1、主要內(nèi)容 一、主線、核心和“思想” 二、合金化 三、各類鋼要點 四、各主要材料的分析思路,主線：服役條件技術(shù)要求選擇材料強化工藝組織結(jié)構(gòu)最終性能應(yīng)用、失效。,一、主線、核心和“思想”,零件,服役 條件,性能 要求,材料 成分,強化 工藝,組織 結(jié)構(gòu),使用 性能,要 清 楚 的 三 點,（1）同一零件可用不同材料及相應(yīng)工藝 例：調(diào)質(zhì)鋼；工具鋼代用,（2）同一材料，可采用不同工藝 例：T10鋼，淬火有水、水-油、分級等。強 化工藝不同，組織有差別，但都能滿足零件要 求。力求最佳的強化工藝。,(3）同一材料可有不同的用途。 例:60Si2Mn有時也可用作模具。低合金工具 鋼也可做主軸，GCr15也可

2、做量具、模具等。 要學(xué)活，思路要寬，要敢于提出獨特見解,核心：核心是合金化基本原理。這是材料強韌化 矛盾的主要因素.,掌握合金 元素作用,理解各類鋼的設(shè)計與發(fā)展 采用熱處理等強化工藝,如何在這基礎(chǔ)上充分優(yōu)化材料的使 用性能，關(guān)鍵就在于熱處理等處理工 藝。企業(yè)中的許多問題都是因為在材 料的加工過程中的工藝存在問題。,“思想”：材料學(xué)是一門很有“思想”的課程，只是 要從學(xué)習(xí)過程中體會和挖掘出來。,辯證作用 矛盾轉(zhuǎn)化,結(jié)構(gòu)鋼是強度-韌度的匹配， 工模具鋼主要是韌度-耐磨性的協(xié)調(diào)， 鑄鐵石墨形態(tài)和力學(xué)性能之間的關(guān)系等 由強-韌性反映出來的矛盾,材料的這些矛盾涉及到合金化設(shè)計、處理工藝 等。強度有余時，

3、矛盾主要方面是如何提高韌度。 并且矛盾的主、次方面在一定條件下可以轉(zhuǎn)化。,掌握理解：固溶強化、位錯強化、細(xì)晶強化 和彌散強化等強化機理。 正火和淬火、高溫回火得到的同樣是珠光體組 織，但為什么一般鋼要經(jīng)過淬火、回火?在這些處 理過程中，合金元素存在的形式和所處的位置是 怎樣變化的，其它組織結(jié)構(gòu)是怎樣變化的，固溶 強化、位錯強化、細(xì)晶強化和彌散強化等強化機 制是如何相互轉(zhuǎn)化的。這些問題涉及了所有的專 業(yè)課知識。,合金化 設(shè)計,K形成 規(guī)律,K類型 及性質(zhì),對C線 的影響,對相圖 影響,強韌化矛盾 演化規(guī)律,鋼韌化 基本途徑,鋼強化 基本機理,Me對過 程影響,Me對工 藝性作用,組織 設(shè)計,多元

4、適量 復(fù)合加入,強-韌矛盾和研究開發(fā)就象是一個螺旋形，相 互轉(zhuǎn)化、輪回。強-韌矛盾在超高強度鋼中更為 突出。創(chuàng)新突破之處是徹底改變傳統(tǒng)的強化之源 C合金化。所以發(fā)展了馬氏體時效鋼，使強 韌性提高了一個數(shù)量級。,在材料發(fā)展的過程中，人們不斷地在這些矛 盾中進行研究，并不斷地取得了突破性進展。 如現(xiàn)在已經(jīng)廣泛使用的微合金鋼、非調(diào)質(zhì)鋼、雙 相鋼等，都是在深入理解強韌化機理的基礎(chǔ)上， 從傳統(tǒng)的強-韌矛盾中得到解脫，有所創(chuàng)新。,體會,分析問題、解決問題的關(guān)鍵和思路。 材料的發(fā)展充滿了活的辨證關(guān)系，充滿了矛盾的演變。當(dāng)然，對問題的認(rèn)識有一個逐步理解的過程。首先要有宏觀的 認(rèn)識和思路，從高處看問題有豁然開朗

5、的意境。,二、合金化 1、合金化原則 多元適量，復(fù)合加入 多元：多元作用大，效果好，又經(jīng)濟。合金元素 的作用并不是簡單的代數(shù)和。簡單比喻：人每 天的營養(yǎng)攝入，可科學(xué)地配制食譜，做到既滿 足營養(yǎng)要求，又不會使某種營養(yǎng)過剩。 合金元素作用的辯證規(guī)律. 多元復(fù)合加入的作 用或情況主要有以下幾種：,多 元 復(fù) 合 加 入, 提高性能。如淬透性，復(fù)合作用不是線性 相加的。如：40Cr 40CrNi 40CrNiMo,揚長避短。合金元素能對某些方面起積極的 作用，但往往還有副作用，為克服這不足， 可加入另一元素來彌補。如：Si-MnMn-V,改善K類型與分布。某些元素加入會改變鋼 中所形成K類型與分布，或

6、改變其它元素的 存在形式和位置，從而提高性能。如耐熱鋼 中Cr-Mo-V；高速鋼的V-Cr-W,適量：合金元素的某種作用在含量達到一定量 時往往會起不良的影響，而且還有經(jīng)濟性的 問題。 適量的原因，除了經(jīng)濟的因素外，主要有 以下幾種情況：,適 量 加 入,有Me增多后，會降低材料的塑韌性 如構(gòu)件鋼中，一般Si1.1%，Mn1.8% 有些Me增多，會惡化K的分布 如高速鋼中Cr，CrWMn中的W等 有的會改變K類型，熱處理難度 如一般結(jié)構(gòu)鋼中V0.10.2%，Mo0.5% 左右，以免生成難溶的K 適量加入, 符合經(jīng)濟性 Me作用不是線性的,適量，體現(xiàn)經(jīng)濟性,2、主要合金元素作用歸納 Cr: 1）

7、淬透性 G，K形核長大。Cr、 Ni等復(fù)合作用大，如調(diào)質(zhì)鋼40Cr40CrNi40CrNiMo。 2）回穩(wěn)性 阻止M3C型長大。如40 Cr與40鋼 相比，回火到相同硬度時，回火溫度可30-40。 3）抗氧化性、熱強性 形成Cr2O3，F(xiàn)eO出 現(xiàn)的溫度；原子間結(jié)合力，熱強性。如耐熱鋼， Mo-Cr-V。,4）耐蝕性 電極電位，n/8定律。如 不銹鋼。 5）細(xì)化晶粒，改善K均勻性 K較穩(wěn)定， 如GCr15。 6）回火脆性 促進雜質(zhì)原子偏聚，如 40CrNi。 7）A1 F形成元素。熱疲勞性，如 5CrNiMo；淬火溫度，如GCr15為840，而 T10為780；含Cr量多時F鋼，如1Cr17。

8、 8）Ms Ar，如GCr15比T10鋼的Ar多， 分布為8%左右和3%左右。,Mn: 1）強化F 固溶強化，如低合金普通結(jié)構(gòu)鋼。 2）淬透性 G，使“C”線右移，如 40 Mn2。 3）晶粒長大 A1 ，強化C的促進晶粒長大 作用，過熱敏感性。 4）Ar Ms。量大時，獲得A鋼 Mn擴大 區(qū)。 5）回火脆性 促進有害元素偏聚。 6）熱脆性 脫硫，形成MnS；脫氧劑， MnO；易切削鋼。,Si： 1），可切削性 固溶強化效果顯著，如 彈簧鋼60Si2Mn等； 2）低溫回火穩(wěn)定性 抑制-K形核長大及轉(zhuǎn) 變，如30CrMnSi、9SiCr。 3）抗氧化性 形成致密的氧化物，如高溫抗氧 化鋼Cr18

9、Si2,排氣閥用鋼4Cr9Si2。 4）淬透性 K形核長大，使“C”線右移，高C 時作用較大。 5）淬火溫度 A1 。如9SiCr，Ac1為770。 6）脫C、石墨化傾向 Si碳活度，含Si鋼脫C 傾向大。如9SiCr、60Si2Mn等。,Mo： 1）淬透性 推遲P轉(zhuǎn)變，對B轉(zhuǎn)變影響較小。 2）熱強性 固溶體原子間結(jié)合力，如珠光 體熱強鋼12CrMoV。 3）回火脆性 有效地抑制有害元素的偏聚， 如40CrNiMo。 4）回火穩(wěn)定性 較強K形成元素，碳活度， 且K穩(wěn)定不易長大。 5）細(xì)化晶粒 較強K形成元素，碳活度，阻 止晶界移動。 6）非氧化性酸的耐蝕性，防止點蝕 形成 MoO3，致密而穩(wěn)定

10、。,Ni： 1）基體韌度 Ni位錯運動阻力，使應(yīng)力 松弛。如馬氏體時效鋼。40CrNi、40CrNiMo鋼 的韌度較高。 2）穩(wěn)定A組織， NiA1 ，擴大區(qū)，量大 時，室溫為A組織，如18-8奧氏體不銹鋼。 3）淬透性 G，使“C”線右移， Cr-Ni復(fù)合效果更好。如12CrNi3、40CrNi。 4）回火脆性 Ni促進有害元素的偏聚，如 40CrNi回火脆性大。 5）Ms Ar。,V： 1）熱強性 VC質(zhì)點穩(wěn)定性好，且彌散分 布，如耐熱鋼Cr-Mo-V。 2）細(xì)化晶粒 VC質(zhì)點細(xì)小、穩(wěn)定，有效阻 止晶界移動，如40Mn2V、50CrV。 3）紅硬性、耐磨性 VC質(zhì)點細(xì)小、穩(wěn)定、 彌散，如高

11、速鋼均含V。 4）過熱傾向 VC質(zhì)點溶解穩(wěn)定較高，晶 粒不易長大，4040Mn2V。 5）磨削性 VC質(zhì)點硬度高，容易產(chǎn)生磨 削裂紋，如9Mn2V的磨削性較差。,3、利用合金化原理分析典型鋼的性能特點 9SiCr、CrWMn、9Mn2V； 60Si2Mn； 5CrNiMo； W6Mo5Cr4V2,三、各類鋼要點 1、要掌握各類鋼的特點 彈簧、熱鍛模的服役條件及技術(shù)要求； 軸承鋼的冶金質(zhì)量； 高速鋼的熱處理工藝； 工具鋼的球化處理； 高碳鋼的第二相； 齒輪、軸類零件的選材料； 不同表面強化工藝特點、應(yīng)用和適用鋼種。,2、歸納各類鋼工藝特點 1）合金元素多，鋼的導(dǎo)熱性較差，工藝的可 變性也大。因此

12、，工藝相對就比較復(fù)雜。如高速鋼、 Cr12MoV、18Cr2Ni4W、3Cr2W8V等。 2）過共析鋼，希望K穩(wěn)定，用較強K形成元素。 量可較多，殘余K細(xì)化晶粒，又提高耐磨性。如過 共析鋼采用不完全淬火，低溫回火；要重視預(yù)先熱 處理，球化工藝。 3）亞共析鋼，采用完全淬火，希望鋼中的K不 穩(wěn)定，在加熱時能全部溶解。強K形成元素用得比 較少，即使有，含量也是較少，控制。,4）工具鋼淬火時，變形開裂傾向比較大，所以 在工藝措施上，常采用預(yù)熱、預(yù)冷，淬火常用等溫、 分級、雙液淬火等方法，且需要及時回火。 5）工件尺寸大，如鍛模，則整個熱處理過程需 要圍繞盡量降低變形開裂而采取一系列措施。 6）彈簧、

13、軸承、工具鋼最終處理前一般已是成 品，要注意脫碳傾向，一般措施為采用保護氣氛、 鹽浴爐等。 7）精密零件處理過程中要注意尺寸穩(wěn)定性。 8）工模具鋼，特別是高碳高合金鋼的鍛造工藝很 重要，這是最終熱處理質(zhì)量的前提。許多問題往往是 由于鍛造工藝的原因。,1 結(jié)構(gòu)鋼的特點、應(yīng)用及演變 2 工具鋼的特點、應(yīng)用及演變 3 鑄鐵要點 4 鋁合金分類與特點,四、各主要材料的思路,服役條件及 性能要求,常用 牌號,C量,常用 工藝,組織 性能,應(yīng)用,要點,低強鋼,低C馬氏體,滲碳鋼,氮化鋼,調(diào)質(zhì)鋼,彈簧鋼,軸承鋼,高錳鋼,典型結(jié)構(gòu)鋼的特點、應(yīng)用及演變,縱向要理解系統(tǒng)及 相互間關(guān)系,橫向要了 解含碳量及 合金化

14、的變 化原因,常用 牌號,C量,常用 工藝,組織,性能 特點,應(yīng)用,要點,碳素鋼,低合金,高速鋼,冷作模具鋼,熱作模具鋼,量具鋼,典型工具鋼的特點、應(yīng)用及演變,自由焓 有利于石墨化,成分、結(jié)構(gòu)、擴散有利于Fe3C析出,HT200 QT400-17 KTZ450-06,灰口鑄鐵：片G，性能特點與用途。孕育處理,熱力學(xué),動力學(xué),牌號及數(shù)字意義,可鍛鑄鐵：團絮狀G，由白口鐵經(jīng)石墨化得到，性能與用途,石墨化過程 決定G形態(tài) 決定基體,鑄鐵中心問題： G形狀、大小、數(shù)量、分布,球墨鑄鐵：球狀G，球化處理。熱處理工藝：與灰鐵不同，與鋼區(qū)別。不同工藝得到不同基體組織。性能與用途,影響因素,鑄鐵性能,化學(xué)成分

15、 C、Si促進石墨化；Mn、S阻止石墨化,冷卻速度 薄壁表面易白口。壁厚敏感性，性能差異,強度、伸長率、沖擊韌度比鋼低；耐磨；切削性好；消振性好；缺口敏感性低；鑄造性好。,蠕鐵：蠕蟲狀G 特殊性能鑄鐵：耐蝕、耐磨、耐熱,工業(yè)純鋁： 密度2.72。導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好，抗蝕性好，塑性高,防銹鋁合金 只能變形強化。Al-Mg、Al-Mn系。 LF5,固溶強化 細(xì)化組織強化 時效強化 第二相強化,基本過程： GP。 條件：Me能溶入； 隨T而固溶度；析出相強化作用大。,鑄造鋁合金： Al-Si ，ZL104 Al-Cu，ZL201 Al-Zn，ZL402 Al-Mg，ZL301,可熱處理強化 特點：無同素

16、異構(gòu)轉(zhuǎn)變；固溶處理和時效強化,超硬鋁：如LC4 Al-Zn-Mg-Cu系 性能特點：強度高，耐熱性、抗蝕性差。 熱處理：淬火溫度較寬,硬鋁：LY12 Al-Cu-Mg系。 性能特點：強度比較高，耐熱性好，抗蝕性差。 熱處理：淬火溫度窄，要求冷速快，轉(zhuǎn)移時間短,鍛鋁：如LD5 Al-Mg-Si-Cu系 工藝特點：鍛造性好， 熱處理：采用人工時效,Al,Me,合金化,Cu、Mg、 Zn、Si、Mn,L,L+,+,黃銅,普通 黃銅,特殊 黃銅,金色黃銅：H96 彈殼黃銅：H70 商業(yè)黃銅：H62,32%Zn,+,海軍黃銅：HSn70-1 耐腐蝕性好 易切黃銅：HPb59-1 可切削性好 商業(yè)黃銅：H

17、Al77-1 熱塑性好,純 銅,密度8.94, 無晶形轉(zhuǎn)變導(dǎo)電、導(dǎo)熱好，化學(xué)穩(wěn)定性好，耐蝕, 成形性優(yōu)良,可焊,無磁,熱脆：Bi/Pb形成低熔點組織于晶界； 冷脆：S/OCu2O、 CuS，硬脆,青銅,錫 青銅,鋁 青銅,鈹 青銅,67%Sn，壓力加工；1014% Sn，鑄造. 鑄造性比黃銅差，耐蝕性比黃銅好. +P、Zn、Ni等元素，為多元錫青銅.如QSn4-3: Sn-4%左右,Zn-3%左右,大部分多元：Cu、Al+Mn、Fe、Ni等.如Q Al9-2，+2%左右Mn 比黃銅錫青銅有更高強度和硬度，更好的耐磨性和耐蝕性，塑性較差。,如QBe2. 具有高b 、 p 、 -1 ,耐磨，抗蝕，

18、受沖擊不產(chǎn)生火花。 經(jīng)淬火時效后，b可達1200MPa,自然辯證法原理應(yīng)用,一切運動都存在于吸引和排斥的相互作 用中。這是基本矛盾。在微觀物理運動中， 吸引和排斥的統(tǒng)一首先表現(xiàn)在微觀粒子之間 強大的內(nèi)聚力和排斥力之間的動態(tài)平衡。 K的穩(wěn)定性，復(fù)合K的性質(zhì)差別等,一切化學(xué)過程都?xì)w結(jié)為化學(xué)的吸引和排斥 的過程。正是由于分子中原子之間化學(xué)鍵的形 成和斷裂所引起的化合和分解的對立統(tǒng)一，構(gòu) 成了一切化學(xué)運動過程的豐富內(nèi)容。在化學(xué)的 吸引和排斥中，各種化學(xué)元素的多種多樣性質(zhì) 最充分地暴露出來，同時產(chǎn)生出多種多樣形態(tài) 的化學(xué)物質(zhì)。 元素性質(zhì)不同，可形成多種化合物等,自然界運動形式的轉(zhuǎn)化，是一個由量變引 起質(zhì)變的過程，這個過程是通過漸變和突變實 現(xiàn)的，是連續(xù)與間斷的統(tǒng)一。漸變往往是突變 的前提，在一定條件下，兩者可以轉(zhuǎn)化。 相變的孕育期，元素加入量一定程度， 形成K類型變化等,在新、舊物質(zhì)演化過程中，系統(tǒng)之間往往 存在過渡狀態(tài)或中介類型。其特點首先反映了 新舊系統(tǒng)的相互包含，即原有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)已經(jīng)破 壞，但未完全改變，新的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)還處在萌芽 狀態(tài)，又尚未產(chǎn)生。這樣，它既包含舊系統(tǒng)的 內(nèi)容，又包含新系統(tǒng)的內(nèi)容。 回火或時效的相變過程等,主要矛