钢的合金化基础 (2).ppt

********************************************关于钢的合金化基础(2)二、为什么发展合金钢？改善提高钢的性能，弥补碳钢的不足。如有些特殊条件下的使用要求：韧性、耐蚀、抗氧化、耐磨、高温强度等，车削速度较高的刀具要求红硬性，大尺寸零件要求高的淬透性…这时碳钢已不能满足要求。第2页,共31页，星期六，2024年，5月钢的合金化原理内容相当广泛，包括不同合金元素的不同作用，不同合金元素的交互作用，不同合金元素在不同热处理工艺、C含量、杂质含量条件下的不同行为…合金化基础：合金元素与Fe、C的基本作用，一般规律，即共性。主要内容分为以下5个方面：1)钢中合金元素及其分类。2)合金元素与钢中铁和碳的相互作用。3)钢的强化。4)改善钢的塑性与韧性的途径。5)合金元素对钢的相变和热处理工艺性能的影响第3页,共31页，星期六，2024年，5月

第一节钢中的合金元素及其与铁和碳的相互作用一、钢中合金元素的分类钢中常加入的合金元素有：第二周期：硼、碳、氮；第三周期：铝、硅；第四周期：钛、钒、铬、锰、钴、镍、铜；第五周期：锆、铌、钼；第六周期：钨；第七周期：稀土元素。硫、磷等元素通常作为有害元素看待，但有时也可当作合金元素(如在易切削钢中硫被用来改善切削性能)。(一)按照与铁相互作用的特点分类合金元素与铁的相互作用主要是影响铁的同素异构结构。Fe的同素异构转变：奥氏体(A)：C溶于γ－Fe，面心立方，C溶解度大；铁素体(F)：C溶于α－Fe，体心立方，C溶解度小。第4页,共31页，星期六，2024年，5月1)奥氏体形成元素:如碳、氮、镍、锰、铜、钴等。稳定和扩大A区，优先分布于A中。2)铁素体形成元素:如铬、硅、钒、钛、钼、钨、铌、钽、铝、锆等。稳定和扩大F区，优先分布于F中。但合金元素的实际分布还与加入量和热处理条件有关。(二)按照与碳相互作用的特点分类1)非碳化物形成元素：如镍、铜、硅、铝、磷等。易溶入F或A中2)碳化物形成元素：如铬、钼、钨、钒、钛、锆、铌等。易与C形成碳化物，但加入数量较少时也可溶入固溶体或渗碳体(三)按照对A层错能的影响分类1)提高A层错能的元素：如镍、铜、碳等。2)降低A层错能的元素：如锰、铬、钌、铱等。A的层错能低，利于位错扩展→形成层错→滑移困难→加工硬化趋势增大第5页,共31页，星期六，2024年，5月二、钢中杂质、合金元素存在形式1．形成非金属夹杂：与钢中O、N、S、Si等结合形成化合物，残留在钢中。使塑韧性和疲劳强度降低，还降低耐磨性、耐蚀性，并影响淬透性。其危害与夹杂物成分(性能）、形状、大小、数量和分布有关。但AlN可弥散于钢中，提高性能。2．溶入固溶体：溶于F、A和M。不同元素在不同的组织中溶解度不同。3．形成强化相：4．自由存在：某些合金元素如银和铅等，既不溶于铁中基体中又不与之形成化合物，而以游离状态存在于基体中。存在形式决定于？合金元素存在形式杂质S：生Fe、燃料带入，溶解度很小，晶界低熔点FeS-Fe，热脆。加Mn形成高熔点MnSP：形成Fe3P硬脆相，冷脆脆。H：固溶，氢脆。其它杂质：第6页,共31页，星期六，2024年，5月三、合金元素与铁、碳的相互作用(一)合金元素与铁的相互作用按照合金元素与铁的相互作用所形成的二元状态图的不同形式，可将合金元素分为两大类：为什么有的合金元素扩大γ区，而有的缩小γ区呢?取决于：点阵类型、原子尺寸、电子结构和电化学等因素合金元素含量高到形成σ相，合金将严重发脆。合金元素与铁的相互作用的工程实际意义：为了保证钢具有良好的耐蚀性(如不锈钢)，需要在室温下获得单一相组织，就是运用上述合金元素与铁的相互作用规律，通过控制钢中合金元素的种类和含量，使钢在室温条件下获得单相奥氏体或铁素体等单一组织来实现。例如，为了获得奥氏体型不锈钢，通常向钢中加人大量的Ni、Mn、N等奥氏体形成元素；为获得铁素体型不锈钢，通常向钢中加入大量的Cr、Si、A1、Mo、Ti等铁元素形成元素。同时向钢中加入两类元素时，其作用往往相互抵消。但也有例外，如铬