金属材料强韧化

金属材料强韧化

Toughening And Strengthening of Metal Materials

课程编号：07310400

学分： 2

学时：30（其中：讲课学时：24 实验学时：6）

先修课程：材料科学基础、金属学原理、金属组织控制原理

适用专业：材料科学与工程类专业

教材：《金属组织控制技术与设备》，邵红红纪嘉明主编，北京大学出版社，2011年9月第1版

开课学院：材料科学与工程学院

一、课程的性质与任务：

《金属材料强韧化》是金属材料工程专业的一门专业主干课。通过讲课、实验等教学环节来掌握各种基本的热处理工艺原理及热处理工艺对金属合金组织与性能的影响规律，熟悉主要的热处理工艺，了解我国发展热处理的方向、任务和当代热处理工艺科学的最新成就，为分析、制定热处理工艺和探索发展新的工艺打下基础。

二、课程的基本内容及要求：

第一章、退火和正火

1、教学内容

（1）退火和正火的定义、目的和分类

（2）常用退火工艺方法

（3）钢的正火

（4）退火、正火后钢的组织和性能

（5）退火、正火缺陷

2、基本要求

掌握退火、正火的基本含义、目的和分类。正确选择退火和正火工艺。掌握各种退火、正火后钢的组织和性能。了解退火和正火的常见缺陷以及消除这些缺陷的方法。第二章、钢的淬火及回火

1、教学内容

（1）淬火的定义、目的及必要条件

（2）淬火介质

（3）钢的淬透性

（4）淬火应力、变形及开裂

（5）淬火工艺规范的原则、淬火工艺方法及应用

（6）钢的回火

2、基本要求

掌握淬火的定义、目的及淬火的必要条件。理解常用淬火介质的冷却特性。了解常用淬火介质的使用范围，能对不同的材料正确选择淬火介质。理解钢的淬透性和钢的淬硬性两者之间的区别，掌握影响淬透性的因素。理解淬火应力及变形的特征，能分析工件经热处理后所产生的变形及开裂原因。掌握淬火工艺规范的原则，淬火工艺方法及其应用。掌握钢的回火及回火工艺，能根据工件的使用要求正确选择回火工艺。了解淬火、回火缺陷及其预防及补救措施。

第三章、钢的表面淬火

1、教学内容

（1）表面淬火的目的、分类及应用

（2）表面淬火工艺原理

（3）表面淬火方法

2、基本要求

掌握快速加热时组织转变的特点以及表面淬火层组织结构与性能之间的关系、表面淬火的目的与应用，了解表面淬火的分类。掌握表面淬火的工艺原理以及表面淬火后的组织与性能。

第四章、金属的化学热处理

1、教学内容

（1）化学热处理基本原理

（2）钢的渗碳

（3）金属的渗氮

（4）钢的碳氮共渗

（5）渗金属

2、基本要求

掌握化学热处理基本原理。了解化学热处理的渗剂及反应原理。掌握钢的渗碳、渗氮、碳氮共渗的工艺设备，并熟练掌握这些化学热处理后的组织与性能。理解钢的渗硼、渗铬、渗铝等化学热处理工艺。掌握常用化学热处理工艺所用材料及预处理。理解化学热处理的常见缺陷及引起原因。

第五章、热处理新技术与新工艺

1、教学内容

（1）淬火新技术与新工艺

（2）现代热处理节能技术

2、基本内容

掌握钢件强韧化处理的原理及技术、双细化处理的原理及工艺、强烈淬火技术的原理以及应用，了解节能热处理的内涵及途径。

四、大纲说明

1、本课程的实验教学见《金属材料强韧化实验指导书》实验教学大纲。

2、讲授时应结合专业知识，综合地分析问题，采用启发式，培养学生掌握应用专业知识分析问题的思路与方法。

3、每次课后布置思考题，以巩固所学知识。

五、参考书目：

1、《热处理检验与质量控制》，邵红红，吴晶编著，机械工业出版社，2011年7月第1版。

2 《热处理工艺及设计》，彭其凤、丁洪太主编，上海交通大学出版社，1998年第1版。

制定人：邵红红审定人：批准人：

2013 年 4 月

课程简介

课程编码：07310400

课程名称：金属材料强韧化

英文名称：Toughening And Strengthening of Metal Materials

学分：2

学时：30 （其中：讲课学时：24 实验学时：6 ）

课程内容：《金属材料强韧化》是金属材料工程专业的一门专业课程。它以金属学原理、金属材料组织控制原理等课程为基础，着重介绍金属热处理工艺对其组织与

性能的影响及有关的工艺原理，最终以技术与经济统一的观点，阐述热处理

工艺设计的基本原则。

选课对象：金属材料工程专业本科三年级学生

先修课程：材料科学基础、金属学原理、金属组织控制原理

教材：《金属组织控制技术与设备》，邵红红纪嘉明主编，北京大学出版社，2011年9月第1版

材料科学基础-材料的强韧化

1.强化金属材料的各种手段,考虑的出发点在于制造无缺陷的晶体或者制造位错运动的障碍

4.常见公式和相关计算题 公式一:霍尔-佩奇 d 21-0 s k +=σ σ 公式二:培莱-赫许公式ρ τ τ210 aGb += 题一:若平均晶粒直径为1mm 和0.04mm 的纯铁的屈服强度分别为100mpa 和250mpa,则平均晶粒直径为0,01mm 的纯铁的屈服强度为多少? 答:根据材料的屈服强度与晶粒尺寸的霍尔佩琪公式: d 21- s k +=σ σ

有: )(122 11 2 12 21121 1 s σσσσs s s d d d d ---+=- --- 所以:MPA 5.337)100250(1 110004 .001 .02 121s =---+=- - σ 题二:晶体滑移面上有一位错环,外力场在其柏士矢量方向的切应力为G 10 4 -= τ,柏士矢量 m 55.2b 1010 -?=此位错环在晶体中能扩张的半径为多大? 答:单位长度位错受力为: GN/m 55.255.2G b F 10101014 -10-4-?=??==τ 曲率半径为R 的位错因线张力而施加于单位长度位错线的力R 2G F b 2 ≈,当此力和外加应力 场对位错的力相等所对应的R 就是此位错环在晶体中能扩张的半径,所以: m GN /55.22R G 10b 14 2 -?=,即m 275.1R 106 -?= 5.合金强化包括固溶强化和沉淀相颗粒强化 6.陶瓷材料韧化机制为相变增韧和微裂纹增韧 7.位错在金属晶体中收到这些阻力: 8.复合材料的增韧机制有: 9.高温时细晶材料比粗晶材料软,与常温时的细晶强化作用相反.高温时可利用定向凝固来增大颗粒,而通过机械震动,添加不溶杂质,增加过冷度来细化晶粒 10.细晶强化能增大材料的韧性的原因是:晶粒越细,单位体积内晶粒越多,形变时同样的形变量分散到更多的晶粒中,产生均匀形变而不会产生应力集中,引起裂纹的过早产生和发展 11.弹性模量大一般强度和脆性大,弹性模量小不意味着不易变形,例如橡皮筋弹性模量较小但是变形大,因为机制不同 12.加工硬化应力-应变曲线一般有三个阶段:易滑移阶段,线性硬化阶段,抛物线硬化阶段 13.加工硬化原理类似与位错强化机制,是金属形变后的位错密度增加,起到了强化作用 14.形变后的屈服应力称为流变应力 15.替换式固溶强化作用小于填隙式固溶强化,但在高温时变得较为重要 16.可变形微粒的强化作用为切割机制,适用于第二相粒子较软并与基体共格的情形;不可变形微粒的强化作用为奥罗万机制（位错绕过机制）,适用于第二相粒子较硬并与基体界面为非共格的情形。 17.高聚物的强化方法： （1）引入极性基 链上极性部分越多，极性越强，键间作用力越大； （2）链段交联 随着交联程度的增加，交联键的平均距离缩短，使材料的强度增加； （3）结晶度和取向 高聚物在高压下结晶或高度拉伸结晶性高聚物，可使材料的强度增加；

金属材料的强化机理讲解

材料结构与性能读书报告--金属材料的强化机理

摘要 综合论述金属材料强化原理，基本途径，文章从宏观性能—微观组织结构—材料强化三者的相互依存关系，叙述了材料强化的本质、原理与基本途径作了论述。金属的强化可以改善零件的使用性能，提高产品的质量，充分发挥材料的性能潜力，延长工件的使用寿命，在实际应用中，有着非常重要的意义。对工程材料来说，一般是通过综合的强化效应以达到较好的综合性能。具体方法有固溶强化、形变强化、沉淀强化和弥散强化、晶界强化、位错强化、复相强化、纤维强化和相变强化等。 关键词：强化；细晶；形变；固溶；弥散；相变

Abstract In this paper a summary is made on the principle of material strengthening,basis way and new technology of heat treatment.The essence,principle and basis ways of strengthening various materials were expounded in terms of their microscope properties,microstructure and material strengthening technology.：Metal strengthening can improve the performance of parts, improve the quality of products, give full play to the properties of materials, extend the use of workpiece potential life, in practical applications, has a very important significance. A systematic discussion was made about the explantation of the potential of materials.For engineering materials, it is usually by the strengthening effect comprehensive to achieve good comprehensive performance. Specific methods have solid-solution strengthening,distortion and deposition strengthening ,he complex phase strengthening,fiber reinforced and phase change aggrandizement, etc. Keywords：strengthen; fine grain; deformation; solution; dispersion; phase transition

金属材料学教学大纲

金属材料学 (Science of Metal Materials) 课程编号：07171390 学分：3 学时： 48 （其中：讲课学时：38 课堂讨论学时：10 ） 先修课程：金属学、热处理原理、热处理工艺、工程材料力学性能 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》是一门综合性应用性较强的专业必修课。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。 第一章钢的合金化概论 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 （3）掌握合金元素对合金钢工艺过程的影响 （4）掌握合金元素对合金钢力学性能的影响规律 （5）理解微量元素在钢中的作用 （6）了解材料的环境协调性设计基本概念

【材料强韧化与断裂】复习思考题

【材料的强韧化与断裂】复习思考题 1、什么是弹性对称面和弹性主轴？假设一弹性体只有一个下xoy弹性对称面，请推导出其刚度矩阵表达式。 2、对均匀各向同性体，有哪些经典宏观强度理论？其适用范围如何？为什么？ 3、在材料强度分析中有哪几种常用的统计分布函数 4、如何应用Peach-Koehler公式计算平行位错之间的弹性交互作用力？ 5、位错有哪些典型组态？层错的宽度主要取决于什么？它对塑性变形有什么影响？ 6、溶质原子与位错有哪几种基本交互作用？哪种交互作用最强烈？ 7、简要说明应力场强度因子、裂纹扩展能量释放率、J积分和裂纹尖端张开位移的概念与意义，以及它们在线弹 性状态下的相互关系？ 8、复杂裂纹状态下的断裂判据是什么？ 9、裂纹尖端塑性区对断裂有何影响？金属材料的强度与断裂韧度有什么关系？ 10、在起始塑性变形阶段，位错之间的相互作用有哪几种基本类型？位错平衡间距（自由程）与位错密度有什么关 系？ 11、什么是可逆流变应力和不可逆流变应力？不同温度下的可逆流变应力有什么关系？？ 12、加工硬化的本质是什么？有哪些基本理论？ 13、简述细晶强化的效果及原因。 14、什么是固溶强化？固溶强化有哪些主要机制？ 15、氮（N）原子在α-Ti和α-Fe中形成的Cottrell气团有何差异？ 16、什么是时效硬化？什么是弥散硬化？两者有何区别？ 17、位错在何种情况下绕过颗粒，又在何种情况下切过颗粒？切过颗粒时的障碍力为多少？它可来自哪及个方面的 贡献？ 18、对于钢、硬铝和（α+β）钛合金，生产上最常采用什么强化工艺，其实质是什么？ 19、断裂类型有哪几种常见的分类方法？各有何特点？ 20、试用位错理论分析解理裂纹的萌生过程。 21、工程金属材料中裂纹萌生及裂纹扩展有什么规律？ 22、材料的本质韧、脆性与什么有关？ 23、在服役条件下，有哪些因素会影响材料的韧性？是如何影响的？ 24、金属材料有哪些基本的增韧方法？其原理是什么？ 25、在循环应力作用下，金属材料的微观结构有什么变化和特征？ 26、金属的组织特征对疲劳抗力有什么影响？ 27、什么是疲劳裂纹闭合效应？有那些裂纹闭合机制？ 28、什么是应变速率效应？ 29、在高速载荷下材料的变形有何特点？ 30、在高速载荷下材料的损伤和破坏有何特点？ 31、什么是迟屈服？ 32、金属的蠕变蠕变律和本构方程有什么特征？ 33、影响金属蠕变速率的因素有那些？ 34、金属蠕变机制有哪些？分别在什么条件下起主要作用？ 35、金属蠕变断裂与常温静载断裂有什么差别？

金属材料的强化与韧化

金属材料的强化与韧化 机械工程学院机械工程1班刘文龙2011201120 对于金属材料来讲，最重要的性能指标包括了材料的强度和韧性等。简单的说，强度是指材料抵抗变形和断裂的能力，而韧性指的是材料变形和断裂过程中吸收能量的能力。 随着制造业及材料工业的快速发展，人们对高性能材料的需求已经越来越迫切，从目前角度来看，在不更改加工方式与行业整体现状的情况下，高性能材料主要由制备新型高性能材料与对原有材料进行改性以提高其性能两种方法，显然的，第二种方法更易实现，也更接近工程实际。在现有的研究中，提高材料的强度主要有以下两种途径： 1、完全消除材料内部的位错以及其他的缺陷，使它的强度接近于理论强度，例如金属晶须等，但实际应用难度较大； 2、在金属中引入大量缺陷，以此阻碍位错的运动，如加工硬化、固溶强化、细晶强化、沉淀强化等。 其中金属材料的强化主要有以下几种放法： 1、固溶强化此方法是利用点缺陷对位错运动的阻力使金属基体获得强化的一种方法，一般通过在金属基体中溶入一种或数种溶质元素形成固溶体而使其强度和硬度升高。 2、细晶强化此方法通过细化晶粒以增加晶界对位错的阻滞效应来提高金属强度。 3、第二相粒子强化此法按获得粒子的工艺可分为析出强化与弥散强化。 4、形变强化金属在塑性变形过程中，位错密度会逐渐增加，使得弹性应力场不断变大，位错间交互作用增强，使得位错困难增强金属强度。 这里以金属的细晶强化方式举例，在王艳林[1]等人关于热轧钢材晶粒细化的文章中指出，在保证相同变形量、变形温度以及化学成分的前提下，对22mm棒材进行热轧制后通过强制冷去的方式进行细化晶粒组织，将晶粒度的等级由7.5级提高到8.0级，见图1。通过试验发现，轧后强制冷却的热轧钢材延伸率为22.68%，与空冷状态下的24.30%基本相等，但是其屈服强度由空冷状态下的358.03MPa提高到了498.37MPa，提高了大约39.20%，抗拉强度由空冷状态下的508.33MPa提高到了626.44Mpa，提高了23.23%，可见通过此种方法对热轧钢材进行细晶强化对提高其综合性能效果十分明显，适宜推广；而目前首钢、水城钢铁公司等单位都进行了细晶钢螺纹钢的研究开发，均实现了细晶钢棒线材的工业化生产，并进行了推广应用。

(完整版)金属材料学复习文九巴

1.钢中的杂质元素：O H S P 2.合金元素小于或等于5%为低合金钢，在5%-10%之间为中合金钢，大于10%为高合金 钢 3.奥氏体形成元素：Mn Ni Co（开启γ相区）C N Cu（扩展γ相区） 4.铁素体形成元素：Cr V Ti Mo W 5.间隙原子：C N B O H R溶质/R溶剂<0.59 6.碳化物类型：简单间隙碳化物MC M2C 复杂间隙碳化物M6C M23C M2C3 7.合金钢中常见的金属间化合物有σ相、AB2相和B2A相 8.二次硬化：淬火钢在回火时在一定温度下，由于特殊碳化物的析出的初期阶段，形成 [M-C]偏聚团，硬度不降低，反而升高的现象。 9.二次淬火：淬火钢在回火时，冷却过程残余奥氏体转变为马氏体的现象。 10.合金元素对铁碳相图的影响 1.改变奥氏体相区位置 2.改变共析转变温度 3.改变S和E等零界点的含碳量 11.合金元素对退火钢加热转变的影响 1.对奥氏体形成速度的影响中强碳化物形成元素与碳形成难溶于奥氏体的合金碳化 物，减慢奥氏体的形成速度 2.对奥氏体晶粒大小的影响大多数合金元素都有阻止奥氏体晶粒长大的作用，影响 程度不同。V Ti强碳化物和适量的AL强烈阻碍晶粒长大，他们的碳化物或氮化物熔点高，高温下稳定，不易聚集长大，能强烈阻碍奥氏体晶粒长大。Wu Mo Cr中强碳化物也有阻碍作用，但是影响程度中等。Si Ni非碳化物形成元素影响不大。

Mn P等元素含量在一定限度下促进奥氏体晶粒长大 12.合金元素对淬火钢回火转变的影响 1.提高耐回火性合金元素在回火过程中推迟马氏体分解和残留奥氏体的转变；提高铁 素体在结晶温度，使碳化物难以聚集长大，从而提高钢的耐回火性。 2.淬火钢在回火时产生二次硬化和二次淬火，提高钢的性能。 3.对回火脆性的影响产生第一类回火脆性和第二类回火脆性，降低晶界强度，从而使 钢的脆性增加 13.钢的强化机制：固溶强化、细晶强化、形变强化和第二相强化 14.合金元素对钢在淬火回火状态下力学性能的影响 1.合金元素一般均能减缓钢的回火转变过程，特别是阻碍碳化物的聚集长大，相对的 提高钢中组成相的弥散度 2.合金元素溶解于铁素体，是铁素体强化，并提高了铁素体的再结晶温度。 3.强碳化物形成元素提高了钢的耐回火性，并产生沉淀强化的作用 4.钼、钨等有利于防止或消除第二类回火脆性 15.合金元素对钢高温力学性能的影响 1.可以净化晶界，使易熔杂质元素从晶界转移到晶界内，强化晶界 2.可以提高合金原子间的结合力，增大原子自扩散激活能 3.强碳化物形成元素的加入，可以对位错运动有阻碍作用，可提高合金的高温性能16.合金元素对钢热处理性能的影响 淬透性、淬硬性、变形开裂性、过热敏感性、氧化脱碳倾向和回火脆化倾向 17.合金元素对钢的焊接性能影响 1.钢的焊接性能主要由焊后开裂敏感性和焊接区的硬度来评价

金属材料学课程的性质和要求

金属材料学课程的性质和要求

一、课程的性质和要求 1、课程性质 金属材料学是一门综合性比较强的专业主干课。在学生学过材料科学基础（或金属学原理）、材料组织控制原理、材料组织控制工艺（或材料强韧化）及材料力学性能等课程的基础上，系统地介绍金属材料合金化的一般规律及各类主要金属材料的成分、工艺、组织和性能之间的关系。通过课堂讲授、综合性实验、综合性作业等环节，培养学生分析问题和解决问题的能力。 2、课程要求 1）掌握主要金属材料的合金化基本原理，了解材料成分设计和工艺设计的依据，为发掘材料潜力和开发新材料打下一个理论基础； 2）了解各种典型材料的成分、工艺、组织结构和性能之间的有机关系； 3）能初步从零件的服役条件出发，对材料提出合理的技术要求，正确地选择材料并合理制订工艺。 3、课程改革 《金属材料工程》专业是江苏省品牌专业。在新的专业内涵下，进行了课程体系的重构。专业主干课程内容和教学方法的改革也是品牌专业建设的重要内容。《金属材料学》是该专业主干课程中涉及综合性知识的一门课程，从知识结构来说，它是一门该专业最后的综合性主干课，也是学生在今后工作岗位上最有实践指导意义的一门课程。根据专业建设的情况和课程特点，对该课程的教学进行了改革。主要是精简和补充内容、编制多媒体电子课件、改革教学方法、开展

课堂讨论、增加综合性作业，选编习题和布置课堂思考题、设计综合性实验等。目的是使学生对专业有一个系统的认识，理解专业知识的主线、核心和思想，培养学生分析问题和解决问题的能力。编写《习题与思考题》是其中部分的内容。 结合20多年的教学经验和对课程内涵、重点和难点的深入理解，编写了具有特色的相应教材。 二、习题与思考题 绪论 01、1958年世界工业博览会在比利时召开，博览会大楼，是由9个巨大金属球组成，球直径为18米，8球位于立方体角，1球在中心。这象征什么? 说明什么意义? 02、为纪念世界第一位宇航员加加林，莫斯科列宁大街上建造了40英尺高的雕象，雕象材料是钛合金。为什么用钛合金做? 代表什么意义? 03、金子从古到今都作为世界上的流通货币，为什么? 铜是人类最早认识和使用的金属，为什么? 04、1983年在上海召开的第4届国际材料及热处理大会的会标是小炉匠锤打的图案，代表什么意义?为什么古代著名的刀剑都要经过反复锻打? 05、为什么要提出构筑循环型材料产业的发展方向? 钢合金化原理 1、为什么说钢中的S、P杂质元素在一般情况下总是有害的? 2、钢中常用的合金元素有哪些? 哪些是奥氏体形成元素? 哪些是铁素体形成元素? 3、哪些是碳化物形成元素? 哪些是非碳化物形成元素? 4、钢中的碳化物按点阵结构分为哪两大类? 各有什么特点? 什么叫合金渗碳体和特殊碳化物?

金属材料学复习思考题2016.5

金属材料学复习思考题 （2016.05） 第一章钢的合金化原理 1-1名词解释 （1）合金元素；（2）微合金化元素；（3）奥氏体稳定化元素；（4）铁素体稳定化元素；（5）杂质元素；（6）原位析出；（7）异位析出；（8）晶界偏聚（内吸附）；（9）二次硬化；（10）二次淬火；（11）回火脆性；（12）回火稳定性 1-2 合金元素中哪些是铁素体形成元素？哪些是奥氏体形成元素？哪些能在α-Fe中形成无限固溶体？哪些能在γ-Fe 中形成无限固溶体？ C相图的S、E点有什么影响？这种影响意味着什么？ 1-3简述合金元素对Fe-Fe 3 1-4 为何需要提高钢的淬透性？哪些元素能显著提高钢的淬透性？（作业） 1-5 能明显提高钢回火稳定性的合金元素有哪些？提高钢的回火稳定性有什么作用？（作业） 1-6合金钢中V，Cr，Mo，Mn等所形成的碳化物基本类型及其相对稳定性。 1-7试解释含Mn和碳稍高的钢容易过热，而含Si的钢淬火温度应稍高，且冷作硬化率较高，不利于冷加工变形加工？（作业） 1-8 V/Nb/Ti、Mo/W、Cr、Ni、Mn、Si、B等对过冷奥氏体P转变影响的作用机制。 1-9合金元素对马氏体转变有何影响？ 1-10如何利用合金元素来消除或预防第一次、第二次回火脆性？ 1-11如何理解二次硬化与二次淬火两个概念的异同之处？ 1-12钢有哪些强化机制？如何提高钢的韧性？（作业） 1-13 为什么合金化基本原则是“复合加入”？试举两例说明复合加入的作用机理？（作业） 1-14 合金元素V在某些情况下能起到降低淬透性的作用，为什么？而对于40Mn2和42Mn2V，后者的淬透性稍大，为什么？（作业） 1-15 40Cr、40CrNi、40CrNiMo钢，其油淬临界淬透性直径分别为25~30 mm、40~60mm和60~100mm，试解释淬透性成倍增大的现象。（作业） 1-16在相同成分的粗晶粒和细晶粒钢中，偏聚元素的偏聚程度有什么不同？（作业）

金属强韧化原理

1金属材料强韧化的目的和意义？ 目的：A.节约材料，降低成本，节约贵重的合金元素的使用，增加材料在使用过程中的可靠性和延长服役寿命。 B.希望所使用的材料既有足够的强度，又有较好的韧性，但通常的材料二者不可兼得。 意义：在于理解材料强韧化机理、组织形态、微观结构与金属的强度、韧性之间的确切关系，以便找出适宜的冶金技术途径来提高金属的强韧性，使之达到新的水平或研究出新的高强韧性的金属。这是一个具有重大的理论意义和经济价值的研究开发领域。理解材料强韧化机理，掌握材料强韧化现象的物理本质，是合理运用和发展材料强韧化方法从而挖掘材料性能潜力的基础。 2.金属材料强韧化的主要机制有哪些？ 1）物理强韧化：所谓物理强韧化是指在金属内部晶体缺陷的作用和通过缺陷之间的相互作用，对晶体的力学性能产生一定的，进而改变金属性能。 2）化学强韧化：化学强韧化是指是元素的本质决定的因素以及元素的种类不同和元素的含量不同造成的材料性能的改变。 3）机械强韧化：就是除了结构、尺寸、形状方面的机械原因外，主要指界面作用造成的强韧化。 4）复合组织强韧化：即两种或两种以上的金属组织复合在一起，其中有的组织强度比较高，有的组织韧性比较高，复合后起到了既提高强度有提高韧性的作用。 3.如何理解强化和韧化的关系 强度是是在给定条件（温度/压力/应力状态/应变速率/周围介质）下材料达到给定变形量所需要的应力，或材料发生破坏的应力，研究变形及断裂是研究强度的重要手段和过程。 韧性是断裂过程的能量参量，是材料强度与塑性的综合表现，它是材料在外加负荷作用下从变形到断裂全过程吸收能量的能力，所吸收的能量愈大，则断裂韧性愈高。 一般情况下，材料的强度和韧性是不可兼得的，在提高金属材料强度的同时塑性必然会下降，反之，在改善金属的塑性的同时，强度也会下降。目前，晶粒细化是提高金属强韧化的有效方法，金属的晶粒变细后，强度提高，韧性又不显著降低。 4.试举出3种最新强韧化技术方法的例子。 1）细晶强化：它是常温下一种有效的材料强化手段。细化晶粒可以提高金属的强

2020版《金属材料概论》

中国海洋大学本科生课程大纲 课程属性：公共基础/通识教育/学科基础/专业知识/工作技能，课程性质：必修、选修 一、课程介绍 1.课程描述：金属材料概论是高分子科学与工程专业专业知识教学层面的选修课，也是高分子专业学生认识金属材料的主要途径，更是理解材料在实际生活中应用的重要渠道。课程从工程应用角度出发，阐明金属材料的基本理论，使学生掌握金属材料的成分、加工工艺、组织结构与性能之间关系的基本规律；具备根据机械构建使用条件和性能要求，对结构件进行合理选材的初步能力，并了解金属材料的发展现状和趋势，对材料学科有更广泛深入的认识，为学生后续从事材料相关工作典型基础。此外，我国古今科学家先贤对金属材料发展的贡献，提高学生爱国情感和民族自豪感，激励他们努力学习报国。 Introduction to Metallic Materials, which is one of the optional courses for the Polymer Materials Science and Engineering, acts as the main methods for the students of the Polymer Materials Science and Engineering to understand the metallic materials and their application. The course demonstrates the basic theories about metallic materials from the view of engineering. The aim of the course is to make students understand the relationship between compositions, manufacturing, microstructure and properties of metallic materials, and the current situation and trend of metallic materials. In the meantime, the course could also - 1 -

钢的合金化原理

1 合金化原理 (1) 主要内容： (1) 1.1 碳钢概论 (1) 一、碳钢中的常存杂质 (1) 二、碳钢的分类 (2) 三、碳钢的用途 (2) 1.2 钢的合金化原理 (3) 一、合金元素的存在形式※ (3) 二、合金元素与铁和碳的相互作用及其对γ层错能的影响 (4) 三、合金元素对Fe-Fe3C相图的影响 (5) 四、合金元素对钢的热处理的影响 (6) 五、合金元素对钢性能的影响 (7) 1.3 合金钢的分类 (7) 1 合金化原理 主要内容： 概念： ⑴合金元素：特别添加到钢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。 ⑵杂质：冶炼时由原材料以及冶炼方法、工艺操作而带入的化学元素。 ⑶碳钢：含碳量在0.0218-2.11%范围内的铁碳合金。 ⑷合金钢：在碳钢基础上加入一定量合金元素的钢。 ①低合金钢：一般指合金元素总含量小于或等于5%的钢。 ②中合金钢：一般指合金元素总含量在5～10%范围内的钢。 ③高合金钢：一般指合金元素总含量超过10%的钢。 ④微合金钢：合金元素(如V,Nb,Ti,Zr,B)含量小于或等于0.1%，而能显著影响组织和性能的钢。 1.1 碳钢概论 一、碳钢中的常存杂质 1.锰（Mn ）和硅（Si ） ⑴Mn：W ％<0.8％①固溶强化②形成高熔点MnS夹杂物（塑性夹杂物），减Mn 少钢的热脆（高温晶界熔化，脆性↑） ％<0.5％①固溶强化②形成SiO2脆性夹杂物， ⑵Si：W Si ⑶Mn和Si是有益杂质，但夹杂物MnS、SiO2将使钢的疲劳强度和塑、韧性下降。2．硫（S）和磷（P） ⑴S：在固态铁中的溶解度极小， S和Fe能形成FeS，并易于形成低熔点共晶。

金属材料学课程的性质和要求

一、课程的性质和要求 1、课程性质 金属材料学是一门综合性比较强的专业主干课。在学生学过材料科学基础（或金属学原理）、材料组织控制原理、材料组织控制工艺（或材料强韧化）及材料力学性能等课程的基础上，系统地介绍金属材料合金化的一般规律及各类主要金属材料的成分、工艺、组织和性能之间的关系。通过课堂讲授、综合性实验、综合性作业等环节，培养学生分析问题和解决问题的能力。 2、课程要求 1）掌握主要金属材料的合金化基本原理，了解材料成分设计和工艺设计的依据，为发掘材料潜力和开发新材料打下一个理论基础； 2）了解各种典型材料的成分、工艺、组织结构和性能之间的有机关系； 3）能初步从零件的服役条件出发，对材料提出合理的技术要求，正确地选择材料并合理制订工艺。 3、课程改革 《金属材料工程》专业是江苏省品牌专业。在新的专业内涵下，进行了课程体系的重构。专业主干课程内容和教学方法的改革也是品牌专业建设的重要内容。《金属材料学》是该专业主干课程中涉及综合性知识的一门课程，从知识结构来说，它是一门该专业最后的综合性主干课，也是学生在今后工作岗位上最有实践指导意义的一门课程。根据专业建设的情况和课程特点，对该课程的教学进行了改革。主要是精简和补充内容、编制多媒体电子课件、改革教学方法、开展课堂讨论、增加综合性作业，选编习题和布置课堂思考题、设计综合性实验等。目的是使学生对专业有一个系统的认识，理解专业知识的主线、核心和思想，培

养学生分析问题和解决问题的能力。编写《习题和思考题》是其中部分的内容。 结合20多年的教学经验和对课程内涵、重点和难点的深入理解，编写了具有特色的相应教材。 二、习题和思考题 绪论 01、1958年世界工业博览会在比利时召开，博览会大楼，是由9个巨大金属球组成，球直径为18米，8球位于立方体角，1球在中心。这象征什么? 说明什么意义? 02、为纪念世界第一位宇航员加加林，莫斯科列宁大街上建造了40英尺高的雕象，雕象材料是钛合金。为什么用钛合金做? 代表什么意义? 03、金子从古到今都作为世界上的流通货币，为什么? 铜是人类最早认识和使用的金属，为什么? 04、1983年在上海召开的第4届国际材料及热处理大会的会标是小炉匠锤打的图案，代表什么意义?为什么古代著名的刀剑都要经过反复锻打? 05、为什么要提出构筑循环型材料产业的发展方向? 钢合金化原理 1、为什么说钢中的S、P杂质元素在一般情况下总是有害的? 2、钢中常用的合金元素有哪些? 哪些是奥氏体形成元素? 哪些是铁素体形成元素? 3、哪些是碳化物形成元素? 哪些是非碳化物形成元素? 4、钢中的碳化物按点阵结构分为哪两大类? 各有什么特点? 什么叫合金渗碳体和特殊碳化物? 5、简述合金钢中碳化物形成规律。 6、合金元素对Fe-Fe3C相图上的S、E点有什么影响? 这种影响意味着什么? 7、试述钢在退火态、淬火态及淬火-回火态下，不同合金元素的分布状况? 8、有哪些合金元素强烈阻止奥氏体晶粒的长大? 阻止奥氏体晶粒的长大有

材料强韧化处理第一部分

材料强韧化处理教师：赵满秀博士 摘录：李丹彭凤仇才君 教学内容： ①有关材料的强化和韧化的基本原理 ②材料表面强化（重点）

目录

第一部分材料的强化和韧化的基本原理 第一章材料的强韧化基本原理 一、金属材料强韧化的意义 ①通过强化处理可以优化材料的力学性能指标，充分挖掘材料的潜力。 ②工作表面通过表面强化处理，增加耐磨性、耐蚀性、疲劳强度，提高工件使用寿命。 综上所述，材料的强韧化处理就是在保证材料的强化的同时，尽量提高材料的韧性。 二、实现钢铁材料强韧性的两个阶段 1、液态阶段（炼钢者研究的重点） 方法：细化晶粒、纯洁钢材、合金化 （1）、细化晶粒 方法：①快速冷却（增大过冷度）；②加变质剂：减少表面能，提高形核率；抑制晶粒长大；③震动搅动：机械形核；④合金化（用Al、Nb、Ti脱氧）：氧化物熔点高，成为非均匀形核的核心，增加形核率。 Al脱氧的原因：Al与氧的结合力强，生成高熔点的氧化物，成为非均匀形核的核心，提高形核率，细化晶粒。 钢铁冶炼的最后阶段：①脱氧：加Al、Mg、Si与O结合，细化晶粒；②合金化。

（2）纯洁钢材：如模具、刀具（含C 量高、耐磨、高纯净） 方法：去除有害元素S 、P 、O 、H ；去除氧化物、氯化物、硅酸盐；去除有害气体。 2、固态阶段 对于固体材料为提高材料的强韧化，常采用常规热处理或者形变两大方法，也可以通过表面强化提高表面强度。 （1）、常规热处理方法：正火、退火、回火、淬火（时效强化、固溶强化、细晶强化、第二相粒子强化） （2）冷变形强化机理：塑性变形使位错密度增加，位错运动受阻。 （3）热加工强化的原因：能焊合某些缺陷、破碎粗大组织、形成纤维组织。 常规热处理与形变工艺如下所示： ?????? ? ? ? ? ?? ? ?????? ???????? ?????????????? ????热挤压热轧 热锻热加工挤压滚压喷丸冷变形形变淬火回火退火 正火常规热处理诱发M 相变，产生孪晶，提高硬度 三、强化的两个途径 1、晶体的理论强度和实际强度

钢的强韧化处理机制

钢的强韧化处理机制 王立洲 （辽宁工程技术大学材料科学与工程学院阜新123000） 本文根据钢的淬火组织特点,归纳了提高钢强韧性的途径,介绍了一些强韧化处理工艺。 随着工业的发展,各种机械对钢铁材料的机械性能要求逐渐增高。材料及热处理工艺的 研究得到迅速的发展。其中,利用现有材料,通过调整一般的热处理方法,在同时改善钢的强度和韧性指标方面的工作取得了显著的进步。它对充分发挥材料的性能潜力有着重要的意义。这些工艺方法通称为强韧化处理,是热处理发展的一个值得注意的方向。 强韧化处理的发展是建立在我们对钢中各种组织的特点,形成条件,机械性能,以及在外力作用下的破断过程的认识不断深入的基础之上的。 透射电子显微镜技术的应用,使我们对各种组织超显微精细结构的认识跨进了一大步, 开始有可能比较深入地研究组织和机械性能的关系。 另一方面,从材料断裂过程的研究中知道,在各种应力作用下,材料的破断是通过微裂纹的形成及扩展的方式进行的。钢铁材料的各种组织形态在各种应力状态下,抵抗微裂纹的形成和扩展的能力是不同的,因此表现出不同的性能指标。但是无论哪一种组织,只要它形成微裂纹的倾向比较小,或者微裂纹一旦形成后,在这类组织中扩张时消耗的功愈大,它就会有较高的强韧性。这样,我们就有可能采用适当的热处理工艺方法和调整工艺参数,能动地控制钢的组织,充分利用对钢强韧化有利的因素,排除不利的因素,更充分地发挥材料的强度和韧性的潜力。 目前发展的强韧化处理工艺有多种多样,归结起来,它们大多通过一种或几种途径达到强韧化效果的。 (1)充分利用位错型马氏体和下贝氏体组织形态,尽量减少或避免片状孪品马氏体的出现。 (2)细化钢的奥氏体晶粒和细化过剩碳化物。 (3)获得马氏体与具有良好塑性的第二相的复合组织。 (4)形变热处理。 下面将简要介绍这些强化处理的机理。 一位错型马氏体的扩大应用 很久以来就知道,在保证淬、回火零件强度指标的前提下,选用含碳量较低的钢,能够 使零件热处理后获得较高的韧性。改变热处理工艺参数,可以在中碳及高碳钢中获得以板条马氏体为主的淬火组织,显著改善中碳钢及高碳钢的强韧性。这种控制淬火组织形态的方法,已成为中、高碳钢强韧化的一条重要途径。 1、中碳钢的高温淬火 一般含碳量为0.35%一0.55%之间的中碳钢经正常温度淬火,获得片状和板条马氏体的混合组织。这两种淬火马氏体对钢强韧性的贡献是不同的。钢的含碳量愈高,正常淬火组织中片状马氏体的比例愈高,钢的强度虽然有所增加,但断裂韧度不断减小。断裂韧度的这种变 化是韧性较高的板条马氏体相对量减少的结果。但是,提高中碳钢淬火温度和延长淬火保温时间,则有利于在淬火后得到较多数量的板条马氏体,提高钢的断裂韧度。例如,将40CrNIMo 钢的淬火温度从570℃提高到1200℃,淬火后得到了板条马氏体和极少量残留奥氏体。在淬火不回火状态下,钢的断裂韧度提高70%,在淬火和低温200℃回火状态下,可提高20%。 我们将5CrMnMo热锻模具钢的淬火加热温度从830~850提高到900℃,淬火后将获得近乎单一的板条马氏体组织,图1给出了在500一520℃的高温回火状态下,淬火温度对强度、塑性和断裂韧度的影响。

陶瓷材料的强韧化方法概述

陶瓷材料的强韧化方法概述 鉴于本人在研究生阶段的研究方向与陶瓷材料有关，故本篇所选择的主要内容为陶瓷材料的强韧化方法。 与传统材料相比陶瓷材料具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损等优异特性，但它也存在脆性大、易断裂的缺点，从而大大限制了陶瓷材料在实际生产中的应用。因此改善陶瓷材料的脆性、增大强度、提高其在实际应用中的可靠性成为其能否广泛应用的关键。近年来，陶瓷材料的强韧化课题已经受到国内学者的高度重视。目前已有的强韧化主要措施如下所述。 1、氧化锆相变增韧：当材料受到外力作用时，裂纹扩展到亚稳的t-ZrO2粒子，这会促发t-ZrO2粒子向m-ZrO2的相变，由此产生的相变应力又会反作用于裂纹尖端，降低尖端的应力集中程度，减缓或完全抑制了裂纹的扩展，从而提高断裂韧性； 2、微裂纹增韧：由于温度变化引起的热膨胀差或相变引起的体积差会在陶瓷基体相和分散相之间产生的弥散均布裂纹。当导致断裂的主裂纹扩展时，这些均匀分布的微裂纹会促使主裂纹分叉，使得其扩展路径变得曲折，增加了扩展过程的表面能，从而使裂纹快速扩展受到了阻碍，增加了材料的韧性； 3、裂纹偏转增韧：在发生裂纹偏转时，裂纹平面会在垂直于施加张应力方向上重新取向，这就意味着裂纹扩展路径将被增长。同时，由于裂纹平面不再垂直于张应力方向而使得裂纹尖端的应力降低，因而可以增大材料的韧性； 4、裂纹弯曲增韧：在裂纹扩展过程中，如果遇到基体相中存在的断裂能更大的第二相增强剂就会被其阻止，裂纹前沿如需继续扩展便要越过第二障碍相而形成裂纹弯曲。这也会使裂纹快速扩展受到了阻碍，从而增加材料的韧性； 5、裂纹桥接增韧：所谓的裂纹桥接是指由增强元连接扩展裂纹的两表面形成裂纹闭合力而导致脆性基体材料增韧的方法。其增强元可分为两种：一种为刚性第二相，另一种则是韧性第二相； 6、韧性相增韧：韧性相会在裂纹扩展中起到附加吸收能量的作用，这就使得裂纹进一步扩展所需的能量远远超过形成新裂纹表面所需的净热力学表面能。同时裂纹尖端高应力区的屈服流动使应力集中得以部分的消除，抑制了原先所能达到的临界状态，相应的提高了材料的抗断裂能力； 7、纤维、晶须增韧：纤维和晶须具有高弹性和高强度，当它作为第二相弥散于陶瓷基体构成复合材料时，纤维或晶须能为基体分担大部分外加应力而产生强化。纤维和晶须的存在也使得裂纹扩展途径出现弯曲从而使断裂能增加。此外在裂纹尖端附近由于应力集中，纤维或晶须也可能从基体中拔出。拔出时以拔出功的形式消耗部分能量，同时在尖端后部，部分未拔出或未断裂的纤维或晶须则起到了桥接的作用。而且在裂纹尖端，由于应力集中可使基体和纤维或晶须发生

金属材料塑性变形与强韧化机制探索：层错能效应

金属材料塑性变形与强韧化机制探索：层错能效应2009-10-30 | 编辑：材料疲劳与断裂研究部| 【大中小】【打印】【关闭】 随着工业上对金属材料强度与韧性指标需求的逐步提高，人们采用了多种方法来强化金属材料，其中利用严重塑性变形(Severe Plastic Deformation-SPD)方法制备的超细晶/纳米晶金属材料由于具有极高的强度而得到材料学界的广泛关注。历经二十余年的研究与探索，材料科学工作者已可以成功利用SPD方法(例如：等通道转角挤压（Equal Channel Angular Pressing-ECAP）技术、高压扭转（High Pressure Torsion-HPT）技术等)制备大块、无残余孔隙、无界面污染的超细晶/纳米晶金属材料，并在微观结构与力学性能的关系方面有了深入的认识。然而，由于其加工硬化能力的缺失，超细晶/纳米晶金属材料普遍存在着强度高塑性低的问题。因此，目前研究的重点已从材料制备和结构表征，逐渐深入到微观组织的调整和新变形机制的探索，力图解决强度与塑性同步增长的难题。 我所张哲峰研究员及其课题组成员在国家自然科学基金重大项目“金属材料强韧化的多尺度结构设计与制备”的资助下，最近以单相Cu-Al合金为研究对象，通过改变Cu-Al合金中Al的含量来调整其层错能，随后利用ECAP方法制备超细晶材料，系统研究了层错能对Cu-Al合金微观结构演化、晶粒细化机制、强度与延伸率的影响。对于微米尺度晶粒材料，已经知道层错能作为材料重要的本征参数对其变形机制和力学行为有着重要影响。对于Cu-Al合金随着Al含量的增加层错能逐渐降低，因此在ECAP过程中的变形机制也会随着铝含量的不同而呈现明显的区别，从而会显著影响其晶粒细化机制。在对具有不同成分的Cu-Al合金经过一道次ECAP 挤压变形后，大量实验观察和统计结果表明：随着层错能的降低，变形孪晶和微观剪切带在承担严重塑性变形过程中起着越来越重要的作用，而且材料的滑移位错组态逐渐由波状滑移方式转变为平面滑移方式，微观剪切带从“铜型”剪切带转变为“黄铜型”剪切带，如图1(a)所示。由于微观变形机制的转变，在经过多道次ECAP 挤压后，Cu-Al合金的晶粒细化机制也逐步由位错分割机制转变为孪晶碎化机制，如图1(b)所示。同时结合前人关于形成超细晶均匀组织的研究结果，发现具有相对较高或较低层错能材料比具有中等层错能材料更容易形成均匀的微观变形结构。

《陶瓷材料的强韧化》读书报告综述

河北工业大学 材料科学与工程学院《陶瓷材料的强韧化》读书报告 专业金属材料 班级材料116 学号111899 姓名李浩槊 2015年01月05日

目录 第一部分........................陶瓷材料简介 第二部分........................陶瓷材料的结构 第三部分........................陶瓷材料的成型方法 第四部分........................陶瓷材料的烧结 第五部分........................结构陶瓷材料的传统韧化方式 第六部分........................陶瓷材料韧化的进展及纳米材料在陶瓷 韧化方面的应用 第七部分........................参考文献

第一部分陶瓷材料简介 陶瓷材料是人类应用最早的材料。它坚硬，稳定，可以制造工具、用具；在一些特殊的情况下也可以用作结构材料。陶瓷材料属于无机非金属材料，是不含碳氢氧结合的化合物，主要是金属氧化物和金属非氧化物。由于大部分无机非金属材料含有硅和其它元素的化合物，所以又叫作硅酸盐材料。它一般包括无机玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷三类。作为结构材料和工具材料，工程上应用最广泛的就是陶瓷材料。按照成分和用途，工业陶瓷材料可分为： 1）普通陶瓷（或传统陶瓷）－－主要为硅、铝氧化物的硅酸盐材料。 2）特种陶瓷（或新型陶瓷、高技术陶瓷、精细陶瓷、先进陶瓷）－－主要为高熔点的氧化物、碳化物、氮化物、硅化物等烧结材料。 3）金属陶瓷－－主要指用陶瓷生产方法制取的金属与碳化物或其它化合物的粉末制品。 陶瓷材料拥有良好的力、热、光、电性能和优异的化学性能。 首先，陶瓷材料是工程材料中刚度最好、硬度最高的材料，其硬度大多在1500HV以上。陶瓷的抗压强度较高，但抗拉强度较低，塑性和韧性很差。 而且，陶瓷材料一般具有高的熔点（大多在2000℃以上），且在高温下具有极好的化学稳定性；陶瓷的导热性低于金属材料，陶瓷还是良好的隔热材料。同时陶瓷的线膨胀系数比金属低，当温度发生变化时，陶瓷具有良好的尺寸稳定性。陶瓷材料在高温下不易氧化，并对酸、碱、盐具有良好的抗腐蚀能力。 大多数陶瓷具有良好的电绝缘性，因此大量用于制作各种电压（1kV~110kV）的绝缘器件。铁电陶瓷（钛酸钡BaTiO3）具有较高的介电常数，可用于制作电容器，铁电陶瓷在外电场的作用下，还能改变形状，将电能转换为机械能（具有压电材料的特性），可用作扩音机、电唱机、超声波仪、声纳、医疗用声谱仪等。少数陶瓷还具有半导体的特性，可作整流器。 此外，陶瓷材料还有独特的光学性能，可用作固体激光器材料、光导纤维材料、光储存器等，透明陶瓷可用于高压钠灯管等。磁性陶瓷（铁氧体如：MgFe2O4、CuFe2O4、Fe3O4）在录音磁带、唱片、变压器铁芯、大型计算机记忆元件方面的应用有着广泛的前途。 第二部分陶瓷材料的结构 陶瓷材料通常是金属和非金属元素组成的化合物。当含有一种以上的化合物时，其晶体结构可能变得非常复杂。陶瓷晶体是以离子键和共价键为主要结合键，一般为两种以上的不同键合的混合形式。离子键和共价键是强固的结合键，因而陶瓷具有高熔点、高硬度、耐腐蚀和无塑性等特性。此外，陶瓷材料可以通过改变晶体结