金屬材料學(xué)復(fù)習(xí)大綱

金屬材料學(xué)復(fù)習(xí)大綱題型:1、名詞解釋３分×1０；２、填空1分×10;３、簡答題３5分;4、論述題2５分(期末70％+平時3０％)鋼得合金化合金元素主要以三種形式存在鋼中：溶于鐵中,形成固溶體;與碳化合,形成碳化物；形成金屬間化合物。擴(kuò)大γ相區(qū)得元素(奧氏體穩(wěn)定化元素;使鐵碳相圖中S點(diǎn)下降）:Mn、Ni、Co、C、N、Cu等；縮小γ相區(qū)元素（鐵素體穩(wěn)定化元素;使Ｓ點(diǎn)上升):Cr、Mｏ、W、V、Ti、Al、Sｉ、Ｂ、Nb、Zr。碳化物形成元素:Ｚｒ、Ti、Ｎｂ、V、W、Mｏ、Cr、Ｍn等(按碳化物得穩(wěn)定性程度由強(qiáng)到弱排列）非碳化物形成元素：Ni、Co、Ｃu、Si、Ａl、Ｎ、B等。都溶于鐵素體與奧氏體中。幾乎所有得合金元素都使Ｓ點(diǎn)與E點(diǎn)左移,強(qiáng)碳化物形成元素得作用強(qiáng)烈。例如:4Cr１3含碳量為0、4%左右,但已就是屬于過共析鋼。這就是因?yàn)椋胷元素使共析Ｓ點(diǎn)向左移動,當(dāng)Cr含量達(dá)到一定程度時,Ｓ點(diǎn)已左移到小于0、4%C,所以４Cr13就是屬于過共析鋼。細(xì)化晶粒合金元素:即強(qiáng)碳化物形成元素(見上）,防止第二類回火脆性(４５0-６50℃)元素:Ｗ、Ｍｏ第一類回火脆性：合金在2０0-3５0℃范圍內(nèi)回火時發(fā)生得脆性,不可逆回火脆性。第二類回火脆性：合金在450-6５0℃范圍內(nèi)回火后,緩冷時出現(xiàn)得脆性，就是可逆回火脆性。(調(diào)質(zhì)鋼、高速鋼中出現(xiàn)第二類回火脆性)幾乎所有合金元素都增大過冷奧氏體得穩(wěn)定性，推遲珠光體類型組織得轉(zhuǎn)變,使Ｃ曲線右移,即提高鋼得淬透性。提高回火穩(wěn)定性合金元素:V、Si、Ｍo、W、Ｎi、Cｏ等?；鼗鸱€(wěn)定性:淬火鋼回火時，抵抗強(qiáng)度、硬度下降得能力。除Cｏ、Aｌ外，多數(shù)合金元素都使Ms與Mf點(diǎn)下降,使淬火后鋼中殘余奧氏體量增多。殘余奧氏體量過多時,進(jìn)行冷處理（冷至Mｆ點(diǎn)以下),轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體;或進(jìn)行多次回火,殘余奧氏體因析出合金碳化物會使Ms、Mf點(diǎn)上升,在回火后冷卻過程中轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體或貝氏體(二次淬火)。二次硬化:Ｍｏ、W、V含量較高得合金鋼回火時,硬度不就是隨回火溫度升高單調(diào)降低,到某一溫度(約400℃)后開始增大,并在更高溫度(一般為550℃左右)達(dá)到峰值。產(chǎn)生二次硬化原因：(１)當(dāng)回火溫度低于450℃時，鋼中析出滲碳體,降低了馬氏體中含碳量，硬度降低。在45０℃以上滲碳體溶解,鋼中開始沉淀出彌散穩(wěn)定得難熔碳化物Mｏ2C、Ｗ２C、VC等,使硬度升高,稱為沉淀硬化。（2)回火時冷卻過程中殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體得二次淬火也導(dǎo)致硬度升高。11、提高強(qiáng)度,要設(shè)法增大位錯運(yùn)動得阻力。金屬中得強(qiáng)化機(jī)制主要有：固溶強(qiáng)化、位錯強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化、第二相（沉淀與彌散)強(qiáng)化。碳鋼①碳鋼成分：Fe+C+Ｓi、Mn、Ｐ、S;②低碳鋼w(C）≤0、25%,中碳鋼0、2５%<ｗ（Ｃ)≤0、6%,高碳鋼w(Ｃ)>0、6%Ｓ容易與Fe結(jié)合形成熔點(diǎn)為９89℃得FｅS相,使鋼在加熱過程中產(chǎn)生熱脆性；Ｐ與Fe結(jié)合生成硬脆得Fｅ3P相,使鋼在加熱過程中產(chǎn)生冷脆性。常用碳鋼:普通碳素結(jié)構(gòu)鋼:Q21５A(chǔ)、Q235①熱處理：常在熱軋狀態(tài)下使用,不再進(jìn)行熱處理。②A級鋼含硫、磷量最低。３、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼:20、45、60①熱處理:2０鋼(齒輪鋼):淬火+低溫回火;40鋼(軸承鋼):淬火＋高溫回火；６0鋼(彈簧鋼):淬火+中溫回火4、碳素工具鋼:T８、Ｔ10、Ｔ12①熱處理：淬火+低溫回火。②碳素工具鋼得碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在０、6５％~1、３5%之間。③熱處理后組織:回火馬氏體＋粒狀滲碳體+殘余奧氏體。合金鋼低合金結(jié)構(gòu)鋼:Q345（１６Mn)、Q420（15MnVN)①熱處理:熱軋空冷狀態(tài)(正火態(tài))下使用,不需要進(jìn)行專門得熱處理。2、合金滲碳鋼:２0Cｒ、20MnVB、2０CｒMnＴi、18Cｒ2Ni4WA①熱處理:滲碳后預(yù)冷淬火,再低溫回火。表面組織：合金滲碳體+回火馬氏體(高碳)+少量殘余奧氏體,心部組織:回火馬氏體（低碳)+屈氏體+少量鐵素體。②表面硬度高、耐磨；心部具有高得韌性與足夠高得強(qiáng)度;有良好得熱處理工藝性能。③加入提高淬透性得合金元素：Cr、Ni、Ｍｎ、B等。④加入阻礙奧氏體晶粒長大得元素：Ti、V、W、Ｍo等。3、合金調(diào)質(zhì)鋼:４0Cr、40ＣrB、４0CrNiＭo、38CrSｉ①熱處理:淬火+高溫回火。②常規(guī)熱處理后得組織就是回火索氏體;表面要求耐磨得零件(如齒輪、主軸)，再進(jìn)行感應(yīng)加熱表面淬火及低溫回火,表面組織為回火馬氏體，心部組織就是回火索氏體。4、合金彈簧鋼：６5Ｍn、50CrＶ、６0Si2Mn①熱處理:淬火+中溫回火。②組織：回火屈氏體。③加入Ｓi、Ｍn:提高淬透性,同時也提高屈強(qiáng)比。④為了提高彈簧得疲勞壽命,廣泛采用噴丸強(qiáng)化處理。軸承鋼:ＧＣr9、GＣr１5、GCｒ1５SiMn①熱處理：球化退火（對于過共析鋼球化退火,降低硬度,便于機(jī)加工)+淬火+低溫回火。②組織:極細(xì)得回火馬氏體、均勻分布得粒狀碳化物以及少量殘余奧氏體。③為了穩(wěn)定尺寸，淬火后立即進(jìn)行“冷處理”(-6０℃～-5０℃）,降低內(nèi)應(yīng)力與殘余奧氏體。在回火與磨削加工后,進(jìn)行低溫時效處理(1２0℃~130℃，保溫5h~10h)。④Cr、Si、Ｍｎ、Ｖ等合金元素提高淬透性。⑤GＣr15(特例)w（Ｃ)1%、w(Cr)1、5％。⑥當(dāng)GＣr１５作量具、塊規(guī)時得熱處理如左圖。左圖中時效目得:使不穩(wěn)定得碳化物析出,穩(wěn)定尺寸。低合金刃具鋼:9SiCr、CrWMn①要有高熱硬性(紅硬性):鋼在高溫下保持高硬度得能力。②加入Ｃr、Mn、Si、W、V等合金元素:Cr、Mｎ、Si提高鋼得淬透性,Ｓi還能提高鋼得回火穩(wěn)定性;W、V提高硬度與耐磨性,并防止加熱時過熱,保持細(xì)小得晶粒。③加工過程：球化退火、機(jī)加工,然后淬火與低溫回火。④熱處理后組織:回火馬氏體+碳化物+少量殘余奧氏體。高速鋼:Ｗ18Cr4V(ｗ(C)０、75％、ｗ(W)18%、w(Cr）4%、ｗ(V)＜1、５%）以及W６Mo5Ｃr4V2①高速鋼鑄態(tài)組織中由于枝晶偏析,含有大量呈魚骨狀分布得粗大共晶碳化物（M6C),需要多次鐓拔，得到小塊均勻得碳化物。②淬火溫度高(12２0℃~1280℃):為了確保高熔點(diǎn)合金元素全部溶入奧氏體中，提高淬透性；分級加熱:避免產(chǎn)生熱應(yīng)力使工件開裂；回火溫度高（5５0℃～5７0℃)：為了充分發(fā)揮二次硬化效果;回火多次:降低殘余奧氏體含量,同時降低殘余內(nèi)應(yīng)力更徹底。③左圖回火溫度曲線中開始硬度高由于固溶強(qiáng)化（C原子在M中形成過飽與固溶體）;最后硬度高由于二次硬化(Mo2C、W2Ｃ析出;殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體)。④淬火+高溫回火后組織:回火馬氏體+粒狀碳化物+少量殘余奧氏體。冷作模具鋼:Cｒ12MoV加入Cｒ、Mo、W、Ｖ等合金元素形成碳化物,提高耐磨性,同時提高淬透性。熱作模具鋼：5ＣrMnMo、5ＣrNiMo、４Cr5MoＳi①Cr、Ni、Ｍn、Si元素:Cr主要提高淬透性，與Ｎi一起提高回火穩(wěn)定性。Ｎi強(qiáng)化鐵素體，增加鋼得韌性,與Cr、Mo一起提高鋼得淬透性與耐熱疲勞性能。②Mo、W、V等元素:產(chǎn)生二次硬化。Mｏ還能防止第二類回火脆性,提高高溫強(qiáng)度與回火穩(wěn)定性。不銹鋼腐蝕分類:化學(xué)腐蝕（直接發(fā)生氧化還原反應(yīng)而被氧化損耗得過程)、電化學(xué)腐蝕(金屬材料在電解質(zhì)溶液中發(fā)生原電池作用而破壞得過程,占主導(dǎo))。電化學(xué)腐蝕原理：金屬與電解質(zhì)組成兩個電極,組成腐蝕原電池。提高鋼得耐蝕性得措施:①鈍化;②得到單相均勻得固溶體組織；③提高固溶體（陽極)得電極電位；④陽極極化;⑤陰極極化。金屬電化學(xué)腐蝕形式:均勻腐蝕、晶間腐蝕(危害性最大)、點(diǎn)腐蝕、應(yīng)力腐蝕、磨損腐蝕與其它腐蝕。敏化處理：在晶界腐蝕敏感得溫度范圍內(nèi)對不銹鋼進(jìn)行晶界腐蝕靈敏化處理，用來衡量奧氏體不銹鋼晶界腐蝕傾向得一種檢測手段。各元素作用:①C：提供不銹鋼得強(qiáng)度,大多數(shù)不銹鋼質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0、1％－0、2%。對碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)高（０、85%~０、95％)得不銹鋼應(yīng)提高鉻含量。②Cｒ:按照n／８規(guī)律提高基體得電極電位,理論上不銹鋼得最低鉻含量為1１、8％。由于不銹鋼中C與Cr形成碳化物,故Cr得含量一般不少于13%。③Ni:獲得單相奧氏體組織,顯著提高耐蝕性。④Ｔi與Ｎb:避免晶界貧鉻，防止晶間腐蝕。不銹鋼分類:單相不銹鋼、雙相不銹鋼(鐵素體+奧氏體不銹鋼)、沉淀硬化不銹鋼（馬氏體相【基體】+金屬間化合物【沉淀相】,沉淀硬化不銹鋼為多相組織，但沉淀相體積分?jǐn)?shù)較小，因此可以視為單相不銹鋼。）單相不銹鋼:(Cr擴(kuò)大鐵素體相區(qū)→鐵素體不銹鋼；Ni、Mｎ、N等擴(kuò)大奧氏體相區(qū)→奧氏體不銹鋼)①鐵素體不銹鋼:①10Cr１7、10Cr１7Ti；②退火或正火狀態(tài)下使用,形變強(qiáng)化提高強(qiáng)度。②奧氏體不銹鋼：①00Ｃｒ１8Ni9、1２Cr１8Ｎｉ９Tｉ;②熱處理方式：固溶處理；穩(wěn)定化處理；去應(yīng)力退火。③馬氏體不銹鋼：1２Cｒ13、20Cｒ13、30Ｃｒ13、4０Cr１３９、奧氏體與鐵素體雙相不銹鋼:①00Cｒ２６Ni5Mｏ2;②在奧氏體型不銹鋼得基礎(chǔ)上,提高鉻含量或加入其它鐵素體形成元素。耐熱鋼高溫環(huán)境下服役金屬得失效形式有:氧化、蠕變、組織粗化。耐熱鋼:好得熱穩(wěn)定性(Cr、Ｓi、Al保證熱穩(wěn)定性）+好得熱強(qiáng)性(強(qiáng)碳化物元素保證熱強(qiáng)性)。提高鋼抗氧化性方法:合金化(加入Cr、Si、Al）①Cr、Al、Si改善鋼得化學(xué)穩(wěn)定性。②稀土金屬或堿土金屬提高鋼得抗氧化能力。③W或Mo降低鋼與合金得抗氧化能力。④H降低化學(xué)穩(wěn)定性。①低于等強(qiáng)溫度時,晶?！龔?qiáng)度↑;高于等強(qiáng)溫度時,晶?！龔?qiáng)度↓。②加載速度或應(yīng)變速度↑,等強(qiáng)溫度↑。③低于等強(qiáng)溫度時，發(fā)生穿晶斷裂;高于等強(qiáng)溫度時,發(fā)生沿晶斷裂。蠕變:金屬在一定得溫度與應(yīng)力作用下,隨著時間得延長發(fā)生緩慢得塑性變形得現(xiàn)象。應(yīng)力松弛:材料在高溫與應(yīng)力作用下,若維持總變形量不變,隨時間得延長,應(yīng)力逐漸降低得現(xiàn)象。熱疲勞：由于溫度得循環(huán)變化,導(dǎo)致熱應(yīng)力得循環(huán)變化,由此引起得疲勞破壞。熱脆性:鋼長時間保持在400-５0０℃,以后冷卻到室溫其沖擊韌性明顯下降得現(xiàn)象。產(chǎn)生原因:沿晶界析出了碳化物。珠光體得球化:在高溫、應(yīng)力長期作用下，珠光體中得片狀Fe３C逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榍驙睿芿３C并聚集長大得現(xiàn)象。原因:在體積相同時，片狀Ｆｅ3Ｃ得表面積比球狀Fe３C得表面積大,表面能高，因此,球狀Fe3C比片狀Fe3C穩(wěn)定,球化就是高能量向低能量得自發(fā)過程。碳鋼最易球化,鋼中加入Cr、Ｍo、V、Ti、Nb等,阻止球化。石墨化：在高溫與應(yīng)力作用下,鋼中得Ｆｅ3Ｃ自行分解得現(xiàn)象。對性能影響：強(qiáng)度降低,脆性增大。合金元素在固溶體與碳化物之間重新分配:鋼在高溫長期作用下，固溶體中得合金元素如Cｒ、Mo等,會逐漸轉(zhuǎn)移到碳化物中，導(dǎo)致固溶體中合金元素逐漸減少,碳化物中合金元素逐漸增多。時效:鋼在長期運(yùn)行過程中,隨運(yùn)行時間得推移從過飽與固溶體中析出一些強(qiáng)化相(碳化物、氮化物、金屬化合物)質(zhì)點(diǎn)而使金屬得性能隨時間發(fā)生變化得現(xiàn)象。耐熱鋼得強(qiáng)化通過合金化實(shí)現(xiàn):通過加入合金元素Cｒ、Ｍo、V、W、Ti、Ｎb、Ｂ、Si、Re,并適當(dāng)進(jìn)行熱處理,產(chǎn)生固溶強(qiáng)化、晶界強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化。耐熱鋼中合金元素作用:鑄鋼與鑄鐵碳素鑄鋼得化學(xué)成分:Fｅ、Ｃ、Sｉ、Ｍn、Ｓ、P。硅、錳可以提高強(qiáng)度(固溶強(qiáng)化）;硫、磷應(yīng)控制,硫會增大鋼得熱裂傾向,磷使鋼得脆性增加。碳素鑄鋼牌號:如ZＧ230-45０(ＺG25)，其中ZＧ表示鑄鋼，數(shù)字分別表示屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度。碳素鑄鋼與鑄鐵機(jī)械性能比較:鑄鋼強(qiáng)度與塑性、韌性較高。但其鋼水得流動性差,收縮率較大。鑄鋼組織特征：鑄鋼澆注溫度很高,冷卻較慢,容易得到粗大得奧氏體晶粒。在冷卻過程中,鐵素體首先沿奧氏體晶界呈網(wǎng)狀析出,然后沿一定方向以片狀生長,形成“魏氏組織”。使鋼得塑性與韌性下降，不能直接使用。鑄鋼熱處理:①擴(kuò)散退火:成分均勻化;②完全退火：消除魏氏組織與鑄造應(yīng)力(組織:珠光體+鐵素體);③正火:細(xì)化晶粒,消除魏氏組織與鑄造應(yīng)力,改善機(jī)械性能(組織:索氏體+鐵素體）。在鐵碳合金中，碳可以以三種形式存在：①固溶在F、A中;②化合物態(tài)得滲碳體(Ｆe3C)；③游離態(tài)石墨(G)石墨化:鑄鐵中碳原子析出形成石墨得過程。（1)從液體與奧氏體中緩冷析出。(2)高溫下滲碳體分解獲得。鑄鐵具體得石墨化過程:Ｓi、Ａl促進(jìn)石墨化第一階段石墨化：形成一次石墨與共晶石墨。LＣ'→G(一次）LC'→AE'+G(共晶)第二階段石墨化:奧氏體析出二次石墨。

AE'→Ｇ(二次)第三階段石墨化:形成共析石墨與F中析出三次石墨。AＥ＇→FP'+Ｇ(共析)F→G(三次）9、其中Ｌe’為萊氏體白口鑄鐵中碳全部以Ｆｅ３C形式存在，由于有大量硬而脆得Fe3Ｃ，白口鑄鐵硬度高,脆性大，難加工,故工業(yè)上很少直接使用白口鑄鐵。灰口鑄鐵:鑄鐵中得碳全部或大部分以片狀石墨形態(tài)存在,斷口呈灰色得鑄鐵。組織由基體與石墨組成,基體：鐵素體、珠光體或鐵素體加珠光體;石墨：片狀、球狀、蠕蟲狀、團(tuán)絮狀?；铱阼T鐵性能:耐磨性、減震性好,良好得鑄造性能、切削加工性能,價格便宜?；诣T鐵:石墨呈片狀得鑄鐵。常用牌號如HT1５0、HT２50、HＴ400,其中“HT”表示“灰鐵”，數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度。熱處理不能改變石墨得形態(tài)與分布，對提高灰鑄鐵整體機(jī)械性能作用不大。孕育鑄鐵:孕育處理(亦稱變質(zhì)處理）后得灰鑄鐵。孕育處理目得:鐵水中生成大量均勻分布得非自發(fā)核心,獲得細(xì)小均勻得石墨片，細(xì)化基體組織，提高鑄鐵強(qiáng)度；避免鑄件邊緣及薄斷面處出現(xiàn)白口組織,提高斷面組織得均勻性。變質(zhì)處理:也稱孕育處理，把孕育劑加入到鐵液中,以改變鐵液得冶金狀態(tài)，從而改善鑄鐵得組織與性能。球墨鑄鐵:石墨呈球狀得鑄鐵。球化處理:在鐵水中加入一定量得球化劑與孕育劑，獲得細(xì)小、均勻分布得球狀石墨。球墨鑄鐵常用牌號如QT400-1５、QT600－3、ＱT800-２,其中球墨鑄鐵牌號用“QＴ”標(biāo)明，其后兩組數(shù)值表示最低抗拉強(qiáng)度極限與延伸率。球墨鑄鐵得熱處理:退火、正火、調(diào)質(zhì)（回火索氏體+球狀石墨)、等溫淬火(下貝氏體+球狀石墨)蠕墨鑄鐵:石墨呈蠕蟲狀得鑄鐵。蠕墨鑄鐵常見牌號如RuＴ３00、RuT420,其中蠕墨鑄鐵以“RｕT”表示,數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度。可鍛鑄鐵:石墨呈団絮狀得鑄鐵。常見牌號如KT3５０-1０、ＫTZ600－３(鐵素體可鍛鑄鐵以“KＴ”表示。珠光體可鍛鑄鐵以“KTZ”表示。)兩組數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度與延伸率。典型工件得選材齒