川大工程材料基础考试资料
一，合金元素及其分类
1， 合金元素：为了使钢获得预期的性能而又意识地加入碳钢中的元素。
按与碳的亲和力大小，合金元素可分为：
非碳化物形成元素：Ni，Co，Cu，Si，Al，N，B等 碳化物形成元素：Ti，Zr，Nb，V，W，Mo，Cr等 此外，还有稀土元素：Re
2， 合金元素对钢中差不多相得阻碍
（1） 合金元素可溶入碳钢三个差不多相中：铁素体、渗碳体、和奥氏体中。分别形
成合金铁素体、合金渗碳体和合金奥氏体。合金元素在铁基体和奥氏体中起固溶强化作用。
固溶强化：是利用点缺陷对金属基体进行强化的一种合金化方法。基体的方式是通过溶入某种溶质元素形成固溶体而使金属强度、硬度升高。
（2） 当钢种碳化物形成元素含量较高时可形成一系列合金碳化物，如：MC,
M2C,M23C6、M-C3和M3C等。合金元素之间也能够形成化合物即金属间化合物，一样来说，合金碳化物以及金属间化合物的熔点高、硬度高，加热时难以溶入奥氏体，故对钢的性能有专门大的阻碍。
3， 元素对钢中相平稳的阻碍
按照合金元素对Fe—C相图上的相区的阻碍，可将合金元素分为两大类： a 扩大γ区的元素：即奥氏体形成元素。指在γ-Fe中有较大的溶解度，并能扩大γ相存在的温度范畴，使A3下降、A4上升。如Mn，Ni，Co，C，N，Cu等。
b 扩大α区的元素：
即铁素体形成元素：指在α—Fe中有较大溶解度，并使γ-Fe不稳固的元素。它们能缩小γ相区，而扩大α相存在的温度范畴，使A3上升、A4下降。如Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si、B、Nb、Zr等。
扩大奥氏体区的直截了当结果是使共析温度下降；而缩小奥氏体区那么使共析温度升高。因此，具有共析组织的合金钢碳含量小于0.77％，同样，显现共晶组织的最低含碳量也小于2.11％。
4， 合金元素对钢中相变过程的阻碍
（1） 对加热时奥氏体形成元素过程的阻碍
a 对奥氏体形核的阻碍：Cr、Mo、W、V等元素强烈推迟奥氏体形核；Co、Ni等元素有利于奥氏体形核。
b 对奥氏体晶核长大的阻碍：V、Ti、Nb、Zr、Al等元素强烈阻止奥氏体晶粒的长大；C、P、Mn〔高碳〕促使奥氏体晶粒长大。 〔2〕合金元素对过冷奥氏体分解过程的阻碍
具体表现为：①除Co以外，所有的合金元素都使C曲线往右移动，降低钢的临界冷却速度，从而提高钢的淬透性。②除Co、Al以外，所有的合金元素都使Ms点和Mf点下降。其结果使淬火后钢种残余奥氏体量增加。 （3） 素对回火过程的阻碍 a 提高了钢的回火稳固性
回火稳固性即是钢关于回火时所发生的软化过程的抗力。许多合金元素能够使回火过程中各时期的转速大大减慢，并推向更高的温度发生，提高回火温度性较强的元素
有V、Si、Mo、W、Ni、Mn、Co等。
b 产生二次硬化现象
假设钢种含有足够的碳化物形成元素如W、V、Mo等，淬火后再500-600℃回火时，将形成并析出如W2C、Wo2C和VC等弥散分布的合金碳化物，使合金钢的强度、硬度不降反升，并可达到一个峰值，此称为〝二次硬化〞现象。
c 增大回火脆性
合金钢淬火后再某一温度范畴内回火时，将比碳钢发生更明显的脆化现象。含Cr、Mn、Ni的钢对第二类回火脆性〔450-600℃间高温回火脆性〕最敏锐，这要紧与某些杂质元素以及合金元素本身在原奥氏体晶界上的严峻偏聚有关，而Mo、W等能减少这种敏锐性。因此，大截面的工件要选用含Mo、W的钢，以幸免第二类回火脆性。 ▲ 么合金元素能够改变金属的使用性能和工艺性能？
要紧是因为合金元素加入后改变了钢和铁的组织结构。合金元素的加入产生了合金元素与铁、碳及合金元素之间的相互作用，改变了钢铁中各相得稳固性，并产生了许多新相，从而改变了原有的组织或形成新的组织。这些元素之间在院子结构、院子尺寸及晶体点阵之间的差异，那么是产生这些变化的根源。
第二章 工程结构钢小结
一，用途及性能要求
这类钢要紧用于制造桥梁、船舶、车辆、锅炉、高压容器、输油气管道、大型钢结构等，用它来代替碳素结构钢，可大大减轻结构重量，节约钢材。
1， 高强度，一样屈服强度在300MPa以上。
2， 高韧性，要求δ为15％-20％，ak大于600KJ/m〔平方〕—800 KJ/m〔平方〕。 3， 良好的焊接性能和冷成型性能、低的冷脆转变温度及良好的耐蚀性。 二，成分特点
1， 低碳：由于低温韧性、焊接性和冷成型性能的要求高，碳含量一样不超高0.25％。 2， 加入以锰为主的合金元素。
3， 加入铌、钛或钒等辅加微量元素。
4， 加入少量铜〔<0.4％〕和磷〔0.1％左右〕等，可提高抗腐蚀性能。 ▲ 碳?0.25的缘故是：
1， 低温韧性要求高，随着钢中含碳量的增加，钢中珠光体含量相应增加，而钢中每增
加1％体积的珠光体，将使FATT50〔℃〕升高2.2℃。
2， 焊接性能要求高，钢的焊接性能的好坏要紧决定于刚得淬透性和淬硬性，这两者取
决于钢种合金元素的含量和碳含量，而碳势最有害的元素。 3， 冷成型性能要求高，而碳含量越高，塑性变形能力越差。 ▲ 什么缘故我国的低合金高强钢用锰作为要紧的合金元素？
因为低合金高强钢要紧用于制造桥梁、船舶、车辆等大型钢结构，在性能上要求有比碳素结构钢更高的强度和更好的韧性。我国的Mn资源丰富，合金元素锰除了能产生较强的固溶强化成效外还能大大降低奥氏体分解温度，细化铁素体晶粒，并使珠光体片变细，排除晶界上的粗大片状碳化物，是提高低合金高强钢强度和韧性的即经济又有效地合金元素。
三，工程结构钢的强化
在结构钢中，合金元素对强化的奉献有： 1， 溶入铁素体气固溶强化作用； 2， 细化晶粒起晶粒强化作用；
3， 析出弥散的碳化物、谈氮化物，起沉淀强化作用；
4， 增加珠光体含量。 四：热处理特点及常用钢种
这类钢一样在热轧空冷状态下使用。在有专门需要时，假如为了改善焊接区性能，可进行一次正火处理。并使用状态下的显微组织一样为铁素体-珠光体。 340MPa级别以16Mn最具代表性；390MPa级别有15MnTi、16MnNb；420MPa级别15MnVN是中等级别强度钢中使用最多的钢种；500MPa以上是低碳贝氏体钢，如14MnMoV等。
微合金钢：凡是在基体化学成分中添加了微量〔不大于0.20％〕的合金元素〔钛、铌、钒〕，从而使其中一种或几种性能具有明显变化的钢，都可称为微合金钢。 操纵轧制：通过操纵轧制过程中的各种参数，使已变形的奥氏体或者发生再结晶但晶粒来不及长大，或者仅达到回复状态而未发生再结晶，从而得到细化的铁素体晶粒和珠光体体团，使钢强韧化的工艺过程成为操纵轧制与操纵冷却。
第三章 机械制造用钢小结
一，调质钢
1， 用途及性能特点：用于制造要求具有高强度〔承担较大载荷〕和高韧性〔防止断裂〕的
重要零件，如各种轴类、紧固螺栓等。这些零件要求具有良好的综合机械性能和高的淬透性。
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能力。 2， 成分特点：
(1) 中碳〔0.35-0.5％〕：保证热处理后有足够的强度和适当的韧性； (2) 加入Cr、Nb、Mn、Si、B等提高淬透性的元素 (3) 加Mo、W等元素：排除回火脆性 3， 热处理工艺：淬火+高温回火〔500-650℃〕，即调质处理，得到回火索氏体。
4， 典型钢种：低淬透性的如40Cr、中淬透性的如38CrSi、高淬透性的如40CrNiMo。 二，滚珠轴承钢
1， 用途及性能特点：要紧用来制造滚珠，滚柱、轴承内外套圈，但也广泛用于制造工具盒
耐磨零件。要求具有专门好的强度和硬度，专门高的接触疲劳强度和耐磨性。 2， 典型钢种：GCr9、GCr15、GCr15SiMn等。 3， 成分特点：
（1） 高碳〔0.95-1.10％〕：证热处理后达到最高硬度值，同时获得一定数量的耐磨碳
化物；
（2） 加入Cr：提高淬透性的同时获得细小、平均的Cr碳化物，提高耐磨性和解除
疲劳强度。
（3） 加入Mn、Mo、V等元素，可进一步提高淬透性。
4， 热处理工艺：球化退火、淬火+低温回火。组织为回火马氏体、细小碳化物加残余奥氏体〔少量〕。 三，渗碳钢
1， 用途及性能特点：用于制造表面硬因而耐磨，心部韧性好儿耐冲击的零件，如齿轮、轴
类等。要求淬透性性好、表面硬而心部韧。
2， 典型钢种：低淬透性的如15Cr、20Cr，中淬的如20CrMnTi、20MnB；高淬的如
18Cr2Ni4WA。 3， 成分特点：
（1） 低碳〔<0.25％〕：保证心部有较好的韧性，表层高硬度由渗碳后热处理达到； （2） 加入Cr、Mn、Ni、B等元素提高淬透性；
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