金属材料学总结.docx
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金属材料学总结
第一章钢的合金化基础
合金元素与铁的相互作用：
碳化物：
杂质：
强化机制：
固溶强化、晶界强化（细晶强化）、第二相强化、位错强化。
第二章
构件用钢主要用于制造大型金属结构
构件钢的服役条件：
使用性能要求：
工艺性能要求：
成分设计要求：
常用工程结构钢：
碳素构件用钢
如：
Q235A
普通低合金构建用钢（普低钢）
化学成分特点：
主加合金元素：
Mn，固溶强化、细化组织
辅加元素Al、V、Ti、Nb、Cu、P等
牌号表示法：
16Mn：
产量最多，用量最广。
345MPa
15MnTi，16MnNb，15MnV，15MnVN
微合金钢：
含有一种或几种微合金元素，0.01%至0.20%之间。
典型的有15MnVN和06MnNb。
第三章：
机器零件用钢
力学性能要求：
应有较高的强度较好的耐磨性、韧性、以及疲劳性能。
工艺性能要求：
良好的制造工艺性，如锻造性、切削加工性等。
一般
都经过适当热处理后使用。
调质钢
结构钢在淬火和高温回火后具有良好的综合机械性能，有较高的强度，良好的塑性和韧性。
适用于这种热处理的钢种称为调质钢。
调质：
淬火+高温回火。
组织：
回火索氏体
化学成分特点：
1、碳：
中碳，0.3%至0.5%。
碳含量过低，淬硬性不够；过高则韧性下降
2、合金元素：
主加：
Cr、Mn、Si、Ni
辅加：
Mo、W、V、Ti、Al、B等
分类：
低淬透性合金调质钢：
油淬临界值30mm至40mm。
中淬透性合金调质钢：
40至60
高淬透性合金调质钢：
60至100
原料→预备热处理（正火或退火）→机械粗加工→最终热处理→精加
工
弹簧钢组织：
回火屈氏体
性能要求：
高的弹性极限和屈服强度；有足够的韧性和塑性，好的疲劳性能；好的冶金质量和表面质量。
弹簧钢的化学成分特点：
冷拔——等温淬火——冷拔——卷簧——低温回火
冷拔——退火——冷拔——卷簧——低温回火
冷拔——淬火+中温回火——卷簧——低温回火
加热——卷簧——余热淬火——中温回火
渗碳方法：
气体渗碳、固体渗碳和液体渗碳。
目前广泛应用的是气体
渗碳法。
滚动轴承钢：
化学成分特点：
第四章
工具钢（工具钢是用于制造各种加工和测量工具的钢。
）
刃具用钢：
刃具钢是用来制造各种切削加工工具（车刀、铣刀、刨刀、钻头、丝锥、板牙等）的钢种。
性能要求：
碳素刃具钢
成分特点：
高碳，其含碳量范围在0.65%～1.35％。
牌号：
合金刃具钢
高速钢：
用于高速切削以及大尺寸的工具材料（莱氏体钢）
性能特点：
高硬度、耐磨性、高红硬性、高冶金质量
常用高速钢
：
钨系、钼系、钨钼系
模具钢
冷作模具钢
常用钢种：
9Mn2V特点：
Cr12MoV特点：
热作模具钢：
热作模具包括锤锻模、热挤压模和压铸模三类。
热作模具工作条件的主要特点是与热态金属相接触，这是与冷作模具工作条件的主要区别。
热作模具钢对硬度要求适当，侧重于红硬性，导热性，耐磨性。
因此含碳量低，合金元素以增加淬透性，提高耐磨性、红硬性为主。
锤锻模钢
热挤压模钢
压铸模钢
第五章不锈钢
不锈钢的种类：
马氏体不锈钢
铁素体不锈钢
奥氏体不锈钢
奥氏体-铁素体双向不锈钢
第六章耐热钢及高温合金
耐热钢，指在高温下工作并具有一定强度和抗氧化、耐腐蚀能力的钢钟。
性能要求：
1、高温抗氧化性；
2、高温强度；
3、高温组织稳定性及强化机制在高温下的有效性；
4、在高温温度场中要有大的热传导性，小的热膨胀性；
5、良好的工艺性能。
α-Fe基热强钢：
珠光体型热强钢、马氏体型热强钢
γ-Fe基热强钢：
固溶强化奥氏体热强钢、碳化物强化奥氏体热强钢、金属间化合物强化热强钢（铁基高温合金）
第七章铸铁含碳量大于2.11%的铁碳合金称为铸铁。
铸铁的分类
：
（1）灰口铸铁：
这种铸铁中的碳大部分或全部以自由状态的片状石墨形式存在，其断口呈暗灰色，有一定的力学性能和良好的切削性能，普遍应用于工业中。
（2）白口铸铁：
是组织中完全没有或几乎完全没有石墨的一种铁碳合金，其断口呈白亮色，硬而脆，不能进行切削加工，很少在工业上直接用来制作机械零件。
由于其具有很高的表面硬度和耐磨性，又称激冷铸铁或冷硬铸铁。
（3）麻口铸铁：
是介于白口铸铁和灰铸铁之间的一种铸铁，
其断口呈灰白相间的麻点状，性能不好，极少应用。
铸铁的石墨化过程：
铸铁中碳原子析出并形成石墨的过程。
由于铸铁是含碳较高的铁碳合金，其中的碳能以石墨或渗碳体两种独立形式存在，因而其结晶过程按铸铁双重相图进行。
如铁液冷却较慢，铸铁中含促进石墨化元素较多，则铸铁中的碳将会以石墨的形式存在。
影响石墨化的主要因素：
1.化学成分
*C促进石墨化进行，含碳量愈高愈易石墨化，但不能太高，使石墨数量增多，粗化、性能变差，太低易出白口，故2.5~4.0%C。
*合金元素：
促进石墨化，Si、P等，铸铁中每增加1%的Si共晶点的含碳量相应降低1/3，保证2.5~4.0%C的铸铁具有好的铸造性能。
*P含量大于0.3%后出现Fe3P，硬而脆，细小均匀分布时，提高铸铁的耐磨性，反之连成网，降低铸铁的强度，除耐磨铸铁外，（0.5~1.0%P）通常铸铁P含量＜0.3%。
*阻碍石墨化Mn、S等。
2.冷却速度
*冷却速度愈慢，即过冷度愈小，愈有利于按照Fe-G相图进行结晶，对石墨化愈有利，反之冷却速度愈快，过冷度增大，不利于铁和碳原子的长距离扩散，愈有利于按Fe-Fe3C相图进行结晶，不利于石墨化的进行。
*生产中铸铁冷却速度可由铸件的壁厚来调态，综合了铸铁化学成分和冷却速度对铸铁组织的影响，可见，碳硅含量增加，壁厚增加易得到灰口组织，石墨化愈完全；反之，碳硅含量减少，壁厚愈小，愈易得到白口组织，石墨化过程越不易进行
灰铸铁性能特点：
优良的铸造性能、耐磨性、消震性、较低的缺口敏感性、良好的切削加工性、抗压不抗拉。
HT：
灰口铁（HT300），
QT：
球墨铸铁（QT400-7）最低抗拉强度值-最低伸长率
提高铸铁性能的途径
铸铁石墨细化强化——孕育处理：
在浇注前往铁水中加入孕育剂
铸铁的石墨球化强化——球化处理：
在浇注前往铁水中加入球化剂
1、2Cr13钢在使用状态下通常是铁素体组织。
×马氏体
2、制作卡尺应该有冷处理工序。
√
3、杜拉铝可以进行热处理强化。
√
4、AZ91D中元素含量最多的是Ar。
×
5、1Cr18Ni9Ti钢在海水中会发生点蚀。
√
6、钢中加入S，加工时有利于提高刀具寿命和生产效率√。
7、H62是一种单相合金。
×
8、钢中加入钴元素可以提高其抗氧化性能。
√
9、可以用Cr12MoV制作模具，在室温下对钢材进行挤压加工。
×
10、铸铁中的碳以石墨形式存在。
√
1、合理选择工程材料三原则：
使用性能、工艺性能、经济性。
2、60Si2Mn属于弹簧钢，其C含量大约是0.57%-0.65%，Si含量大约是0.15%-2%。
3、GCr15属于轴承钢，其C含量大约是1.30%-1.65%，Cr含量大约是0.95%-1.15%。
4、W18Cr4V经过淬火回火后的组织为回火马氏体+碳化物+少量残余奥氏体
5、牌号QT400-15代表一种球墨铸铁，400表示最低抗拉强度。
6、铝合金根据成分可分为两类形变铝合金和铸造铝合金。
7、T8代表一种碳素工具钢，其中碳元素含量大约0.65%-1.35%。
8、建筑用合金钢的主要合金元素是Mn。
9、钢焊接性能的好坏主要取决于它的化学组成，其中影响最大的元素是C。
10、钨钴类硬质合金的主要成分是碳化钨和粘结剂钴。
1、简述常用不锈钢的性能特点。
答：
马氏体不锈钢：
在氧化性介质中有较好的耐蚀性，非氧化介质中不能获得良好的钝化状态，耐蚀性很低。
铁素体不锈钢：
较脆，耐蚀性一般。
奥氏体不锈钢：
强度低，但具较高耐蚀性和塑性。
奥氏体-铁素体双向不锈钢：
较好焊接性，焊后不需热处理，其晶间腐蚀、应力腐蚀倾向性较小。
沉淀硬化不锈钢（超高强度钢）：
优良的焊接性能，强度高。
2、IF钢是否可以用来制作汽车钢板？
答：
IF钢即无间隙原子钢，也称超低碳钢，其有极优异的深冲性能。
IF钢中由于C、N含量低，在加入一点量的钛、铌（Nb）等强碳氮化合物形成元素，将超低碳钢中的碳氮等间隙原子完全固定为碳氮化合物，从而得到的无间隙原子的洁净铁素体钢，即为超低碳无间隙原子钢。
有非常优秀的成形性能要求和永不时效性，强度较高，无屈服平台。
优点：
①深冲性能好，可代替镇静钢；
②可以冲制极薄的制品、零件；
③无时效性，消除了屈服点延伸的现象；
④降低冲压废品率。
3、简述提高金属材料强度的几种方式。
答：
固溶强化、晶界强化（细晶强化）、第二相强化、位错强化。
4、拟用T10制造形状简单的车工，工艺路线为：
下料——锻造——机加工——调制——精磨
该工序是否合理？
如不合理，说出正确的工艺路线并说说明热处理工艺的作用。
答：
下料——锻造——热处理1——机加工——热处理2——磨加工
热处理1：
降低强度，改善金相组织，因为锻造后晶粒粗大，硬度较高，不利于后续机加工，也会对最终热处理性能造成负面影响。
（珠光体+铁素体）
热处理2：
淬火和低温回火处理，提高硬度、强度、耐磨等（马氏体）
5、某厂的35钢热轧后期微观组织如照片所示，这种组织的名称是什么？
照片这种的白色和黑色区域各是什么组织？
这种组织对钢材性能有什么影响？
如何减轻或消除目前钢板中的这种组织？
答：
带状组织。
铁素体和珠光体。
铁素体对塑、韧性提高有好处，同时珠光体含量低对钢的韧性提高也有好处，并对提高钢的强度有好处。
带状组织会降低钢的力学性能、切削加工性能和塑性成形性能，采用电渣重火容、快速结晶、增大锻造和扩散退火等技术可以减轻或避免钢材带状组织的形成。
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