金属材料学复习总结.docx

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金属材料学复习总结

1.碳素结构工具钢Q195、Q215、Q235A、Q235B等钢塑性较好，有一定的强度。

它的碳含量在0.65～1.35%，锰含量在0.15～0.60％，在淬火+低温（50～250℃）回火后硬度可达HRC58～64，并且具有较好的综合机械性能。

2.铁素体—珠光体钢。

以16Mn最具代表性，15MnTi、16MnNb、15MnV钢，利用加入微量钛、铌、钒起细化晶粒和沉淀强化作用。

15MnVN钢，钢中加入V、N后，生成钒的氮化物，可细化晶粒，又有析出强化的作用，强度有较大提高，而且韧性、焊接性及低温韧性也较好。

3.低碳贝氏体钢，14MnMoV和14MnMoVBRE钢是常用国产低碳贝氏体钢。

4.低碳马氏体钢15MnVB，低碳马氏体具有低的脆性转变温度，并有良好的工艺性能、冷变形能力、焊接性能和优良的综合机械性能。

5.低合金工具钢，常用的Cr、Cr2、9SiCr、9Mn2V、CrMn、CrWMn等。

其特点如下：

（1）工作温度低于300℃。

（2）高碳（0.90~1.10％C）：

保证高硬度与高耐磨性；（3）加入铬、硅、锰、钒等元素提高淬透性和回火稳定性。

6.高速工具钢，按照钢中主要的化学成分，高速钢可分为三大类：

（1）钨系，代表性钢号为W18Cr4V,；

（2）钨一钼系，钢号为W6Mo5Cr4V2；（3）钼系，代表性钢号为Mo8Cr4VW。

7.高速钢的主要特点是：

（1）工作温度可达500~600℃，有很高的热硬性（593℃HRC＞55）。

（2）高碳（0.70~1.10％C），保证硬度和耐磨性。

（3）加入较多的钨、钼、钒、铬等元素。

钨、钼、可产生“二次硬化”以保证热硬性，同时较多的碳化物可显著地提高耐磨性。

V部分溶于奥氏体中，淬火后使马氏体抗回火稳定性增高，阻碍马氏体分解，并弥散析出VC产生次生硬化。

铬可提高淬透性。

8.高速钢高温加热。

1.淬火，是为了获得高合金的马氏体。

钢号W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2，常用淬火温度（℃）1280、1230。

淬火时通常采用油淬到300℃出油空冷。

高速钢淬火后有20％以上的残留奥氏体，在-70~80℃冷处理，残留奥氏体量可减到6～8％，再经两到三次回火可消除。

2.回火，高速钢淬火后在回火过程中，随回火温度升高，硬度略有下降，在450℃以上硬度又重新升高。

此时，钼、钨和钒的原子开始扩散，并从马氏体中脱溶，形成特殊碳化物M2C和MC。

这些微细的碳化物很稳定，不易聚集长大，起着弥散硬化作用，产生二次硬化，并在550～570℃硬度达到最高值。

因此，高速钢的回火温度范围约在540～580℃区间。

9.冷作模具钢按性能可分为：

（1）淬透性低的碳素工具钢T8～T12；

（2）淬透性较高的9Mn2V、9SiCr、CrWMn等；（3）高韧性的4CrW2Si、5CrW2Si、6CrW2Si等；（4）高淬透性、高耐磨性和淬火变形小的Cr12、Cr12V、Cr12MoV、Cr6WV等钢种。

10.Cr12型冷作模具钢，Cr12、Cr12V和Cr12MoV含12％Cr，均属于高碳高铬的亚共晶钢，铸态的组织为莱氏体+共晶碳化物（Cr7C3）。

为了提高钢的韧性并细化晶粒，加入钼和钒，同时适当降低碳量。

因而Cr12V（1.3%C）和Cr12MoV（1.6%C）钢的综合性能比Cr12有所改善。

Cr12型钢的热处理，退火：

热加工成型后要进行等温退火，得到的组织是铁素体基体上分布着较大颗粒的共晶碳化物和均匀分布的粒状碳化物。

淬火：

一次硬化法：

低温淬火+低温回火法，即在980～1030℃的较低温度加热淬火后，进行150～170℃低温的一次回火（保温2～3小时）。

这种处理方法变形小，耐磨性高，硬度可达HRC61~63。

11.基体钢：

凡是在高速钢基体成分上添加少量其他元素，适当增减碳含量以改善钢的性能，适应某些用途的钢种都可称为基体钢。

它既有高速钢基体的强度和热硬性，又不含有由于过多的未溶碳化物带来的脆性。

常见的有：

5Cr4W2Mo3V、6Cr4Mo3Ni2WV、55Cr4Mo5WVCo等。

12.低碳高速钢：

应用较多的是6W6Mo5Cr4V钢，碳与钒都降低，其碳含量w（C）为0.55％～0.65％，钒含量w（V）为0.70％～1.10％，仍属莱氏体钢。

由于碳化物少，韧性和工艺性能也明显改善。

13.热作模具钢的合金化特点：

热作模具钢的含碳量大多是中碳（0.30~0.50％C）范围。

钢中加入铬、镍、钨、钼、钒、硅、锰等合金元素。

①铬、硅、锰提高淬透性。

②镍可提高钢的韧性，并与铬、钼一起提高耐热疲劳性能。

③钨、钼、钒可产生二次硬化效果，钼还能防止第二类回火脆性、提高高温硬度和回火稳定性。

④铬和硅还能提高抗氧化和抗烧蚀性。

4Cr5MoSiV1（H13）是一种空冷硬化的热作模具钢，具有较高的热强度和硬度、高的耐磨性和韧性，且具有较好的耐冷热疲劳性能。

一般在1000~1025℃淬火后，在略高于二次硬化峰值的温度540~650℃回火，组织为回火马氏体、粒状碳化物和少量残余奥氏体。

与高速钢类似，为了保证热硬性，要进行多次回火。

14.3Cr2W8V钢虽然只含有0.3~0.4％C，但合金元素更多，因而热强性也更好。

常采用固溶处理，温度为1050～1100℃，回火时也有二次硬化现象，因而选择550～620℃的高温回火。

15.3Cr2W8V钢的主要缺点是在常温下承受冲击的能力差，使用前模子必须很好地预热，使用中防止急冷，否则会引起开裂。

16.铁素体不锈钢有以下三种类型：

（1）Crl3型。

如0Crl3、0Cr13Al等，常用于耐热零件。

（2）Cr17型。

如Crl7、Crl7Ti等，可耐大气、淡水、稀硝酸等介质腐蚀。

（3）Cr25-Cr28型。

如Cr25、Cr25Ti、Cr28、Cr28Mo4等，是耐强腐蚀介质的耐酸钢。

17.马氏体不锈钢可分为三类：

（l）低碳及中碳Crl3型钢，如1Cr13。

（2）高碳Cr18型钢，如9Cr18MoV。

（3）低碳17％Cr－2％Ni型钢，如1Cr17Ni2。

奥氏体不锈钢，含碳量很低，为0.03％～0.12％C，这主要是在组织中避免产生碳化物。

18％Cr－8％Ni的成分配合是世界各国奥氏体不锈钢的典型成分，如1Cr18Ni9Ti、00Cr18Ni10。

18.轴承钢的合金化特点，1.高碳，为了保证轴承钢的高硬度、高耐磨性和高强度，碳质量分数应较高，一般为0.95％～1.10％。

2.铬为基本合金元素。

3.铬含量为0.40％～1.65％。

铬能提高淬透性，从而提高钢的耐磨性，特别是疲劳强度。

3.加入硅、锰、钒等。

4.Si、Mn进一步提高淬透性，便于制造大型轴承。

5.V部分溶于奥氏体中，部分形成碳化物VC，提高钢的耐磨性并防止过热。

典型钢种和牌号1、铬轴承钢，最常用的是GCr15。

2、添加Mn、Si、Mo、V的轴承钢。

在铬轴承钢中加入Si、Mn可提高淬透性，例如，GCrl5SiMn、GCr15SiMnMoV等。

19.轴承钢的热处理,

（一）轴承钢的球化退火,球化退火前的原始组织应为细片状珠光体。

球化退火的目的在于：

1、降低硬度便于切削加工；2、获得均匀分布的细粒状珠光体，为淬火作好组织上的准备；3、消除加工硬化，增加塑性，便于冷拔和冲压加工。

二、轴承钢的淬火和回火.淬火：

轴承钢的淬火加热应获得细小的奥氏体晶粒，快冷之后得到隐晶马氏体加上均匀分布的细粒碳化物及少量残留奥氏体。

GCr15钢回火后的组织为在隐晶回火马氏体基体上均匀分布着细小的碳化物颗粒。

4.轴承在磨削加工后要进行回火，生产上称之谓低温时效处理。

综上所述，轴承钢的热处理主要过程为：

球化退火→淬火→冷处理→低温回火→低温时效处理。

20.渗碳钢的合金化特点:

（1）碳质量分数一般在0.10％～0.25％之间，以保证零件心部有足够的塑性和韧性。

（2）加入提高淬透性的合金元素，常加入Cr、Ni、Mn等，以提高经热处理后心部的强度和韧性。

Cr还能细化碳化物、提高渗碳层的耐磨性，Ni则对渗碳层和心部的韧性非常有利。

（3）加入阻碍奥氏体晶粒长大的元素，主要加入少量强碳化物形成元素Ti、V、W、Mo等，形成稳定的合金碳化物。

除了能阻止渗碳时奥氏体晶粒长大外，还能增加渗碳层硬度，提高耐磨性。

典型钢种及牌号

（1）低淬透性合金渗碳钢典型钢种为20Cr。

（2）中淬透性合金渗碳钢.典型钢种是20CrMnTi，抗冲击和耐磨损。

（3）高淬透性合金渗碳钢典型钢种为18Cr2Ni4WA和20Cr2Ni4A。

这类钢具有很好的韧性，特别是低温冲击韧性。

热处理和组织性能，渗碳后直接淬火+低温回火。

热处理后，表面渗碳层的组织由合金渗碳体与回火马氏体及少量残余奥氏体组成，硬度为60～62HRC。

20.氮化钢的合金化特点

（1）如果要求表面硬度不超过HV900，可采用铬、钼、钨钢种；如果表面硬度需要在HV900以上，需要采用含强氮化物形成元素铝的钢种。

（2）铬、钼、锰可使钢获得足够的淬透性。

（3）钼及钒能使钢在500~580℃之间长时间保温时保持强度。

为了防止或减轻钢发生回火脆化，往往须要在氮化钢中加入0.2～0.5％钼。

4、氮化钢典型牌号,常用氮化钢是38CrMoAl。

经调质和表面氮化处理后，钢表面可获得最高氮化层硬度，达到HV900～1000（HRC65≈HV800）。

21.弹簧钢的合金化特点：

（1）中、高碳。

一般为0.50％～0.70％。

碳质量分数过低，强度不足。

碳质量分数过高时，塑性、韧性降低，疲劳抗力也下降。

（2）加入以Si、Mn为主的提高淬透性的元素。

Si和Mn的作用主要是提高淬透性，同时也提高了屈强比，而以Si的作用最突出，但Si在加热时促进表面脱碳，Mn则使钢易于过热。

重要用途的合金弹簧钢必须加入Cr、V、W等元素。

4、钢种和牌号合金弹簧钢大致分两类。

（1）以Si、Mn为主要合金元素的合金弹簧钢代表性钢种有65Mn和60Si2Mn等.淬透性明显优于碳素弹簧钢。

（2）含Cr、V、W等元素的合金弹簧钢，典型钢种为50CrVA,承受重载.5、加工、热处理与性能.热成型弹簧用热轧钢丝或钢板制成，然后淬火+中温（450℃～550℃）回火，获得回火屈氏体组织。

为了提高弹簧的疲劳寿命，广泛采用喷丸强化处理。

22.易削钢,在钢中附加某一种或某几种元素，使它成为容易被切削加工的钢，这类钢称为易削钢。

常用的附加元素有硫、铅、钙、磷等。

23.耐磨钢。

1.用途及性能要求,耐磨钢主要用于运转过程中承受严重磨损和强烈冲击的零件.2.典型牌号为ZGMn13及ZGMn13Re。

3.合金化特点

（1）高碳：

保证钢的耐磨性和强度。

其碳质量分数不超过1.4％。

（2）高锰：

提高钢的加工硬化率及良好的韧性。

（3）一定量的硅：

硅可改善钢水的流动性，并起固溶强化的作用。

24.提高回火稳定性作用较强的合金元素有：

V、Si、Mo、W、Ni、Co等。

25.什么叫淬透性.钢的淬透性：

是衡量零件淬火时获得马氏体层深度的特性（能力）。

为什么要考虑钢的淬透性.因为，淬透的零件比未淬透的具有更好的综合机械性能；或者说，马氏体回火后比铁素体十珠光体组织具有更好的综合室温机械性能。

26.钢中元素对结构钢的淬透性的影响。

1、钢中常用的合金元素对增大淬透性的能力顺序（依次增大）：

（小）镍、硅、铬、钼、锰、硼（大）。

2、碳是结构钢中最主要的元素，它决定了钢的淬硬性，即淬成马氏体的硬度，同时碳也是一个有效增加淬透性的元素。

多种合金元素对珠光体转变的综合作用不是加和关系，而是相互补充，相互加强。

27.什么是调质钢,为了保证零件整个截面机械性能的均匀性和高的强韧性的热处理工艺：

淬火+高温回火称为调质处理。

适合于这种热处理工艺的钢种称为调质钢。

要求高的综合机械性能，即具有高的强度和良好的塑性、韧性。

为了保证零件整个截面机械性能的均匀性和高的强韧性，合金调质钢要求有很好的淬透性。

合金化特点：

1、中碳，碳质量分数一般在0.25％～0.50％之间，以0.4％居多。

碳量过低，不易淬硬，回火后强度不够；碳量过高则韧性不够。

2、加入提高淬透性的元素，如Cr、Mn、Ni、Si、B等。

3、加入防止第二类回火脆性的元素。

含Ni、Cr、Mn的合金调质钢，高温回火慢冷时易产生第二类回火脆性。

在钢中加入Mo、W可以防止第二类回火脆性。

28.钢种及牌号：

1、低淬透性合金调质钢，最典型的钢种是40Cr，45钢和45B钢等属最普通的碳素调质钢。

2、中淬透性合金调质钢,典型钢种有42CrMo、40CrMnMo等，加入钼不仅可提高淬透性，而且可防止第二类回火脆性。

3、高淬透性合金调质钢，多半是铬镍钢。

铬、镍的适当配合，可大大提高淬透性，并获得优良的机械性能。

铬镍钢中加入适当的钼。

例如40CrNiMo钢，不但具有好的淬透性，还可消除第二类回火脆性。

热处理及组织性能.1、合金调质钢需经淬火+高温回火热处理。

2、合金调质钢的最终性能决定于回火温度，一般采用500℃～650℃回火。

为防止第二类回火脆性，回火后快冷（水冷或油冷），有利于韧性的提高。

3、合金调质钢常规热处理后的组织是回火索氏体。

29.防止淬火钢低温回火脆性的措施是：

①避免在250～350℃温度范围回火；②生产高纯钢，降低磷、锡、锑等杂质元素含量；③加入硅推迟脆化温度范围，使钢的回火温度可提高到320℃。

30.超高强度钢可分为以下几个主要类别：

1、低合金超高强度钢（40CrNiMo）。

2、中合金超高强度钢（5CrNiMo，使用温度可达500℃）。

3、高合金超高强度钢（18%Ni马氏体时效钢）

（一）低合金超高强度钢的合金化

1、碳在钢中的作用,其强度主要取决于钢中的含碳量。

碳虽能增加钢的强度，但碳量增高，钢的塑性和韧性就要降低，工艺性能（如加工性、焊接性等）也随之恶化，所以低合金超高强度钢碳量不过0.50％C。

2、提高钢的过冷奥氏体的稳定性，保证钢的淬透性（Mn、Cr、Si、Ni、Mo）；3、增加钢的抗回火稳定性并推迟低温回火脆性（Si）；4、控制奥氏体的晶粒尺寸，减小钢的过热敏感性，提高韧性（Nb、V、Mo）。

31.马氏体时效钢是通过实现奥氏体→马氏体→时效马氏体这样的组织转变得到的。

合金元素的作用可以大体上分为两类：

1、保证钢实现由单相奥氏体转变为马氏体，如加入镍；2、为了使马氏体基体具有充分的沉淀强化能力、加入钼、钛、钴、铝、铌等。

一、合金元素对钢在加热时转变的影响

1.对奥氏体形成速度的影响。

（1）Cr、Mo、W、V等强碳化物形成元素与碳的亲合力大，形成难溶于奥氏体的合金碳化物，显著阻碍碳的扩散，大大减慢奥氏体形成速度。

（2）Co、Ni等部分非碳化物形成元素，因增大碳的扩散速度，使奥氏体的形成速度加快。

（3）Al、Si、Mn等合金元素对奥氏体形成速度影响不大。

2.对奥氏体晶粒大小的影响。

（1）强烈阻碍晶粒长大的元素：

V、Ti、Nb、Zr等。

Al在钢中易形成高熔点的AlN、Al2O3细质点，也强烈阻止晶粒长大。

（2）中等阻碍晶粒长大的元素：

W、Mo、Cr。

（3）对晶粒长大影响不大的元素：

Si、Ni、Cu。

（4）促进晶粒长大的元素：

Mn、P、B有此倾向。

二、合金元素对淬火钢回火转变的影响主要有以下三点：

1.提高回火稳定性。

提高回火稳定性作用较强的合金元素有：

V、Si、Mo、W、Ni、Co等。

2、产生二次硬化（包括两种情况）。

3、增大回火脆性（第二类回火脆性）

三、回火稳定性，就是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变速度大大减慢，并推向更高的温度发生。

主要表现为⑴马氏体和残余奥氏体分解速度减慢，并向高温推移；⑵提高铁素体的再结晶温度；⑶使碳化物难以聚集长大，仍保持比较分散而细小的状态。

四、二次硬化。

（1）回火升温过程的二次硬化：

一些Mo、W、V质量分数较高的高合金钢回火时，硬度不是随回火温度升高而单调降低，而是到某一温度（约400℃）后反而开始增大，并在另一更高温度（一般为550℃左右）达到峰值。

也称沉淀硬化。

（2）回火降温过程的二次硬化：

由回火时冷却过程中残余奥氏体转变为马氏体的二次淬火所引起。

五．各种合金元素在工具钢中的作用.1.特性，合金元素（其能力依次递减）。

2.提高耐磨性，V、W、Mo、Cr、Mn。

3.提高淬透性。

Mn、Mo、Cr、Si、Ni、V。

4.减小淬火变形，Mo、Cr、Mn。

5.细化晶粒提高韧性，V、W、Mo、Cr。

6.增大热硬性，W、Mo、Co、V、Cr。

1.齿轮滚刀可用高速钢W18Cr4V钢制造，其工艺路线为：

热轧棒材下料→锻造→球化退火→粗加工→淬火→回火→精加工→表面处理

2.Cr12MoV钢制冲孔落料模生产过程的工艺路线如下:

锻造→退火→机加工→淬火+回火→精磨或电火花加工→成品

3.5CrMnMo钢制扳手热锻模生产过程的工艺路线如下：

锻造→退火→粗加工→成型加工→淬火+高温回火→精加工（修型、抛光）

4.轴承钢的热处理主要过程为：

球化退火→淬火→冷处理→低温回火→低温时效处理