材料科学第三章金属材料详解.ppt

金属材料是最重要的工程材料，工业上将金属及其合金分为两大类：铁及铁基合金：铁和以铁为基的合金（纯铁、钢、铸铁）非铁金属及其合金：铁和铁基合金以外的所有金属及其合金。 3.1.1 纯铁 工业纯铁强度和硬度低，一般不作为结构材料使用，主要用作深冲材料和电磁材料。 α铁----常温，体心立方结构 γ铁----910-1390 ℃，面心立方结构 δ铁---- 1390 ℃，体心立方结构 2.优质碳素结构钢： 钢号以碳的平均质量万分数表示。如20钢、45钢等。 20钢表示含C：0.20%（万分之20）。主要用于制造各种机器零件。 常用优质碳素结构钢： （1）08塑性好，可制造冷冲压零件； （2）10、20钢，冷冲压性与焊接性能良好，可用作冲压件及焊接件，经过热处理（如渗碳）也可以制造轴、销等零件； （3）35、40、45、50钢。经热处理后，可获得良好的综合机械性能，用来制造齿轮、轴类、套筒等零件； （4）60、65钢。主要用来制造弹簧。 4.铸钢： 铸钢牌号是在数字前冠以ZG，数字代表钢中碳平均质量分数（以万分数表示）。如ZG25，表示含C：0.25%。主要用于制造形状复杂并需要一定强度、塑性和韧性的零件，如齿轮、联轴器等。 基本名词： 铁素体：α-Fe固溶体 奥氏体： γ-Fe固溶体 δ固溶体：δ-Fe固溶体 渗碳体：C与Fe形成的Fe3C表示的化合物 珠光体组织：铁素体与渗碳体片层相间的机械混合物 6. 贝氏体组织：渗碳体分布在碳过饱和的铁素体基体上或铁素体之间的两相混合物 7. 马氏体：碳过饱和铁素体 （三）马氏体转变 马氏体转变是低于230℃时进行的转变，马氏体转变是典型的无扩散性相变。马氏体是碳在α-Fe中的过饱和固溶体，具有非常高的强度和硬度。所以，马氏体转变是强化金属的重要途径之一。 工程构件用钢 燃气轮机 耐热钢 1.耐磨钢的性能要求 主要要求是有很高的耐磨性和韧性。 2.化学成分特点 wc为0.9%～1.5%，含锰量为WMn11%～14%，另外还有WSi0.3%～0.8%。 高锰的目的是与碳配合保证完全获得奥氏体组织，提高钢的加工硬化速率。硅是为了改善钢的流动性，起固溶强化作用，提高钢的加工硬化能力。牌号为ZGMn13，也称为高锰钢。 耐磨钢 3.热处理特点 高锰钢都采用水韧处理，即将钢加热到1050～1100℃，保温一段时间后，碳化物全部溶解获得单一奥氏体；然后迅速水淬至室温，组织仍保持为单一奥氏体。水韧处理后一般不作回火，因为加热超过300℃时，会有碳化物析出，性能变异。 4.性能特点 有很高的韧性，在受到强烈的冲击载荷和强大的压力下，不仅表层会迅速产生加工硬化，还会诱发马氏体转变，使表面层硬度、耐磨性显著提高，而心部仍保持为原来的高韧性状态。 5.用途 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，如车辆履带、挖掘机铲斗、破碎机鄂板和铁轨分道叉等。 耐磨钢 履带 铁轨分道叉 破碎机颚板 挖掘机斗齿 耐磨钢 　　　谢　　谢！ 1.对工程构件用钢的性能要求 （1）高强度 屈服点在300MPa以上。在保证塑性和韧性的条件下，应尽量提高其强度。 （2）高韧性。 （3）良好的焊接性能和冷成型性能 要求有较高的抗腐蚀能力。 2.化学成分特点 碳含量较低（wc＜0.20%），合金元素含量较少（wMe＜3%），其主加元素为Mn，辅加元素为Nb、Ti、V、RE（稀土元素）。 碳会使焊接性和冷成型性下降，使韧性明显下降，韧脆转变温度升高，钢的碳质量分数不超过0.2%。 元素Mn的主要作用是固溶强化铁素体，降低奥氏体晶粒的长大，获得细小的铁素体晶粒；热轧时固溶在奥氏体内，冷却时弥散析出，起到析出沉淀的作用。 少量的稀土元素可改善韧性和工艺性能。 （一）工程构件用钢 3.热处理特点 热轧空冷状态下使用，不需要进行专门的热处理。在有特殊需要时，如为了改善焊接接头性能，可进行一次正火处理。 4.钢种、牌号与用途 屈服点从300～650MPa分为六级。16Mn是我国低合金高强钢中发展最早、使用最多、产量最大的钢种。例如南京长江大桥、广州电视塔等。15MnVN是具有代表性的中等强度级别的钢种。较广泛用于制造大型桥梁、锅炉、船舶和焊接结构。 工程构件用钢 1.对调质钢的性能要求 高强度，尤其是高的疲劳强度、高硬度，高耐磨性及良好的塑韧性。 2.化学成分特点 碳含量为wc 0.25%