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第一章 金属的力学性能
1 金属材料的性能包括使用性能和工艺性能。
2 力学性能是指金属在外力作用下所表现出来的特性，常用的指标有：强度、硬度、塑性、韧性和疲劳强度等。
3 强度是指金属材料抵抗塑性变形和断裂的能力。
4 常用的强度指标有：弹性极限σe 、屈服点σs 、抗拉强度σb
5 塑性是指金属材料在断裂前产生塑性变形的能力。常用指标有断后伸长率和断面收缩率
6 硬度是指材料抵抗局部塑性变形、压痕或划痕的能力。硬度是衡量金属软硬程度的指标，材料的硬度是通过硬度试验测得的。
7 硬度试验方法包括：1布氏硬度（HBW硬质合金钢球、HBS淬火钢球）
2洛氏硬度HR
3维氏硬度HV
8．冲击吸收功越大，材料的韧性越好。
第二章 金属的晶体结构与结晶
1. 单晶体具有各向异性，多晶体具有各向同性。
2. 常见的晶格类型包括：①体心立方晶格②面心立方晶格③密排六方晶格。
3 .晶体缺陷包括：①点缺陷②线缺陷③面缺陷。
4. 点缺陷是指在长、宽、高三个方向上尺寸都很小的一种缺陷，最常见的点缺陷是晶格空位和间隙原子。
5. 线缺陷是指晶体中呈现状分布的缺陷，最常见线缺陷是各种类型的位错。
6. 面缺陷是指在晶体中呈面状分布的缺陷，常见的面缺陷是晶界和亚晶界。
7. 合金： 是指有两种或两种以上的金属元素（或金属与非金属元素）组成的，具有金属特性的新物质。纯金属品种少，力学性能低，成本高，应用受限，工业中使用的金属材料大多是合金。
8. 组元： 组成合金最基本的、独立的物质成为组元（简称元）。通常组元就是指组成合金的元素。
9 .相： 在纯金属或合金中，具有相同的化学成分、晶体结构和物理性能并与其他部分以界面分开的均匀组成部分称为相。
10. 组织：组织是泛指用金相观察方法看到的由各相晶粒的形态、数量、尺寸和分布方式组成的关系和构造情况。
11. 固溶体分为置换固溶体和间隙固溶体。
12. 置换固溶体： 是指溶质原子占据了部分溶剂晶格结点位置而形成的固溶体。按溶解度的不同，置换固溶体又分为无限固溶体和有限固溶体两种。
13. 间隙固溶体 ： 是指溶质原子溶入溶剂晶格的间隙而形成的固溶体。间隙固溶体都是无序固溶体，也都是有限固溶体。而溶剂元素一般为过渡元素。
14. 细晶强化：是指通过细化晶粒来提高强度、硬度、塑性和韧性的方法。
15. 固溶强化：溶质原子溶入溶剂晶格中使晶格产生畸变，增加了变形抗力，因而导致材料强度、硬度提高。这种通过溶入溶质元素，是固溶体强度和硬度提高的现象为固溶强化。
16. 弥散强化：当金属化合物呈细小颗粒均匀分布在固溶体基体上时，将使合金强度、硬度和耐磨性明显提高，这一现象称弥散强化。
17.结晶：金属由液态转变为固态晶体的过程称为结晶。
18.过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度之差ΔT称为过冷度，即ΔT=T0－T1。
19.晶粒越细小，金属的强度、塑性和韧性越高。
20.细化晶粒，提高金属力学性能的方法包括：①增大过冷度②变质处理③附加振动。
21.铸锭的组织包括：①表层细晶粒区②柱状晶粒区③中心粗大等轴晶粒区。
22.同素异晶（构）转变：大多数金属在结晶后晶格类型不再发生变化，但少数金属，如铁、钛、钴等在结晶后，其晶格类型会随温度的改变而发生变化，这种变化称为同素异晶（构）转变。
23.铁素体（F）：α铁中溶入碳元素构成的固溶体称为铁素体，用符号F表示。性能：与纯铁相似，强度和硬度低，塑性和韧性好。
24.奥氏体（A）：γ铁中溶入碳元素构成的固溶体称为奥氏体，用符号A表示。性能：塑性和韧性好，强度和硬度较低。
25,渗碳体（Fe3C）：渗碳体是铁和碳形成的一种具有复杂斜方晶格的金属化合物，用化学式Fe3C表示。性能：强度很高，塑性和韧性几乎为零，极脆。
26.珠光体（P）：包含铁素体（F）和渗碳体（Fe3C），在共晶点上得到。
27.莱氏体（Ld）：包含奥氏体（A）和渗碳体（Fe3C），在共析点上得到。
28.Fe- Fe3C相图分析（P23）。
29.解释：在1000℃时，ωC =4.0%的钢能进行锻造，而ωC =4.0%的铸铁不能锻造。
答：前者成分为单向奥氏体，综合性能好，变形均匀；后者成分为低温莱氏体加渗碳体，渗碳体多脆性大，不是单向，变形不均匀，受力后易断裂。
30.解释：室温下ωC =0.9%的碳钢比ωC =1.2%的碳钢强度高。
答：前者成分为珠光体加二次渗碳体，而珠光体含量高；后者含碳量高形成完整网络，强度下降，脆性大，脆性线分布在珠光体晶界上。
31.解释：绑扎物件一般用铁丝（镀锌低碳钢丝），而起重机吊重物时却用钢丝绳。
答：铁丝成分为铁素体加珠光体，铁素体居多，塑性、韧性好，强度低，符合绑扎物体要求；钢丝绳成分也为铁素体加珠光体，但珠光体多，硬度、强度高，满足起吊物体要求。
32.解释：为什么铸造用合金常选用接近共晶成分的合金。
答：接近共晶成分的合金流动性能好。
第三章 金属的塑性变形与再结晶
1. 单晶体和多晶体塑性变形的基本方式是滑移和孪生。
2. 滑移：是指在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面（即滑移面）发生相对的滑动。滑移是金属塑性变形的主要方式。
3. 加工硬化：随着变形程度的增加，金属强度和硬度升高，塑性和韧性下降的现象，称为冷变形强化或加工硬化。
4.冷变形强化（加工硬化）的意义：①强化金属，提高其强度、硬度和耐磨性②有利于金属进行均匀变形③提高构件在使用过程中的安全性。
5. 区分冷、热加工：在再结晶温度以上进行的变形加工称为热加工；在再结晶温度以下进行的变形加工称为冷加工。
第四章 钢的热处理
1.共析钢奥氏体形成过程包括：①A晶核形成②A晶核长大③残余Fe3C溶解④A均匀化
2.影响奥氏体转变的因素：①加热温度②加热速度③钢的原始组织
3.碳含量小于0.2%时，组织几乎全部是板条马氏体；碳含量大于1.0%时，组织几乎全部是针状马氏体。
4.共析钢过冷奥氏体等温转变曲线在连续冷却中的应用（P51）
5.马氏体的硬度和强度主要取决于马氏体的含碳量。
6. 退火：将钢加热至适当温度保温，然后缓慢冷却 (炉冷) 的热处理工艺叫做退火。
7.钢的退伙的目的：⑴调整硬度，便于切削加工。适合加工的硬度为170-250HB⑵ 消除内应力，防止加工中变形。⑶ 细化晶粒，为最终热处理作组织准备。
8. 退火的种类：完全退火、等温退火、球化退火、扩散退火、去应力退火、再结晶退火。
9.正火：是将亚共析钢加热到Ac3+30~ 50℃，共析钢加热到Ac1+30~50℃，过共析钢加热到Accm+30~ 50℃保温后空冷的工艺。
10.钢的正火的目的：⑴ 对于低、中碳钢(≤0.6C%)，目的与退火的相同。⑵ 对于过共析钢，用于消除网状二次渗碳体，为球化退火作组织准备。⑶ 普通件最终热处理。
11.淬火：是将钢加热到临界温度点以上，保温后冷却，使奥氏体转变为马氏体(贝氏体)的热处理工艺.
12.淬火的目的：获得马氏体组织，提高钢的性能。
13.回火是指将淬火钢加热到Ac1以下的某温度保温后冷却的工艺。
14.回火的目的：⑴减少或消除淬火内应力, 防止变形或开裂. ⑵获得所需要的力学性能。淬火钢一般硬度高，脆性大，回火可调整硬度、韧性⑶稳定尺寸。淬火M和A’都是非平衡组织，有自发向平衡组织转变的倾向。回火可使M与A’转变为平衡或接近平衡的组织，防止使用时变形。⑷对于某些高淬透性的钢，空冷即可回火，如采用回火软化既能降低硬度，又能缩短软化周期。
15.

低温回火
中温回火
高温回火
回火温度
150-250℃
350-500℃
500-650℃
回火组织
M回
T回
S回
回火目的
在保留高硬度、
高耐磨性的同时，
降低内应力。
提高σe及σs，
同时使工件具
有一定韧性 。
获得良好的综合力学性能，
即在保持较高的强度同时，
具有良好的塑性和韧性
应用
适用于各种高
碳钢、渗碳件及
表面淬火件。
适用于弹簧
热处理。
广泛用于各种结构件如轴、
齿轮等热处理。
也可作为要求较高精密件、
量具等预备热处理。
16.调质：淬火加高温回火的热处理称为调质处理，简称调质。调质后的组织为回火索氏体。其目的是获得强度、塑性、韧性都较好的综合力学性能。
17.为什么淬火后的钢一般都要进行回火？答：①淬火后高硬力②处于亚稳态结构，尺寸、性能易发生变化③容易变形和开裂④淬火后获得的片状马氏体脆而硬。
第五章 工业用钢
1.工业用钢按化学成分分为碳素钢和合金钢两大类。
2.碳素钢是指含碳量低于2.11%的铁碳合金。
3.合金钢是指为了提高钢的性能，在碳钢基础上有意加入一定量合金元素所获得的铁基合金
4.钢通常按化学成分、质量等级、用途、金相组织、冶炼方法分类。
5.对结构钢的性能要求为：使用性能以强韧性为主。工艺性能以可焊性、淬透性为主。
6.质量等级由A到E；硫、磷含量降低，质量提高。通常碳素结构钢牌号中表示镇静钢和特殊镇静钢的符号Z和TZ可以省略；低合金高强度结构钢均为镇静钢或特殊镇静钢，牌号中没有表示脱氧方法的符号。
7.碳素结构钢和低合金高强度结构钢：这类钢分为通用钢和专用钢两类。通用结构钢的牌号是用代表屈服点第一个拼音字母的“Q”、屈服点数值（MPa）、质量等级、脱氧方法等符号表示，四个部分按顺序组成，如Q235AF。专用结构钢一般采用在通用结构钢的牌号后面加产品用途符号表示。
8.优质碳素结构钢：优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示，其中两位数字表示钢中平均碳的质量分数万分数，如40钢。若钢中锰的质量分数较高（ωMn=0.7%~1.2%）时，在数字后面加“Mn”，如65Mn钢。在两位数字后加“A”表示高级优质钢，加“E”表示特级优质钢，加“F”表示沸腾钢，加“b”表示半镇静钢。
9.碳素工具钢：牌号用“T”（“碳”字汉语拼音字首）和数字组成。数字表示钢的平均碳的质量分数的千分数。若钢中锰的质量分数较高时在数字后面加“Mn”，如T8Mn钢。高级优质钢牌号末尾加“A”，如T10A钢的硫、磷含量比T10钢少。
10.合金结构钢：牌号均依次有两位数字、合金元素符号和数字组成。前两位数字表示钢中平均碳的质量分数万分数，元素符号表示钢中所含的合金元素，元素符号后的数字表示该合金元素平均质量分数的百分数。（若平均质量分数ω﹤1.5%，元素符号后不标出数字；若平均质量分数为1.50%~2.49%；2.50%~3.49%；3.50%~4.49%，…，则在相应的元素符号后标注2,3,4,…数字）如60Si2MnA。
11.轴承钢：牌号依次由“滚”字汉语拼音字首G、合金元素符号“Cr”和数字组成。其数字表示平均铬的质量分数的千分数，如GCr15。若钢中含有其他合金元素，应依次在数字后面写出元素符号，如QCr15SiMn。轴承钢均为高级优质钢，但牌号后面不标“A”。
12.合金工具钢和高速工具钢：合金工具钢的牌号表示方法与合金结构钢相似，区别在于：若钢中ωC<1%，牌号前以一位数字表示平均碳的质量分数的千分数；若钢中平均ωC≥1%，则牌号前不写数字。高速工具钢的牌号表示方法与合金结构钢基本相同，主要区别是有些牌号的钢即使ωC<1%，其牌号前也不标出数字。合金工具钢和高速工具钢均为高级优质钢，但牌号后边不标“A”。
13.铸钢：牌号首位冠以“ZG”，有两种表示方法。用强度为主要特征表示时，在“ZG”后面加两组数字，第一组数字表示钢的最低屈服点值，第二组数字表示最低抗拉强度值，例如ZG340-640；用化学成分为主要特征表示时，在“ZG”后面加两组数字，表示铸钢平均碳的质量分数的万分数（平均ωC≥1%时不标出，平均ωC<1%时第一位数字为0）例如：ZG15Cr1Mo1V钢表示平均ωC=0.15%，ωCr=1%，ωMo=1%，ωV<0.9%（平均ωV<0.9%不标数字）的铸钢。高锰耐磨钢牌号首位冠以“ZG”，在其后标注锰的符号、锰的质量分数的百分数及其序号，例如ZGMn13-1表示锰的平均质量分数为13%的一号耐磨钢。
14.钢中的杂质一般是指Mn、Si、P、S。是由原料带入或脱氧残留的元素。
15.常见的杂质元素对钢性能的影响：有益元素为锰和硅，有害元素为硫和磷。
16.Mn: <0.8%时为杂质, 是有益元素。作用为：① 强化铁素体②消除硫的有害作用。
17.Si：<0.5%时为杂质，是有益元素。作用为：① 强化铁素体②增加钢液流动性。
18.S：是有害元素。常以FeS形式存在。易与Fe在晶界上形成低熔点共晶(985℃)，热加工时(1150~1200℃)，由于其熔化而导致开裂，称热脆性。钢中的硫应控制在0.065%以下。Mn可消除硫的有害作用
19.P：也是有害元素。能全部溶入铁素体中，使钢在常温下硬度提高，塑性、韧性急剧下降，称冷脆性。P一般控制在0.045%以下。
20.对结构钢的性能要求：使用性能以强韧性为主，工艺性能以可焊性、淬透性为主。
21.碳素结构钢①成分：<0.4%C, P、S量及非金属夹杂较多。②性能：可焊性、塑性好。③热处理：不进行专门热处理，热轧空冷态下使用。④使用状态下组织：F+P。⑤用途：常以热轧板、带、棒及型钢使用，用量约占钢材总量的70%。用于建筑结构，适合焊接、铆接、栓接等。
22.低合金高强度结构钢 ①性能要求：⑴高强度及足够韧性。⑵良好的焊接性能。⑶良好的耐蚀性及低的韧脆转变温度。②热处理：大多数热轧空冷后使用。少数可用正火+高温回火处理。③使用状态下组织：F+P。
23.渗碳钢：制造渗碳零件的钢种。
1、性能要求⑴表面具有高硬度、高耐磨性，心部具有足够的韧性和强度，即表硬里韧。
⑵良好的热处理性能,如淬透性和渗碳能力。
2、成分特点：⑴ 低碳：0.1~0.25%C⑵合金元素作用：①提高淬透性：Cr、Mn、Ni、B②强化铁素体：Cr、Mn、Ni ③细化晶粒：W、Mo、Ti、V
3、热处理特点：渗碳件的加工工艺路线为：下料→锻造→正火→机加工→渗碳→淬火+低温回火。正火目的为调整硬度，便于切削加工。淬火温度一般为Ac1+30-50℃
4、使用状态下组织：心部：M回+F。表层：M回+颗粒状碳化物+A’(少量)
5、渗碳钢按淬透性高低分为三类：①低淬透性渗碳钢：这类钢合金元素含量较少，淬透性较差。常用牌号有20钢、20Cr钢、20MnV。用于受力小的耐磨件，如柴油机的活塞销、凸轮轴等。②中淬透性渗碳钢：这类钢淬透性较好，淬火后心部强度高。常用牌号有20CrMnTi钢、20MnVB钢等。用于制造承受高速、中等载荷，并要求有足够韧性、耐磨性及抗冲击性的零件，如变速箱齿轮。③高淬透性渗碳钢：淬透性好，甚至空冷也能得到马氏体组织，心部强度可达1175MPa以上。常用牌号有20Cr2Ni4钢、18Cr2Ni4WA钢。用于制作承受重载荷，要求高强韧性和耐磨性的大型零件，如柴油机曲轴。
24.调质钢：是指经调质后使用的钢。调质：淬火+高温回火
1、性能要求⑴ 良好的综合力学性能.⑵良好的淬透性
2、成分特点：⑴ 中碳：0.3~0.5%C ⑵ 合金元素作用：①提高淬透性: Mn、Si、Cr、Ni、B ②强化铁素体: Mn、Si、Cr、Ni ③细化晶粒: Ti、V ④防止第二类回火脆性: W、Mo
3、热处理特点：调质件的加工工艺路线为：下料→锻造→退火→粗加工→调质→精加工→装配。调质目的：获得良好综合力学性能。为提高表面耐磨性，调质后可进行表面淬火或氮化。
4、使用状态下的组织为：S回
5、调质钢按淬透性高低分为三类：①低淬透性调质钢：这类钢含合金元素较少，淬透性较差，合金调质钢经调质后强度比碳钢高。常用牌号有40钢、45钢、40Cr钢、40MnB钢, 用于制造中、小截面的零件。②中淬透性钢：这类钢含合金元素较多，淬透性较高，调制后强度高。常用牌号有40CrNi钢、40CrMn钢。主要用于制造截面较大、承受较大载荷的零件。③高淬透性调质钢：这类钢合金元素含量比前两类调质钢多，淬透性高，调制后强度和韧性好。常用牌号有40CrMnMo钢、25Cr2Ni4W4钢等。主要用于制作大截面、承受重载荷的重要零件。
25.滚动轴承钢：用于制造轴承套和滚动体的专用钢种。
1、热处理和组织特点：滚动轴承钢是过共析钢。⑴ 热处理：球化退火+淬火+低温回火⑵ 组织：M回+颗粒状碳化物+A’(少量)
2、对精密轴承，为保证尺寸稳定性，可在淬火后立即进行冷处理（-80 ~ -60℃），以减少残留奥氏体量，然后进行低温回火消除应力，并在精磨后进行稳定化处理（120~130℃，保温10~15h），以进一步提高尺寸稳定性。
26.工具钢按用途分为:刃具钢、模具钢、量具钢。
27.刃具钢性能要求：①高的硬度和耐磨性②高的热硬性③足够的强度和韧性
28.常用刃具钢：①碳素工具钢②低合金刃具钢③高速工具钢（高速钢）。
29.碳素工具钢的热处理和组织 ①热处理：正火+球化退火+淬火+低温回火②使用状态下的组织：M回+颗粒状碳化物+A’(少量)
30.球化退火目的：①降低硬度, 便于加工;②为淬火作组织准备。⑵使用状态下的组织。
31.碳素工具钢用途：由于碳工钢热硬性、淬透性差，只用于制造小尺寸的手工工具和低速刃具。
32.低合金工具钢的热处理和组织 ①热处理：同碳素工具钢，只是淬火介质为油(碳素工具钢为水)②使用状态下的组织为：M回+颗粒状碳化物+A’(少量)
33.高速钢（俗称风钢）性能特点: 高热硬性(600℃)、高淬透性
34.高速钢加工工艺路线：下料→锻造→退火→机加工→淬火→回火→磨削
35.高速钢是莱氏体钢，其铸态组织为亚共晶组织，由鱼骨状莱氏体与树枝状M+T组成，脆性大且无法热处理改善。
36.使用状态下组织：M回+颗粒状碳化物+A’（少量）
37.高速钢的热处理：⑴锻造目的：打碎粗大的鱼骨状碳化物，使其均匀分布于基体中。⑵退火目的：降低硬度，便于切加工；为淬火作组织准备。退火后组织：S+颗粒状碳化物⑶ 淬火目的: 获得高合金元素含量的马氏体。因此淬火温度高(>1200℃)。淬火后组织：M+未溶碳化物(~10%)+A’ (~20%)。⑷ 回火目的：主要为减少A’；消除内应力、稳定组织。
38.常用560℃三次回火. 回火时的组织变化：① 析出W、Mo、V的碳化物，产生二次硬化。② 碳及合金元素含量下降，Ms点上升，回火冷却时，A’转变为M。每次回火加热都使前一次的淬火马氏体回火。

钢 号
钢 种
合金元素的主要作用
热处理特点
使用状态下组织
Q345
低合金高强度结构钢
Mn:强化F，增加P量，降低冷脆转变温度
热轧空冷
F+P
65Mn
弹簧钢
Mn:提高淬透性，强化F
淬火+中温回火
T回
ZGMn13
耐磨钢
Mn:获得单相A组织
水韧处理
表:M+碳化物 心:A
20Cr
渗碳钢
Cr:提高淬透性，强化F
渗碳+淬火+低温回火
表: M回+颗粒状碳化物+A’心: M回+F
40Cr
调质钢
Cr:提高淬透性，强化F
调质处理
S回
9SiCr
低合金工具钢
Cr:提高淬透性
淬火+低温回火
M回+颗粒状碳化物+A’ (少量)
GCr15
滚动轴承钢
Cr:提高淬透性，耐磨性、耐蚀性
淬火+低温回火
M回+颗粒状碳化物+A’ (少量)
1Cr13
马氏体不锈钢
Cr:提高耐蚀性
淬火+高温回火
S回
5CrNiMo
热作模具钢
Cr、Ni:提高淬透性，强化F
淬火+高温回火
S回
Mo:防止高温回火脆性
Cr12MoV
冷作模具钢
Mo:细化晶粒，提高耐磨性
淬火+低温回火
M回+颗粒状碳化物+A’ (少量)
W18Cr4V
高速钢
V:提高耐磨性、热硬性
淬火+低温回火
M回+颗粒状碳化物+A’ (少量)
1Cr18Ni9Ti
不锈钢
Ti:防止晶间腐蚀
固溶处理
A

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