第五章 金属材料
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b、对钢的焊接性能不利，易引起焊缝热裂；
（4）P的作用：也是有害元素，应严格控制； 一般溶于F体中,使钢σb、HBS升高,δ、
αk下降。 在低温时会使材料塑性和韧性显著降低—
—冷脆；
2、合金元素对钢基本相的影响——基本相主要是固溶体和化合物，如F 和碳化物等；
（1）形成碳化物 Fe、Mn、Cr、Mo、W、V、Nb、Zr 、 Ti
第五章 金属材料
Ｄ、合金钢按钢中合金元素的总质量分数
低合金钢（ＷＭｅ＜５％） 中合金钢（ＷＭｅ＝５～１０％） 高合金钢（ＷＭｅ＞１０％）；
（2）我国实施新的钢分类方法——按国家标准 GB/T13304-91《钢分类》是参照国际标准制定 的。按照化学成分、主要质量等级和主要性能及 使用特性，将钢进行分类的；
(4)球墨铸铁——铁水经球化处理后浇注，铸 铁中的碳大部分或全部以球状石墨形式存在，用于 力学性能要求高的铸件；
(5)蠕墨铸铁——碳主要以蠕虫状石墨形式存 在，石墨形态介于片状和球状之间；
灰口铸铁
球墨铸铁
可锻铸铁
3、非铁金属材料的分类
铝及铝合金、 铜及铜合金、 轴承合金、 硬质合金、 钛合金、 镁合金
(1)铝合金 铝中加入Si、Cu、Zn、Mn等 元素制成的合金。 依据其成分和工艺性可分为：变形铝合金和铸造 铝合金 变形铝合金塑性优良，适于压力加工 铸造铝合金塑性低，更适于铸造成形
(2)铜合金 铜中加入Zn、Sn、Ni、Al、Si 等元素制成的合金。主要成分黄铜、青铜、白铜 以Zn为主要合金元素的为黄铜 以Ni为主要合金元素的为白铜 其他的习惯上称为青铜
一般不经热处理，在热轧态下使用。 1、牌号：Q195～Ｑ275
Q 235 — A · F
脱氧方法
质量等级
σs =235 MPa
5.1.2 合金元素在钢中的作用
1、主要常存元素在非合金钢中的作用：Si、Mn 、S、P——一般作为杂质看待；
（1）Mn的作用：是钢中的有益元素；WMn=0.25 ～0.8%
a、是脱氧剂，在炼钢时用锰脱氧而残留在钢中 的，它与FeO反应还原铁，改善钢的质量；
b、溶入铁素体，使铁素体强化； c、溶入渗碳体形成合金渗碳体起强化作用； d、与S生成MnS，起除S作用； e、能增加并细化珠光体，提高钢的强度、硬度
（2）Cr、Mo、Ti、Si、Al等使单相A区缩小，即使 A1线、A3线升高，当其含量足够高时，可使钢在高温 与常温均保持F组织，这类钢称为F体钢；
合金元素对S、E点的影响——合金元素都使S、E点 左移，即使钢的共析含碳量和A对碳的最大固溶度降低。若合金
元素含量足够高，可以在Wc=0.4%的钢中产生过共析组织，在 Wc=1.0%的钢中产生莱氏体。例如，在高速钢（Wc=0.7～0.8%） 的铸态组织中就有莱氏体，故可称之为莱氏体钢。
弱
强
与碳的亲和力越强，形成的碳化物就越稳定，硬度就越高。
其类型是不同的：
A、溶入渗碳体中，可形成合金渗碳体，如（Fe，Mn）3C、 （Fe，Cr）3C等；
B、形成合金碳化物，如Cr7C3、Fe3W3C等； C、形成特殊碳化物，如WC、MoC、VC、TiC等；
从合金渗碳体到特殊碳化物，稳定性及硬度依次升高 随着钢中碳化物的增加，钢的强度、硬度提高，塑性、韧性下降；
（2）Si的作用：是钢中的有益元素，一般 WSi=0.1～0.4%
a、是脱氧剂，它可使FeO生成炉渣；它的脱 氧能力比Mn强；
b、溶入铁素体，使铁素体强化；
（3）S的作用:是冶炼时由矿石和燃料中带入的有 害杂质，炼钢时难以除尽；
a、以FeS的形式存在于钢中，其与铁形成低wenku.baidu.com熔点（985℃）共晶体分布在晶界上。钢加热到 1000～1200℃进行锻压或轧制时，易晶界熔化， 使钢在晶界处开裂，引起热脆；
2、铸铁的分类：根据碳在铸铁中存在的形态不 同进行分类的；
(1) 白口铸铁——碳全部以碳化物形式存在 ，其断口呈亮白色。硬度高、脆性大，主要用 作炼钢原料或可锻铸铁的毛坯；
(2)灰铸铁——碳主要以片状石墨形式存在 ，断口呈灰色。应用广泛；
(3)可锻铸铁——是由一定成分的白口铸铁铸 件经过较长时间的高温可锻化退火、使白口铸铁中 的渗碳体大部分或全部分解成团絮状石墨。这种铸 铁并不可锻，但强度、塑性、韧性比灰铁好；
4、合金元素对钢热处理的影响
（1）对奥氏体化过程的影响 加入碳化物形成元素,是A体化速度下降,A体化温
度上升,因此A体化需要更高的加热温度和更长的保温 时间。
除P,Mn外,所有合金元素（Me）均阻止A体晶粒 长大，所以合金钢A体化温度高，保温时间长，但不 使A体晶粒长大。
（2）冷却时对过冷A转变的影响
C.钢的热硬性：指合金钢在较高温度时仍能保持高硬度的性
能（＞60HRC）； D.回火脆性——主要指第二类回火脆性，在含Cr、Ni、Mn、Si 的调质钢中出现，加入Mo、W可降低这种回火脆性。
5.2 非合金钢
• 碳素结构钢 • 优质碳素结构钢 • 碳素工具钢 • 易切削结构钢 • 工程用铸造碳钢
5.2.1 碳素结构钢——
（2）强化F——大多数的合金元素都能溶于F，产生固溶强 化，使F的强度、硬度升高，塑性韧性下降；
（3）非碳化物形成元素：Ni、Si、Al、Co、Cu等与碳亲和 力很弱，不形成碳化物
3、合金元素对Fe- Fe3C相图的影响
合金元素对A相区的影响： （1）Ni、Mn、Cu以及C、N使 单相A区扩大，即使A1线、A3线下 降。若其含量足够高时，可在常温 下保持稳定的单相A组织； 利用合金元素扩大奥氏体相区的作 用生产奥氏体钢
除了Co，大多数合金元素都使钢的过冷A 的稳定性提高，从而使钢的淬透性提高；
除Co、Al外，大多数合金元素都使Ms点下降， 并增加残余A量；
（3）对回火转变的影响
A. 合金元素提高钢的耐回火性——
指的是淬火钢在回火时抵抗强度、 硬度下降的能力；
B. 在高合金钢中的二次硬化现象—
—在高合金钢中的W、Mo、V等 强碳化物形成元素在500～600℃ 回火时，会形成细小弥散的特殊碳 化物，使钢回火后硬度有所升高； 同时，淬火后残余A在回火冷却过 程中转变为M，使硬度升高的现象；
（4）P的作用：也是有害元素，应严格控制； 一般溶于F体中,使钢σb、HBS升高,δ、
αk下降。 在低温时会使材料塑性和韧性显著降低—
—冷脆；
2、合金元素对钢基本相的影响——基本相主要是固溶体和化合物，如F 和碳化物等；
（1）形成碳化物 Fe、Mn、Cr、Mo、W、V、Nb、Zr 、 Ti
第五章 金属材料
Ｄ、合金钢按钢中合金元素的总质量分数
低合金钢（ＷＭｅ＜５％） 中合金钢（ＷＭｅ＝５～１０％） 高合金钢（ＷＭｅ＞１０％）；
（2）我国实施新的钢分类方法——按国家标准 GB/T13304-91《钢分类》是参照国际标准制定 的。按照化学成分、主要质量等级和主要性能及 使用特性，将钢进行分类的；
(4)球墨铸铁——铁水经球化处理后浇注，铸 铁中的碳大部分或全部以球状石墨形式存在，用于 力学性能要求高的铸件；
(5)蠕墨铸铁——碳主要以蠕虫状石墨形式存 在，石墨形态介于片状和球状之间；
灰口铸铁
球墨铸铁
可锻铸铁
3、非铁金属材料的分类
铝及铝合金、 铜及铜合金、 轴承合金、 硬质合金、 钛合金、 镁合金
(1)铝合金 铝中加入Si、Cu、Zn、Mn等 元素制成的合金。 依据其成分和工艺性可分为：变形铝合金和铸造 铝合金 变形铝合金塑性优良，适于压力加工 铸造铝合金塑性低，更适于铸造成形
(2)铜合金 铜中加入Zn、Sn、Ni、Al、Si 等元素制成的合金。主要成分黄铜、青铜、白铜 以Zn为主要合金元素的为黄铜 以Ni为主要合金元素的为白铜 其他的习惯上称为青铜
一般不经热处理，在热轧态下使用。 1、牌号：Q195～Ｑ275
Q 235 — A · F
脱氧方法
质量等级
σs =235 MPa
5.1.2 合金元素在钢中的作用
1、主要常存元素在非合金钢中的作用：Si、Mn 、S、P——一般作为杂质看待；
（1）Mn的作用：是钢中的有益元素；WMn=0.25 ～0.8%
a、是脱氧剂，在炼钢时用锰脱氧而残留在钢中 的，它与FeO反应还原铁，改善钢的质量；
b、溶入铁素体，使铁素体强化； c、溶入渗碳体形成合金渗碳体起强化作用； d、与S生成MnS，起除S作用； e、能增加并细化珠光体，提高钢的强度、硬度
（2）Cr、Mo、Ti、Si、Al等使单相A区缩小，即使 A1线、A3线升高，当其含量足够高时，可使钢在高温 与常温均保持F组织，这类钢称为F体钢；
合金元素对S、E点的影响——合金元素都使S、E点 左移，即使钢的共析含碳量和A对碳的最大固溶度降低。若合金
元素含量足够高，可以在Wc=0.4%的钢中产生过共析组织，在 Wc=1.0%的钢中产生莱氏体。例如，在高速钢（Wc=0.7～0.8%） 的铸态组织中就有莱氏体，故可称之为莱氏体钢。
弱
强
与碳的亲和力越强，形成的碳化物就越稳定，硬度就越高。
其类型是不同的：
A、溶入渗碳体中，可形成合金渗碳体，如（Fe，Mn）3C、 （Fe，Cr）3C等；
B、形成合金碳化物，如Cr7C3、Fe3W3C等； C、形成特殊碳化物，如WC、MoC、VC、TiC等；
从合金渗碳体到特殊碳化物，稳定性及硬度依次升高 随着钢中碳化物的增加，钢的强度、硬度提高，塑性、韧性下降；
（2）Si的作用：是钢中的有益元素，一般 WSi=0.1～0.4%
a、是脱氧剂，它可使FeO生成炉渣；它的脱 氧能力比Mn强；
b、溶入铁素体，使铁素体强化；
（3）S的作用:是冶炼时由矿石和燃料中带入的有 害杂质，炼钢时难以除尽；
a、以FeS的形式存在于钢中，其与铁形成低wenku.baidu.com熔点（985℃）共晶体分布在晶界上。钢加热到 1000～1200℃进行锻压或轧制时，易晶界熔化， 使钢在晶界处开裂，引起热脆；
2、铸铁的分类：根据碳在铸铁中存在的形态不 同进行分类的；
(1) 白口铸铁——碳全部以碳化物形式存在 ，其断口呈亮白色。硬度高、脆性大，主要用 作炼钢原料或可锻铸铁的毛坯；
(2)灰铸铁——碳主要以片状石墨形式存在 ，断口呈灰色。应用广泛；
(3)可锻铸铁——是由一定成分的白口铸铁铸 件经过较长时间的高温可锻化退火、使白口铸铁中 的渗碳体大部分或全部分解成团絮状石墨。这种铸 铁并不可锻，但强度、塑性、韧性比灰铁好；
4、合金元素对钢热处理的影响
（1）对奥氏体化过程的影响 加入碳化物形成元素,是A体化速度下降,A体化温
度上升,因此A体化需要更高的加热温度和更长的保温 时间。
除P,Mn外,所有合金元素（Me）均阻止A体晶粒 长大，所以合金钢A体化温度高，保温时间长，但不 使A体晶粒长大。
（2）冷却时对过冷A转变的影响
C.钢的热硬性：指合金钢在较高温度时仍能保持高硬度的性
能（＞60HRC）； D.回火脆性——主要指第二类回火脆性，在含Cr、Ni、Mn、Si 的调质钢中出现，加入Mo、W可降低这种回火脆性。
5.2 非合金钢
• 碳素结构钢 • 优质碳素结构钢 • 碳素工具钢 • 易切削结构钢 • 工程用铸造碳钢
5.2.1 碳素结构钢——
（2）强化F——大多数的合金元素都能溶于F，产生固溶强 化，使F的强度、硬度升高，塑性韧性下降；
（3）非碳化物形成元素：Ni、Si、Al、Co、Cu等与碳亲和 力很弱，不形成碳化物
3、合金元素对Fe- Fe3C相图的影响
合金元素对A相区的影响： （1）Ni、Mn、Cu以及C、N使 单相A区扩大，即使A1线、A3线下 降。若其含量足够高时，可在常温 下保持稳定的单相A组织； 利用合金元素扩大奥氏体相区的作 用生产奥氏体钢
除了Co，大多数合金元素都使钢的过冷A 的稳定性提高，从而使钢的淬透性提高；
除Co、Al外，大多数合金元素都使Ms点下降， 并增加残余A量；
（3）对回火转变的影响
A. 合金元素提高钢的耐回火性——
指的是淬火钢在回火时抵抗强度、 硬度下降的能力；
B. 在高合金钢中的二次硬化现象—
—在高合金钢中的W、Mo、V等 强碳化物形成元素在500～600℃ 回火时，会形成细小弥散的特殊碳 化物，使钢回火后硬度有所升高； 同时，淬火后残余A在回火冷却过 程中转变为M，使硬度升高的现象；