。这类钢主
应 要有调质钢、弹簧钢、轴承钢、低碳马氏
AK是一次大能量冲击性能指标， 小能量多冲条件下工作的，很难正确 反映。有些重要零件应以断裂韧度KIC 来衡量。
由于服役条件差异，钢最佳综合性 能也不一定都是高温回火态好。零件 在承受冲击能量大时，钢强度应低些， 塑性和韧度宜高些；冲击能量较小时， 强度应高些。以达最佳配合。
金属材料学第3章机器零件用钢
中淬透性合金钢: DC:40~60mm, 有40CrNi、 42CrMo、40CrMn、30CrMnSi等
高淬透性合金钢: DC≥60~100mm, 有37CrNi3、 40CrNiMo、40CrMnMo等
金属材料学第3章机器零件用钢
分析比较： 40Cr→40CrNi→40CrNiMo
淬透性 回稳性 塑韧性
0.25~0.45%C的合金钢经调
屈服强度相同的碳钢和合
质后室温性能变化
金结构钢断面收缩率变化
金属材料学第3章机器零件用钢
结构钢抗拉强度与硬度的关系
结构钢是否淬透对屈强比的影响
金属材料学第3章机器零件用钢
2、合金化及常用钢
含碳量在0.25~0.45%。常用合金元素作用：
Mn：↑↑淬透性，但↑过热倾向，↑回脆倾向； Cr：↑↑淬透性，↑回稳性，但↑回脆倾向；
金属材料学第3章机器零件用钢
3.2.2 微合金非调质钢
一、 微合金元素对强韧化的贡献 非调钢组织：主要是F+P+弥散析出K。 主要强化作用：细化组织和相间沉淀。 微合金化元素： Ti、Nb、V 、N等元素，
V是主要的。 多元适量，复合加入：Nb-V-N和Ti-V等—
主要贡献是细化组织。
金属材料学第3章机器零件用钢
磨性等有不同要求。 一般为亚共析钢，低合金或中合金，优质
钢或高级优质钢。
金属材料学第3章机器零件用钢
二、机器零件用钢合金化特点
主加 元素
Cr、Mn、Si、Ni。 主要作用：↑淬透性和力学性能。
辅加 元素
Mo、W、V等 ↓过热敏感性，↓回脆，↑淬透性。
最佳 范围
获得最佳性能→称为极限合金化理论 结构钢常用范围为：<1.2%Si, <2%Mn， 1~2%Cr, 1~4%Ni，< 0.5%Mo，<0.2%V, < 0.1%Ti，0.4~0.8%W。 或是单独加入，或是复合加入。
综合 强化 工艺
如复合热处理，即热处理强化、表面 处理及形变强化工艺结合起来。如汽车转 向节园角处进行高频淬火处理后，疲劳寿 命提高了50倍
冷变 形
如滚压、喷丸等冷变形方法的效果也比 较好, 能提高零件寿命
锻造 余热 淬火
既能节约能源、简化工序，又能细化组 织，提高零件的强韧性。如柴油机连杆， 已普遍采用锻造余热淬火工艺
用 体钢、超高强度钢等。
金属材料学第3章机器零件用钢
M7150A砂轮主轴
汽\拖用连杆
汽车半轴 a)一端法兰式; b)二端花键式; c)变截面台阶式
金属材料学第3章机器零件用钢
上图 S7332 螺纹磨床丝杠
下图 T615K镗床镗杆
金属材料学第3章机器零件用钢
3.2.1 调质钢
1、淬透性原则 淬透性相同的同类调质钢，可互相代用
二、 获得最佳强韧化的工艺因素
相间 析出
沉淀强化 细化组织
工艺参数 是关键
控制轧制 控制冷却
细化组织和沉 淀析出要协调
பைடு நூலகம்
决定各种强化机制的效果
金属材料学第3章机器零件用钢
相间沉淀析出示意图
金属材料学第3章机器零件用钢
三、 组织因素对强韧性贡献的大小
40CrNiMo > 40CrNi > 40Cr 40CrNiMo > 40CrNi > 40Cr 40CrNiMo > 40CrNi > 40Cr
回脆性
40CrNi > 40Cr > 40CrNiMo
思考：以Mn代Ni，在性能上有什么差别？
金属材料学第3章机器零件用钢
3、调质钢强韧化工艺的发展
正确 认识 性能 指标
第3章 机器零件用钢
根据钢的生产工艺和用途，可分 为：调质钢、低碳马氏体钢、超高强度 结构钢、渗碳钢、氮化钢、弹簧钢、轴 承钢和易削钢等。
金属材料学第3章机器零件用钢
3.1 概 述
一、机器零件用钢的性能要求
1、具有良好的冷热加工工艺性 如锻造、冲压、热处理、车、铣、刨、
磨等。 2、具有良好的力学性能 不同零件，对钢强、塑、韧、疲劳、耐