1、王永强王永强不锈钢和耐热钢不锈钢和耐热钢4钢的合金化原理1工程结构和机械制造结构钢2工模具钢工模具钢35有色金属合金及新型金属材料6铸铁铸铁材料能源信息材料材料 Materialsl 是人类用于制造生活和生产工具赖以生存和发展的重要物质基础；l 是当今社会物质文明进步的根本性支柱之一；l 是国民经济、国防及其他高新技术产业发展不可或缺的物质基础。材料科学与工程(MSEMaterials Science and Engineering)：l 关于材料成分、制备与加工、组织结构与性能以及材料使用性能诸要素和它们之间相互关系的有关知识的开发与应用的科学。材料科学与工程专业（一级学科一级学科）：l 材
2、料物理与化学l 材料学l 材料加工工程l 金属材料l 无机非金属l 高分子材料二二级级学学科科金属材料学：l 从科学意义上与材料科学与工程的定义是一致的，只不过研究对象限于金属材料金属材料。l 金属材料学科属于应用科学基础范畴，它以凝聚态物理和物理化学、晶体学为基础理论，结合冶金、机械、化工等学科知识，去探讨金属材料的成分(compositons)、工艺(processes)、组织结构(microstructure)、性能及使用性能(properties、performance)之间的内在规律，并联系具体器件或构件的使用功能，力求能用经济合理的办法制备出来。性能与成分、组织结构间的关系；组织结
3、构与成分和加工工艺间的关系加工工艺加工工艺材料成为工业产品的桥梁材料成为工业产品的桥梁化学成分化学成分最本质因素最本质因素性能性能组织结构组织结构最直接因素最直接因素金属材料结构材料功能材料传统材料新型材料金属材料黑色黑色金属金属有色有色金属金属CompositionsSynthesisProcessingMicrostructurePropertiesPerformance金属材料的性能金属材料的性能力力学学性性能能物物理理性性能能化化学学性性能能工工艺艺性性能能使用性能u 使用性能：使用性能：指金属材料制成零件后为指金属材料制成零件后为保证其正常保证其正常工作及一定使用寿命工作及一定使用寿
4、命应具备的性能。包括应具备的性能。包括力学性力学性能能、物理性能物理性能和和化学性能化学性能。u 工艺性能：工艺性能：指金属在加工成零件或构件过程中应指金属在加工成零件或构件过程中应具备的适应加工的性能。包括具备的适应加工的性能。包括冶炼性能冶炼性能、铸造性铸造性能能、锻压性能锻压性能、切削加工性能切削加工性能、焊接性能焊接性能及及热处热处理工艺性能理工艺性能等。等。使用性能使用性能是保证能不能使用；工艺性能工艺性能是保证能不能生产和制造的问题。两者有时是一致的，有时互相矛盾。力学性能力学性能 指金属指金属在力的作用下在力的作用下所所显示出的与弹性和非弹性反应相关或显示出的与弹性和非弹性反应相
5、关或涉及应力涉及应力-应变关系的性能，如应变关系的性能，如强度强度、塑性塑性、弹性、硬度、韧性、疲劳等、弹性、硬度、韧性、疲劳等力学性能是选择和使用结构金属材料的重要依据。制备（加工）工艺制备（加工）工艺 冶炼与凝固 成型与热处理冶金与凝固理论塑性成型与固态相变理论其他热处理其他热处理普通热处理普通热处理表面热处理表面热处理热热处处理理退火退火(annealing)正火正火(normalizing)淬火淬火(quenching)回火回火(tempering)真空热处理真空热处理形变热处理形变热处理激光热处理激光热处理控制气氛热处理控制气氛热处理表面淬火表面淬火感应加热、火焰加热、感应加热、火焰
6、加热、电接触加热等电接触加热等化学热处理化学热处理渗碳、氮化、碳氮渗碳、氮化、碳氮共渗共渗、渗其他元素等、渗其他元素等整体热整体热处理处理 淬火淬火是将钢加热到临界点以上，保温后以大于是将钢加热到临界点以上，保温后以大于Vk速速 度冷却，使奥氏体转变为马氏体的热处理工艺度冷却，使奥氏体转变为马氏体的热处理工艺.淬火是应用最广的热处理淬火是应用最广的热处理工艺之一。工艺之一。l淬火目的是为获得马氏体淬火目的是为获得马氏体组织，提高钢的性能。组织，提高钢的性能。钢的淬火与回火淬透性与淬硬性淬透性与淬硬性M量和硬度随量和硬度随深度的变化深度的变化 淬透性淬透性是指钢在淬火时获得淬硬层深度的能力。其是
7、指钢在淬火时获得淬硬层深度的能力。其大小是用规定条件下淬硬层深度来表示。大小是用规定条件下淬硬层深度来表示。l淬硬层深度淬硬层深度是指由是指由工件表面到半马氏工件表面到半马氏体区体区(50%M+50%P)的深度。的深度。l淬硬性淬硬性是指钢淬火是指钢淬火后所能达到的最高后所能达到的最高硬度，即硬化能力硬度，即硬化能力.淬火加高温回火的热处理称作淬火加高温回火的热处理称作调质处理调质处理，简称调质，简称调质.广泛用于各种结构件如轴、广泛用于各种结构件如轴、齿轮等热处理。也可作为要齿轮等热处理。也可作为要求较高精密件、量具等预备求较高精密件、量具等预备热处理热处理。适用于各种高碳适用于各种高碳钢、
8、渗碳件及表钢、渗碳件及表面淬火件。面淬火件。应用应用获得良好的综合力学性能，获得良好的综合力学性能，即在保持较高的强度同时，即在保持较高的强度同时，具有良好的塑性和韧性。具有良好的塑性和韧性。提高提高 e及及 s，同时使工件具有同时使工件具有一定韧性一定韧性。在保留高硬度、高在保留高硬度、高耐磨性的同时，降耐磨性的同时，降低内应力。低内应力。回火目的回火目的S回回 T回回 M回回 回火组织回火组织500-650350-500150-250 回火温度回火温度 高温回火高温回火 中温回火中温回火 低温回火低温回火 适用于适用于弹簧热处理弹簧热处理钢的淬火与回火 回火回火是指将淬火钢加热到是指将淬火
9、钢加热到A1以下的某温度保温后冷以下的某温度保温后冷却的工艺。却的工艺。钢的淬火与回火Fe-Cr-Ni合金合金宏观组织宏观组织微观组织微观组织铁素体相铁素体相奥氏体相奥氏体相双相组织合金合金 组织组织 相相核电站主管道合金相金属化合物固溶体组元 1（纯金属）组元 N（纯金属）常见金属结构BCC FCC HCP材料结构原子结构原子结构原子的空原子的空间排列间排列 显微组织显微组织 晶晶态态非非晶晶态态相、组织、固溶体、金属化合物、相、组织、固溶体、金属化合物、珠光体、马氏体、奥氏体、铁素体珠光体、马氏体、奥氏体、铁素体1)碳素钢：碳素钢：含含C量大于量大于0.0218 wt.%而小于而小于2.1
10、1 wt.%、除、除Fe、C和限量的和限量的Si、Mn、P、S等杂质外，不含其他合金等杂质外，不含其他合金元素的钢。元素的钢。低碳钢低碳钢C0.25%；中碳钢；中碳钢C=0.25%-0.60%；高碳钢；高碳钢C0.60%。2)合金钢：合金钢：在碳素钢基础上为改善钢的某些性能而在碳素钢基础上为改善钢的某些性能而有目有目的地的地添加的添加的适量的适量的一种或多种合金元素而构成的钢种。一种或多种合金元素而构成的钢种。低低合金钢（合金钢（Me总总5%）、中合金钢（）、中合金钢（5%Me总总5%）。1、按成分分类、按成分分类钢铁材料钢铁材料2、按用途分类按用途分类 结构钢结构钢 包括包括工程结构钢工程结
11、构钢（碳素结构钢和低合金高强度钢）和（碳素结构钢和低合金高强度钢）和机械机械制造结构钢制造结构钢（优质碳素结构钢和合金结构钢）。（优质碳素结构钢和合金结构钢）。钢铁材料钢铁材料 工模具钢工模具钢可分为碳素工具钢和合金工具钢。或者刃具钢、冷变形模可分为碳素工具钢和合金工具钢。或者刃具钢、冷变形模具钢、热变形模具钢和量具钢等。具钢、热变形模具钢和量具钢等。特殊性能钢特殊性能钢主要为不锈耐蚀钢和耐热钢，均为合金钢。主要为不锈耐蚀钢和耐热钢，均为合金钢。3、按冶金质量分类按冶金质量分类 普通钢：普通钢：S0.055%，P0.045%。优质钢：优质钢：S0.035%，P0.035%。高级优质钢：高级优质钢：S0.030%，P0.030%。特级优质钢：特级优质钢：S0.020%，P0.025%。注：碳素钢有普通级，而合金钢没有普通级。注：碳素钢有普通级，而合金钢没有普通级。钢铁材料钢铁材料
