正文描述:《金属材料学--工程材料基础期末考试复习资料.doc》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、金属材料学—工程材料基础第一章,钢的合金化原理一,合金元素及其分类1、合金元素:为使钢获得预期的性能而有意识地加入碳钢中的元素。按与碳的亲和力大小,合金元素可分为:非碳化物形成元素:Ni,Co,Cu,Si,Al,N,B等碳化物形成元素:Ti,Zr,Nb,V,W,Mo,Cr等此外,还有稀土元素:Re2、合金元素对钢中基本相的影响1)合金元素可溶入碳钢三个基本相中:铁素体、渗碳体、和奥氏体中。分别形成合金铁素体、合金渗碳体和合金奥氏体。合金元素在铁基体和奥氏体中起固溶强化作用。=固溶强化:利用点缺陷对金属基体进行强化的一种合金化方法。方式是通过溶入某种溶质元素形成固溶体而
2、使金属强度、硬度升高。2)当钢种碳化物形成元素含量较高时可形成一系列合金碳化物,如:MC,M2C,M23C6、M-C3和M3C等。合金元素之间也可以形成化合物即金属间化合物,一般来说,合金碳化物以及金属间化合物的熔点高、硬度高,加热时难以溶入奥氏体,故对钢的性能有很大的影响。3、合金元素对钢中相平衡的影响按合金元素对Fe-C相图上的相区的影响,将合金元素分为两大类:扩大γ区的元素:奥氏体形成元素。在γ-Fe中有较大的溶解度,并能稳定γ相的元素,使A3下降、A4上升。Mn,Ni,Co,C,N,Cu。扩大α区的元素:铁素体形成元素:在α-Fe中有较大溶解度并使γ-Fe不稳
3、定的元素。能缩小γ相区,扩大α相存在的温度范围,使A3上升、A4下降。如Cr、V、Mo、W、Ti、Al、Si、B、Nb、Zr等。扩大奥氏体区的直接结果是使共析温度下降;而缩小奥氏体区则使共析温度升高。因此,具有共析组织的合金钢碳含量小于0.77%,同样,出现共晶组织的最低含碳量也小于2.11%。4、合金元素对钢中相变过程的影响1)对加热时奥氏体形成元素过程的影响a对奥氏体形核的影响:Cr、Mo、W、V等元素强烈推迟奥氏体形核;Co、Ni等元素有利于奥氏体形核。b对奥氏体晶核长大的影响:V、Ti、Nb、Zr、Al等元素强烈阻止奥氏体晶粒的长大;C、P、Mn(高碳)促使奥
4、氏体晶粒长大;Al、Si、Mn对奥氏体形成速度影响不大。2)合金元素对过冷奥氏体分解过程的影响①除Co以外,所有的合金元素都使C曲线往右移动,降低钢的临界冷却速度,从而提高钢的淬透性。②除Co、Al以外,所有的合金元素都使Ms点和Mf点下降。其结果使淬火后钢种残余奥氏体量增加。3)合金元素对回火过程的影响a提高了钢的回火稳定性:=回火稳定性:钢对于回火时所发生的软化过程的抗力。许多合金元素可以使回火过程中各阶段的转速大大减慢,并推向更高的温度发生,提高回火温度性较强的元素有V、Si、Mo、W、Ni、Mn、Co等。b产生二次硬化现象:=若钢种含有足够的碳化物形成元素如W
5、、V、Mo等,淬火后在500-600℃回火时,将形成并析出如W2C、Wo2C和VC等弥散分布的合金碳化物,使合金钢的强度、硬度不降反升,并可达到一个峰值,此称为“二次硬化”现象。c增大回火脆性:合金钢淬火后在某一温度范围内回火时,将比碳钢发生更明显的脆化现象。含Cr、Mn、Ni的钢对第二类回火脆性(450-600℃间高温回火脆性)最敏感,这主要与某些杂质元素以及合金元素本身在原奥氏体晶界上的严重偏聚有关,而Mo、W等能减少这种敏感性。因此,大截面的工件要选用含Mo、W的钢,以避免第二类回火脆性。▲为什么合金元素能够改变金属的使用性能和工艺性能?因为合金元素加入后改变了
6、钢和铁的组织结构。合金元素的加入产生了合金元素与铁、碳及合金元素之间的相互作用,改变了钢铁中各相的稳定性,并产生了许多新相,从而改变了原有的组织或形成新的组织。这些元素之间在原子结构、原子尺寸及晶体点阵之间的差异,则是产生这些变化的根源。■为什么要在钢中加入合金元素?因为碳钢在性能方面存在不足:强度和屈强比较低;回火稳定性差;不能满足特殊性能要求。第二章工程结构钢一,用途及性能要求用于制造桥梁、船舶、车辆、锅炉、高压容器、输油气管道、大型钢结构等,用它来代替碳素结构钢,可大大减轻结构重量,节省钢材。1高强度,一般屈服强度在300MPa以上。2高韧性,塑性,要求δ为15
7、%-20%,ak大于600KJ/m2—800KJ/m23良好的焊接性能和冷成型性能、低的冷脆转变温度及良好的耐蚀性。二,成分特点1低碳:由于低温韧性、焊接性和冷成型性能的要求高,碳含量一般不超高0.25%。2加入以锰为主的合金元素。3加入铌、钛或钒等辅加微量元素。4加入少量铜(<0.4%)和磷(0.1%左右)等,可提高抗腐蚀性能。▲碳≤0.25的原因是:1低温韧性要求高:随着钢中含碳量的增加,钢中珠光体含量相应增加,珠光体中因有大量脆性的片层状渗碳体,故有高的韧脆转化温度。2焊接性能要求高:钢的焊接性能的好坏主要决定于刚得淬透性和淬硬性,这两者取决于
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