工程材料学笔记整理

第一章

钢的合金化概论

表1.15常用各类合金钢刚好表示方法

1•工程结构钢包括碳素结构钢和低合金高强度结构钢。碳素结构钢分为Q195， Q215，Q235,Q275（最低强度）四个等级。低合金高强度结构钢最低屈服强度为345MPa

2•低合金高强度结构钢按用途可分为结构钢，耐腐蚀钢，低温用钢，耐磨钢，钢筋钢，钢轨刚及其他专业用钢3•工程机构钢以工艺性能为主，力学性能为辅，主要性能要求如下

①足够的强度和韧度

②良好的焊接性和成型工艺性

③良好的耐腐蚀性

4•合金元素通过固溶强化，析出弥散强化，细化晶粒强化和增加珠光体含量这四种强化机制提高这类钢的强度5•所谓优良的焊接性是指焊接工艺简单，焊缝与母材结合牢固强度不低于母材，焊缝热影响区保持

足够的强度和韧性，没有裂纹及各种缺陷

6•少量Cu可以非常有效的提高钢耐大气腐蚀的能力。

7•低合金高强钢合金元素强化方法:固溶强化、细晶强化、沉淀强化

个等级Q500. Q550. Q能th Q69O可分为C、D、E怎砺乩巨皱为普通血i疝级；匚或％优质级；D级和E级为特殊质愦级・有低温沖击韧度姿求。对于专业用低合蛙钢* 一般在钢号后加后缀*往往还自专门的钢号。例如七迪炉科压丸餐墨■寺用型1涮欣、在新标准中为"Q345R",还冇卫MpMoNbR等牌号丄用止挥梁斡至用五E刃？:迎垃V 在新标准屮为Q345q D低合金融云丽花型应并「另学性旄和应用分别叽表匚1 *衰盒工空邑09p具有邈辿墮合力_判生妝性列挣、热加工性D、f级具甲良奸的7.低曲度・用准较大，常用干船舶，闌炉，容器、桥梁爭承受较商靈荷刖卑罰L随弟弔韩

第十四章机械制造结构钢

1•机械零件要求有良好的服役性能，如具有足够高的强度，塑形，韧度，疲劳强度，耐磨性等

2•根据热处理强化工艺特点分为整体强化态钢和表面强化态钢。根据钢的生产工艺和用途可分为调_ 质钢，非调质钢，低碳马氏体钢，超高强度结构钢，渗碳钢氮化钢，弹簧钢，轴承钢等________

3•机械制造结构钢主要性能

①具有良好的冷热加工工艺性

②具有良好的力学性能

4•机械零件用钢的合金化元素主要有Cr,Mn,Si,Ni,Mo,W,V,B等或是单独加入，或是复合加入。其中，主加元素为Cr,Mn,Si,Ni。主加元素的作用主要是提高钢的淬透性和力学性能。辅加元素有Mo,W,V,B,能降低钢的过热敏感性，消除钢的回火脆性，进一步提高淬透性等作用，但含量一般都不高

5•—般机械零件的主要失效形式是变形和断裂

6■整体强化态钢均承受拉，压，扭等交变应力，大部分是整体受力。其主要失效形式是疲劳破坏，

主要性能指标为3,抗拉强度，冲击吸收能量KV (KU),断裂韧度等。总体上要求具有良好的综合

力学性能。这些钢主要制造轴，杆，轴承类零件，如连杆，螺栓，主轴，半轴等。这类钢主要有调质钢，弹簧钢，轴承钢，低碳马氏体钢，超高强度钢等。

7■调质钢：

结构钢在淬火高温回火后具有良好的综合力学性能，有较高强韧性，适用于这种热处理的钢称为调质钢。

调质钢含碳量一般是中碳，调质钢按淬透性分级：低淬透性钢，中淬透性钢、高淬透性钢。

调质钢中合金元素作用：

Mn : f淬透性，易使钢有过热倾向，回火脆性倾向

Cr：提高淬透性、提高回火稳定性，有回火脆性倾向

Ni:非碳化物形成元素，f韧度

Ni-Cr复合加入：提高淬透性作用很大，也有回火脆性

Mo :进一步提高淬透性，f回火稳定性，细化晶粒，有效消除回火脆性倾向

V:碳化物形成元素，细化晶粒，溶入奥氏体会提高淬透性，降低过热敏感性

复合热处理综合强化也得到了许多应用，即热处理强化，表面处理及形变强化结合起来。

&弹簧钢

1•弹簧的主要作用是储能减震，它一般是在动负荷下工作，即在冲击，振动或长期均匀的周期

改变应力的条件下工作。它起到缓和冲击力，使与它配合的零部件不受到冲击而早期破坏

2. 要求弹簧钢具有________ 塑性和韧度。对淬火强化处理的弹簧钢还应有做够的淬透性，较好的冶金质量和组织均匀性，要求 __________ 严格控制材料内部缺陷。

3•常用弹簧材料是碳素钢和低合金弹簧钢。碳素钢含碳量在0.60%-1.05%,高碳，低合金弹簧钢0.40% -0.74% •常加入S, Mn , Cr, V等合金元素。Cr和Mn主要是提高淬透性，Si提高弹性极限，V提高淬诱性和细化晶粒

4. 弹簧在热成型后，进行淬火及回火强化处理

5. 弹簧钢常用热处理工艺是淬火和中温回火，得到回火托氏体

9■滚动轴承钢

1. 在各种载荷作用下，运行一段时间后将产生解除疲劳破坏，即在轴承套圈和滚体表面出现小块剥落，形成麻点，使噪声和振动增大，磨损加剧，工作温度不断上升，最后导致轴承破坏失效2■轴承钢性能要求

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. 尺寸稳定性好

5. 一定的耐蚀性

6. 良好的冷热加工工艺性

3. 对轴承钢的质量要求是纯净和组织均匀

4. 非金属夹杂物根据化学成分主要有氧化物，硫化物，硅酸盐三种

5. 轴承钢球化退火的主要目的是为最终淬火处理做好组织准备

6•轴承钢淬火后应及时进行回火。（一般为淬火+低温回火，精密为淬火+冷处理+低温回火）

10■合金渗碳钢（低碳，淬火+低温回火，表硬里韧）

1. _____

2•渗碳钢含碳量0.12% -0.25%,低碳。常用合金化元素Mn,Cr,Ni,W,V,Ti,Mo。Mn,Cr,Ni的主要作用是提高淬透性。

3. 渗碳钢按淬透性大小分类低淬透性钢，中淬透性钢，高淬透性钢

4.20Cr,20CrV制造受力较轻的零件，如活塞销。20CrMnTi高速中载受冲击力和磨损的重要零件。20Cr2Ni4A,18Cr2Ni4WA 高速柴油机，航空发动机曲轴，齿轮。20用于制造轴套，不重要的小齿轮。12Cr2Ni4高负荷齿轮，蜗轮蜗杆。

5.减少残留奥氏体方法，淬火后冷处理和淬火前高温回火

11.氮化钢（调质，渗氮，高温回火）含碳低

1. 工作载荷不大，基本无冲击力，有摩擦，比齿轮等磨损轻，受交变疲劳应力，要求能保持高精度12■耐磨钢

1. 高锰铸钢化学成分特点是高碳高锰，铸件使用

2. ZGMn13力学性能差，耐磨性低不宜直接使用，经固溶处理（水韧处理）后显微组织为单相奥氏体

3. 水韧处理注意

1. 温度在以上，一定保温时间下使碳化物全部溶入奥氏体

2. 高锰钢导热性差，热膨胀系数大，铸件尺寸大，所以要缓慢加热避免裂纹

3. 铸件出炉至入水时间尽量缩短，避免碳化物析出。水冷

4. 高锰钢冷作硬化本质是通过大的形变在奥氏体基体中产生大量层错，形变栾晶，

£ 马氏体和a马氏体成为位错运动的障碍。能承受强有力冲击不破裂，广泛用于承受大冲击载荷强烈磨损工况下的零件，衬板，磨球坦克履带

13 •材料选择基本原则

1. 材料的使用性能要求

2. 材料的工艺性能

3. 经济性

4. 其他因素（尺寸，外形特点）

14.选择零件材料思路

1. 分析零件的工作条件、尽寸形状和应力状态，科学合理地确定零件的技术要求

2. 通过分析或实验，结合同类零件失效分析结果，找出零件实际工作时的失效抗力指标作为选材依据

3. 根据主要力学性能选择

4. 考虑钢种是否满足次要失效抗力指标的工艺性和可能采用的工艺措施

5. 审查所选钢种是否满足所有工艺性基本要求和组织生产可能性，进一步考察材料经济性和成本

第十五章工模具钢（高碳）

1. 工模具钢：用来制造刃具、模具、量具等各种工具的钢称为工模具钢。

2. 按用途分为刃具钢、模具钢、量具钢三大类

①刃具钢可分为碳素、低合金工具钢和高速钢三大类

②模具钢按工作温度可分为冷作模具钢、热作模具钢和塑料模具钢

③量具钢用来制作量规、卡尺、样板等。用来测量工件尺寸和形状

3. 工具钢性能特点：耐磨、热稳定性、足够强度与韧度。

4. 工具钢基本性能：

①强度和塑形

②韧度

③硬度及耐磨

④淬透性

⑤热稳定性（钢在较高温度下仍保持一定强度的性质）