材料

材料知识总结，包括材料的性能、材料的结构、材料的凝固与结晶、钢铁材料、钢的热处理、金属的塑性变形及再结晶等内容。

中心主题

材料的性能

强度

屈服强度

抗拉强度

刚度弹性

塑性

延伸率

断面收缩率

硬度

布氏硬度HB

优点：测量误差小，数据稳定

缺点：压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头还硬的材料

洛氏硬度HR

HRA用于测量高硬度材料， 如硬质合金、表淬层和渗碳层。 HRB用于测量低硬度材料, 如有色金属和退火、正火钢等. HRC用于测量中等硬度材料，如调质钢、淬火钢等。

优点：操作简便,压痕小，适用范围广.

缺点:测量结果分散度大。

维氏硬度HV

维氏硬度所用载荷小,压痕浅，适用于测量零件表面的薄硬化层、镀层及薄片材料的硬度，载荷可调范围大，对软硬材料都适用。

疲劳

提高疲劳抗力

改善零件的结构形状以避免应力集中

降低零件表面的粗糙度

采用表面强化处理

尽可能减少各种热处理缺陷

冲击韧性

材料的结构

金属的晶体结构

体心立方

面心立方

密排六方

各向异性

晶体在不同方向上性能不相同的现象称为各向异性。

金属的晶体缺陷

点缺陷

线缺陷

面缺陷

材料的凝固与结晶

结晶过程

金属结晶就是晶核不断形成和不断长大的过程。

结晶的温度条件

在该温度下固态自由能<液态自由能

金属塑性变形后的加热（三个阶段）

回复

再结晶

晶粒长大

共晶相图

两组元在液态无限互溶，在固态有限溶解,并发生共晶反应时所构成的相图。

包晶相图

两组元在液态下无限互溶，在固态有限溶解，并发生包晶反应时的相图。

铁碳合金相图

铁碳合金相图的基本相

铁素体（用F或 a 表示）

是碳在 a-Fe 中的间隙固溶体呈体心立方晶格。铁素体的强度和硬度低、塑性好，力学性能与纯铁相似。铁素体在770℃以下具有磁性。

奥氏体（用A或 表示）

是碳在 -Fe 中的间隙固溶体呈面心立方晶格。奥氏体的强度和硬度不高，塑性好，容易压力加工。奥氏体没有磁性。

高温铁素体

是碳在8- Fe 中的间隙固溶呈体心立方晶格。

渗碳体

含碳量6.69%，渗碳体的硬度很高，强度极低，脆性非常大。

Fe-Fe3C相图

主要特性线

ACD线和AECF线： ACD线是液相线,AECF线是固相线。

ECF线： 共晶线温度1148℃。

PSK线： 共析线温度727℃，又称A1线。

GS线： A3线。

ES线： Acm线。

PQ线： 碳在铁素体中的溶解度线。

相区

单相区 F、A、L和Fe3C四个.

两相区 L+A、L+Fe3C、A+F、F+Fe3C和A+Fe3C五个。

钢铁材料

钢的分类

化学成分

碳素钢

合金钢

冶金质量

普通钢

优质钢

高级优质钢

脱氧程度

沸腾钢（脱氧不完全）

镇静刚（脱氧较完全）

半镇静钢

用途

结构钢

工具钢

特殊性能钢

金相组织

亚共析钢

共析钢

过共析钢

常存元素和杂志对钢性能的影响

有益元素

锰

硅

有害元素

硫：在固态下，硫在铁中溶解度极小，主要以FeS形态存在于钢中，FeS与Fe可形成低附熔点的共晶体，使钢材在加工过程中沿晶界开裂

磷：磷有强烈的固溶强化作用，使钢的强度、硬度增加，但塑性、韧性则显著降低

磷

合金元素在钢中的存在形式

形成合金铁素体

形成合金碳化体

形成非金属夹杂物

合金元素对铁-渗碳体相图的影响

改变了奥氏体相图范围

扩大了奥氏体相区的元素：镍、锰、碳、氮等。 使S点右移，E点左移。

缩小奥氏体相区的元素：鉻、钼、硅、钨等。

钢的热处理

奥氏体的形成过程

奥氏体的形核与长大

剩余渗碳体的溶解

奥氏体成分的均匀化

热处理有两种冷却方式

等温冷却

将钢由加热温度迅速冷却到临界点 Ars 以下的既定温度，保温一定时间，进行恒温转变，然后再冷却到室温的过程。

连续冷却

将钢由加热温度连续冷却到室温，在临界点以下进行连续转变的过程。

退火

将钢加热到临界点 Ae 以上或者在临界点以下某一既定温度保温一定时间，然后缓慢冷却（一般是随炉冷却）的一种热处理工艺。

目的

改善组织和使成分均匀化，以提高钢的性能。

消除不平衡的强化状态

经过重结晶以细化晶粒、改善组织，为最终热处理做好组织上的准备

分类

完全退火

等温退火

球化退火

去应力退火

扩散退火

正火

将钢加热到Ac3以上30-50℃（亚共析钢）或者 或Accm以上30~50℃（过共析钢）,保温一定时间后在空气中冷却，得到索氏体组织。

淬火

将淬火刚加热到Ac3以上30-50℃（亚共析钢）或者 Adf 以上30~50"℃（共析钢、过共析钢），保温一定时间，然后快速冷却（油冷或水冷），使奥氏体转变为马氏体的热处理工艺。

目的

获得马氏体组织以提高钢的强度和硬度。

回火

将淬火钢加热到 AcI 以下的某一温度，保温一段时间，然后冷却至室温，改善组织并消除内应力的热处理工艺

回火的种类和应用

低温回火（150-250℃)：得到马氏体组织

中温回火（350-500℃)：得到回火屈氏体组织

高温回火（500-650℃)：得到回火索氏体

金属的塑性变形及再结晶

单晶体金属的塑性变形

滑移

滑移

多晶体金属的塑性变形

晶界及晶粒位向差的影响

晶粒大小对金属力学性能的影响

合金的塑性变形与强化

单相固溶体合金的塑性变形与固溶强化

多相固溶体合金的塑性变形与弥散强化

塑性变形对金属组织结构的影响

纤维组织

亚结构

形变结构

塑性形变对金属性能的影响

加工硬化

残余应力

回复

热处理方式：去应力退火

再结晶

金属从一种固体晶态过渡到另一种圖体晶态的过程称为再结晶。加工硬化，把金属的力学和物化性能基本恢复到变形前的水平。

提高塑性变形抗力的途径

细化晶粒

形成固溶体

形成第二相

采用冷加工变形