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1、碳钢中的常存杂质碳钢中的常存杂质碳碳钢钢碳钢的牌号表碳钢的牌号表示方法示方法普通碳素结构钢：普通碳素结构钢：Q235A优质碳素结构钢：优质碳素结构钢：45A钢，钢，20g，45Mn碳素工具钢：碳素工具钢：T8A，T12A 一般工程用铸造碳素钢：一般工程用铸造碳素钢：ZG340-640金属材料学复习金属材料学复习碳钢的分类碳钢的分类Si、Mn、N、H、OS(热脆热脆)P(冷脆冷脆)按按碳含量碳含量分分按按质量（品质）质量（品质）分分按钢的按钢的用途用途分分按钢按钢冶炼时的脱氧程度冶炼时的脱氧程度分分合金化原理合金化原理TiNbVWMoCrMnNiCoCNCu形形成成元元素素形形成成元元素素MC、
2、M2C型：简单点阵，型：简单点阵，熔点、硬度高，稳定性好熔点、硬度高，稳定性好 ；M3C、M7C3、M23C6型：复型：复杂点阵，熔点低，硬度低，杂点阵，熔点低，硬度低，稳定性差稳定性差 ；M6C型：非金属性型：非金属性K。复杂。复杂点阵，性能特点接近点阵，性能特点接近MC、M2C型型KK类类型型1、强者先，依次成；、强者先，依次成；2、相似者相溶：有限溶解，、相似者相溶：有限溶解，无限溶解；溶入强者，无限溶解；溶入强者，K稳定性；溶入弱者，稳定性；溶入弱者，K稳稳定性；定性；3、Nm/NC比值决定比值决定K类型类型4、强者稳，溶解难，析出、强者稳，溶解难，析出难，聚集长大也难难，聚集长大也难
3、5、rc/rM0.59复杂结构复杂结构K6、量少复合、量少复合K，量多特殊，量多特殊KK形形成成规规律律对对相相图图的的影影响响形成元素：缩小形成元素：缩小区，区，使使Fe-C相图相图S、E点向左上点向左上方移动；方移动；形成元素：扩大形成元素：扩大区，区，使使Fe-C相图相图S、E点向左下点向左下方移动；固溶体：置换方移动；固溶体：置换固溶和间隙固溶度规律固溶和间隙固溶度规律对对过过冷冷奥奥氏氏体体相相变变影影响响除除Co外，外，Me均使均使“C”曲曲线右移；线右移；使使P转变右移程度较大的转变右移程度较大的元素：元素：Mo、W、Mn、Cr使使B转变右移程度较大的转变右移程度较大的元素：元素
4、：Mn、Cr、Ni、SiK形成元素改变形成元素改变“C”曲曲线形状；线形状；使使MS点降低程度较大的点降低程度较大的元元 素：（素：（C、N）、）、Mn、Cr、NiK形形成成元元素素非非K形形成成元元素素合金化设计合金化设计微合金化原理及应用微合金化原理及应用多元适量复合加入多元适量复合加入合金化设计合金化设计热热处处理理及及工工艺艺性性加热奥氏体化：不同加热奥氏体化：不同K的溶解规的溶解规律，律，Me对晶粒长大的影响对晶粒长大的影响；回火转变：回火转变：K形成元素形成元素ac，M分解；分解；SiM分解；分解；AR中析出中析出K，反稳定化，反稳定化，MS；K聚集长大，聚集长大，类型转变，原位析
5、出，异位析出，类型转变，原位析出，异位析出，二次硬化；回火过程的强化与弱二次硬化；回火过程的强化与弱化，强化机制贡献大小的转化；化，强化机制贡献大小的转化；回火脆性回火脆性：特征及影响因素，：特征及影响因素，Mn、Cr、Ni回脆性作用大；回脆性作用大；Si氧化脱碳倾向；氧化脱碳倾向；Mn过热敏过热敏感性感性淬透性淬透性：(B)、Mn、Mo、Cr、Ni、Si作用较大；选择钢作用较大；选择钢种，选择淬火工艺；种，选择淬火工艺；冷成型性：冷成型性：Me加入，加入，冷冷作硬化率，作硬化率，冷成型性。冷成型性。P、C、Si影响大；影响大；可焊性：可焊性：Me淬透性，淬透性，可焊性；可焊性；切削性：切削性
6、：S、Pb、Ca等为易等为易切削元素，切削元素，MnS是易切削化是易切削化合物合物热成型性：热成型性：W、Mo、V、Cr等元素等元素热压力加工性，热压力加工性，导热性导热性热处理及工艺性热处理及工艺性分布分布组织组织偏聚偏聚钢的强化与韧化钢的强化与韧化Me的作用只有在进行适当的作用只有在进行适当热处理条件下才能最优发挥。热处理条件下才能最优发挥。强度和塑韧性是一对相互长强度和塑韧性是一对相互长消的矛盾。当强度水平满足消的矛盾。当强度水平满足要求时，如何改善塑韧性是要求时，如何改善塑韧性是矛盾的主要方面；反之，提矛盾的主要方面；反之，提高强度是矛盾的主要方面高强度是矛盾的主要方面合金化韧化途径合
7、金化韧化途径细化晶粒：细化晶粒：Ti、Nb、V、W、Mo、(Al)、Cr；回火稳定性：回火稳定性：K形成形成元素。元素。Si低温回火稳低温回火稳定性效果好；定性效果好；改善基体韧性：改善基体韧性：Ni；细化细化K：Cr、V（适量）（适量）回火脆性：回火脆性：Mo、W；保证强度水平下，适保证强度水平下，适当降低当降低C量；量；提高冶金质量；提高冶金质量；适量适量AR钢的钢的基本强基本强化机理化机理固溶强化固溶强化：C、N塑塑韧性；在低韧性；在低碳合金钢中，碳合金钢中，Si、Mn量大量大时时塑韧性；塑韧性；细晶强化细晶强化：塑韧性塑韧性弥散强化弥散强化：塑韧性塑韧性细晶（组织）细晶（组织）强化和弥
8、散强化和弥散沉淀析出强沉淀析出强化对强化贡化对强化贡献大献大工工程程结结构构钢钢服役条件及性能要求服役条件及性能要求静载、大气、海水侵蚀；无静载、大气、海水侵蚀；无相对运动；有时受交变应力，低温。要有良好的综合性能，相对运动；有时受交变应力，低温。要有良好的综合性能，焊接性好，耐蚀，时效敏感性小焊接性好，耐蚀，时效敏感性小低合金高低合金高强度钢强度钢组织组织F+P常用牌号常用牌号16Mn、15MnV合金化合金化Si、Mn、C有限制范围有限制范围低碳贝低碳贝氏体钢氏体钢合金化合金化0.5%左右左右Mo + 微量微量B常用工艺常用工艺轧制或正火后控冷轧制或正火后控冷类类型型服役条件及性能要服役条件
9、及性能要求求常用常用牌号牌号C%C%组织组织应用应用要点要点低低合合金金高高强强度度结结构构钢钢静载、大气、海水静载、大气、海水侵蚀；无相对运动；侵蚀；无相对运动；有时受交变应力，有时受交变应力，低温。要有良好的低温。要有良好的综合性能，焊接性综合性能，焊接性好，耐蚀，时效敏好，耐蚀，时效敏感性小感性小16Mn16Mn15MnV15MnV15MnV15MnVN N 0.2F+PF+P；低低C-C-贝氏贝氏体体工程构工程构件，船件，船舶，桥舶，桥梁。建梁。建筑等筑等SiSi、MnMn、C C有限制有限制范围；范围；低低C C贝氏体贝氏体中中B B、MoMo的的作用作用典型结构钢的特点及应用典型结
10、构钢的特点及应用类类型型服役条件及服役条件及性能要求性能要求常用牌号常用牌号C%C%常用工常用工艺艺组织组织应用应用要点要点渗渗碳碳钢钢受磨损、接触疲受磨损、接触疲劳应力、弯曲、劳应力、弯曲、冲击力；要求表冲击力；要求表面硬度高、耐磨，面硬度高、耐磨，心部强度高，有心部强度高，有一定塑性、韧度，一定塑性、韧度，良好的工艺性能，良好的工艺性能，淬透性、渗淬透性、渗C工工艺性好艺性好20Cr20Cr、20CrV20CrV20CrMnTi20CrMnTi18Cr2Ni4W18Cr2Ni4WA A0.12-0.25渗渗C +直接淬直接淬火；一火；一次淬火；次淬火；二次淬二次淬火火表层：表层：M M回回
11、+K+A+K+AR R心部：心部：低低C-MC-M回回或或S S回回齿轮、齿轮、凸轮、凸轮、销等销等零件零件20CrMnTi20CrMnTi的的广泛应用；广泛应用；渗渗C C工艺特工艺特点及应用；点及应用；主要合金元主要合金元素作用素作用类类型型服役条件及服役条件及性能要求性能要求常用牌号常用牌号C%C%常用常用工艺工艺组织组织应用应用要点要点调调质质钢钢在扭转、弯曲、在扭转、弯曲、拉伸、冲击等条拉伸、冲击等条件下工作。件下工作。要求要求综合性能好综合性能好，足足够的淬透性够的淬透性，防防止回火脆性止回火脆性40Cr40Cr40CrNi40CrNi40CrNiMo40CrNiMo0.25-0.
12、50调质调质S S回回轴类零轴类零件为主件为主常用元素常用元素作用；淬作用；淬透性；回透性；回脆脆类类型型服役条件及服役条件及性能要求性能要求常用牌号常用牌号C%C%常用工常用工艺艺组织组织应用应用要点要点轴轴承承钢钢高速、高应力。高速、高应力。要求接触疲劳强要求接触疲劳强度高，抗压强度度高，抗压强度高，硬度高而均高，硬度高而均匀，耐磨，尺寸匀，耐磨，尺寸稳定稳定GCr15GCr15GCr15SiMnGCr15SiMn0.95-1.05球化退球化退火；淬火；淬火火+低低回回M+KM+K主要用主要用于轴承于轴承冶金质量冶金质量控制，组控制，组织控制织控制典型工具钢的特点及应用典型工具钢的特点及应
13、用类类型型常用牌常用牌号号C%C%常用工艺常用工艺组织组织性能特性能特点点应用应用要点要点碳碳素素T7-T130.650.65- -1.351.35球化退火球化退火淬火淬火+低回低回M M回回+K+K 高硬度，高硬度，耐磨，耐磨，加工性加工性好好低速，形状低速，形状简单简单常用牌号常用牌号优缺点优缺点低低合合金金9SiCr9SiCrCrWMnCrWMn0.850.85- -1.501.50球化退火球化退火淬火淬火+低回低回M回回+K高硬度，高硬度，耐磨，耐磨，加工性加工性好好轻载，小尺轻载，小尺寸，要求变寸，要求变形小、形状形小、形状较复杂工具较复杂工具常用牌号常用牌号优缺点优缺点高高速速钢钢
14、18-4-118-4-16-5-4-6-5-4-2 20.700.70- -1.651.65正确锻造，正确锻造，球退；球退；淬火淬火工艺工艺特点：特点：预热，严格预热，严格T、t，分级，分级淬火，淬火，回火回火多次多次M回回+K+AR高硬度，高硬度，耐磨，耐磨，高红硬高红硬性性高速切削，高速切削，重载荷，大重载荷，大进刀量进刀量锻造目的，锻造目的，热处理工热处理工艺特点，艺特点，合金元素合金元素作用作用类类型型常用牌号常用牌号C%C%常用工艺常用工艺组组织织性能特点性能特点应用应用要点要点冷冷作作模模具具钢钢Cr12Cr12MoV5CrW2Si(9Mn2V)正确锻造，正确锻造，球退；淬球退；淬
15、火工艺与火工艺与高速钢相高速钢相似，一次、似，一次、二次硬化二次硬化法法M回回+K+AR高硬度，耐磨，高硬度，耐磨，有一定韧度，有一定韧度，工艺性好工艺性好各种各种冷作冷作模具模具强韧性之强韧性之间的协调间的协调热热作作模模具具钢钢5CrNiMo5CrMnMo3Cr2W8V0.30.3- -0.60.6正确锻造正确锻造球化退火球化退火淬火淬火+高回高回工艺操作工艺操作S(T)或或M回回+K热强性，耐热热强性，耐热疲劳性，热硬疲劳性，热硬性，耐磨，冲性，耐磨，冲击韧度好，淬击韧度好，淬透性足够透性足够锤锻锤锻模模热挤热挤压模压模压铸压铸模模服役条件，服役条件，工艺操作，工艺操作，合金元素合金元素
16、作用作用量量具具钢钢GCr15GCr15CrWMnCrWMnCr12MoVCr12MoV淬火淬火+低回低回M回回+K高硬度，耐磨，高硬度，耐磨，尺寸稳定，表尺寸稳定，表面质量面质量各种各种量具量具尺寸稳定尺寸稳定性性第五章第五章 不锈钢不锈钢1 1、电化学腐蚀的主要形式、电化学腐蚀的主要形式2 2、影响不锈钢耐蚀性的因素（、影响不锈钢耐蚀性的因素（成分（成分（C C、CrCr、NiNi、MnMn、MoMo、TiTi、NbNb）；）；环境）环境）环境）环境）3、不锈耐蚀钢的腐蚀特性、不锈耐蚀钢的腐蚀特性A不锈钢的不锈钢的晶间腐蚀晶间腐蚀产生的条件产生的条件产生的原因产生的原因消除的方法消除的方法
17、 4 4、铁素体不、铁素体不锈钢的脆性锈钢的脆性粗晶脆性粗晶脆性只能通过压力加工来碎化只能通过压力加工来碎化.相脆性相脆性消除办法消除办法475脆性脆性消除办法消除办法5、A不锈钢的成分特点及主要钢种不锈钢的成分特点及主要钢种6、铁素体不锈钢和马氏体不锈钢的主要钢种、铁素体不锈钢和马氏体不锈钢的主要钢种第六章第六章 耐热钢和耐热合金耐热钢和耐热合金钢的热强性能指标钢的热强性能指标表示高温强度的指标有三种：蠕变强度、持久强度、持表示高温强度的指标有三种：蠕变强度、持久强度、持久寿命。久寿命。P P型钢的型钢的组织不稳定组织不稳定现象现象 片状片状P P逐渐球化和逐渐球化和K K的聚集长大。的聚集
18、长大。 K K的石墨化的石墨化 MeMe的重新分配的重新分配自自由由焓焓有有利利于于石墨化石墨化成成分分、结结构构有有利于利于Fe3C析出析出HT200 RuT380QT400-17 KTH300-06 KTZ450-06 KTB350-04灰灰铸铸铁铁：片片G，性性能能特特点点与与用用途途。孕孕育处理，热生长育处理，热生长热力学热力学动力学动力学牌号及数字意义牌号及数字意义可可锻锻铸铸铁铁：团团絮絮状状G，由由白白口口铁铁经经石石墨墨化化得得到到，性性能能与与用途用途 石墨化过程石墨化过程 决定决定G G形态形态 决定基体决定基体铸铁中心问题：铸铁中心问题：G形形 状状 、 大大 小小 、数
19、量、分布数量、分布球球墨墨铸铸铁铁：球球状状G，球球化化处处理理。热热处处理理工工艺艺：与与灰灰铁铁不不同同，与与钢钢区区别别。不不同同工工艺艺得得到到不不同同基基体体组组织织。性性能能与与用用途途 影响因素影响因素铸铁性能铸铁性能化学成分化学成分C、Si、P促促进进石石墨墨化化；S阻阻止止石石墨墨化化; Mn间间接接促促进进石石墨墨化化 三三低低（C、Si、Mn）一一高高（S）易出现白口）易出现白口冷却速度冷却速度薄薄壁壁表表面面易易白白口口。壁壁厚厚敏敏感感性性，性性能差异能差异强强度度、伸伸长长率率、冲冲击击韧韧度度比比钢钢低低；耐耐磨磨；切切削削性性好好；消消振振性性好好；缺缺口口敏敏
20、感感性低；铸造性好。性低；铸造性好。蠕铁蠕铁：蠕虫状蠕虫状G特特殊殊性性能能铸铸铁铁：耐耐蚀、耐磨、耐热蚀、耐磨、耐热自自由由焓焓有有利利于于石墨化石墨化成成分分、结结构构有有利于利于Fe3C析出析出HT200 RuT380QT400-17 KTH300-06 KTZ450-06 KTB350-04热力学热力学动力学动力学牌号及数字意义牌号及数字意义 石墨化过程石墨化过程 决定决定G G形态形态 决定基体决定基体铸铁中心问题：铸铁中心问题：G形形 状状 、 大大 小小 、数量、分布数量、分布 影响因素影响因素自自由由焓焓有有利利于于石墨化石墨化成成分分、结结构构有有利于利于Fe3C析出析出HT
21、200 RuT380QT400-17 KTH300-06 KTZ450-06 KTB350-04热力学热力学动力学动力学牌号及数字意义牌号及数字意义 石墨化过程石墨化过程 决定决定G G形态形态 决定基体决定基体Cr:1）淬透性。淬透性。Cr、Ni等复合作用大，如调质钢等复合作用大，如调质钢40Cr40CrNi40CrNiMo。2）回稳性回稳性 K形成元素，阻止形成元素，阻止M3C型长大。如，型长大。如，40 Cr与与40钢相比，回火到相同硬度时，回火温度可钢相比，回火到相同硬度时，回火温度可30-40。3）抗氧化性、热强性抗氧化性、热强性 形成形成Cr2O3，FeO出现的温度；出现的温度；原
22、子间结合力，原子间结合力，热强性，耐热钢，热强性，耐热钢，Mo-Cr-V。4）耐蚀性耐蚀性 电极电位，电极电位，n/8定律。如不锈钢。定律。如不锈钢。5）细化晶粒，改善）细化晶粒，改善K均匀性均匀性 K较稳定，不易长大，如较稳定，不易长大，如GCr15。6）回火脆性回火脆性 促进杂质原子偏聚，如促进杂质原子偏聚，如40CrNi。7）A1 F形成元素。形成元素。热疲劳性，如热疲劳性，如5CrNiMo；淬火温淬火温度，如度，如GCr15为为840，而，而T10为为780；含；含Cr量多时量多时F钢，钢，如如1Cr17。8）Ms Ar，如，如GCr15比比T10钢的钢的Ar 多，分布为多，分布为8%
23、左左右和右和3%左右。左右。Mn:1）强化）强化F 固溶强化，如固溶强化，如普通普通低合金结构钢。低合金结构钢。2）淬透性淬透性 G，使，使“C”线右移，如线右移，如40Mn2。3）晶粒长大晶粒长大 A1 ，强化，强化C的促进晶粒长的促进晶粒长大作用，大作用，过热敏感性。过热敏感性。4）AR Ms。量大时，获得。量大时，获得A钢钢 Mn扩扩大大区。区。5）回火脆性回火脆性 促进有害元素偏聚。促进有害元素偏聚。6）热脆性热脆性 脱硫，形成脱硫，形成MnS；脱氧剂，；脱氧剂，MnO。易切削钢。易切削钢。Si：1），可切削性可切削性 固溶强化效果显著，固溶强化效果显著，60Si2Mn等弹簧钢等弹簧钢
24、2）低温回火稳定性低温回火稳定性 抑制抑制-K形核长大及转形核长大及转变，如变，如30CrMnSi、9SiCr。3）抗氧化性抗氧化性 形成致密的氧化物，如高温形成致密的氧化物，如高温抗氧化钢抗氧化钢Cr18Si2，排气阀用钢排气阀用钢4Cr9Si2。4）淬透性淬透性 阻止阻止K形核长大，使形核长大，使“C”线右线右移，高移，高C时作用较大。时作用较大。5）淬火温度淬火温度 F形成元素，形成元素，A1 。如。如9SiCr，Ac1为为770。6）脱脱C、石墨化倾向、石墨化倾向 Si碳活度，含碳活度，含Si钢钢脱脱C倾向大。如倾向大。如9SiCr、60Si2Mn等。等。Mo：1）淬透性淬透性 大大推
25、迟大大推迟P转变，对转变，对B转变影响转变影响较小。较小。2）热强性热强性 固溶体原子间结合力，如珠光固溶体原子间结合力，如珠光体热强钢体热强钢12CrMoV。3）回火脆性回火脆性 有效地抑制有害元素的偏聚，有效地抑制有害元素的偏聚，如如40CrNiMo。4）回火稳定性回火稳定性 较强较强K形成元素，形成元素，碳活度，碳活度，且且K稳定不易长大。稳定不易长大。5）细化晶粒）细化晶粒 较强较强K形成元素，形成元素，碳活度，阻碳活度，阻止晶界移动。止晶界移动。6）非氧化性酸的耐蚀性，防止点蚀非氧化性酸的耐蚀性，防止点蚀 形成形成含含Mo氧化物氧化物MoO3，致密而稳定，如，致密而稳定，如0Cr18
26、Ni12Mo3T。Ni：1）基体韧度基体韧度 Ni位错运动阻力，使应力位错运动阻力，使应力松弛。如马氏体时效钢。松弛。如马氏体时效钢。40CrNi、40CrNiMo钢的韧度较高。钢的韧度较高。2）稳定）稳定A组织，组织， NiA1 ，扩大，扩大区，量大区，量大时，室温为时，室温为A组织，如奥氏体不锈钢。组织，如奥氏体不锈钢。3）淬透性淬透性 G，使，使“C”线右移，线右移，Cr-Ni复合效果更好。如复合效果更好。如12CrNi3、40CrNi。4）回火脆性回火脆性 Ni促进有害元素的偏聚，促进有害元素的偏聚，如如40CrNi回火脆性大。回火脆性大。5）Ms AR。V：1）热强性热强性 VC质点
27、稳定性好，且弥散分质点稳定性好，且弥散分布，如耐热钢布，如耐热钢Cr-Mo-V。2）细化晶粒）细化晶粒 VC质点细小、稳定，有效质点细小、稳定，有效阻止晶界移动，如阻止晶界移动，如40Mn2V、50CrV。3）红硬性、耐磨性红硬性、耐磨性 VC质点细小、稳定、质点细小、稳定、弥散，如高速钢均含弥散，如高速钢均含V。4）过热倾向过热倾向 VC质点溶解稳定较高，晶质点溶解稳定较高，晶粒不易长大，粒不易长大，40Mn2V。5）磨削性磨削性 VC质点硬度高，容易产生磨质点硬度高，容易产生磨削裂纹，如削裂纹，如9Mn2V的磨削性较差。的磨削性较差。考试题型：考试题型：一、填空题（一、填空题（2020分，每空分，每空1 1分）分）二、判断题（正确的打二、判断题（正确的打“”，错的打，错的打“”“”）（）（1515分，每小题分，每小题1 1分）分）三、单项选择题（三、单项选择题（2 20 0分，每小题分，每小题2 2分）分）四、问答题（四、问答题（4545分）（分）（4 4小题）小题）
