金属材料讲义

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1、第四章钢铁的基本知识一、金属和合金知识1、己发现的化学元素有107种，其屮83种是金属元素，约占4/5。此83种金属元素中有71种是天然元素，其余12种是人造元素。（图1）元素周期表（1）机械性能：包括强度、硬度、塑性、韧性等。(2)物理性能：密度、比重、熔点、导热性、热膨胀性、磁性和耐磨性等。(3)化学性能：抗腐蚀性、抗氧化性；(4)工艺性能：铸造性、焊接性、可锻性、切削加工性等;金属材料广泛应用于生产生活中，是由于其具有良好的机械性能、物理性能、化学性能，同时具有良好的工艺性能。金属材料的各种性能是由其化学成份和其内部

2、组织结构决定的。3、固态金属从外观所得到的主要特性表现在：不透明，有光泽，有延展性，有良好的导电性和导热性。4、合金的概念：由两种或两种以上的金属元素，或金属元素与非金属元素组成的具有金属特性的物质称为合金。工业上应用广泛的碳钢和铸铁主要是由铁和碳组成的。举例：铜的分类：(1)紫铜：纯铜；(2)青铜：最早：铜一锡一铅合金；无锡青铜：铝青铜猛青铜硅青铜。(3)黄铜：铜一锌合金；(4)白铜：铜一镰合金；5、合金与纯金属的性能区别合金与纯金属相比，除具有更高的机械性能外，有的还可能具有磁性、耐蚀性等特殊的物理化学性能。通过调节其

3、组成的比例，可以获得不同成分、不同性能的合金，以满足实际生产需要。6、组元的概念元：组成合金的最基本的、独立的物质称为组元或简称为丿ljo由两个组元组成的合金称为二元合金；由三个组元组成的合金称为三元合金，由三个以上组元组成的合金则称为多元合金。7、相的概念相是指合金中具有同一化学成份，同一结构和原子聚集状态，并以界面而互相分开的，均匀的组成部分。固态合金中的基本相结构为固溶体和金属化合物。8、固溶体的概念如果组成合金的两元素，不仅在液态时能互相溶解而且在固态时仍能相互溶解，当一种基体金属在固态下溶有其它元素的原子组成一种

4、仍具有基体金属晶格的金属晶体，这种金属晶体称为固溶体。9、金属化合物的概念是合金组元间发生相互作用而形成的一种新相，又称之为中间相，其晶格类型及性能均不同于任一组元，一般可以用分子式来大致表示其组成。碳素钢中的渗碳体Fe3C就是一种金属化合物；金属化合物的特点：具有较高的熔点、较高的硬度及较大的脆性；当合金中出现金属化合物时，将使其强度、硬度及耐磨性提高，但将使其塑性降低。二、合金元素在钢中的作用1、合金钢的概念为了提高钢的某些性能或使其获得某种特殊性能，在钢中人为加入一定量的某一种或几种其它元素而形成的钢称之为合金钢。碳

5、钢中的五大常存元素是碳（C）、猛（Mn）、硫（S）、磷（P）、硅（Si）。合金钢中常加入的元素有：辂（Cr）＞釦（Mo）、帆（V）、镰（Ni）、磚（W）、钛（Ti）、硅（Si）、镒（Mn）＞铜（Cu）、覩（Nb）、硼（B）、稀土元素（Re）等。2、不同的元素在合金钢屮所起的作用是不同的：常用合金元素在合金钢中的主要作用序号金属元素在合金钢中的作用及作用原理备注1猛(Mn)（1）是脱氧剂，能清除钢中的二氧化铁（FeO2）；（2）能与硫（S）化合形成硫化镒（MnS）,消除S的危害作用，提高热加工性能；(3)在常温下Mn能溶于铁

6、素体中，提高强度；2硅(Si)(1)强脱氧剂；能与FeO作用而形成SiO2；(2)在室温下溶入铁素体中能提高强度；3硫(S)(1)是有害杂质元素，S在钢中以FeS存在，FeS与Fe形成低熔点共晶体(熔点为985°C),当钢在1200°C左右进行热加工时，分布于晶界的低熔点共晶体将因此熔化而开裂，这种现象称“热脆”。解决办法：在钢中增加Mn的含量；(2)能改善钢材的切削加工性能。4磷(P)(1)有害杂质元素;P能溶于铁素体中，使其强度、硬度提高，塑性韧性则显著降低，尤其是在低温时更为严重，这种现象称为“冷脆”。(2)可提高钢

7、的切1削加工性能；5銘(Cr)(1)与C的亲和力强，能与其形成碳化物，提高强度；(2)提高钢的抗氧化能力和耐腐蚀能力，并能提高钢的渗透性、耐磨性、回火稳定性。(3)—*定含量之内，能提高钢的持久强度和蠕变极限。6钳(Mo)(1)熔点高，能通过强化a固溶体来提高钢的耐热性；(2)Mo在冷却速度大时能形成一定数屋的贝氏体，并消除自由铁素体的形成，有利•提高钢的热强度。此外还能提高钢在高温下的抗松驰性。7锐(V)(1)与C亲和力强，与C形成的碳化物呈细小均匀弥散分布，能细化钢的组织和晶粒，降低钢的过热敏感性。(2)提高钢的抗拉强

8、度和韧性；(3)含量不高时能提高钢的热强性。(4)能促使Cr、Mo、W等元素更多地溶入a固溶体，使固溶体得到强化。8钛(Ti)(1)与C结合能力强，形成的碳化物TiC性质稳定。能阻碍晶粒长大，细化晶粒，从而提高钢的强度和持久强度，改善钢的塑性。(2)含钛量大于0.75%时，会使钢的室温塑性和韧性显著降低