工程材料及热成型课件

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1、第五章金属材料主讲－朱和国南京理工大学材料系本章学习内容及其重点1、了解本章金属材料的产生背景2、了解金属材料的分类3、了解碳钢中的杂质元素的种类及其作用4、掌握碳钢、合金钢的分类及其牌号5、了解合金化原理（较难）6、掌握合金结构钢的种类、特点及其用途7、了解其它金属材料的性能特点及其用途本章第一讲：学习内容及其重点1、了解本章金属材料的产生背景2、了解金属材料的分类3、了解碳钢中的杂质元素的种类及其作用4、掌握碳钢、合金钢的分类及其牌号5、作业：二、三、四（1，12，17）一、金属材料背景性能→结构→理

2、想纯金属的结构→实际纯金属的结构→缺陷→四种强化手段→合金（典型代表是钢）→研究手段是相图→五种基本相图→Fe-C平衡相图→不改变成分时的强化即钢的热处理→改变成分时的强化为合金化即合金钢→钢及其它合金材料统称为金属材料二、金属材料的分类金属材料黑色金属有色金属钢→合金钢铸铁→合金铸铁分类方法有很多，可见教科书或参考书三、碳钢中的杂质元素及其作用1）炼铁－还原法原料（矿石）焦炭（还原剂）溶剂（石灰石）高炉生铁高碳高杂质MnSiSPNHO2）炼钢－氧化法生铁脱氧剂（Si铁、Mn铁）炼钢炉降碳（吹氧）、去氧、

3、去杂质钢钢中的杂质元素:Mn、Si、S、P、O、N、H四、杂质元素的作用：1）Mn：脱氧剂:Mn+FeO→Fe+MnO溶于铁素体:强化F脱硫剂:Mn+S→MnS(Tm=1620℃)2）Si：脱氧剂:Si+FeO→Fe+SiO2溶于铁素体：强化F有益有益3）S：S+Fe→FeS共晶体（FeS+Fe）熔点985℃→热加工时开裂－热脆焊接时：S+O2→SO2↑－焊缝产生气孔4）P：P+Fe→Fe3P，偏析于晶界，低温下脆性增加→冷脆有害有害5）N：应变时效－脆性；淬火时效大塑性冷变形金属放置或加热后FeN析出，

4、脆性↑有害当钢中含有亲N元素Al、V、Ti、Nb时→氮化物细化晶粒，提高韧性有益6、H：H脆呈白点，强度愈高，H脆倾向愈大7、O：部分溶于F，大部分以氧化物形式存在，降低钢的强度、塑性、韧性和疲劳强度。有害注意：P，S在易切钢中是有益的元素；N在一定条件下也是有益的元素钢液在浇铸前，根据脱氧程度的不同，钢液呈现出不同的状态，由此分为以下几种：沸腾钢－去氧不干净－F镇静钢－去氧干净－Z半镇静钢－去氧介于两者之间-bZ特殊镇静钢－TZ脱氧剂：Si铁、Mn铁、Al铁等五、碳钢的牌号碳钢碳素结构钢碳素工具钢铸钢普

5、通碳素结构钢优质碳素结构钢ZG×××－×××sbT×T××C千分之,T-碳Q×××－××含碳万分之，公差为5FAZBbZCTZDEs碳钢钢号举例普通碳素结构钢：Q215-A,Q235-B·b,优质碳素结构钢：20,45,60,65,70碳素工具钢：T8,T10,T12,T8A,T12A,铸钢：ZG200-400,ZG270-500碳钢的不足：1）淬透性不高普通碳钢：最大淬透直径10～20mm2）屈强比低，40钢为0.43，而35CrNi3Mo为0.743）回稳性差4）综合性能差5）特殊性能差为此，需

6、向碳钢中添加合金元素→改变成分→合金钢本章第二讲：主要内容及要求1、复习碳钢的编号、存在的不足、合金元素的种类等2、了解合金化原理（较难！）3、理解和掌握合金钢分类、编号4、了解合金结构钢的分类、编号、合金元素的作用、用途等5、作业：二、三、四（1，12，17）5.2合金化原理一、常用合金元素：碳化物形成元素TiZrVNbWMoCrMnFe强中弱非碳化物形成元素Si、Co、Cu、Al、Ni、B二、合金元素在钢中的存在方式强碳化物元素－直接形成稳定碳化物，如：TiC、ZrC、VC、NbC中碳化物元素－形成碳

7、化物：Cr23C6、Mo2C、W2C合金渗碳体：(CrFe)3C合金铁素体弱碳化物元素－非碳化物元素－合金铁素体合金渗碳体(MnFe)3C合金铁素体三、合金元素在钢中的作用1、对基本相的影响Mn2、对平衡相图的影响MnNiCoCNCu－A↑→ES线左下移动－E、S点左移1Cr18Ni9TiZMn130Cr18Ni9Ti形成合金铁素体－影响见图形成合金渗碳体－其稳定性和硬度高于渗碳体A钢CrVMoWTiAlSiNbZrB→F↑（A↓）→ES线左上移→E、S点左移1Cr17Ti1Cr280Cr13F钢合金元素

8、对共析温度的影响合金元素对共析成分的影响E、S点左移的后果：W18Cr4VC:0.7～0.8%Ld′4Cr13C:0.4%P共析3Cr2W8VC:0.3%过共析了3）对热处理的影响（1）对加热（A化）的影响Ni、Co促进，其它阻碍A化本质－C原子的扩散（2）对A晶粒的影响MnP促进A晶粒长大，其它阻碍晶粒长大本质－Fe原子的扩散（3）对过冷A的影响AlCo→A稳定性降低→C曲线左移→淬透性↓其它：强碳化物元素→C曲线右移且变形