材料工程学重点.pptx

第一章 钢的合金化基础;碳钢的强度、硬度总的说来还是比较低的，虽然可以通过调节碳含量及热处理的方法来提高其力学性能，但其淬透性及回火稳定性差，限制了其应用。 淬透性：表征钢件淬火时形成Ｍ的能力。（用淬硬层深度来表示） 淬硬性：以大于上临界冷速的冷却速度冷却时得到的Ｍ的硬度。 回火稳定性：在高温下保持硬度和强度的能力。;为提高碳钢的力学性能、淬透性及回火稳定性，在钢中添加一定量的合金元素－合金钢。 常用的合金元素有： Cr、 Mn、Ni、 Co、Cu、Si、 Al、 B 、 W、 Mo 、 V、Ti、Nb、Zr、Re等。;微合金化钢是近二、三十年来钢铁生产中的最重要成就。在普通碳钢中只要加入极少量的（≤0.1%)的强碳化物形成元素如Ni、Ti、V或加少量的Al形成AlN再配合以控轧工艺，就可以制成屈服强度达350-550MPa，并具有良好韧性的低碳钢。 合金元素的影响是永远的热点。;一、合金元素的作用; 成分—组织—性能 是材料科学的主旋律。成分的复杂性对研究工作带来困难，但同时也蕴藏着更多的发展潜力。;合金元素在钢中的存在形式;例：形成合金F 合金元素溶入F后，由于原子半径和晶格类形的差异，必然引起Ｆ晶格畸变，产生固溶强化，使Ｆ的强度、硬度↑，而塑、韧性略有下降。 　　P、Si、Mn、Ni是显著的强化Ｆ元素。;它是合金元素溶入渗碳体中并置换部分铁原子而形成的碳化物。 　　　　(Fe , Me)3C Me代表Mn、Cr等合金元素。 合金渗碳体比一般渗碳体稳定，硬度高，所以可以提高耐磨性。;由中强或强碳化物形成元素形成的碳化物。其共同特点是：熔点高、硬度高、稳定性高、很难溶入Ａ中。;金属间化合物;（一）合金元素改善钢的热处理工艺性能;除Co外，固溶于A中的合金元素总是不同程度的增加Ａ稳定性，延缓Ａ的转变，使C曲线右移，淬透性提高。 合金钢可选择油淬，高合金钢甚至空冷即可获得M组织。 Cr、Mn、Mo、Si、Ni、B;非碳化物形成元素及Mn，使C曲线右移。 Mn, Ni, Cu…;碳化物形成元素使C曲线右移，还改变C曲线形状。使P转变和B转变明显分开成两个转变图。 Cr使B转变图右移的作用大于使P转变右移的作用。;碳化物形成元素Mo、W等使P转变图右移的作用大于使B转变右移的作用。 空冷可获得B组织。;除Co、Al外，所有合金元素降低Ms 、Mf 增加残余奥氏体含量，按作用由强到弱： Mn、Cr、Ni、Mo、W、Si;3. 提高回火抗力，产生二次硬化，防止第二类回火脆性;一些含Cr、Ｗ、Mo、V等合金元素较多的合金钢，在500～600℃范围内回火时，由于沉淀析出这些合金元素的碳化物并呈弥散状分布，因而对材料起到沉淀强化的作用。 淬火钢在较高温度回火时，硬度不降低反而升高的现象称为二次硬化。;多次回火过程中AR发生合金碳化物析出 回火过程中AR中的碳及合金元素“贫化”，使其Ms高于室温， 在冷却过程中AR转变为M。 二次淬火 ;大部分合金元素均延缓α相的回复与再结晶过程 几种元素的综合作用可更显著提高α相再结晶温度。;淬火钢回火后的韧性下降现象称为回火脆性。 在250~400℃出现韧性下降，称第一类回火脆性；在500~ 600 ℃回火后缓慢冷却时韧性亦会下降，称第二类回火脆性。;产生回火脆性的原因;对小型零件可采用回火后快冷的方法； 而对于大型零件则可在材料中加入Mo、W等，这些元素可阻止或延缓有害元素在晶界上的析出。;固溶强化 第二相强化 细晶强化;Ni、Si、Al、Co、Cu、Mn、Cr、Mo、W等合金元素固溶于F、A、M中引起晶格畸变，增加位错运动的阻力，产生强化。;Mn、Cr、Mo、W、V 、Ti 、Nb、Zr等合金元素在钢中能够形成各种碳化物－合金碳化物。;合金碳化物;　合金渗碳体;一般低合金结构钢中主要的合金元素为：Mn、Cr、Mo等，故在此类钢中主要形成的是合金渗碳体。;　特殊碳化物;具有简单晶体结构的间隙化合物 WC、Mo2C、VC、TiC 具有复杂晶体结构的碳化物 Cr23C6、Cr7C3、Fe5W3C;V、Ti、Nb、Zr、Al等合金元素可是显著细化A、F晶粒及M，提高钢的强度、硬度，并能提高钢塑性和韧性。;　合金元素固溶于铁素体及奥氏体中，会改变 同素异构转变温度A4、A3 共析温度A1 共析成分S 奥氏体中碳的最大溶解度点E;特点： A4↑、A3↓， ?相区扩大 扩大?相区并与?-Fe形成无限固溶体的元素Ni、Mn等 部分扩大?相区与?-Fe形成有限固溶体的元素C、N、Cu等。 ;;特点：A3↑、A4↓， ?相区缩小 缩小并完全封闭?相区的元素Cr、V、Mo、W、Ti、Al、Si等 仅使?相区部分缩小而不闭的元素Ｂ、Ｎb、Ta、Zr等。;;当钢中wNi=9%，