第一章 合金化基础PPT课件
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第1章钢合金化概论.ppt
rc/rMe < 0.59 —简单结构相，如Mo、W、V、Ti 等，形成VC等MC型，W2C等M2C型 。
Me量少时，形成复合K，如（Cr, M）23C6型 。
2、相似者相溶
完全互溶：原子尺寸、电化学因素均相似。 如Fe3C，Mn3C →(Fe,Mn)3C；TiC ~ VC。
有限溶解：一般K都能溶解其它元素，形成复合K 如Fe3C中可溶入一定量的Cr、W、V等. 最大值为 < 20%Cr，< 2%W，< 0.5%V； MC型不溶入Fe，但可溶入少量W、Mo。
过冷A体稳定性实际上有两个意义：孕育期和相 变速度。孕育期的物理本质是新相形核的难易程 度，转变速度主要涉及新相晶粒的长大。
“C”曲线五种形状
常用合金元素对奥氏体等 温转变曲线的影响 (上左) 强K形成元素 (上右) 中、弱K形成元素 (下 左) 非K形成元素
二、合金元素对珠光体转变的影响
珠光体转变过程包括孕育期、碳化物形核 长大和相形核长大几个步骤，在孕育期进 行合金元素和碳的重新分配，在此基础上 发生碳化物和α相的形核长大过程。
第四 周期
Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu
点阵 结构
bcc bcc bcc
bcc或fcc
fcc/ hcp
fcc
fcc
电子 结构
原子半径 /nm
2
0.145
3
0.136
5
0.128
5
0.131
6
0.127
7
0.126
8
0.124
10
0.128
ΔR，% 14.2 7.1 0.8 3.1 — 0.8 2.4 0.8
合金元素的固溶规律， 即Hume-Rothery规律
Me量少时，形成复合K，如（Cr, M）23C6型 。
2、相似者相溶
完全互溶：原子尺寸、电化学因素均相似。 如Fe3C，Mn3C →(Fe,Mn)3C；TiC ~ VC。
有限溶解：一般K都能溶解其它元素，形成复合K 如Fe3C中可溶入一定量的Cr、W、V等. 最大值为 < 20%Cr，< 2%W，< 0.5%V； MC型不溶入Fe，但可溶入少量W、Mo。
过冷A体稳定性实际上有两个意义：孕育期和相 变速度。孕育期的物理本质是新相形核的难易程 度，转变速度主要涉及新相晶粒的长大。
“C”曲线五种形状
常用合金元素对奥氏体等 温转变曲线的影响 (上左) 强K形成元素 (上右) 中、弱K形成元素 (下 左) 非K形成元素
二、合金元素对珠光体转变的影响
珠光体转变过程包括孕育期、碳化物形核 长大和相形核长大几个步骤，在孕育期进 行合金元素和碳的重新分配，在此基础上 发生碳化物和α相的形核长大过程。
第四 周期
Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu
点阵 结构
bcc bcc bcc
bcc或fcc
fcc/ hcp
fcc
fcc
电子 结构
原子半径 /nm
2
0.145
3
0.136
5
0.128
5
0.131
6
0.127
7
0.126
8
0.124
10
0.128
ΔR，% 14.2 7.1 0.8 3.1 — 0.8 2.4 0.8
合金元素的固溶规律， 即Hume-Rothery规律
金属材料学--钢铁材料的合金化原参考课件
具有在一定程度内变化的化学成分、具有不同 的晶体结构因而不同性能和性质、用相界面与 其他相分隔的部分物质被称为相
成分分析，元素与含量 相分析，晶体结构（衍射晶面间距）与量（衍
射强度）和尺寸 组织分析，形貌（成分与相相同时有可能形貌
不同，如珠光体、索氏体、托氏体）
5
钢中基础相
α-铁，室温稳定，体心立方点阵，点阵产生 0.286645±1nm，由此计算出的最小原子间 距为0.248240nm，配位数为12时的原子直 径为0.25715 nm，理论摩尔体积为 0.709165×10-5m3/mol，理论密度为 7.875Mg/m3，通常采用的实际测定密度 7.870Mg/m3，室温线胀系数11.8×10-6/K。
900
800
700
600
19Cr 15Cr
12Cr 5Cr 0Cr
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0
碳含量，%
20
封闭γ相区相图的特点
最为简单的相图，右边往往是一匀晶相图 （开启γ相区相图由于上面开口连接液相， 故一般应有一包晶相变）
α-Fe与δ-Fe相区合并
钴的特殊性，它开启γ相区，但却使Α3温度略微升 高，这使钴产生了一些反常的行为（如降低钢的 淬透性）。
13
扩大γ相区相图
δ
A4
温
度 A3
γ
A1 α
Fe
14
扩大γ相区相图的特点
合金元素在γ-Fe中有限固溶，当合金元素含 量超过溶解度限时，则将出现石墨、ε-铜等 单质相或Fe3C、Fe4N等化合物相。
12
碳含量，%
开启γ相区相图的特点
合金元素在γ-Fe中可以无限固溶，因而使γ相区存 在的温度范围显著变宽，使δ和α相区明显缩小， 当固溶度较大时甚至在室温温度也仍可使钢保持 为单相奥氏体。奥氏体形成元素如镍，本身就具 有面心立方点阵；而锰和钴的多型性固态相变晶 型中，在一定温度范围内存在着面心立方点阵。
成分分析，元素与含量 相分析，晶体结构（衍射晶面间距）与量（衍
射强度）和尺寸 组织分析，形貌（成分与相相同时有可能形貌
不同，如珠光体、索氏体、托氏体）
5
钢中基础相
α-铁，室温稳定，体心立方点阵，点阵产生 0.286645±1nm，由此计算出的最小原子间 距为0.248240nm，配位数为12时的原子直 径为0.25715 nm，理论摩尔体积为 0.709165×10-5m3/mol，理论密度为 7.875Mg/m3，通常采用的实际测定密度 7.870Mg/m3，室温线胀系数11.8×10-6/K。
900
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19Cr 15Cr
12Cr 5Cr 0Cr
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0
碳含量，%
20
封闭γ相区相图的特点
最为简单的相图，右边往往是一匀晶相图 （开启γ相区相图由于上面开口连接液相， 故一般应有一包晶相变）
α-Fe与δ-Fe相区合并
钴的特殊性，它开启γ相区，但却使Α3温度略微升 高，这使钴产生了一些反常的行为（如降低钢的 淬透性）。
13
扩大γ相区相图
δ
A4
温
度 A3
γ
A1 α
Fe
14
扩大γ相区相图的特点
合金元素在γ-Fe中有限固溶，当合金元素含 量超过溶解度限时，则将出现石墨、ε-铜等 单质相或Fe3C、Fe4N等化合物相。
12
碳含量，%
开启γ相区相图的特点
合金元素在γ-Fe中可以无限固溶，因而使γ相区存 在的温度范围显著变宽，使δ和α相区明显缩小， 当固溶度较大时甚至在室温温度也仍可使钢保持 为单相奥氏体。奥氏体形成元素如镍，本身就具 有面心立方点阵；而锰和钴的多型性固态相变晶 型中，在一定温度范围内存在着面心立方点阵。
高中化学人教版配套课件 选修1 3.1 合金
纯金属与合金的结构比较
问题 导学
第一节 当堂 检测
合金
课前预习导学 课堂合作探究 KEQIAN YUXI KETANG DAOXUE HEZUO T
迁移与应用 例 1 下列有关合金性质的说法正确的是( )
①合金与各成分金属相比, 具有许多优良的物理、化学或机械性能 ②相同金属元素形成的合金, 元素的含量有可能不同, 但其性能是相同 的 和 A. ①② C. ①④ B. ①③ D. ③④ ③镁铝合金在盐酸中能完全溶解 ④合金具有各成分金属性质之
目标 导航
第一节 合金 预习 引导
课堂合作探究 课前预习导学 KEQIAN YUXI KETANG DAOXUE HEZUO T
提示:
金属制品 “ 钢精” 锅 电线 保险丝 24 K 金首饰 灯泡中的灯丝 硬币或纪念币 金属成分 铝 铝或铜 铝、铋、锡、镉 金 钨 镍、铜、铝 应用的金属性质 导热性 导电性 低熔点 稀有性、延展性 高熔点 一定的硬度, 耐腐蚀性
目标 导航
第一节 预习 引导
合金
课堂合作探究 课前预习导学 KEQIAN YUXI KETANG DAOXUE HEZUO T
预习交流 2
根据预习试填写下表, 明确金属制品的组成成分与性质之间的关 系。
金属制品 “ 钢精” 锅 电线 保险丝 24 K 金首饰 灯泡中的灯丝 硬币或纪念币 金属成分 应用的金属性质
问题 导学
第一节 合金 当堂 检测
课前预习导学 课堂合作探究 KEQIAN YUXI KETANG DAOXUE HEZUO T
一、合金的性质
活动与探究 阅读教材, 结合生活实际讨论下列问题。 1. 什么是合金?你日常生活用到的金属制品中哪些属于合金 ? 答案: 合金是由两种或两种以上的金属( 或金属与非金属) 熔合而成 的具有金属特性的物质。如镁铝合金( 含有 10% ~30% 的镁) ; 合金也可由 金属和非金属熔合而成, 如普通碳素钢, 就是铁与碳的合金。 日常生活中 用到的厨具、餐具等很多金属制品都属于合金。 2. 为什么我们使用的金属材料主要是合金, 而不是纯金属? 答案: 合金的熔点一般比组成它的各成分金属的低, 而硬度比各成 分金属的高。与纯金属相比, 合金有很多优异的性能。
工程材料学第1章 钢的合金化基础PPT课件
等, 它们使A3点(γ向α相的转变点)下降, A4点(δ向γ相的转
变点)上升, 从而扩大γ相存在范围。 其中Ni、Mn等加入到一定量后, 可使γ相区扩大到室温以下
, 使α相区消失, 称为完全扩大γ相区元素。 Fe—Mn相图 所示
15
2）缩小γ相区元素 亦称铁素体稳定化元素, 主要有Cr、Mo、W、V、Ti、Al
“00”或“0”为首 6 铸钢牌号为“ZG”+最低屈服点值+最低抗拉强度值。 7 高锰耐磨钢为“ZG”+ 锰的符号+锰含量+序号。
9
40Cr 平均碳质量分数为0.40%，主要合金元素Cr的质 量分数在1.5%以下的合金结构钢。
5CrMnMo 平均碳质量分数为0.5%, 主要合金元素Cr 、Mn、Mo的质量分数均在1.5%以下合金工具钢。
来源：脱氧剂SiFe，炼钢材料； 形式：α-Fe中固溶强化； 含量：镇静钢（用SiFe，MnFe，Al完全脱氧的钢）
Wsi=0.1%-0.4% 沸腾钢（MnFe脱氧，不完全脱氧钢） Wsi=0.03%-0.07% 影响不大 。
11
3. S ： 有害元素； 来源：炼钢用的矿石和燃料； 形式：FeS形式存在于钢中，S不溶于Fe， FeS+Fe形成
、Si、B、Nb、Zr等。它们使A3点上升, N点下降(铬除外, 铬质量分数小于7%时, A3点下降; 大于7%后,A3点迅速上
升), 从而缩小γ相区存在的范围, 使铁素体稳定区域扩大。 如Fe-Cr相图所示
16
2.合金元素与C的相互作用
合金元素按其与钢中碳的亲和力的大小, 可分为 碳化物形成元素和非碳化物形成元素两大类。 非碳化物形成元素：Ni、Co、Cu、Si、Al、N 、B等。都溶于铁素体和奥氏体中。 碳化物形成元素：Ti、 Zr、Nb、V、 Mo、 W 、Cr、Mn、Fe等(按形成的碳化物的稳定性程度 由强到弱的次序排列)，在钢中一部分固溶于基 体相中，一部分形成合金渗碳体, 含量高时可形 成新的合金碳化物。
变点)上升, 从而扩大γ相存在范围。 其中Ni、Mn等加入到一定量后, 可使γ相区扩大到室温以下
, 使α相区消失, 称为完全扩大γ相区元素。 Fe—Mn相图 所示
15
2）缩小γ相区元素 亦称铁素体稳定化元素, 主要有Cr、Mo、W、V、Ti、Al
“00”或“0”为首 6 铸钢牌号为“ZG”+最低屈服点值+最低抗拉强度值。 7 高锰耐磨钢为“ZG”+ 锰的符号+锰含量+序号。
9
40Cr 平均碳质量分数为0.40%，主要合金元素Cr的质 量分数在1.5%以下的合金结构钢。
5CrMnMo 平均碳质量分数为0.5%, 主要合金元素Cr 、Mn、Mo的质量分数均在1.5%以下合金工具钢。
来源：脱氧剂SiFe，炼钢材料； 形式：α-Fe中固溶强化； 含量：镇静钢（用SiFe，MnFe，Al完全脱氧的钢）
Wsi=0.1%-0.4% 沸腾钢（MnFe脱氧，不完全脱氧钢） Wsi=0.03%-0.07% 影响不大 。
11
3. S ： 有害元素； 来源：炼钢用的矿石和燃料； 形式：FeS形式存在于钢中，S不溶于Fe， FeS+Fe形成
、Si、B、Nb、Zr等。它们使A3点上升, N点下降(铬除外, 铬质量分数小于7%时, A3点下降; 大于7%后,A3点迅速上
升), 从而缩小γ相区存在的范围, 使铁素体稳定区域扩大。 如Fe-Cr相图所示
16
2.合金元素与C的相互作用
合金元素按其与钢中碳的亲和力的大小, 可分为 碳化物形成元素和非碳化物形成元素两大类。 非碳化物形成元素：Ni、Co、Cu、Si、Al、N 、B等。都溶于铁素体和奥氏体中。 碳化物形成元素：Ti、 Zr、Nb、V、 Mo、 W 、Cr、Mn、Fe等(按形成的碳化物的稳定性程度 由强到弱的次序排列)，在钢中一部分固溶于基 体相中，一部分形成合金渗碳体, 含量高时可形 成新的合金碳化物。
金属材料学课件 第一章 金属材料的合金化原理
材料学院
4. 学习要求 掌握金属材料合金化原理、合金元素对钢相变、 组织、性能影响的一般规律。 掌握常用钢、铸铁、高温合金、有色金属等材料 的牌号、成份、热处理规范、组织、力学性能和 用途。 能够根据工程构件、机器零件（或工具）的服役 条件，具有合理选用材料，正确确定热处理技术 条件的知识。 能对材料产品质量作初步分析，提出消除或预防 热处理缺陷的措施。
材料学院
Chapter 1 金属材料的合金化原理
材料学院
Chapter 1 金属材料的合金化原理
主要 内容
影铁 合 响碳 金 相元 图素 的对 钢 的 合 金 化
号合 方金 法钢 的 编
基 本 概 念
影铁 合 响碳 金 相元 图素 的对
存 在在 形钢 式种 的 Me
布 状不 态同 热 的处 分理 Me
Steel
Cast Iron
2% C 3% C 4% C 5% C 6% C
中碳钢：0.25%＜wc≤0.6% 高碳钢： wc＞0.6%
400 C Fe
1% C
6.70% C
材料学院
Chapter 1 金属材料的合金化原理
2. 合金元素对 Fe-Fe3C 相图的影响
1）合金元素对奥氏体相区、铁素体相区的影响 Ni、Co、Mn 等扩大铁碳相图中奥氏相区。当 Ni或 Mn 的含量高时，可使钢在室温下得到单相奥氏体组织，如 1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢、 Mn13 高锰耐磨钢等； Cr、W、Mo、V、Ti、Si 等缩小铁碳相图中奥氏体相 区。Cr、Ti、Si 等当其超过一定含量后，可获得单相铁素钢 ，例如 1Cr17Ti 高铬铁素体不锈钢。
V 形成以α-Fe 为基的无限固溶体；Mo 和 W 形成较宽溶 解度的有限固溶体；Ti、Nb、Ta形成具有较窄溶解度的有限 固溶体；Zr、Hf、Pb在 Fe 具有很小的溶解度。
4. 学习要求 掌握金属材料合金化原理、合金元素对钢相变、 组织、性能影响的一般规律。 掌握常用钢、铸铁、高温合金、有色金属等材料 的牌号、成份、热处理规范、组织、力学性能和 用途。 能够根据工程构件、机器零件（或工具）的服役 条件，具有合理选用材料，正确确定热处理技术 条件的知识。 能对材料产品质量作初步分析，提出消除或预防 热处理缺陷的措施。
材料学院
Chapter 1 金属材料的合金化原理
材料学院
Chapter 1 金属材料的合金化原理
主要 内容
影铁 合 响碳 金 相元 图素 的对 钢 的 合 金 化
号合 方金 法钢 的 编
基 本 概 念
影铁 合 响碳 金 相元 图素 的对
存 在在 形钢 式种 的 Me
布 状不 态同 热 的处 分理 Me
Steel
Cast Iron
2% C 3% C 4% C 5% C 6% C
中碳钢：0.25%＜wc≤0.6% 高碳钢： wc＞0.6%
400 C Fe
1% C
6.70% C
材料学院
Chapter 1 金属材料的合金化原理
2. 合金元素对 Fe-Fe3C 相图的影响
1）合金元素对奥氏体相区、铁素体相区的影响 Ni、Co、Mn 等扩大铁碳相图中奥氏相区。当 Ni或 Mn 的含量高时，可使钢在室温下得到单相奥氏体组织，如 1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢、 Mn13 高锰耐磨钢等； Cr、W、Mo、V、Ti、Si 等缩小铁碳相图中奥氏体相 区。Cr、Ti、Si 等当其超过一定含量后，可获得单相铁素钢 ，例如 1Cr17Ti 高铬铁素体不锈钢。
V 形成以α-Fe 为基的无限固溶体；Mo 和 W 形成较宽溶 解度的有限固溶体；Ti、Nb、Ta形成具有较窄溶解度的有限 固溶体；Zr、Hf、Pb在 Fe 具有很小的溶解度。
钢的合金化基础
在钢中碳化物相对稳定性的顺序如下：
Hf > Zr > Ti > Ta > Nb > V > W > Mo > Cr > Mn > Fe > Co > Ni
强碳化物形成元素它所形成的碳化物比较稳定，其 溶解温度较高，溶解速度较慢，析出和聚集长大速度 也较低； 弱碳化物形成元素的碳化物稳定性较差，很 容易溶解和析出，并有较大的聚集长大速度。
特点：1.这些碳化物是中强碳化物形成元素形成的碳化 物；
型 2. rc/rMe >0.59 引起点阵畸变，形成复杂点阵类
（3）渗碳体（正交点阵） M3C型： Fe3C，（FeCr）3C，（FeMn）3C等
特点：当合金元素含量很少时，合金元素将不能形成自 己特有的 碳化物，只能置换渗碳体中的Fe原子，称 为合金渗碳体。
硼、锆、铌、钽、硫属于此类合金元素。
铁素体形成元素易优先分布于铁素体中。
合金元素改变奥氏体区的位置
随Cr含量增加，SE 向左上移，SG向左 上移，使γ区逐渐缩 小。
• 缩小A相区的元素 （Cr，W，Mo，V， Ti，Si等）使S点左 移，A3线上升；
铬对奥氏体相区的影响
合金元素对特征点S、E的影响
奥氏体形成元素使A1、 A3点下移，使得奥氏 体温度下降；铁素体 形成元素使A1、A3点 上移，热处理时加热 温度应该提高。
1.1.2 按与C相互作用（亲和力大小）分类
• 非碳化物形成元素 Ni，Cu，Si，Al，P等
• 碳化物形成元素
Hf，Zr，Ti，Ta，Nb，Cr，W，Mn，Fe
最强
中强
弱
1.1.3 按对奥氏体层错能的影响分类
2．硫（S）和磷（P） S：在固态铁中的溶解度极小， S和Fe能形成FeS，并易于形成低熔
Hf > Zr > Ti > Ta > Nb > V > W > Mo > Cr > Mn > Fe > Co > Ni
强碳化物形成元素它所形成的碳化物比较稳定，其 溶解温度较高，溶解速度较慢，析出和聚集长大速度 也较低； 弱碳化物形成元素的碳化物稳定性较差，很 容易溶解和析出，并有较大的聚集长大速度。
特点：1.这些碳化物是中强碳化物形成元素形成的碳化 物；
型 2. rc/rMe >0.59 引起点阵畸变，形成复杂点阵类
（3）渗碳体（正交点阵） M3C型： Fe3C，（FeCr）3C，（FeMn）3C等
特点：当合金元素含量很少时，合金元素将不能形成自 己特有的 碳化物，只能置换渗碳体中的Fe原子，称 为合金渗碳体。
硼、锆、铌、钽、硫属于此类合金元素。
铁素体形成元素易优先分布于铁素体中。
合金元素改变奥氏体区的位置
随Cr含量增加，SE 向左上移，SG向左 上移，使γ区逐渐缩 小。
• 缩小A相区的元素 （Cr，W，Mo，V， Ti，Si等）使S点左 移，A3线上升；
铬对奥氏体相区的影响
合金元素对特征点S、E的影响
奥氏体形成元素使A1、 A3点下移，使得奥氏 体温度下降；铁素体 形成元素使A1、A3点 上移，热处理时加热 温度应该提高。
1.1.2 按与C相互作用（亲和力大小）分类
• 非碳化物形成元素 Ni，Cu，Si，Al，P等
• 碳化物形成元素
Hf，Zr，Ti，Ta，Nb，Cr，W，Mn，Fe
最强
中强
弱
1.1.3 按对奥氏体层错能的影响分类
2．硫（S）和磷（P） S：在固态铁中的溶解度极小， S和Fe能形成FeS，并易于形成低熔
《第一节 合金》PPT课件
思考与交流
铸造硬币的合金应具备哪些 特征？
有一定的硬度，不能太硬，压数
字和图案。 耐磨 抗腐蚀 不能太昂贵：低于合金价值
铸币合金成分
一元：钢芯镀镍
五角：钢芯镀铜
一角：铝合金
三种金属价值：镍大于铜大于铝
4、新型合金
储氢合金 钛合金 耐热合金 记忆合金 泡沫金属
5、现代高层建筑中的门窗很多使用 铝合金而很少使用钢，请分析原因。
铝合金的抗腐蚀性比钢强 铝合金的密度比钢小、强度高 铝合金与钢价格如何？
6、说明为什么钛及钛合金被誉为 “空间金属”和“海洋金属”？ 钛及钛合金密度小、强度高、 耐高温、抗腐蚀性强。
Hale Waihona Puke 2、制造焊锡时，把铅加入的主要原 因是 C A.增强抗腐蚀能力 B.增加强度 C.降低熔点 D.增加延展性 3、武德合金中含有铅、铋、锡和 镉，是一种低熔点合金（熔点为 70℃）。试根据这一性质推测它的 用途。 电路保险丝 自动灭火装置 防爆安全装置
4、哪种合金适合用来制造下列物品？ 试说明理由。 手术刀 不锈钢 防盗门 铁合金 门锁 铁合金、铜合金、 钥匙 铁合金、铜合金、铝合金 金、铂及其合金 饰物 飞机外壳 铝合金
学与问 日常生活中常用的不锈钢在大 气中抗腐蚀能力很强，在海水中会 被腐蚀。这对你有什么启示？
不锈钢的抗腐蚀能力很强，是 相对的，是有条件的。
就好象对水的“纯”一样，没 有绝对的“纯”。
课本P29资料卡片
2、铝合金： 密度小、强度大、抗腐蚀力强。 铝是地壳中含量最多的金属元素。 纯铝的硬度较小，不适于制造机器 零件等。 向铝中加入少量的合金元素如Cu Mg Si Mn Zn及稀土元素等制成铝 合金的机械强度明显增强。 硬铝： Cu4% Mg0.5% Mn0.5%Si0.7%
金属材料学第一章
△R,%
14.2
7.1
0.8
3.1
—
0.8
2.4
0.8
注：1、电子结构是3d层电子结构；2、原子半径是配位数12的数值
（1）Ni、Co、Mn与γ-Fe的点阵结构相同，原 子半径和电子结构相似--与γ-Fe无限互溶。
（2）Cr、V 与α-Fe的点阵结构，原子半径和 电子结构相似---与α-Fe无限互溶。
（a）Fe-C-Mn系 （b）Fe-C-Cr系 图1-3 M对Fe-C相图的影响
（2）对临界点的影响 A形成元素，随Me元素的增加，A1线下降； F形成元素，随Me元素的增加，A1线上升。
图1-4Me对共析温度的影响
图1-5 M对共析含碳量的影响
思考题： 1、40，40Mn2，哪个淬火温度？ 2、40，40Cr 哪个淬火温度高？ 3、40,40Cr,40CrMnMo这三种钢 P量排序？ 4、65Mn在820-840℃温度淬火， 变形量大，硬度低，出现开裂 现象，解释原因？
合金元素：为了改善和提高钢的力学性能和 使之获得某些特殊的物理、化学性能而专 门加入的元素。 合金钢：在化学成分上有目的加入合金元 素，用以保证一定的生产和加工工艺及力 学性能要求的铁基合金，称合金钢。
钢中常常加入的合金元素有：
第二周期：B、C、N 第三周期：Al、Si 第四周期：Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu 第五周期：Zr、Nb、Mo 第六周期：W 第七周期：稀土Re
复杂点阵结构：M23C6，M7C3，M3C 特点：硬度、熔点较低，稳定性较差；
简单点阵结构：MC，M2C。又称间隙相 特点：硬度高，熔点高，稳定性好。
M6C型不属于金属型碳化物，复杂结构， 性能特点接近于简单点阵结构
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熟悉铸铁的牌号、成份、热处理工艺、组织及 其应用。 一般了解铜合金的牌号、性能特点和应用
.
6
学习建议
1．本学期介绍的金属材料是工程上最常用的工程材料。 本课程的重点内容，需要认真学习，认真领会。一些 常用金属材料的牌号要熟记。
2．学习每章内容均有相应的作业，以加深对内容的理解。 3．课堂会举例分析金属材料的应用情况。加深对课程内
（2）缩小γ相区：B、 Zr、Nb、Ta
.
14
作用
使A3↑，A4↓，γ区缩小，促进α形成 总结： 合金元素与铁的作用是由：合金元素的点
阵类型、尺寸因素、电化学因素（电负 性）所决定的。
.
15
以第四周期的合金元素为例说明：
Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu
结构
BCC
3d层电子数 2、 3、5
近简单点阵结构
.
18
二．K形成的一般规律
1．K类型
Me
Fe Mn Cr V Mo W Ti Nb
rc/rMe 0.61 0.60 0.61 0.57 0.56 0.55 0.53 0.53
M3C：渗碳体，正交点阵； M7C3：例Cr7C3，复杂六方 ；
M23C6：例Cr23C6，复杂立方 ； M2C：例Mo2C、W2C。密排六方 ；
.
8
第一章 钢的合金化基础 §1.1 钢中合金元素及其分类
一．杂质元素（impurity- element）
1．分类
常存杂质：Mn Si Al S P 隐存杂质： O H N
偶存杂质：Cu Sn Pb Cr
2．对钢性能的影响
热脆: S 冷脆: P
氢脆: H
.
9
二．合金元素（alloying-
element） 第三周期：Al、Si
.
3
第1 章为钢的合金化基础理论部分，我们将着 重讨论钢和合金元素、合金钢中的相组成与相 变、合金元素对钢的强韧性和工艺性的影响及 微量元素在钢中的作用。
第2-第8章通过对常用钢铁材料和有色金属材 料的成分、组织结构、热处理工艺与性能之间 的关系及应用范围进行比较全面、系统地学习。
非金属材料部分自学
容的理解。 4．浏览相关网站，收集金属材料应用有关资料，了解新
的金属材料研究情况，拓宽知识面。 5．本课程的学时：48H 本课程的基础：材料科学基础、材料加工基础、力学性
能、金属腐蚀与防护
.
7
教材及参考书
教材：工程材料学 哈尔滨工业大学出版社 王晓敏 参考书：
《合金钢》 机械出版社 《合金钢》编写组编写 《合金钢》 机械出版社 华中工学崔崑主编 《有色金属材料及其热处理》 国防工业出版社北航西工大合编
.
4
例：入厂复验，某元素不合格
分析： 合金元素对材料各种性能的影响； 零件受力情况(G、Z、一般件)； 使用环境 经济性 最后决定此批材料是超差应用还是报废。
.
5
学习目标
着重掌握各类合金钢的钢号、成份特点、热处 理工艺、组织、性能以及它们的应用。 另外掌握有色金属的牌号、成份、热处理工 艺、组织及其应用。
同素异构中有 FCC FCC
5 6 7 8 10
尺寸因素 结果
V、Cr与α- Mn、Co、Ni与γ- Fe相近 Fe相近
V、Cr
Mn、Co、Ni与γ- Fe形成
与α- Fe形成 无限互溶的固溶体
无限互溶的
固溶体
.
16
§1.2 碳（氮）化物
合金元素分类
非K形成元素： Ni、Si、Al、Cu、
Co、N、P等
作用：①不易溶入γ中，细化γ晶粒，阻止γ长大；
②二次硬化（回火时析出）。
M6C型不属于单一金属型的碳化物, 属于合金K，复杂 结构，性能特点接近简单点阵结构。
.
21
（3）多元K（复合K）
两种以上金属元素与C形成K——多元K。
Me量少时，不能形成自己的K，溶入Fe3C，形 成合金渗碳体，（Fe，Cr ）3C、（Fe，Mn ） 3C；
.
20
（2） rc/rMe < 0.59 —简单结构相，如Mo、W、V、Ti 等，形成VC等MC型，W2C等M2C型 ，又称间隙相。
特点：①硬度高；②熔点高（可高达3000℃）；③稳定 性好（分解温度在1200℃以上）；④虽含有50-60% 的非金属原子，但仍有明显的金属特性；⑤成分偏离 分子式，VC0.96-0.75。
第四周期：Ti、V、Cr、Mn、Co、
1．定义
Ni、Cu 第五周期：Nb、Mo、Zr
合金元素
第六周期：W 第二周期：B、C
合金钢
第六、七周期：Re
2．钢中常用合金元素
.
10
3．合金钢的分类
可按合金元素总的含量进行分类： 高合金钢：Me›10% 中合金钢：Me=5~10% 低合金钢：Me≤5% 微合金钢：Me=0.1%
.
11
三、Me和Fe的作用
第一类：奥氏体稳定元素
Ni、Mn、Co
C、N、Cu、Zn、Au
.
12
奥氏体稳定元素
奥氏体稳定元素
开启γ相区： Ni、Mn、Co
扩展γ区： C、N、Cu、Zn、Au
作用：使A3↓，A4↑， γ区扩大，促进γ形成
.
13
第二类：铁素体稳定元素
（1）封闭γ相区：Ti、 V、Mo、 W、Cr（强K 形成元素）、Si、Al
工程材料学
上官晓峰
.
1
绪论
研究内容：工程材料学是研究材料的成分、组织、性
能之间的关系的一门学科，它对生产、使用和发展材 料起着重要的作用。
基本矛盾：科学技术、工业生产对材料所提出的性能
要求与材料本身所能提供的性能之间的矛盾，则构成
了工程材料学的基本矛盾。
.
2
学习基本内容
钢的合金化基础理论（第1章） 合金钢（第2-6章） 铸铁（第7章） 有色金属材料（第8章） 非金属材料（第9-12章）
MC：例VC、TiC，简单面心立方点阵 ；
M6C：不是一种金属K。复杂六方点阵 。
K也有空位存在 ；可形成复合K. , 如(Cr,Fe,Mo，…)7C3
19
2．K形成规律
（1）rc/rMe > 0.59 —复杂点阵结构，如 Cr、Mn、Fe ，形成Cr7C3、Cr23C6、 Fe3C、Mn3C等形式的K。 特点：①硬度低；②熔点低；③稳定性 较差，加热时易溶入γ中。 作用：提高γ稳定性，增加钢的淬透性及 回火稳定性。
K形成元素： Ti、Nb、V一、钢中常见的碳化物
复杂点阵结构：
M23C6、M7C3 、 M3C。
特点：硬度、
熔点较低，稳定
性较差；
碳化物类型
简单点阵结构：
M2C、MC。又称 间隙相。
特点：硬度高，
熔点高，稳定性好。
M6C型属于复合 碳化物, 复杂结
构.
性能特点接
.
6
学习建议
1．本学期介绍的金属材料是工程上最常用的工程材料。 本课程的重点内容，需要认真学习，认真领会。一些 常用金属材料的牌号要熟记。
2．学习每章内容均有相应的作业，以加深对内容的理解。 3．课堂会举例分析金属材料的应用情况。加深对课程内
（2）缩小γ相区：B、 Zr、Nb、Ta
.
14
作用
使A3↑，A4↓，γ区缩小，促进α形成 总结： 合金元素与铁的作用是由：合金元素的点
阵类型、尺寸因素、电化学因素（电负 性）所决定的。
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以第四周期的合金元素为例说明：
Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu
结构
BCC
3d层电子数 2、 3、5
近简单点阵结构
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二．K形成的一般规律
1．K类型
Me
Fe Mn Cr V Mo W Ti Nb
rc/rMe 0.61 0.60 0.61 0.57 0.56 0.55 0.53 0.53
M3C：渗碳体，正交点阵； M7C3：例Cr7C3，复杂六方 ；
M23C6：例Cr23C6，复杂立方 ； M2C：例Mo2C、W2C。密排六方 ；
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第一章 钢的合金化基础 §1.1 钢中合金元素及其分类
一．杂质元素（impurity- element）
1．分类
常存杂质：Mn Si Al S P 隐存杂质： O H N
偶存杂质：Cu Sn Pb Cr
2．对钢性能的影响
热脆: S 冷脆: P
氢脆: H
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二．合金元素（alloying-
element） 第三周期：Al、Si
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第1 章为钢的合金化基础理论部分，我们将着 重讨论钢和合金元素、合金钢中的相组成与相 变、合金元素对钢的强韧性和工艺性的影响及 微量元素在钢中的作用。
第2-第8章通过对常用钢铁材料和有色金属材 料的成分、组织结构、热处理工艺与性能之间 的关系及应用范围进行比较全面、系统地学习。
非金属材料部分自学
容的理解。 4．浏览相关网站，收集金属材料应用有关资料，了解新
的金属材料研究情况，拓宽知识面。 5．本课程的学时：48H 本课程的基础：材料科学基础、材料加工基础、力学性
能、金属腐蚀与防护
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教材及参考书
教材：工程材料学 哈尔滨工业大学出版社 王晓敏 参考书：
《合金钢》 机械出版社 《合金钢》编写组编写 《合金钢》 机械出版社 华中工学崔崑主编 《有色金属材料及其热处理》 国防工业出版社北航西工大合编
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例：入厂复验，某元素不合格
分析： 合金元素对材料各种性能的影响； 零件受力情况(G、Z、一般件)； 使用环境 经济性 最后决定此批材料是超差应用还是报废。
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学习目标
着重掌握各类合金钢的钢号、成份特点、热处 理工艺、组织、性能以及它们的应用。 另外掌握有色金属的牌号、成份、热处理工 艺、组织及其应用。
同素异构中有 FCC FCC
5 6 7 8 10
尺寸因素 结果
V、Cr与α- Mn、Co、Ni与γ- Fe相近 Fe相近
V、Cr
Mn、Co、Ni与γ- Fe形成
与α- Fe形成 无限互溶的固溶体
无限互溶的
固溶体
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§1.2 碳（氮）化物
合金元素分类
非K形成元素： Ni、Si、Al、Cu、
Co、N、P等
作用：①不易溶入γ中，细化γ晶粒，阻止γ长大；
②二次硬化（回火时析出）。
M6C型不属于单一金属型的碳化物, 属于合金K，复杂 结构，性能特点接近简单点阵结构。
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21
（3）多元K（复合K）
两种以上金属元素与C形成K——多元K。
Me量少时，不能形成自己的K，溶入Fe3C，形 成合金渗碳体，（Fe，Cr ）3C、（Fe，Mn ） 3C；
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（2） rc/rMe < 0.59 —简单结构相，如Mo、W、V、Ti 等，形成VC等MC型，W2C等M2C型 ，又称间隙相。
特点：①硬度高；②熔点高（可高达3000℃）；③稳定 性好（分解温度在1200℃以上）；④虽含有50-60% 的非金属原子，但仍有明显的金属特性；⑤成分偏离 分子式，VC0.96-0.75。
第四周期：Ti、V、Cr、Mn、Co、
1．定义
Ni、Cu 第五周期：Nb、Mo、Zr
合金元素
第六周期：W 第二周期：B、C
合金钢
第六、七周期：Re
2．钢中常用合金元素
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3．合金钢的分类
可按合金元素总的含量进行分类： 高合金钢：Me›10% 中合金钢：Me=5~10% 低合金钢：Me≤5% 微合金钢：Me=0.1%
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三、Me和Fe的作用
第一类：奥氏体稳定元素
Ni、Mn、Co
C、N、Cu、Zn、Au
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12
奥氏体稳定元素
奥氏体稳定元素
开启γ相区： Ni、Mn、Co
扩展γ区： C、N、Cu、Zn、Au
作用：使A3↓，A4↑， γ区扩大，促进γ形成
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第二类：铁素体稳定元素
（1）封闭γ相区：Ti、 V、Mo、 W、Cr（强K 形成元素）、Si、Al
工程材料学
上官晓峰
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1
绪论
研究内容：工程材料学是研究材料的成分、组织、性
能之间的关系的一门学科，它对生产、使用和发展材 料起着重要的作用。
基本矛盾：科学技术、工业生产对材料所提出的性能
要求与材料本身所能提供的性能之间的矛盾，则构成
了工程材料学的基本矛盾。
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学习基本内容
钢的合金化基础理论（第1章） 合金钢（第2-6章） 铸铁（第7章） 有色金属材料（第8章） 非金属材料（第9-12章）
MC：例VC、TiC，简单面心立方点阵 ；
M6C：不是一种金属K。复杂六方点阵 。
K也有空位存在 ；可形成复合K. , 如(Cr,Fe,Mo，…)7C3
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2．K形成规律
（1）rc/rMe > 0.59 —复杂点阵结构，如 Cr、Mn、Fe ，形成Cr7C3、Cr23C6、 Fe3C、Mn3C等形式的K。 特点：①硬度低；②熔点低；③稳定性 较差，加热时易溶入γ中。 作用：提高γ稳定性，增加钢的淬透性及 回火稳定性。
K形成元素： Ti、Nb、V一、钢中常见的碳化物
复杂点阵结构：
M23C6、M7C3 、 M3C。
特点：硬度、
熔点较低，稳定
性较差；
碳化物类型
简单点阵结构：
M2C、MC。又称 间隙相。
特点：硬度高，
熔点高，稳定性好。
M6C型属于复合 碳化物, 复杂结
构.
性能特点接