三节合金元素对钢的影响

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1、第三节 合金元素对钢的影响为什么要加入合金元素？为什么要加入合金元素？一、碳钢的局限性一、碳钢的局限性 1.淬透性低淬透性低 2.强度和屈强比低强度和屈强比低 3.高温强度差高温强度差 4.不能不能满足特殊性能的要求满足特殊性能的要求合金元素能起什么作用呢？合金元素能起什么作用呢？二、合金元素对钢中基本相的影响二、合金元素对钢中基本相的影响1 1、合金固溶体、合金固溶体 Fe(Me)2 2、合金渗碳体、合金渗碳体 (Fe,Me)3C3 3、合金碳化物、合金碳化物 TiC 、NbC 、 WC 、 VC 、4 4、非金属夹杂、非金属夹杂 MnS, MnO, SiO2 , Al2O35 5、Cu ,

2、 PbCu , Pb 以游离状态存在以游离状态存在合金元素在钢中的存在形式取决于合金元素在钢中的存在形式取决于：1 1、合金元素本身的性质、合金元素本身的性质2 2、合金元素的含量以及碳的含量、合金元素的含量以及碳的含量3 3、热处理条件（加热温度、冷却条件）、热处理条件（加热温度、冷却条件）1.形成合金碳化物形成合金碳化物 MnMn：弱碳化物形成元素，：弱碳化物形成元素， CrCr、MoMo、WW：属于中强碳化物形成元素，：属于中强碳化物形成元素， V V 、TiTi、NbNb、ZrZr ：是强碳化物形成元素。：是强碳化物形成元素。与与C C的亲和力强的合金元素形成的特殊碳化物的亲和力强的合

3、金元素形成的特殊碳化物 稳定性好，具有高熔点、高硬度、高耐磨性和稳定性好，具有高熔点、高硬度、高耐磨性和 不易分解等特点。不易分解等特点。碳化物的稳定性越高，热处理加热时，碳化物的溶解碳化物的稳定性越高，热处理加热时，碳化物的溶解 及奥氏体的均匀化越困难。同样在冷却及回火过程中及奥氏体的均匀化越困难。同样在冷却及回火过程中 碳化物的析出及其聚集长大也越困难。碳化物的析出及其聚集长大也越困难。2.2.形成合金固溶体形成合金固溶体 凡是溶入铁素体的合金元素均起固溶强化作凡是溶入铁素体的合金元素均起固溶强化作用，即，使钢的用，即，使钢的强度强度和硬度提高、韧性降低和硬度提高、韧性降低。合金元素对合金

4、元素对F F体断面收缩率的影响体断面收缩率的影响三、合金元素对铁碳合金相图的影响三、合金元素对铁碳合金相图的影响1 1、对奥氏体相区的影响、对奥氏体相区的影响（1 1）扩大）扩大A A区区 NiNi、MnMn、CoCo、C C、N N、CuCu等元素的加入会使奥氏体相等元素的加入会使奥氏体相区扩大，特别是区扩大，特别是NiNi、MnMn的影响更大的影响更大室温下室温下1Cr18Ni9 1Cr18Ni9 为单相为单相A A体不锈钢体不锈钢高锰钢高锰钢 Mn13 Mn13 水韧处理后获水韧处理后获得单一的得单一的A A体体（2 2）缩小）缩小A A区区CrCr、WW、MoMo、V V、TiTi、A

5、lAl、Si Si等等元素的加入会使奥氏体相区缩元素的加入会使奥氏体相区缩小，特别是小，特别是CrCr、 Si Si含量高时将含量高时将限制限制A A体区，甚至完全消失。体区，甚至完全消失。1Cr17Ti 1Cr17Ti 0Cr13 0Cr13 为单相为单相F F体体2 2、对铁碳相图中、对铁碳相图中S S点、点、E E点的影响点的影响3 3、对共析转变温度、对共析转变温度A A1 1的影响的影响所有的合金元素都使所有的合金元素都使S S点左移，而大部分合金点左移，而大部分合金元素均使元素均使E E点左移，因此，含碳量相同的碳钢点左移，因此，含碳量相同的碳钢和合金钢具有不同的显微组织。和合金钢

6、具有不同的显微组织。使共析转变点使共析转变点S S左移左移 钢中钢中P%P%，强度增，强度增加加 。使共晶转变点使共晶转变点E E 左移左移 钢中出现钢中出现Ld Ld 。扩大扩大A A相区的元素使铁碳合金相图中共析转变相区的元素使铁碳合金相图中共析转变温度温度A A1 1下降；缩小下降；缩小A A相区的元素则使其上升，相区的元素则使其上升，并都使共析反应在一个温度范围内进行。并都使共析反应在一个温度范围内进行。四、合金元素对钢热处理的影响四、合金元素对钢热处理的影响1 1、合金元素对加热时相变的影响、合金元素对加热时相变的影响 对奥氏体形成速度的影响对奥氏体形成速度的影响 CrCr、MoMo

7、、W W、V V、TiTi、NbNb、ZrZr等等强碳化物形成元素强碳化物形成元素与与C C的亲和力强，形成难溶于奥氏体的合金碳化物，显的亲和力强，形成难溶于奥氏体的合金碳化物，显著阻碍著阻碍C C的扩散，大大减慢奥氏体形成速度。为了加速的扩散，大大减慢奥氏体形成速度。为了加速碳化物的溶解和奥氏体成分的均匀化，必须提高加热温碳化物的溶解和奥氏体成分的均匀化，必须提高加热温度并保温更长时间。度并保温更长时间。 CoCo、NiNi等部分等部分非碳化物形成元素非碳化物形成元素能增大能增大C C的扩散速的扩散速 度，使奥氏体形成速度加快。度，使奥氏体形成速度加快。 AlAl、SiSi、MnMn等合金元

8、素对奥氏体形成速度影响不大。等合金元素对奥氏体形成速度影响不大。对奥氏体晶粒大小的影响对奥氏体晶粒大小的影响除除CoCo、NiNi以外，绝大多数合金元素，特别是强以外，绝大多数合金元素，特别是强碳化物形成元素由于形成合金渗碳体和特殊碳化碳化物形成元素由于形成合金渗碳体和特殊碳化物，更难溶入奥氏体中，并且阻碍奥氏体晶界的物，更难溶入奥氏体中，并且阻碍奥氏体晶界的移动和奥氏体晶粒的长大，起到细化晶粒的作用。移动和奥氏体晶粒的长大，起到细化晶粒的作用。V V、TiTi、NbNb、ZrZr强烈阻碍强烈阻碍A A体晶粒长大体晶粒长大 W W、CrCr、MoMo中等阻碍中等阻碍A A体晶粒长大体晶粒长大

9、MnMn、B B促进促进A A体晶粒长大体晶粒长大2 2、合金元素对过冷奥氏体转变的影响、合金元素对过冷奥氏体转变的影响合金元素对合金元素对C C曲线的影响曲线的影响除除CoCo外，几乎所有合金元素溶入奥氏体后都增大过冷奥外，几乎所有合金元素溶入奥氏体后都增大过冷奥氏体的稳定性，使氏体的稳定性，使C C曲线右移，即提高钢的曲线右移，即提高钢的淬透性淬透性。MoMo、MnMn、W W、CrCr、NiNi、SiSi、AlAl对淬透性作用依次由强到弱。对淬透性作用依次由强到弱。 对对C C曲线形状曲线形状的影响的影响注意：注意：加入合金元素，只有完全溶入奥氏体才能提高淬透性。加入合金元素，只有完全溶

10、入奥氏体才能提高淬透性。两种或多种合金元素同时加入对淬透性的影响，比单一元两种或多种合金元素同时加入对淬透性的影响，比单一元素的影响强得多。素的影响强得多。合金元素对合金元素对V VK K影响的示意图影响的示意图合金元素对C 曲线影响示意图Si Si基本不影响基本不影响MsMs、MfMf点，除点，除CoCo、AlAl外，多数外，多数合金元素使合金元素使MsMs、MfMf点下降，导致残余奥氏体增加。点下降，导致残余奥氏体增加。合金元素对马氏体转变的影响合金元素对马氏体转变的影响合金元素对合金元素对MsMs点的影响点的影响合金元素对残余奥氏体量的影响合金元素对残余奥氏体量的影响（含含1.0的钢在的

11、钢在1150淬火淬火）五、合金元素对回火转变的影响五、合金元素对回火转变的影响1 1、提高回火稳定性、提高回火稳定性 回火稳定性回火稳定性：淬火钢在回火时硬度下降快慢的性质。：淬火钢在回火时硬度下降快慢的性质。 原因：原因：（1 1）推迟马氏体的分解和残余奥氏体的转变推迟马氏体的分解和残余奥氏体的转变 ( (即在较高温度才开始分解和转变即在较高温度才开始分解和转变) ) （2 2）提高铁素体的再结晶温度）提高铁素体的再结晶温度 提高回火稳定性作用较强的合金元素有：提高回火稳定性作用较强的合金元素有： V V、SiSi、MoMo、W W、NiNi、CoCo等。等。2 2、产生二次硬化、产生二次硬

12、化 二次硬化二次硬化：淬火钢在回火时：淬火钢在回火时随着回火温度的升高，硬度随着回火温度的升高，硬度不下降反而升高的现象。不下降反而升高的现象。3 3、增大回火脆性、增大回火脆性 回火脆性回火脆性：在某些温度区间回火时，钢的硬度显著下：在某些温度区间回火时，钢的硬度显著下降的现象。降的现象。 消除方法：消除方法：快冷；快冷；加入加入 Mo Mo 或或 W W合金钢的强化机制：合金钢的强化机制：合金合金F F 的的固溶强化固溶强化M M位错强化位错强化细晶强化细晶强化（F F、M M晶粒度，晶粒度，P P片间距片间距）弥散强化弥散强化（也称第二相（沉淀）强化）（也称第二相（沉淀）强化）六、结构钢

13、中常用的合金元素及其作用六、结构钢中常用的合金元素及其作用主加元素：主加元素：CrCr、NiNi、SiSi、MnMn辅加元素：辅加元素：W W、MoMo、V V、TiTi、B B总结Mo 、Cr 、Mn、B强淬透，强淬透，Ni、Si二者稍落后。二者稍落后。 V、Ti、Nb、Zr强细化强细化W、 Cr 、 Mo也稍落后也稍落后Mn、B促使它长大促使它长大W 、Mo消除高回脆消除高回脆 重点要求重点要求1. 1. 合金元素在钢中的作用，合金元素在钢中的作用， 合金元素对钢的热处理、机械性能的影响。合金元素对钢的热处理、机械性能的影响。2. 2. 回火稳定性、回火脆性、弥散硬化、回火稳定性、回火脆性、弥散硬化、 二次硬化等概念。二次硬化等概念。