不管在學(xué)習(xí)課程還是在面試相關(guān)崗位時(shí),，這些知識點(diǎn)都可能用得上。尤其是工科機(jī)械類學(xué)生,，肯定的學(xué)金屬工藝學(xué),。機(jī)械就是理論結(jié)合經(jīng)驗(yàn)，話不多說,，直接上干貨,。全文約3800字，主要講了鐵碳合金,、鋼的熱處理以及工業(yè)用鋼（非合金鋼與合金鋼）等知識點(diǎn),，可收藏學(xué)習(xí)。想了解金屬材料的主要性能-強(qiáng)度,、塑性,、硬度、疲勞強(qiáng)度等請看上一篇文章,。感謝您的閱讀！

1、金屬結(jié)晶相關(guān)

金屬的結(jié)晶就是金屬液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫w的過程,，亦即金屬原子由無序到有序的排列過程,。液態(tài)金屬的結(jié)晶過程是遵循“晶核不斷形成和長大”這個(gè)結(jié)晶基本規(guī)律進(jìn)行的。金屬的冷卻速度愈快,，自發(fā)晶核愈多,。金屬晶粒的粗細(xì)對其力學(xué)性能影響很大。

一般來說,，同一成分的金屬,，晶粒愈細(xì)，其強(qiáng)度,、硬度愈高,，而且塑性和韌性也愈好。影響晶粒粗細(xì)的因素很多,，但主要取決于晶核的數(shù)目,。

2、在實(shí)際生產(chǎn)中,金屬結(jié)晶時(shí)為什么常以枝晶的方式長大

金屬結(jié)晶時(shí),，很多時(shí)候由于有些元素的擴(kuò)散速度跟不上冷卻速度,，所以就局部結(jié)晶出來，出現(xiàn)主軸和次軸成分不一樣的現(xiàn)象,，即主干和枝干成分不同,，故此說是以枝晶方式結(jié)晶。

3,、細(xì)化鑄態(tài)金屬晶粒的主要途徑

提高冷卻速度,，以增加晶核的數(shù)目。在金屬澆鑄之前,，向金屬液內(nèi)加入變質(zhì)劑（孕育劑）進(jìn)行變質(zhì)處理,，以增加外來晶核。此外,，還可采用招牌理或塑性加工方法,，使固態(tài)金屬晶粒細(xì)化。

4,、晶格

晶體內(nèi)部原子排列的具體形式一般稱之為晶格,，不同的晶體內(nèi)部原子排列稱為具有不同的晶格結(jié)構(gòu)。所謂的晶體晶格是可以經(jīng)由平移或其他對稱操作后,，仍可得到自己本身的晶格,。

鈍鐵的晶格有體心立方和面心立方兩種。

鐵及錫,、鈦,，錳等金屬在結(jié)晶之后,，在不同溫度范圍內(nèi)將呈現(xiàn)出不同的晶格。這種隨著溫度的改變,，固態(tài)金屬的晶格也隨之改變的現(xiàn)象稱為同素異晶轉(zhuǎn)變,。

5、鐵碳合金

合金：兩種或兩種以上的金屬元素,，或金屬與非金屬元素熔合在一起,，構(gòu)成具有金屬特性的物質(zhì)稱為合金。組成合金的元素稱為組元,，簡稱元,。

按照鐵和碳相互作用形式的不同，鐵碳合金的組織可分為碳溶于鐵中形成的固溶體,；碳與鐵形成的化合物,；固溶體和化合物組成混合物（機(jī)械混合物）三種類型。

鐵碳合金中的基本組織有：鐵素體,，滲碳體,，珠光體，萊氏體,，奧氏體等

固溶體：溶質(zhì)原子溶入溶劑晶格而仍保持溶劑晶格類型的金屬晶體,，稱為固溶體。

鐵素體F：碳溶解于α-Fe中形成的固溶體稱為鐵素體,，呈體心立方晶格,。力學(xué)性能與純鐵相近。鐵素體在顯微鏡下為明亮的多邊形晶粒,，得晶界曲折,。

奧氏體A：碳溶入γ-Fe中形成的固溶體稱為奧氏體，呈面心立方晶格,。力學(xué)性能與其溶碳量有關(guān),。一般來說，其強(qiáng)度,、硬度不高,，但塑性優(yōu)良。在顯微鏡下,，奧氏體也是呈多邊形晶粒,，但晶界較鐵素體平直，并存有雙晶帶,。

化合物：是各組元按照一定整數(shù)比結(jié)合而成,、并具有金屬性質(zhì)的均勻物質(zhì)，屬于單相組織,。

滲碳體：含碳量為6.69%的鐵與碳的金屬化合物,，分子式Fe3C用符號Cm表示。硬度高,，塑性差,，硬而脆，鋼中滲碳體數(shù)量增多,，強(qiáng)度和硬度提高而塑性下降,。在一定條件下可發(fā)生分解，形成石墨,。

機(jī)械混合物：是由結(jié)晶過程所形成的兩相混合組織,。鐵碳合金中的機(jī)械混合物有珠光體和萊氏體。

珠光體：鐵素體和滲碳體組成的機(jī)械混合物稱為珠光體,。顯微鏡下滲碳體和鐵素體片層相間,，交替排列。在平衡條件下珠光體的含碳量為0.77%,，它的強(qiáng)度高,，塑性、韌性和硬度介于滲碳體與鐵素體之間,。

萊氏體：奧氏體和滲碳體組成的機(jī)械混合物稱高溫萊氏體,，當(dāng)冷卻到727℃以下時(shí)，將轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w和滲碳體的機(jī)械混合物,，稱為低溫萊氏體,。萊氏體的機(jī)械性能與滲碳體相似，硬度很高,，塑性很差,。

補(bǔ)充：鋼：它是指含碳量小于2.11%的鐵碳合金。鑄鐵：即生鐵,，它是指含碳量為2.11%~6.69%的鐵碳合金,。

6,、鋼的熱處理

在固態(tài)下，通過回執(zhí),、保溫和冷卻,，以獲得預(yù)期組織和性能的工藝。它只改變金屬材料的組織和性能而不以改變形狀和尺寸為目的,。

1.退火和正火

退火：退火是將鋼加熱,、保溫，然后隨爐或埋入灰中使其緩慢冷卻的熱處理工藝,。常用的有完全退火,，球化退火，去應(yīng)力退火,。

正火：正火是將鋼加熱到亞共析鋼或過共析鋼,，保溫后在空氣中冷卻的熱處理工藝。

2.淬火和回火是強(qiáng)化鋼最常用的工藝

淬火：是將鋼加熱到一定溫度,，保溫后在淬火介質(zhì)中快速冷卻,，以獲得馬氏體組織的熱處理工藝。注意：1.嚴(yán)格控制淬火加熱溫度,。2.合理選擇淬火介質(zhì)使其冷卻速度略大于臨界冷卻速度,。3.正確選擇淬火方法。

表面淬火常用于機(jī)床主軸,、發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸,、齒輪等?？焖偌訜岱ㄓ卸喾N,，如電感應(yīng)、火焰,、電接觸,、激光等，目前應(yīng)用廣泛的是電感應(yīng)加熱法,。

回火：將淬火的鋼重新加熱到Ac1以下某溫度,，保溫后冷卻到室溫的熱處理工藝，稱為回火,?；鼗鸬闹饕康氖窍慊饍?nèi)應(yīng)力,，以降低鋼的脆性，防止產(chǎn)生裂紋,，同時(shí)也使鋼獲得所需的力學(xué)性能,。

3.將鋼的回火分為如下三種：

1.低溫回火250度以下目的是降低淬火鋼的內(nèi)應(yīng)力和脆性，但基本保持淬火所獲得的高硬度和高耐磨性,。用途最廣，如各種刀具,、模具,、流動(dòng)軸承和耐磨件等。

2.中溫回火250~500度目的是使鋼獲得高彈性,，保持較高硬度和一定的韌性,。中溫回火主要用于彈簧、發(fā)條,、鍛模等,。

3.高溫回火500度以上它廣泛用于承受循環(huán)應(yīng)力的中碳鋼重要件，如連桿,、曲軸,、主軸、齒輪,、重要螺釘?shù)?。?jīng)調(diào)質(zhì)處理的鋼可獲得強(qiáng)度及韌性都好的綜合力學(xué)性能。

7,、工業(yè)用鋼

1.非合金鋼

碳素鋼即“非合金鋼”,，簡稱碳鋼。碳素鋼的含碳量在1.5%以下,，除碳之外,，還含有硅、錳,、磷,、硫等雜質(zhì)。

磷和硫是鋼中的有害雜質(zhì),。磷可使鋼的塑性,、韌性下降,，特別是在低溫時(shí)脆性急劇增加，這種現(xiàn)象稱為冷脆性,。

硫在鋼的晶界處可形成低熔點(diǎn)的共晶體,，致使含硫較高的鋼在高溫變回工時(shí) 容易產(chǎn)生裂紋，這種現(xiàn)象稱為熱脆性,。

硅和錳是煉鋼后期作為脫氧劑加入鋼液中殘存的,。硅和錳可提高鋼的強(qiáng)度和硬度，錳還能與硫形成MnS,，從而抵消硫的部分有害作用,。顯然，它們都是鋼中的有益元素,。

碳素鋼通常分為如下三類：碳素結(jié)構(gòu)鋼,、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼,。

（1）碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號以代表屈服點(diǎn)的“屈”字漢語拼音首字母Q和后面三位數(shù)字來表示,，每個(gè)牌號中的數(shù)字表示該鋼種厚度小于16mm時(shí)的最低（Mpa）。在鋼號尾部A,、B為普通級別,，C、D為磷,、硫低的優(yōu)等級別,，可用于較重要的焊接結(jié)構(gòu)。

Q315塑性好通常軋制成薄板,、鋼管,、型材制造鋼結(jié)構(gòu)，也用于制作鉚釘,、螺釘,、沖壓件、開口銷等,。

Q235強(qiáng)度較高,，塑性也較好，常軋制成各種型鋼,、鋼管,、鋼筋等制成各種鋼構(gòu)件、沖壓件,、焊接件及不重要的軸類,、螺釘、螺母等。

Q255強(qiáng)度更高,，用做鍵,、軸、俏,、齒輪,、撙、連桿,、銷釘?shù)取?/p>

（2）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的硫,、磷含量較低，供貨時(shí)既保證化學(xué)成分,，又保證力學(xué)性能,，主要用于制造機(jī)器零件。

優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號用兩位數(shù)字表示,，這兩位數(shù)字即是鋼中平均含碳量的萬分?jǐn)?shù),。例如，20鋼表示平均含碳量為0.20%的優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼,。

08,、10、15,、20等牌號屬于低碳鋼。20鋼用途最廣,，常用于制造螺釘,、螺母、墊圈,、小軸,，焊接件，有時(shí)也用于滲碳件,。

40,、45等牌號屬于中碳鋼。45鋼常用來制造主軸,、絲杠,、齒輪、連桿,、,、套筒、鍵和重要螺釘?shù)取?/p>

60,、65等牌號屬于高碳鋼,。它們經(jīng)過淬火、回火后,，不僅強(qiáng)度,、硬度顯著提高,，且彈性優(yōu)良，常用彈簧,、發(fā)條,、鋼絲繩、軋輥,、凸輪等,。

（3）碳素工具鋼的含碳量高達(dá)0.7%~1.3%，淬火,、回火后有高的硬度和耐磨性,，常用于制造鍛工、鉗工工具和小型模具,。

碳素工具鋼一般均為優(yōu)質(zhì)鋼,。對于硫、磷含量更低的高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼,，則在數(shù)字后面增加“A”表示,，例如，T10A表示平均含碳量為1.05的高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼,。

T8 沖頭,、鏨子、鍛工工具,、木工工具,、臺(tái)鉗鉗口等。

T10,，T10A 硬度較高,、但仍要求一定韌性的工具，如手鋸條,、小沖模,、絲錐、板牙等,。

T12 適用于不受沖擊的耐磨工具,，如鋼銼、刮刀,、絞刀等,。

2.合金鋼

合金鋼：當(dāng)鋼中合金元素超過低鋼的限度時(shí)，即為合金鋼,。合金鋼不僅合金元素含量高,，且嚴(yán)格控制硫、磷等有害雜質(zhì)的含量，屬于優(yōu)質(zhì)鋼或高級優(yōu)質(zhì)鋼,。

合金鋼可分為合金結(jié)構(gòu)鋼（常用于制造機(jī)器零件用的合金鋼）,，合金工具鋼（主要用于制造刀具、量具,、模具等,，含碳量甚高），特殊性能鋼（包括不銹鋼,，耐磨鋼,，耐蝕鋼及具有軟磁，永磁,，無磁等特殊性能的鋼）

合金鋼是為了改善鋼的某些性能,，在鋼的基礎(chǔ)上加入某些合金元素所煉成的鋼。如果鋼中的含硅量大于0.5%,，或者含錳量大于1.0%,，也屬于合金鋼。

低合金鋼是指合金總含量較低（小于3%）,、含碳量也較低的合金結(jié)構(gòu)鋼,。

可焊接低合金高強(qiáng)鋼（簡稱合金高強(qiáng)鋼）應(yīng)用最為廣泛。低合金高強(qiáng)鋼的牌號表示方法與碳素鋼相同,，即以字母“Q”開始,，后面以三們數(shù)字表示其最像屈服點(diǎn)，最后以符號表示其質(zhì)量等級,。如Q345A表示不小于345Mpa的A級低合金高強(qiáng)鋼,。

Q295低壓容器、輸油管道,、車輛等

Q345橋梁、船舶,、壓力容器,、車輛等

Q390橋梁、船舶,、起重機(jī),、壓力容器等

Q420高壓容器、犧牲,、橋梁,、鍋爐等