及 作 用 淬火 最终热处理 组织 高温回火 回火索氏体 低温回火 回火马氏体 淬火 固溶处理 水韧处理 性能特点 用途举例 奥氏体 奥氏体 良好的耐蚀性、塑韧性，良好的冷成在受到强烈摩擦、较好的耐蚀性，较型性的焊接性，加较好的耐蚀性，较冲击和巨大压力高的硬度和耐磨工硬化能力强，不高的强度和韧性 时表现出良好的性 能淬火强化，强度耐磨性和韧性 较低，有时产生晶间腐蚀 化工焊接件、耐酸结构零件，如汽轮拖拉机履带、挖掘医疗器械、刃具等 容器、锅炉汽轮机机叶片等 机铲齿、铁路道叉 耐热构件等 11.2.3 铸铁 1.铸铁的分类 2.铸铁的石墨化
（1）铸铁的石墨化过程
第一阶段包括从液态铁水中直接析出石墨以及从奥氏体中析出二次石墨； 第二阶段包括共析转变过程中形成的石墨。
（2）铸铁的石墨化程度与组织的关系见表10-4。
表10-4 共晶铸铁的石墨化程度与组织的关系
石墨化程度 第一阶段 第二阶段 完全石墨化 完全石墨化 未石墨化 部分石墨化 未石墨化 未石墨化 部分石墨化 （3）影响石墨化的因素 3.石墨对铸铁性能的影响
石墨一方面破坏了基体的连续性，减少了实际承载面积；另一方面石墨边
缘 会造成应力集中，形成断裂源。因此铸铁的抗拉强度、塑性、韧性都比钢低。
未石墨化 得到的组织 铁素体+石墨 珠光体+石墨 铁素体+珠光体+石墨 莱氏体 珠光体+二次渗碳+石墨+莱氏体 铸铁名称 灰口铸铁 白口铸铁 麻口铸铁 片状石墨对基体削弱作用和应力集中程度最大，而球状石墨对基体的削弱作 用和应力程度较小。
石墨的数量、大小和分布对铸铁性能也有显著影响。
4.常用普通铸铁的牌号、组织、性能特点和用途举例见表10-5。 5.铸铁的热处理
（1）热处理只改变基体组织，不改变石墨形状，其热处理原理与钢相似。
（2）灰口铸铁常用热处理有：去应力退火，消除白口、改善切削加工性的退火、表面淬火。
（3）球墨铸铁中，石墨呈球状，基体强度利用率高，因而热处理强化效果好，可进行多种热处理来提高性能。常用热处理有：退火、正火、调质处理和等温淬火等。 11.2.4 有色金属及其合金 1.铝及其合金
（1）铝合金的分类和编号 （2）铝合金的时效强化
表10-5 常用普通铸铁的牌号、组织、性能特点及用途举例
种类 牌号表示方法 组织 α+片状石墨 灰口铸铁 HT××× α+片状石墨P α+P+片状石墨 KHT××× -×× 可锻铸铁 KTZ ××× -×× α+团絮状石墨 P+团絮状石墨 α+球状石墨 P+球状石墨 性能特点 抗拉强度、塑性韧性低，抗压强度高。 用途举例 机床床身 良好的铸造性，切底座、工作台等 削加工性、减摩性、消震性和低的缺口敏感性 汽车后桥外壳、比灰口铸铁具有低压阀、管接头、较高的抗拉强度、连杆等截面尺寸塑性和韧性 较小的零部件 球墨铸铁 比其它铸铁有更可制造负荷较高的抗拉强度、屈大、受力复杂的服强度、屈强比和QT××× -×× α+ P+球状石墨 机器零件，如柴更好的塑性、韧油机曲轴、连杆、性，热处理强化效齿轮、缸套等 S回+球状石墨 果好。 B下+球状石墨 性能介于基体组柴油机缸盖、气织相同的灰铁和缸套、机床床身、球铁之间 液压阀等 蠕墨铸铁 RuT ××× 石墨呈蠕虫状 （3）简单硅铝明的成分、组织、性能特点及用途
2.铜及其合金
（1）铜合金的分类和编号
（2）单相黄铜与双相黄铜的成分、组织、性能特点及用途 3.轴承合金
（1）轴承合金的性能要求和组织要求
（2）zchSnSb11-6的组织特点、性能特点及用途
（3）20高锡铝基轴承合金的组织特点、性能特点及用途。 10.3 重点和难点 10.3.1 重点 工业用钢，包括：
1.钢号的鉴别：根据钢的牌号判断钢的类别、碳和合金元素的大致含量。 2.典型钢号中合金元素的作用。
3.各类钢的化学成分、常用热处理或使用状态、使用态组织、主要性能特点和用途举例。 4.根据工件的工作条件和性能要求选用合适的钢种。 10.3.2 难点
1.钢的合金化原理 2.铝合金的时效强化机理 3.内容“零碎”，不易记忆
10.4 学习方法指导
1.根据钢的牌号判断钢的类别时，可按下列步骤：
（1）先看牌号中有无特殊标志，如T12中的“T”、GCr15中的“G”。 （2）再判断是否属于特殊性能钢，如1Cr13、2Cr13、1Cr18Ni9、ZGMn13等。 （3）根据含碳量的表示方法区分是属于结构钢还是工具钢。如果含碳量用两位 数字表示，则可确定该钢属于结构钢。如果含碳量用一位数字表示或未标数字，则可确定该钢属于工具钢。
（4）结构钢中，可根据含碳量的多少判断是渗碳钢、调质钢还是弹簧钢。有些不易分清的可重点记忆。
（5）工具钢中，含碳量若为中碳，则属于热模具钢；否则就是刃具钢或冷模具钢。
2.工业用钢类别多，内容“零碎”，不易记忆。为解决此问题，可从两个方面： 一方面进行归纳总结，将“零碎”的内容要条理化；另一方面先按下面的思路进行理解，在理解的基础上再加以记忆。
含碳量 化学成分的选择→
合金元素 典型件的工作条件→性能要求→
组织→最终热处理
10.5 课堂讨论
典型零件的选材与热处理工艺的选用是学习本课程的主要目的之一。通过
讨 论，不仅使学生对钢的热处理、工业用钢等内容加深理解，而且也使学生在综合运用所学的知识去分析解决问题方面得到一次训练。 9.5.1 讨论目的
1.熟悉钢的分类和编号，学会根据钢的牌号来判断钢的类别、碳和合金元素的 大致含量。
2.熟悉典型钢号中合金元素的作用。
3.进一步理解和掌握各类钢的工作条件和性能要求、化学成分、最终热处理或 使用状诚、使用态组织和用途。 9.5.2 讨论题
1.试判断下列牌号的钢中碳和合金元素的含量大致是多少？ 20 T10 50CrVA 9SiCr CrWMn Cr12MoV 5CrMnMo 4Cr13 2.说明下列钢号中合金元素的主要作用
40Cr 20CrMnTi GCr15SiMn W18Cr4V 1Cr13 1Cr18Ni9 CrWMn 40CrNiMo
3．判断下列牌号的钢属于何类钢（按用途分）？指出各类钢常用的最终热处理或使用状态、使用态组织、主要性能特点和用途。
Q235 20Cr 20CrMnTi 45 ZGMn13 40CrNiMo 65 60Si2Mn 65Mn GCr15 GCr15SiMn T12 9SiCr CrWMn W18Cr4V
W6Mo5Cr4V2 5CrNiMo 1Cr13 3Cr13 1Cr18Ni9
4．根据下面所列出的化学成分，写出钢的牌号，并指出其常用最终热处理、使用 态组织、主要性能特点和用途。
5.欲制造车床主轴、机床变速齿轮、汽车变速齿轮、汽车板簧、轴承滚珠、高速车刀、热锻模，试问上述零件或工具各应选用何种材料？写出其牌号。在制造过程中各需经过何种最终热处理？热处理后得到何种组织？
6.渗碳钢适宜制作何种工作条件下的零件？为什么渗碳钢均为低碳？渗碳后为什 么还要淬火、低温回火？
7.调质钢适宜制作何种工作条件下的零件？为什么调质钢均为中碳？ 8.比较结构钢和工具钢的合金化特点和热处理特点。
9.W18Cr4V钢中，W、Cr、V的主要作用是什么？该钢为什么是莱氏体钢？为什么 就可获得马氏体组织？其最终热处理为何要采用高温淬火+560℃三次回火？ 10.判断下列说法是否正确，并说明理由。 （1）GCr15钢中，Wcr=15%
（2）热模具钢属于工具钢，所以它一定是高碳钢。 （3）奥氏体不锈钢不能通过淬火来强化。 （4）4Cr13属于过共析钢。
（5）ZGMn13是耐磨钢，在任何条件下都会表现出良好的耐磨性。 （6）σ
600
0.1/1000
表示耐热钢的持久强度。
（7）调质钢制造零件过程中，必须要经过调质处理。 （8）可锻铸铁可以锻造。
（9）变形铝合金都能时效强化，而铸造铝合金都不能时效强化。 （10）青铜是指铜和锡的合金。
综合题一：材料的结构
1 谈谈你对材料学科和材料科学的认识。
2 金属键与其它结合键有何不同，如何解释金属的某些特性？ 3 说明空间点阵、晶体结构、晶胞三者之间的关系。
4 晶向指数和晶面指数的标定有何不同？其中有何须注意的问题？
5 画出三种典型晶胞结构示意图，其表示符号、原子数、配位数、致密度各是什么？6 碳原子易进入?-铁，还是?-铁，如何解释？ 7 研究晶体缺陷有何意义？
8 点缺陷主要有几种？为何说点缺陷是热力学平衡的缺陷？ 9 位错概念是在什么背景下提出的？其易动性是如何实现的？ 10 试述位错的性质。
11 试述博士矢量的意义。
12 与位错有关的三个力的表达式各是什么？简述其求解原理。
空冷
材料科学基础笔记
