材料科学基础讲课讲稿.ppt

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1、材料科学基础合金钢的定义合金化合金化是指在冶炼时特意在钢中加入一些合金元素，其目的在于提高钢的力学性能、工艺性能或物理与化学性能等。合金钢合金钢是通过对碳钢合金化后获得的。合金钢的意义碳钢主要通过控制含碳量和采用不同的热处理工艺来改善性能以满足生产需要，但在某些场合其应用受到限制，应选用合金钢。常见合金化元素合金钢中常见的合金元素：Mn、Si、Cr、Ni、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr、RE（RareEarth，稀土）9/7/2021第12章－2IntroductiontoMaterialsScience合金元素对钢中基本相的影响非碳化物形成元素Ni、Si、A

2、l、Co等形成合金铁素体；碳化物形成元素Cr、W、Mo、V、Nb等形成合金渗碳体；Mn与C亲和力较弱，一部分溶于渗碳体，一部分溶于铁素体；高碳高合金钢中形成稳定性较高的合金碳化物（Mn3C,Cr7C3）和特殊碳化物（WC等）。9/7/2021第12章－3IntroductiontoMaterialsScience合金元素对Fe-Fe3C相图的影响扩大区，并与-Fe无限互溶如Mn、Co、Ni组织：室温只有奥氏体，如MnB扩大区，与-Fe有限互溶如C、N、Cu缩小并封闭区，与α-Fe无限互溶如Cr、V组织：室温只有铁素体，如Cr17缩小并封闭区，与α-

3、Fe有限互溶如Mo、Sn、W、P、Ti、Al、Ge、Si、As缩小区如B、Nb、Ta、Zr9/7/2021第12章－4IntroductiontoMaterialsScience合金元素对钢在加热和冷却时转变的影响对加热转变的影响合金钢的室温平衡组织：合金铁素体＋碳化物加热至Ac1或Ac1以上后：奥氏体化合金元素的影响：强碳化形成元素抑制奥氏体转变；非碳化物形成元素加速奥氏体转变。C、P、Mn等促进奥氏体长大；Al、Ti、Nb、Zr、V等阻碍奥氏体晶粒长大。对冷却转变的影响除Co外，其余元素溶入奥氏体后，可增大奥氏体稳定性，使C曲线右移；除Co、Al外，大多

4、数合金元素总是降低马氏体转变温度，增加残余奥氏体量。9/7/2021第12章－5IntroductiontoMaterialsScience合金元素对回火转变的影响合金元素会抑制钢中的组织分解，降低转变速度，增加回火抗力，提高回火稳定性，使钢的硬度随回火温度升高而下降的程度减弱，甚至出现“二次硬化”；9/7/2021第12章－6IntroductiontoMaterialsScience二次硬化定义合金元素一般能提高残余奥氏体转变的温度范围。在碳化物形成元素含量较高的高合金钢中，淬火后残余奥氏体＋分稳定，甚至加热至500~600℃仍不分解，而是在冷却过程中部分

5、转变为马氏体，使钢的硬度反而增加的现象。9/7/2021第12章－7IntroductiontoMaterialsScience回火脆性定义合金元素能提高钢的回火稳定性，但会增加回火脆性，影响力学性能，使钢的韧性显著降低。种类第一类回火脆性：250~400℃出现，不可逆回火脆性；第二类回火脆性：550~650℃出现，可逆回火脆性。9/7/2021第12章－8IntroductiontoMaterialsScience第二节合金钢的分类与编号合金钢按其用途可分为三类：合金结构钢合金工具钢特殊性能钢9/7/2021第12章－9IntroductiontoMater

6、ialsScience合金结构钢特点：在碳素结构钢基础上适当添加一种或多种合金元素。用途：制造各种机械零件以及建筑工程结构。编号原则：用平均含碳量和合金元素平均含量的百分之几表示；数字＋化学元素＋数字；小于1.5%，只标元素符号；大于1.5%、2.5%、3.5%分别以2、3、4表示；S、P含量低的高级优质合金钢在钢号最后加“A”；表示用途在钢前面加字母，合金元素含量以千分之几表示。实例：40Cr、60Si2Mn、20Cr2Ni4A、GCr159/7/2021第12章－10IntroductiontoMaterialsScience分类普通低合金钢（低合金高强度

7、钢）易切钢加S、Pb、Ca、P等改善切削加工性，用于自动机床加工的零件，如Y20、Y40Mn、Y40CrSCa等渗碳钢用于制造渗碳零件的钢，通常含Cr、Ni、Mn和B主要分类有低淬透性合金渗碳钢：15Cr、20Mn2中淬透性合金渗碳钢：20CrMnTi、20MnV13高淬透性合金渗碳钢：12Cr2Ni4A、18Cr2Ni4W调质钢淬火＋高温回火后使用的结构钢，含碳量为C%：0.27~0.50%C9/7/2021第12章－11IntroductiontoMaterialsScience弹簧钢弹簧钢主要有：碳素弹簧钢含碳量为0.6~0.75%C；合金弹簧钢含碳量为

8、0.46~0.70%C，其中含有Si、