金属材料学

金属材料学

(Science of Metal Materials)

课程编号：07171390

学 分：3

学 时： 45 （其中：讲课学时：41 实验学时：4 上机学时：0 ）

先修课程：金属学、金属组织控制原理、金属材料强韧化、材料力学性能

适用专业：金属材料工程、材料成型加工、冶金专业。

教 材：戴起勋主编.金属材料学.北京：化学工业出版社，2005.9

开课学院：材料科学与工程学院

一、课程的性质与任务：

《金属材料学》是一门金属材料工程等专业的核心课程，其特点是综合性、应用性、辩证性较强。在金属学、金属组织控制原理及工艺和力学性能等课程的基础上，系统介绍金属材料合金化的一般规律及金属材料的成分、工艺、组织、性能及应用的关系。通过课堂讲授、实验等教学环节，使学生系统掌握有关金属材料学方面的知识，培养学生研究开发和合理应用金属材料的初步能力。

二、课程的基本内容及要求

绪论（金属材料的过去、现在和将来）：

1．教学内容

（1）金属材料发展简史

（2）现代金属材料

（3）金属材料的可持续发展与趋势

2．基本要求

了解金属材料在国民经济中的地位与作用、金属材料的发展概况和本课程的性质、地位和任务。

第一章 钢的合金化原理

1．教学内容

（1）钢中的合金元素：合金元素和铁基二元相图；合金元素对Fe-C相图的影响；合金钢中的相组成；合金元素在钢中的分布；

（2）合金钢中的相变：合金钢加热奥氏体化，合金过冷奥氏体分解；合金钢回火转变；

（3）金元素对强度、韧度的影响及其强韧化；

（4）合金元素对钢工艺性能的影响；

（5）微量元素在钢中的作用

（6）金属材料的环境协调性设计基本概念；

（7）钢的分类、编号方法。

2．基本要求

（1）掌握钢中合金元素与铁和碳的作用；铁基固溶体、碳（氮）化合物的形成规律；合金元素在钢中的分布；合金元素对铁-碳状态图的影响

（2）了解钢的分类、编号方法

金属材料学复习题及答案（1-32题）

1. 解释下列名词

合金元素:特别添加到金属中为了保证获得所要求的组织结构、物理、化学和机械性能的化学元素。

合金钢：为了增加某些性能而添加合金元素的钢

马氏体：碳溶于α-Fe的过饱和的固溶体，是奥氏体通过无扩散型相变转变成的亚稳定相

奥氏体：碳溶于ɣ-Fe中形成的固溶体

淬透性：钢在淬火时能获得马氏体的能力，是钢本身固有的一个属性

淬硬性：在理想淬火条件下，以超过临界冷却速度所形成的马氏体组织能够达到的最高硬度

淬火临界冷却速度：为了获得马氏体所需的最低的冷却速度

二次硬化 ：某些铁碳合金（如高速钢）须经多次回火后，才进一步提高其硬度。这种硬化现象，称为二次硬化，它是由于特殊碳化物析出和（或）由于与奥氏体转变为马氏体或贝氏体所致

不锈钢 ：在空气、水、盐、酸、碱等腐蚀介质中具有高的化学稳定性的钢

耐热钢：通常将在高温条件下工作的钢称耐热钢

2.合金元素在钢中以什么形式存在?对钢的性能有哪些影响?

答：存在形式：溶于固溶体、形成碳化物和氮化物、存在于金属化合物、各类夹杂物、自由态

固溶体：随溶质元素含量的增多，产生固溶强化作用

3.指出Fe-C相图中Ac1、Ac3、ACcm、Ar1、Ar3、Arcm各相变点的意义。

答：Ac1：加热时，P向A转变的开始温度；

Ac3：加热时，先共析F全部转为A的终了温度

ACcm：加热时，Fe3CⅡ全部融入A的终了温度

Ar1：冷却时，A向P转变的开始温度

Ar3：冷却时，A开始析出先共析F的温度

Arcm：冷却时，A开始析出Fe3CⅡ的温度

5.指出下列铁碳合金工件的淬火及回火温度，并说明回火后得到的组织和大致硬度。

（1）wc=0.45%钢制小轴（要求综合力学性能好）；（2）wc=0.60%钢制弹簧；（3）wc=1.2%钢制锉刀。

答：(1). 45钢小轴,840度淬火，回火温度调质 500-600，布氏250左右，回火索氏体

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《金属材料学》课程

各 章 小 结 和 学 习 思 路

（2005年修改）

戴起勋

材料科学与工程学院

2005年12月

2 1、合金化原理小结

MC、M2C型：简单点阵结构，熔点高，硬度高，稳定性好 ；

M3C、M7C3、M23C6型：复杂点阵结构，熔点低，硬度低，稳定性差 ；

M6C型：非金属性K。复杂点阵结构，性能特点接近MC、M2C型K K

类型

K

形成元素 Ti

Nb

V

α

形成元素

对

相图

的影响 α形成元素：↑A1，缩小γ区，使Fe-C相图S、E点向左上方移动；量多时，可获F钢；

γ形成元素：↓A1，扩大γ区，使Fe-C相图S、E点向左下方移动；量多时，可获A钢；

固溶体：置换固溶和间隙固溶度规律，与元素周期表的关系 W

Mo

Cr

/ Si

Mn

γ

形成元素

1、强者先，依次成；

2、相似者相溶：有限溶解，无限溶解；溶入强者，↑K稳定性；溶入弱者，↓K稳定性；

3、Nm/NC比值决定K类型；

4、强者稳，溶解难，析出难，聚集长大也是难；

5、rc/rM<0.59，形成简单结构间隙相；>0.59，形成复杂结构K；

6、量少时，形成复合K，量多时，形成特殊K K

形成规律

非K

形成元素

Ni

Co

C

N

Cu

Si /

对过冷

奥氏体相变影响 1、除Co外，Me均不同程度地使“C”曲线右移；

2、使P转变右移程度较大的元素：Mo、W、Mn、Cr„；

3、使B转变右移程度较大的元素：Mn、Cr、Ni、Si„；

4、K形成元素改变“C”曲线形状；

5、使MS点降低程度较大的元

素：（C、N）、Mn、Cr、Ni

„

多元适量复合加入 合金化设计 微合金化原理及应用

加热奥氏体化：不同K的溶解规律，Me对晶粒长大的影响；

回火转变：K形成元素↓ac，↓M分解；Si↓M分解；AR中析出K，反稳定化，↑MS；K聚集长大，类型转变，原位析出，异位析出，二次硬化；回火过程的强化与弱化，强化机制贡献大小的转化；

未知驱动探索，专注成就专业

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金属材料学

1. 简介

金属材料学是研究金属材料的性质、结构、制备和应用的学科。金属材料具有良好的导电性、导热性和可塑性，广泛应用于制造业、建筑业、能源领域等众多行业。金属材料学的研究内容包括金属材料的晶体结构、力学性能、热处理、腐蚀行为以及金属材料的应用和发展趋势等。

2. 金属材料的分类

金属材料可以根据其成分和结构进行分类。常见的金属材料分类包括： - 纯金属：由单一元素组成的金属材料，如铜、铁、铝等。 - 合金：由两种或更多种金属元素组成的金属材料，通过合金化可以改变金属材料的性能和特点，如钢、青铜、铝合金等。 - 亚共晶合金：由两种金属元素组成的合金，具有不同的熔点，通常表现为固溶体和共晶组织。 - 基体金属：组成合金中总量较大的金属元素，起到支撑和固定其他金属元素的作用。 - 异质金属：由两种或更多种具有不同性质的金属组成。

3. 金属材料的制备方法

金属材料的制备方法种类繁多，常见的制备方法有以下几种： - 熔炼法：将金属原料加热至熔点以上，使其熔化后进行凝固。 - 混合熔炼法：将不同金属原料按一定比例混合后进行共熔。 - 电解法：通过电解过程，在电解质溶液中制备金属。

- 粉末冶金法：将金属粉末加以压制和烧结以获得所需形态和性能的材料。 - 涂层法：将一种或多种金属材料涂覆在基体上。 未知驱动探索，专注成就专业

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4. 金属材料的性能和测试

金属材料的性能包括力学性能、物理性能和化学性能。常用的测试方法有： -

拉伸试验：用于测定金属材料的强度、塑性和韧性等力学性能。 - 硬度测试：用于测定金属材料的硬度，常见的硬度测试方法有布氏硬度、洛氏硬度和巴氏硬度等。

- 压缩试验：用于测定材料的抗压性能，常常用于金属材料的强度测试。 - 磨损测试：用于测定金属材料的耐磨性能，常见的磨损测试方法有滚动磨损试验和滑动磨损试验等。 - 腐蚀测试：用于测定金属材料在不同环境条件下的耐蚀性能，常见的腐蚀测试方法有盐雾试验和电化学腐蚀测试等。