gc025钢的合金化.ppt
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2 5钢的合金化 老师提示 重点内容2 5 1合金元素与铁 碳的作用合金元素主要以三种形式存在钢中 溶于铁中 形成固溶体 与碳化合 形成碳化物 形成金属间化合物 1 扩大 相区的元素 奥氏体稳定化元素 Mn Ni Co C N Cu等 使A4点 转变点 上升 A3点 转变点 下降 扩大 相存在范围 一 溶于铁中溶入奥氏体中 形成合金奥氏体 溶入铁素体中 形成合金铁素体 Ni Mn等加入到一定量后 使 相区扩大到室温 称完全扩大 相区元素 C N Cu等 相区不能扩大到室温 称为部分扩大 相区的元素 a Fe Cu相图 b Fe Mn相图扩大A相区的相图 2 缩小 相区元素 铁素体稳定化元素 Cr Mo W V Ti Al Si B Nb Zr使A3点上升 A4点下降 铬除外 铬质量分数小于7 时 A3点下降 大于7 后 A3点迅速上升 缩小 相区存在的范围 使铁素体区扩大 Cr Mo W V Ti Al Si等 完全封闭 相区的元素B Nb Zr等 部分缩小 相区的元素 a Fe Nb相图 b Fe Cr相图缩小 相区的相图 二 形成碳化物合金元素按与钢中碳的亲和力的大小 分为 碳化物形成元素 非碳化物形成元素 碳化物形成元素 Zr Ti Nb V W Mo Cr Mn等 按碳化物的稳定性程度由强到弱排列 固溶于基体相中 F Mn A Cr 形成合金渗碳体 Fe Cr 3C形成合金碳化物 Cr7C3 VC WC 非碳化物形成元素 Ni Co Cu Si Al N B等 都溶于铁素体和奥氏体中 2 5 2合金元素对Fe Fe3C相图的影响Mn Ni Co C N Cu扩大Fe Fe3C相图中的 相区 使S点下降 Cr Mo W V Ti Al Si等缩小Fe Fe3C相图中的 相区 使S点上升 合金元素使共析反应在一个温度范围内进行 几乎所有的合金元素都使S点和E点左移 强碳化物形成元素的作用强烈 Ni或Mn的含量较多时 可使钢在室温下得到单相奥氏体组织 如1Cr18Ni9奥氏体不锈钢ZGMn13高锰钢Cr Ti Si等超过一定含量时 可使钢在室温获得单相铁素体组织 如1Cr17Ti高铬铁素体不锈钢 2 5 3合金元素对钢热处理的影响一 合金元素对加热时相变的影响1 对奥氏体形成速度的影响 Cr Mo W V等强碳化物形成元素与碳形成难溶于奥氏体的合金碳化物 显著减慢奥氏体形成速度 Co Ni等部分非碳化物形成元素 因增大碳的扩散速度 使奥氏体的形成速度加快 Al Si Mn等合金元素对奥氏体形成速度影响不大 2 对奥氏体晶粒大小的影响 强烈阻碍晶粒长大的元素 V Ti Nb Zr等 中等阻碍晶粒长大的元素 W Mo Cr等 对晶粒长大影响不大的元素 Si Ni Cu等 促进晶粒长大的元素 Mn P等 二 合金元素对过冷奥氏体分解转变的影响 对淬透性影响除Co外 几乎所有合金元素都增大过冷奥氏体的稳定性 推迟珠光体类型组织的转变 使C曲线右移 即提高钢的淬透性 常用提高淬透性的元素 Mo Mn Cr Ni Si B等 两种或多种合金元素同时加入 铬锰 铬镍 比单个元素对淬透性的影响要强得多 老师提示加入的合金元素 只有溶于奥氏体时 才能提高淬透性 如果未完全溶解 则碳化物会成为珠光体的核心 反而降低钢的淬透性 合金元素对过冷A等温转变曲线的影响 对残余奥氏体量的影响除Co Al外 多数合金元素都使Ms和Mf点下降 作用大小的次序 Mn Cr Ni Mo W Si Mn的作用最强 Si影响很小 Ms和Mf点的下降 使淬火后钢中残余奥氏体量增多 残余奥氏体量过多时 进行冷处理 冷至Mf点以下 转变为马氏体 或进行多次回火 残余奥氏体因析出合金碳化物会使Ms Mf点上升 在回火后冷却过程中转变为马氏体或贝氏体 二次淬火 三 合金元素对回火转变的影响1 提高回火稳定性推迟马氏体的分解和残余奥氏体的转变 在较高温度才开始分解和转变 提高铁素体的再结晶温度 使碳化物难以聚集长大 合金元素提高钢的回火稳定性 钢对回火软化的抗力 提高回火稳定性作用较强的合金元素有 V Si Mo W Ni Co等 2 产生二次硬化Mo W V含量较高的合金钢回火时 硬度不是随回火温度升高单调降低 到某一温度 约400 后开始增大 并在更高温度 一般为550 左右 达到峰值 称二次硬化现象 碳质量分数为0 35 的钼钢硬度与回火温度的关系 1 当回火温度低于450 时 钢中析出渗碳体 硬度降低 在450 以上渗碳体溶解 钢中开始沉淀出弥散稳定的难熔碳化物Mo2C W2C VC等 使硬度升高 称为沉淀硬化 2 回火时冷却过程中残余奥氏体转变为马氏体的二次淬火也导致硬度升高 产生二次硬化的原因 3 增大回火脆性和碳钢一样 合金钢也产生回火脆性 而且更明显 这是合金元素的不利影响 铬镍钢的韧性与回火温度的关系 高温回火脆性 在450 600 间发生的第二类回火脆性 主要与某些杂质元素以及合金元素本身在原奥氏体晶界上的严重偏聚有关 多发生在含Mn Cr Ni等元素的合金钢中 老师提示回火后快冷 通常用油冷 可防止回火脆性发生 钢中加入适当Mo或W 0 5 Mo 1 W 可基本上消除这类脆性 2 5 4合金元素对钢的性能的影响提高钢的强度是加入合金元素的主要目的之一 提高强度 要设法增大位错运动的阻力 金属中的强化机制主要有固溶强化位错强化细晶强化第二相 沉淀和弥散 强化合金元素的强化作用 正是利用了这些强化机制 一 对正火状态下钢的机械性能的影响合金元素降低共析点的碳质量分数 S点左移 使C曲线右移 使组织中的珠光体增多 珠光体层片减薄 钢的强度增加 塑性下降 合金钢在正火 空冷 状态下可得到层片距离更小的珠光体 或贝氏体甚至马氏体组织 强度大为增加 Mn Cr Cu的强化作用较大 二 对淬火 回火状态下钢的机械性能的影响获得马氏体并回火是钢的最经济和最有效的强化方法 回火时析出碳化物 造成强烈的第二相强化 同时使韧性大大改善 形成位错马氏体 固溶强化铁素体或马氏体 细化晶粒 合金元素提高淬透性 使钢容易得到马氏体 合金元素提高回火稳定性 使马氏体保持到较高温度 合金元素在回火时析出第二相更细小 均匀和稳定 合金钢比碳钢具有更高的强度 韧性 三 对其他性能的影响 1 提高红硬性W Mo V钢在高温保持高硬度的能力 2 提高耐蚀性Cr Ni3 提高耐热性Cr W Mo Al Si4 提高耐磨性W Mo V Ti 2 5 5合金元素对钢的工艺性能的影响一 合金元素对钢铸造性能的影响Cr Mo V Ti Al等在钢中形成高熔点碳化物或氧化物质点 增大钢的粘度 降低流动性 使铸造性能恶化 二 合金元素对钢塑性加工性能的影响合金元素溶入固溶体中 或形成碳化物 如Cr Mo W等 都使钢的热变形抗力提高和热塑性明显下降 容易锻裂 一般合金钢的热加工性能比碳钢要差得多 三 合金元素对钢焊接性能的影响合金元素都提高钢的淬透性 促进脆性组织 马氏体 的形成 使焊接性能变坏 钢中含有少量Ti和V 可改善钢的焊接性能 四 合金元素对钢切削性能的影响钢适合于切削加工的硬度范围为170HB 230HB 一般合金钢的切削性能比碳钢差 适当加入S P Pb等元素可以大大改善钢的切削性能 五 合金元素对钢热处理工艺性能的影响热处理工艺性能反映钢热处理的难易程度和热处理产生缺陷的倾向 合金钢的淬透性高 淬火时采用比较缓慢的冷却方法 减少工件变形和开裂 Mn Si会增大钢的过热敏感性 Mn Cr Ni增加高温回火脆性 Mo W基本消除高温回火脆性 Si促进脱碳 Cr降低脱碳 本节小结常用合金元素非碳化物形成元素 Ni Co Cu Si Al N B碳化物形成元素 Zr Ti Nb V W Mo Cr Mn 合金元素作用强化作用 固溶强化 细晶强化 第二相强化 二次硬化改善热处理性能 提高淬透性 回火稳定性 消除回火脆性 Mo W 提高其它性能 红硬性 耐蚀性 耐磨性- 配套讲稿:
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