9SiCr（低速切削刃具）
W18Cr4V（高速切削刃具）
CrWMn（小型），Cr12（大型）
5CrNiMo，5CrMnMo（锻模、压铸模） CrWMn（高精度），9SiCr（一般）
特 殊 性 能 钢
不 锈 钢
0.01-1%低中高碳 C含量：两位数（万 Cr含量>13% 分之一） 碳高，Cr相应就高 合金元素：平均质 仅含Cr属于马氏体，且Cr 量分数少于1.5%时 含量一般13%。 不标 含Cr、Ni属于奥氏体。 其他属于铁素体
第2章 金属材料的组织和性能控制
• 重点（2.2,2.3,2.4,2.5） 2.1、纯金属结晶
• 结晶过程：形核和长大 • 结晶条件：过冷度 • 形核方式：自发（均质）形核、非自发（非均 质）形核 • 结晶理论工程应用：增大过冷度、变质处理 （孕育剂或变质剂，增加结晶核心数量或者阻 碍晶粒长大）、振动、电磁搅拌
2.4、钢的热处理
一、过冷奥氏体等温转变（C曲线）
• P、S、T、B、M 的本质 • 形成条件 • 组织形态 • 性能特点
• • • •
P、S、T：渗碳体和铁素体（无过饱和）的两相混合物。 B：铁碳化合物分布在过饱和铁素体基体上的两相混合物。 M：碳在-Fe中的过饱和固溶体。 B形态受等温温度影响：B上（羽毛状，强韧性较差）、B 下（针状，强韧性好，较好综合机械性能） • 过冷A转变为M的一些规律 影响M形态的因素：碳含量。0.25%以下，低碳M（板 条状；塑性、韧性较好）；1.0%以上，高碳M（针状 或竹叶状；硬而脆，塑性、韧性差）；二者之间，板 条和针状混合。 影响M硬度的因素：碳含量。碳含量越高，硬度越高， 脆性增大、韧性降低。 影响M转变温度的因素：碳含量。碳质量分数越高， Ms、Mf温度越低，残余A越多。<0.6%碳含量时，残余 A可忽略。
三、钢热处理工艺
1、热处理温度选择基准：以Ac3，Accm，Ac1为基 准，而不是A3，Acm，A1。
2、各种退火温度选择以及退火组织
球化退火温度 过共析钢（工具钢、弹簧钢等）为了便于切削或消除网 状碳化物影响，经常需要球化退火。
扩散退火
完全退火
正火
扩散退火
球化退火
完全退火 正火 球化退火
3.3 铸钢和铸铁
（1）、铸钢牌号：ZG200-400（碳素钢），ZG40Cr（合金钢） （2）铸铁的组织：铁或钢的基体上分布着石墨夹杂；三阶段石 墨化充分进行(F+G），第一第二充分进行，第三阶段不进行 (P+G);第一第二充分进行，第三阶段部分进行（F+P+G） （3）铸铁组织中石墨形态 ♥ 灰口铸铁：粗片状 ♥ 孕育铸铁：细片状 ♥ 球墨铸铁：球状 ♥ 蠕墨铸铁：蠕虫状
主要钢种及用途
低合金高强度 钢
合金渗碳钢 合金 结构 钢 合金调质钢 合金弹簧钢 滚动轴承钢
C含量：两位 数1.5% 时不标
Q420（15MnVN） 桥梁、船舶
20Cr（机床变速箱齿轮），20CrMnTi （汽车齿轮）
0.25-0.5%,一般0.4%， 40Cr（机床主轴），40CrMn（汽车 中碳 连杆 0.5-0.65%中高碳 >0.95%高碳 65Mn，60Si2Mn（汽车板簧） GCr15（小尺寸轴承），GCr15SiMn （大尺寸轴承）
4、淬火温度选择
将钢加热到相变温度以上（亚共析钢Ac3以上30 ℃～50 ℃；共析钢和过共析钢Ac1以上30 ℃～50 ℃）。
• 过共析钢：
淬火前一定要作球化退火，淬火温度和球化退火温度相 同，都是Ac1以上30 ℃～50 ℃）。但正火温度是在Accm以 上30 ℃～50 ℃。 • 钢的淬透性（淬火时形成马氏体的能力，主要受合金元 素种类和含量影响）及测量方法、淬硬性（淬火后能够 达到的最高硬度，主要受碳含量影响） • 碳含量对钢淬透性的影响：亚共析：随碳含量增加，C曲 线右移；过共析：随碳含量增加，C曲线左移；共析钢淬 透性最好。 • 合金元素对钢淬透性的影响：除Co以外，其余合金元素 溶于A后，降低临界冷却速度，使C曲线右移，淬透性提 高。 • 合金钢往往比碳钢的淬透性要好。
相图中重要的点和线
重要的线
HJB水平线（包晶反应线）
重要的点
J点（包晶点）
ECF水平线（共晶反应线）
PSK水平线（共析反应线）
C点（共晶点）
S点（共析点）
GS线：γ中开始析出α的临界温度线
ES线：碳在γ中的固溶线
PQ线：碳在α中固溶线
重点（有一道综合题）： 分析典型铁碳合金的结晶过程，画出室温平衡组 织示意图，标出各组织组成物，运用杠杆定律计算各 组成相及组织组成物的质量分数（）。 • 共析钢 • 亚共析钢 • 过共析钢
5、钢的回火转变
• 低温回火（M回+残余A）：保硬度、提韧性、去应力
• 中温回火（T回）：高弹性极限和屈服强度 • 高温回火（S回）：高综合性能 • 调质处理（淬火+高温回火）与正火处理所得S的性能区 别：调质组织具有较优综合机械性能
6、钢的表面热处理和化学热处理
• 感应加热表面淬火 • 渗碳处理：适用于渗碳钢；渗碳温度900-950（温度越高， 渗碳速度越快，但为了避免奥氏体晶粒过于粗大，温度也 不能太高）；表层高碳含量（过共析），获得高硬度、耐 磨。心部硬度低、韧性好。
06Cr19Ni10（奥氏体 型，用量最大，使用 最广。医疗器械）， 40Cr13（马氏体型， 防锈手术器械及刃具）
耐 热 钢
同上
中低碳 Cr含量>13% 碳高，Cr相应就高 合金化思想与不锈钢相似， 主要以Cr来提高钢的耐热 性
• Cr含量大于13%才能显著提高钢基体的电极电 位，防止电化学腐蚀。碳质量分数越高，Cr质 量分数相应提高才能具有防腐蚀作用。 • 碳质量分数越低，耐蚀性和耐氧化性越好。奥 氏体不锈钢的耐蚀性最好。
二、合金的晶体结构
• 固溶体：与组元之一晶体结构相同；置换固溶 体、间隙固溶体 • 金属化合物：晶格类型和特性不同于任一组元。 熔点高、硬度高、脆性大。经常作强化相使用。 正常价化合物、电子化合物、间隙化合物（间 隙相TiC、TiN、W2C；复杂结构间隙化合物Fe3C、 Cr23C6）。 • 组织的概念，成分和工艺决定组织、组织决定 材料的性能。
2.2、合金的结晶
• 合金的结晶：形核和长大 • 匀晶、共晶、包晶合金的结晶过程 • 杠杆定律（综合题10-15分）
2.4、金属的塑性加工
滑移和孪生 滑移系：滑移面（密排面）与滑移方向 临界变形度：超过临界变形度，再结晶后晶粒 细小 T再结晶=（0.35 ～ 0.4）T熔点 再结晶温度与冷加工、热加工的关系 塑性变形和再结晶的工程应用：形变强化（位 错强化的一种）、喷丸强化（提高疲劳强度）
***3.2 合金钢（钢种-应用-碳质量分数合金元素作用-热处理-组织-性能）
合金元素作用（固溶强化、晶粒细化、提高淬透 性、提高回火稳定性、提高红硬性、防止第二类 回火脆性、提高耐腐蚀性、形成单相奥氏体或铁 素体不锈钢） 热处理工艺、组织、性能
编号
碳含量 <0.2%低碳 0.1-0.25%低碳
二、过冷奥氏体连续冷却转变（CCT曲线）
Vk （上临界冷却速度， >Vk，马氏体转变） Vk′（下临界冷却速度， < Vk′ ,珠光体转变）。 炉冷 空冷 油冷 水冷
TTT曲线和CCT曲线的关系： CCT曲线稍靠右、 下—连续冷却时,A完成P转变的温度较低,时间 更长。
D. 合金元素对机械性能和工艺性能的影响
☼ 一般来说，提高强度、硬度、耐热性等； ☼ 一般来说，降低铸造性能、焊接性能和切削加工性能。
第3章 金属材料
• 重点：合金钢（钢种-应用-碳质量分 数-合金元素作用-热处理-组织-性能） 3.1 碳素钢
• 分类：碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢 • 碳素结构钢：Q+数字(屈服强度)，最大到Q275 • 优质碳素结构钢：平均碳质量分数的万分数（两位 数），20（渗碳钢）、45（调质钢，凸轮轴）、65 （弹簧钢） • 碳素工具钢（刃具、量具、模具）：T+碳质量分数千 分数（1位或2位数），T7，T10，T13等
刃 具 钢 合金 工具 钢
模 具 钢
低合金刃 0.9%-1.1%高碳 C含量：一位 具钢 数（千分之 >0.7%高碳 一），高于 高速钢 并含大量的W、Mo、 （高合金） 1%不标。 Cr等元素 特例：高速 冷作模具 钢，碳含量 >1.0%高碳 低于1%也不 钢 标 热作模具 合金元素： 0.3-0.6%中碳 钢 平均质量分 数少于1.5% 量具钢 0.9-1.5%高碳 时不标
2.3、铁碳合金的结晶
Fe-C合金相图：掌握铁碳相图，熟悉相图中各 种相的本质、特点
铁碳合金中的相和组织
L液相： δ相：体心立方、碳在δ-Fe中间隙固溶体 α相：体心立方、碳在α-Fe中间隙固溶体 γ相：面心立方、碳在γ-Fe中间隙固溶体 Fe3C相：复杂结构间隙化合物 珠光体：铁素体和渗碳体的共析混合物、呈层片状 莱氏体：奥氏体与渗碳体的共晶混合物
去应力退火
去应力退火
3、正火温度选择以及正火组织
加热到Ac3(对于亚共析钢)、Ac1(对于共析钢)、Accm(对于 过共析钢)以上30 ℃～50 ℃, 保温后, 在自由流动的空气中 均匀冷却的热处理。 可作预备热处理或最终热处理（低碳钢为了便于切削加 工，经常需要正火处理。低合金高强度钢也常采用正火 （热轧后空冷或风冷）作最终热处理。 正火后的组织： ●亚共析钢： F+S ●共析钢： S ●过共析钢： S+Fe3CII
总复习
第1章 材料的结构与性能特点
• 重点：金属材料的结构与组织 一、纯金属晶体结构、晶体缺陷
• 晶面指数和晶向指数标定方法，根据指数画晶面和晶 向（综合题10分） • BCC、FCC、HCP特点（致密度，体积膨胀） • 晶体缺陷类型（点、线、面）以及与材料强度的关系 • 四种强化方式：固溶强化、位错强化（形变强化）、 第二相（弥散）强化、细晶强化 • 金属的强度与位错密度的关系 • 刃位错和螺位错的位错线与柏氏矢量的关系