金屬材料學複習提綱

2022-06-14 11:39:05 字數 5261 閱讀 1772

第一章鋼的合金化原理

基本概念:

● 碳素鋼:碳量小於1.35%(0.1%-1.2%),除鐵、碳和限量以內的矽、錳、磷、硫等雜質外,不含其他合金元素的鋼。

● 合金滲碳體:fe3c中的鐵原子可以被其他金屬原子所置換,形成以間隙化合物為基體的固溶體,一般把它們稱為合金滲碳體。

● 偏聚:指固溶體內溶質原子富集的小區域(偏聚區)的形成過程。

● 等溫淬火:把鋼件加熱使其奧氏體化並均勻化後,使之快冷到貝氏體轉變溫度區間(260~400℃),放入溫度稍高於ms點的硝鹽浴或鹼浴中,等溫保持一定時間(一般在浴槽中保溫時間為30~60min),使奧氏體轉變為貝氏體,然後取出置於空氣中冷卻的淬火工藝。

● 第一類回火脆性:第一類回火脆性又稱不可逆回火脆性,低溫回火脆性,主要發生在回火溫度為 250~400℃。1在出現第一類回火脆性後再加熱到更高溫度回火,可以將脆性消除,使衝擊韌性重新公升高。

此時若再在200~350℃溫度範圍內回火將不再會產生這種脆性。2與回火後的冷卻速度無關;3斷口為沿晶脆性斷口。

● 第二類回火脆性:第二類回火脆性又稱可逆回火脆性,高溫回火脆性。發生的溫度在 400~650℃。

(1)具有可逆性;(2)與回火後的冷卻速度有關;回火保溫後,緩冷出現,快冷不出現,出現脆化後可重新加熱後快冷消除。(3)與組織狀態無關,但以m的脆化傾向大;(4)在脆化區內回火,回火後脆化與冷卻速度無關;(5)斷口為沿晶脆性斷口。

● 淬透性表示鋼在一定條件下淬火時獲得淬硬層(馬氏體層)深度。它是衡量各個不同鋼種接受淬火能力的重要指標之一。主要與鋼的過冷奧氏體穩定性和鋼的臨界冷卻速度有關。

● 淬硬性指鋼在淬火時硬化能力,用淬成馬氏體可能得到的最高硬度表示。主要取決於馬氏體中的含碳量,碳含量越高,則鋼的淬硬性越高。其他合金元素的影響比較小。

淬透性才是指奧氏體化後的鋼在淬火時獲得馬氏體的能力。其大小以鋼在一定條件下淬火獲得的淬透層深度和硬度分布表示。

重點內容:

1. 鋼中雜質元素s、p的危害

硫的最大危害是引起鋼在熱加工時開裂,這種現象稱為熱脆造成熱脆的原因是由於fes的嚴重偏折。防止熱脆的方法是往鋼中加入適當的錳。由於錳與硫的化學親合力大於鐵與硫的化學親合力,所以在含錳的鋼中,硫便與錳形成mns,避免了fes的形成。

磷具有很強的固溶強化作用,它使鋼的強度、硬度顯著提高,但劇烈地降低鋼的韌性,尤其是低溫韌性,稱為冷脆。磷的有害影響主要就在於此。此外,磷還具有嚴重的偏析傾向,並且它在fe 和fe 中的擴散速度很小,很難用熱處理的方法予以消除。

2. 合金元素對fe-c相圖的影響

3. 影響置換固溶體溶解度的主要因素

4. 鋼中複雜點陣結構和簡單點陣結構的碳化物各自的特點

5. 合金元素的偏聚機理(結構學、能量學、熱力學)

6. 第一類回火脆性的特點

7. 第二類回火脆性的特點

8. 鋼強化的主要機制及其機理

9. 鋼的工藝效能主要包括哪些方面

10. 我國鋼鐵編號的原則

第二章工程結構鋼

基本概念:

● 低碳貝氏體鋼低碳貝氏體鋼是以鉬鋼或鉬硼鋼為基礎,同時加入錳、鉻、鎳以及其他微合金化元素(鈮、鈦、釩),從而開發出一系列低碳貝氏體鋼種。這類鋼的含碳量多數控制在0.16%以下,最多不應超過0.20%。

● 雙相鋼又稱復相鋼。由馬氏體、奧氏體或貝氏體與鐵素體基體兩相組織構成的鋼。一般將鐵素體與奧氏體相組織組成的鋼稱為雙相不鏽鋼,將鐵素體與馬氏體相組織組成的鋼稱為雙相鋼。

雙相鋼是低碳鋼或低合金高強度鋼經臨界區熱處理或控制軋制後而獲得。

重點內容:

1. 碳素結構鋼牌號的表示方法

2. 脫氧方法符號:沸騰鋼—f;鎮靜鋼—z;半鎮靜鋼—b;特殊鎮靜鋼—tz

第三章機械製造結構鋼

基本概念:

● 調質鋼一般是指含碳量在0.3-0.6%的中碳鋼。

一般用這類鋼製作的零件要求具有很好的綜合機械效能,即在保持較高的強度的同時又具有很好的塑性和韌性,各類機器上的結構零件大量採用調質鋼,是結構鋼中使用最廣泛的一類鋼。

● 調質處理淬火後高溫回火的熱處理方法稱為調質處理。高溫回火是指在500-650℃之間進行回火。調質可以使鋼的效能,材質得到很大程度的調整,其強度、塑性和韌性都較好,具有良好的綜合機械效能。

調質處理後得到回火索氏體。

● 微合金非調質鋼微合金非調質鋼是在軋制溫度下,使鋼中v,nb,ti等合金碳氮化合物較充分溶入奧氏體,使奧氏體充分合金化,在軋、鍛冷卻過程中析出大量微細瀰散分布的合金碳氮化合物,並發生沉澱強化及先共析鐵素體呈細、小、瀰散析出,分割和細化奧氏體晶粒使鋼的強度與硬度增加,基體組織顯著強化。為此,獲得相當調質鋼經調質處理後的綜合力學效能,由於省去了調質處理工序,因此稱之為微合金非調質鋼。

● 水韌處理水韌處理實際為一種固溶處理,常用於高錳鋼,由於高錳鋼的鑄態組織為奧氏體,碳化物及少量的相變產物珠光體所組成。沿奧氏體晶界析出的碳化物降低鋼的韌性,為消除碳化物,將鋼加熱至奧氏體區溫度(1050-1100℃,視鋼中碳化物的細小或粗大而定)並保溫一段時間(每25mm壁厚保溫1h),使鑄態組織中的碳化物基本上都固溶到奧氏體中,然後快速冷卻,從而得到單一的過冷奧氏體組織。

重點內容:

1. 合金結構鋼牌號的表示方法

2. 彈簧鋼中各種合金元素的作用

3. 彈簧鋼常用熱處理工藝

4. 滾動軸承鋼的成分特點,c、cr元素在滾動軸承鋼中的作用及其過量後的不利影響

5. 表面強化態鋼的工作環境

6. 滲碳鋼的成分特點、合金元素的作用以及熱處理工藝特點

7. 高錳鋼的熱處理及其冷作硬化的本質

第四章工模具鋼

基本概念:

● 一次硬化法

● 二次硬化法

重點內容:

1. 碳素工具鋼及合金工具鋼牌號的表示方法

2. 一般情況下,亞共析鋼採用完全淬火工藝,而過共析鋼採用不完全淬火工藝

3. 高速鋼中合金元素的作用

4. 高速鋼的鑄態組織

5. 高速鋼的鍛造和熱處理

第五章不鏽鋼

基本概念:

● 不鏽鋼不鏽耐酸鋼的簡稱,耐空氣、蒸汽、水等弱腐蝕介質或具有不鏽性的鋼種稱為不鏽鋼;而將耐化學介質腐蝕(酸、鹼、鹽等化學浸蝕)的鋼種稱為耐酸鋼。由於兩者在化學成分上的差異而使他們的耐蝕性不同,普通不鏽鋼一般不耐化學介質腐蝕,而耐酸鋼則一般均具有不鏽性。

● 化學腐蝕金屬與接觸到的物質直接發生氧化還原反應而被氧化損耗的過程。

● 電化學腐蝕金屬和電解質組成兩個電極,組成腐蝕原電池。例如鐵和氧,因為鐵的電極電位總比氧的電極電位低,所以鐵是陽極,遭到腐蝕。

● 點腐蝕點腐蝕就是指在金屬材料表面大部分不腐蝕或者腐蝕輕微,而分散發生的區域性腐蝕。一般點腐蝕的孔徑都小於1mm,深度都小於孔徑。不鏽鋼在含有cl的環境中容易出現點腐蝕的傾向。

● 晶界腐蝕區域性腐蝕的一種。沿著金屬晶粒間的分界面向內部擴充套件的腐蝕。主要由於晶粒表面和內部間化學成分的差異以及晶界雜質或內應力的存在。

晶間腐蝕破壞晶粒間的結合,大大降低金屬的機械強度。而且腐蝕發生後金屬和合金的表面仍保持一定的金屬光澤,看不出被破壞的跡象,但晶粒間結合力顯著減弱,力學效能惡化,不能經受敲擊,所以是一種很危險的腐蝕。通常出現於黃銅、硬鋁合金和一些不鏽鋼、鎳基合中。

● 應力腐蝕材料、機械零件或構件在靜應力(主要是拉應力)和腐蝕的共同作用下產生的失效現象。它常出現於鍋爐用鋼、黃銅、高強度鋁合金和不鏽鋼中,凝汽器管、礦山用鋼索、飛機緊急剎車用高壓氣瓶內壁等所產生的應力腐蝕也很顯著。

n/8定律塔曼在研究單相(固溶體)合金的耐蝕性時發現:單相合金耐蝕能力隨耐蝕組分的原子數與合金總原子數之比為n/8(n=1.2.

3‥‥7 )呈階梯式公升高,合金電勢相應公升高,這一規律稱n/8規律。n稱為穩定性台階。(1)經驗總結,無確切解釋;(2)適用於二元系統,也適用於多元系統(如鉻鎳不鏽鋼) ;(3)同一合金在不同介質中其穩定性台階值不同,並非任何固溶體合金在各個介質中,對應n=1.

2 ‥‥7時均會出現穩定性依次突公升。

● 475℃脆性含有較多鐵素體相(體積分數超過15%~20%)的雙相焊縫金屬,經過350~500℃加熱後,塑性和韌度會顯著降低,性質脆化。由於在475℃時脆化速度最快,故稱為「475℃脆性」。鐵素體含量越多,這種脆化現象越嚴重。

已產生「475℃脆化」的焊縫,可經900℃淬火消除。

● 相脆性不鏽鋼焊接接頭在375~875℃溫度範圍內長期使用,會產生一種fe-cr金屬間化合物,稱為σ相,σ相性硬而脆其硬度可達68hrc。由於σ相析出的結果,使焊縫的衝擊韌度急劇下降,這種現象稱為「σ相脆化」。通常認為,σ相是由鐵素體演變而來,當鋼中鐵素體的體積分數超過5%時,很快就會形成σ相。

因此,對於高溫下工作的不鏽鋼材料,為了防止出現σ相,必須控制鐵素體的含量。為了消除已經生成的σ相,恢復焊接接頭的韌度,可以把焊接接頭加熱到1000~1050℃,然後快速冷卻。σ相在1crl8ni9ti不鏽鋼的焊縫中一般不產生。

重點內容:

1. 金屬腐蝕的型別

2. 不鏽鋼的分類(按金相組織)

3. 提高鋼耐腐蝕性能的主要途徑

4. cr元素在不鏽鋼中的作用

5. ni元素在不鏽鋼中的作用

6. 鐵素體不鏽鋼的脆性

7. 奧氏體不鏽鋼發生晶間腐蝕的原因及防止措施

8. 奧氏體不鏽鋼的穩定化處理

第六章耐熱鋼

基本概念:

● 耐熱鋼在高溫下具有較高的強度和良好的化學穩定性的合金鋼。它包括抗氧化鋼(或稱高溫不起皮鋼)和熱強鋼兩類。抗氧化鋼一般要求較好的化學穩定性,但承受的載荷較低。

熱強鋼則要求較高的高溫強度和相應的抗氧化性。

● 熱強鋼在高溫下具有良好抗氧化能力且具有較高的高溫強度的鋼

● 熱穩定鋼(抗氧化鋼)在高溫下有較好的抗氧化能力且具有一定強度的鋼,常用的抗氧化鋼3cr18mn12si2n、2cr20mn9ni2si2n、3cr18ni25si2等,它們會形成cr2o3、sio2、al2o3氧化膜,提高抗氧化性、抗硫蝕性和抗滲碳性,還具有較好的剪下、沖壓和焊接效能。在cr鋼中加入la、ce等稀土元素,既可以降低cr2o3的揮發,形成更穩定的(cr, la)2o3;又能促進鉻的擴散,有利於形成cr2o3,進一步提高抗氧化性。一般採用固溶處理,得到均勻的奧氏體組織。

可用於工作溫度高達1000℃的零件。

● 蠕變固體材料在保持應力不變的條件下,應變隨時間延長而增加的現象。它與塑性變形不同,塑性變形通常在應力超過彈性極限之後才出現,而蠕變只要應力的作用時間相當長,它在應力小於彈性極限施加的力時也能出現。

● 蠕變極限是表示材料抵抗蠕變能力大小的指標,一般用規定溫度下和規定時間內達到一定總變形量的應力值表示.例如σ1/10000和σ1/100000分別代表經歷10000小時和100000小時總變形量為1%的蠕變極限,又稱為條件蠕變極限.

● 抗氧化性抗氧化性,是指金屬材料在高溫時抵抗氧化性氣氛腐蝕作用的能力稱為抗氧化性。

● 熱強性在室溫下,鋼的力學效能與載入時間無關,但在高溫下鋼的強度及變形量不但與時間有關,而且與溫度有關,這就是耐熱鋼所謂的熱強性。

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