第一章金属材料的合金化原理ppt课件.ppt

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1、金属材料学主编伍玉娇绪论一、材料的分类绪论二、金属材料的优势1、成熟的加工工艺；2、优越的综合性能具有导电性和磁性，并且其韧性高于陶瓷的，弹性模量高于高分子材料。3、在相当长的时期内金属资源不会枯竭多数金属矿物能满足几百年的使用，随着科学技术的发展，可开发一些低品位矿石，并且海洋、地壳深处都有大量的金属矿物。4、具有优异的性价比优势。5、更重要的是金属材料本身也在不断发展。绪论三、金属材料的新进展1、非平衡态（亚稳态）合金主要包括非晶、微晶和纳米晶，准晶也属于该范畴。（1）非晶态材料具有短程有序、长程无序的特征。硬度和强度高、磁导率高

2、，矫顽力低。非晶态磁性合金Fe78B13.5Si9作为变压器材料，其铁损为取向硅钢片的1/3左右，而价格仅高50%。Fe80B20非晶态合金的断裂强度高达3700MPa，比一般超高强度钢高出50%，为一般结构钢的7倍，是很好的低膨胀系数和恒弹性材料。绪论（2）微晶态材料是液态金属在快冷条件下的产物，其特点有：①微晶的强度遵循Hall-Petch公式，具有比一般金属更高的强度；②微晶材料的偏析很小，主要表现在合金在凝固过程中形成的枝晶间距很小；③由于在快冷过程中溶质原子的析出受到限制，因此，通过快冷可大大提高固溶度。绪论2、高比强度、高

3、比刚度金属基复合材料航天、航空技术的发展对材料提出越来越高的要求，如耐高温或要求高比强度和比刚度，以最大限度地减轻飞行器的重量。金属基复合材料的比刚度比树脂复合材料的高很多。3、在特殊条件下使用的金属材料腐蚀介质、磨损、辐射、高（低）温等环境条件。绪论4、新工艺和新技术是开发新型金属材料的动力。5、金属功能材料的发展（1）金属磁性材料（2）形状记忆合金和超弹性合金（3）储氢合金（4）生物医学材料第1章金属材料的合金化原理合金元素对铁碳相图的影响钢的合金化合金元素在钢中的存在形式合金元素对钢相变的影响合金元素对钢力学性能的影响合金元素对

4、钢工艺性能的影响合金钢的编号方法合金元素为了使钢获得所需要的组织结构、物理、化学和力学等性能而添加在钢中的元素。钢中常用的合金元素有：Si、Mn、Cr、Ni、W、Mo、V、Ti、Nb、Al、Cu、B、Re等。一、基本概念1.1合金元素对铁碳相图的影响热脆性：S——FeS（低熔点989℃）；冷脆性：P——Fe3P（硬脆）；氢脆、白点：H。1.1合金元素对铁碳相图的影响微量元素<0.1%;Nb、Ti、V、Zr、B等。碳化物形成元素强碳化物形成元素：Hf、Zr、Ti、Nb、V等；中强碳化物形成元素：W、Mo、Cr等；弱碳化物形成元素：Mn。

5、非碳化物形成元素Si、Al、Cu、Ni、Co等。1.1合金元素对铁碳相图的影响Fe在加热和冷却过程中产生如下的多晶型性转变：碳在Fe中形成的固溶体称为铁素体或奥氏体。铁基固溶体：合金元素溶在α-Fe、γ-Fe和δ-Fe中形成的固溶体称为铁基固溶体。1.1合金元素对铁碳相图的影响二、合金元素对铁碳相图的影响1.1合金元素对铁碳相图的影响1、γ相稳定化元素使A3↓，A4↑，γ相区扩大。开启γ相区元素：Ni、Mn、Co量大时，室温可获得γ相。b)扩大γ相区元素：C、N、Cu等；扩大γ相区。奥氏体形成元素1.1合金元素对铁碳相图的影响2、α相

6、稳定化元素使A3↑，A4↓，γ相区缩小。封闭γ相区元素：Cr、V、W、Mo、Ti等；Cr、V与α-Fe完全互溶，量大时获得α相。b)缩小γ相区元素：W、Mo、Ti等；W、Mo、Ti等部分溶解。铁素体形成元素1.1合金元素对铁碳相图的影响三、对S、E点成分的影响A形成元素均使S、E点向左下方移动；F形成元素使S、E点向左上方移动。S点左移——意味着共析碳量减小；E点左移——意味着出现莱氏体的碳量降低。当强和中强碳化物形成元素含量较高时，继续提高合金元素含量，会使S点含碳量有所回升。原因：形成了一部分不溶于奥氏体中的特殊碳化物，固定了钢中

7、一部分碳，使奥氏体碳含量下降，必须再增加一部分碳才能发生共析转变。四、对A1、A3温度的影响1.1合金元素对铁碳相图的影响A形成元素Ni、Mn等使A1（A3）线向下移动；F形成元素Cr、Si等使A1（A3）线向上移动。五、对γ-Fe相区的影响A形成元素Ni、Mn等使γ-Fe区扩大→钢在室温下也为奥氏体——奥氏体钢；F形成元素Cr、Si等使γ-Fe区缩小→钢在室温下也为铁素体——铁素体钢。1.1合金元素对铁碳相图的影响a)Cr对相区的影响b)Mn对相区的影响1.2钢的合金化一、合金元素在钢中的存在形式1．形成铁基固溶体2．形成合金渗碳体

8、（碳化物）与氮化物3．形成金属间化合物4．形成非金属相（非碳化合物）及非晶体相5.自由态1）置换固溶体1.2钢的合金化1、形成铁基固溶体合金元素的固溶规律，即Hume-Rothery规律决定组元在置换固溶体中的溶解度因素