金属材料学复习提纲

1《金属材料学》复习提纲第一章钢的合金化原理基本概念：碳素钢：碳量小于1.35%(0.1%-1.2%)，除铁、碳和限量以内的硅、锰、磷、硫等杂质外，不含其他合金元素的钢。合金渗碳体：Fe3C中的铁原子可以被其他金属原子所置换，形成以间隙化合物为基体的固溶体，一般把它们称为合金渗碳体。偏聚：指固溶体内溶质原子富集的小区域(偏聚区)的形成过程。等温淬火：把钢件加热使其奥氏体化并均匀化后，使之快冷到贝氏体转变温度区间（260～400℃），放入温度稍高于Ms点的硝盐浴或碱浴中，等温保持一定时间（一般在浴槽中保温时间为30~60min），使奥氏体转变为贝氏体，然后取出置于空气中冷却的淬火工艺。第一类回火脆性：第一类回火脆性又称不可逆回火脆性，低温回火脆性，主要发生在回火温度为250～400℃。1在出现第一类回火脆性后再加热到更高温度回火，可以将脆性消除，使冲击韧性重新升高。此时若再在200～350℃温度范围内回火将不再会产生这种脆性。2与回火后的冷却速度无关；3断口为沿晶脆性断口。第二类回火脆性：第二类回火脆性又称可逆回火脆性，高温回火脆性。发生的温度在400～650℃。（1）具有可逆性；（2）与回火后的冷却速度有关；回火保温后，缓冷出现，快冷不出现，出现脆化后可重新加热后快冷消除。（3）与组织状态无关，但以M的脆化倾向大；（4）在脆化区内回火，回火后脆化与冷却速度无关；（5）断口为沿晶脆性断口。淬透性表示钢在一定条件下淬火时获得淬硬层（马氏体层）深度。它是衡量各个不同钢种接受淬火能力的重要指标之一。主要与钢的过冷奥氏体稳定性和钢的临界冷却速度有关。2淬硬性指钢在淬火时硬化能力，用淬成马氏体可能得到的最高硬度表示。主要取决于马氏体中的含碳量，碳含量越高，则钢的淬硬性越高。其他合金元素的影响比较小。淬透性才是指奥氏体化后的钢在淬火时获得马氏体的能力。其大小以钢在一定条件下淬火获得的淬透层深度和硬度分布表示。重点内容：1.钢中杂质元素S、P的危害硫的最大危害是引起钢在热加工时开裂，这种现象称为热脆造成热脆的原因是由于FeS的严重偏折。防止热脆的方法是往钢中加入适当的锰。由于锰与硫的化学亲合力大于铁与硫的化学亲合力，所以在含锰的钢中，硫便与锰形成MnS，避免了FeS的形成。磷具有很强的固溶强化作用，它使钢的强度、硬度显著提高，但剧烈地降低钢的韧性，尤其是低温韧性，称为冷脆。磷的有害影响主要就在于此。此外，磷还具有严重的偏析倾向，并且它在和中的扩散速度很小，很难用热处理的方法予以消除。2.合金元素对Fe-C相图的影响3.影响置换固溶体溶解度的主要因素4.钢中复杂点阵结构和简单点阵结构的碳化物各自的特点5.合金元素的偏聚机理（结构学、能量学、热力学）6.第一类回火脆性的特点7.第二类回火脆性的特点38.钢强化的主要机制及其机理9.钢的工艺性能主要包括哪些方面10.我国钢铁编号的原则第二章工程结构钢基本概念：低碳贝氏体钢低碳贝氏体钢是以钼钢或钼硼钢为基础，同时加入锰、铬、镍以及其他微合金化元素(铌、钛、钒)，从而开发出一系列低碳贝氏体钢种。这类钢的含碳量多数控制在0．16％以下，最多不应超过0．20％。双相钢又称复相钢。由马氏体、奥氏体或贝氏体与铁素体基体两相组织构成的钢。一般将铁素体与奥氏体相组织组成的钢称为双相不锈钢，将铁素体与马氏体相组织组成的钢称为双相钢。双相钢是低碳钢或低合金高强度钢经临界区热处理或控制轧制后而获得。重点内容：1.碳素结构钢牌号的表示方法2.脱氧方法符号：沸腾钢—F；镇静钢—Z；半镇静钢—b；特殊镇静钢—TZ第三章机械制造结构钢基本概念：调质钢一般是指含碳量在0.3-0.6%的中碳钢。一般用这类钢制作的零件要求具有很好的综合机械性能，即在保持较高的强度的同时又具有很好的塑性和韧性，各类机器上的结构零件大量采用调质钢，是结构钢中使用最广泛的一类钢。调质处理淬火后高温回火的热处理方法称为调质处理。高温回火是指在500-650℃之间进行回火。调质可以使钢的性能，材质得到很大程度的调整，其强度、塑性和韧性都较好，具有良好的综合机械性能。调质处理后得到回火索氏体。4微合金非调质钢微合金非调质钢是在轧制温度下，使钢中V，Nb，Ti等合金碳氮化合物较充分溶入奥氏体，使奥氏体充分合金化，在轧、锻冷却过程中析出大量微细弥散分布的合金碳氮化合物，并发生沉淀强化及先共析铁素体呈细、小、弥散析出，分割和细化奥氏体晶粒使钢的强度与硬度增加，基体组织显著强化。为此，获得相当调质钢经调质处理后的综合力学性能，由于省去了调质处理工序，因此称之为微合金非调质钢。水韧处理水韧处理实际为一种固溶处理,常用于高锰钢，由于高锰钢的铸态组织为奥氏体，碳化物及少量的相变产物珠光体所组成。沿奥氏体晶界析出的碳化物降低钢的韧性，为消除碳化物，将钢加热至奥氏体区温度（1050-1100℃，视钢中碳化物的细小或粗大而定）并保温一段时间（每25mm壁厚保温1h），使铸态组织中的碳化物基本上都固溶到奥氏体中，然后快速冷却，从而得到单一的过冷奥氏体组织。重点内容：1.合金结构钢牌号的表示方法2.弹簧钢中各种合金元素的作用3.弹簧钢常用热处理工艺4.滚动轴承钢的成分特点，C、Cr元素在滚动轴承钢中的作用及其过量后的不利影响5.表面强化态钢的工作环境6.渗碳钢的成分特点、合金元素的作用以及热处理工艺特点7.高锰钢的热处理及其冷作硬化的本质第四章工模具钢基本概念：一次硬化法二次硬化法重点内容：1.碳素工具钢及合金工具钢牌号的表示方法2.一般情况下，亚共析钢采用完全淬火工艺，而过共析钢采用不完全淬火工艺53.高速钢中合金元素的作用4.高速钢的铸态组织5.高速钢的锻造和热处理第五章不锈钢基本概念：不锈钢不锈耐酸钢的简称，耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质或具有不锈性的钢种称为不锈钢；而将耐化学介质腐蚀（酸、碱、盐等化学浸蚀）的钢种称为耐酸钢。由于两者在化学成分上的差异而使他们的耐蚀性不同，普通不锈钢一般不耐化学介质腐蚀，而耐酸钢则一般均具有不锈性。化学腐蚀金属与接触到的物质直接发生氧化还原反应而被氧化损耗的过程。电化学腐蚀金属和电解质组成两个电极，组成腐蚀原电池。例如铁和氧，因为铁的电极电位总比氧的电极电位低，所以铁是阳极，遭到腐蚀。点腐蚀点腐蚀就是指在金属材料表面大部分不腐蚀或者腐蚀轻微，而分散发生的局部腐蚀。一般点腐蚀的孔径都小于1mm，深度都小于孔径。不锈钢在含有Cl的环境中容易出现点腐蚀的倾向。晶界腐蚀局部腐蚀的一种。沿着金属晶粒间的分界面向内部扩展的腐蚀。主要由于晶粒表面和内部间化学成分的差异以及晶界杂质或内应力的存在。晶间腐蚀破坏晶粒间的结合，大大降低金属的机械强度。而且腐蚀发生后金属和合金的表面仍保持一定的金属光泽，看不出被破坏的迹象，但晶粒间结合力显著减弱，力学性能恶化,不能经受敲击，所以是一种很危险的腐蚀。通常出现于黄铜、硬铝合金和一些不锈钢、镍基合中。应力腐蚀材料、机械零件或构件在静应力（主要是拉应力）和腐蚀的共同作用下产生的失效现象。它常出现于锅炉用钢、黄铜、高强度铝合金和不锈钢中，凝汽器管、矿山用钢索、飞机紧急刹车用高压气瓶内壁等所产生的应力腐蚀也很显著。n/8定律塔曼在研究单相(固溶体)合金的耐蚀性时发现：单相合金耐蚀能力随耐蚀组分的原子数与合金总原子数之比为n/8（n=1.2.3‥‥7）呈阶梯式升高，合金电势相应升高，这一规律称n/8规律。n称为稳定性台阶。(1)经验总结，无确切解释；(2)适用于二元系统，6也适用于多元系统(如铬镍不锈钢)；(3)同一合金在不同介质中其稳定性台阶值不同，并非任何固溶体合金在各个介质中，对应n=1.2‥‥7时均会出现稳定性依次突升。475℃脆性含有较多铁素体相(体积分数超过15%~20%)的双相焊缝金属，经过350~500℃加热后，塑性和韧度会显著降低，性质脆化。由于在475℃时脆化速度最快，故称为“475℃脆性”。铁素体含量越多，这种脆化现象越严重。已产生“475℃脆化”的焊缝，可经900℃淬火消除。相脆性不锈钢焊接接头在375~875℃温度范围内长期使用，会产生一种Fe-Cr金属间化合物，称为σ相，σ相性硬而脆其硬度可达68HRC。由于σ相析出的结果，使焊缝的冲击韧度急剧下降，这种现象称为“σ相脆化”。通常认为，σ相是由铁素体演变而来，当钢中铁素体的体积分数超过5％时，很快就会形成σ相。因此，对于高温下工作的不锈钢材料，为了防止出现σ相，必须控制铁素体的含量。为了消除已经生成的σ相，恢复焊接接头的韧度，可以把焊接接头加热到1000~1050℃，然后快速冷却。σ相在1Crl8Ni9Ti不锈钢的焊缝中一般不产生。重点内容：1.金属腐蚀的类型2.不锈钢的分类（按金相组织）3.提高钢耐腐蚀性能的主要途径4.Cr元素在不锈钢中的作用5.Ni元素在不锈钢中的作用6.铁素体不锈钢的脆性7.奥氏体不锈钢发生晶间腐蚀的原因及防止措施8.奥氏体不锈钢的稳定化处理第六章耐热钢基本概念：耐热钢在高温下具有较高的强度和良好的化学稳定性的合金钢。它包括抗氧化钢（或称高温不起皮钢）和热强钢两类。抗氧化钢一般要求较好的化学稳定性，但承受的载荷较低。热强钢则要求较高的高温强度和相应的抗氧化性。7热强钢在高温下具有良好抗氧化能力且具有较高的高温强度的钢热稳定钢（抗氧化钢）在高温下有较好的抗氧化能力且具有一定强度的钢，常用的抗氧化钢3Cr18Mn12Si2N、2Cr20Mn9Ni2Si2N、3Cr18Ni25Si2等，它们会形成Cr2O3、SiO2、Al2O3氧化膜，提高抗氧化性、抗硫蚀性和抗渗碳性，还具有较好的剪切、冲压和焊接性能。在Cr钢中加入La、Ce等稀土元素，既可以降低Cr2O3的挥发，形成更稳定的(Cr,La)2O3；又能促进铬的扩散，有利于形成Cr2O3，进一步提高抗氧化性。一般采用固溶处理，得到均匀的奥氏体组织。可用于工作温度高达1000℃的零件。蠕变固体材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。它与塑性变形不同，塑性变形通常在应力超过弹性极限之后才出现，而蠕变只要应力的作用时间相当长，它在应力小于弹性极限施加的力时也能出现。蠕变极限是表示材料抵抗蠕变能力大小的指标,一般用规定温度下和规定时间内达到一定总变形量的应力值表示.例如σ1/10000和σ1/100000分别代表经历10000小时和100000小时总变形量为1%的蠕变极限,又称为条件蠕变极限.抗氧化性抗氧化性，是指金属材料在高温时抵抗氧化性气氛腐蚀作用的能力称为抗氧化性。热强性在室温下，钢的力学性能与加载时间无关，但在高温下钢的强度及变形量不但与时间有关，而且与温度有关，这就是耐热钢所谓的热强性。重点内容：1.碳钢中的氧化膜及其形成规律2.提高钢抗氧化性的途径3.提高热强性的途径第七章形状记忆合金基本概念：单程形状记忆效应形状记忆合金在较低的温度下变形，加热后可恢复变形前的形状，这种只在加热过程中存在的形状记忆现象称为单程记忆效应。8全程形状记忆效应某些合金加热时恢复高温相形状，冷却时又能恢复低温相形状，称为双程记忆效应。全程形状记忆效应加热时恢复高温相形状，冷却时变为形状相同而取向相反的低温相形状，称为全程记忆效应。超弹性指材料存在一个弹性势能函数，该函数是应变张量的标量函数，其对应变分量的导数是对应的应力分量，在卸载时应变可自动恢复的现象。应力和应变不再是线性对应的关系，而是以弹性能函数的形式一一对应。重点内容：1.热弹性马氏体相变的特点