机械专业工程材料学6终2010.ppt

第六章 合金钢 重要的金属材料: 碳素钢:价格低、易加工、可热处理、可塑变。 合金钢：为了改善钢的性能，在碳钢的基础上特意地加入一种或几种合金元素所形成的钢。它具有较好机械性能（如强度、塑性、淬透性、冲击韧性等）和特殊性能（耐磨性、耐腐蚀性、耐高温性、电磁性等），但价格高。 一、合金元素的存在形式 非碳化物形成元素: 　不能和碳化合的元素称为非碳化物形成元素， 如Ni、Si、Co、Al、Cu等，它们只能溶于铁素体形成合金铁素体。 2. 碳化物形成元素（次d电子层不满） 凡能与碳化合的元素叫做碳化物形成元素. 按照碳化物形成元素所形成的碳化物的稳定程度由强→弱的排列顺序为：Ti、Zr、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe； 强碳化物形成元素：Ti、Zr、Nb、V 中强碳化物形成元素：W、Mo、Cr 弱碳化物形成元素：Mn、Fe； （二）合金元素对Fe-C相图的影响 扩大或缩小A区 改变共晶点和共析点的参数 1. 奥氏体相区的变化 扩大或缩小A区 —— 如，室温下，1Cr18Ni 9 为单相A，1Cr17Ti 为单相F 使共析转变点S左移 → 钢中P%↑，强度增加 。 使共晶转变点E 左移 → 钢中出现Le Mn、 Ni、 Co、C、N、Cu均使S、E点向下、向左移、A3、A1 （点）线向下移，A4点上升，故可扩大奥氏体相区；如P125图7-4所示； Cr、 Mo、 W、V、Ti、Si使S、E点向上、向左移，A3、A1点 （线）上升，A4点下降，故可缩小奥氏体相区；如P125图7-4所示； 3.2总结： 当含Mn、Ni较高的钢，因扩大奥氏体相区有可能将A3降至室温以下，此时钢在室温下保持奥氏体组织，叫做奥氏体钢； 例如：Mn13(耐磨钢)、1Cr18Ni9（不锈钢）；如P122图7-1； 当含Cr较高的钢，因缩小奥氏体相区有可能在室温下只有铁素体存在而成为铁素体钢； 例如：Cr17（铁素体型不锈钢）；如P122图7-2； 由于所有的合金元素均使S点左移，这就意味着钢中的含碳量不足0.77%时，钢就变为过共析钢而析出Fe3CⅡ； 例如：4Cr13（马氏体型不锈钢）就是过共析钢； 合金元素的存在将改变钢的共析温度，扩大奥氏体相区的合金元素将使A1下降，缩小奥氏体相区的合金元素将使A1上升；如图7-5所示； 大多数合金元素均使E点左移，这就意味着当钢中的含碳量小于2.11%时就会出现共晶莱氏体； 例如：W18Cr4V的铸态组织中已出现了莱氏体； （三）合金元素对热处理过程的影响 合金元素对加热时奥氏体形成过程的影响 大多数合金元素（除少数Ni、Co，主要是碳化物形成元素）会减慢奥氏体的形成过程。 所有合金元素（除Mn、P、C、N外）均阻碍奥氏体晶粒的长大，获得晶粒细小的奥氏体组织，但作用的强弱不同，强碳化物形成元素的作用大。 强碳化物形成元素能强烈的阻止奥氏体晶粒长大( Ti、V、Zr、Nb 等)。 非碳化物形成元素能轻微的阻止奥氏体晶粒长大( Si、Ni、Cu、Co 等)。 因此，一般合金钢的热处理加热温度较碳钢的高，但晶粒细小，尤其是存在强碳化物形成元素的合金钢。 2. 合金元素对过冷奥氏体转变过程的影响： 除Co以外，大多数合金元素的加入（溶入奥氏体中）均使C曲线右移，提高过冷奥氏体的稳定性， Vk↓从而提高了钢的淬透性； 一些碳化物形成元素还使C曲线的形状发生改变，如图7-6所示； 除Co，Al外，所有的合金元素都使 Ms、Mf 点下降，淬火后残余A量↑, 硬度↓ 提高钢的淬透性。最常采用的是：Cr，Mn，Si，Ni，B 3、合金元素对回火转变的影响： 1. 提高钢的回火稳定性： 回火稳定性：表示钢对于回火时发生软化过程的抵抗能力； M 分解、碳化物长大、残余A转变、F再结晶被推迟到较高的温度才发生。 回火温度相同时，合金钢中析出的碳化物更细小，其强度更高。 合金钢在相同的回火温度下比含碳量相同的碳钢具有更高硬度， 回火稳定性越高的钢，在较高温度下的强度或硬度也越高如图7-7所示； 在达到相同强度条件下，回火稳定性高的钢，可在更高温度下回火。---合金钢综合力学性能比碳钢好。 提高钢的回火稳定性作用较强的合金元素有：V，Si，Mo，W，Cr，Ni，Mn,Co （2）二次硬化和二次淬火 当钢中含Cr、W、Mo、V、Ti等超过一定量时，回火后的硬度随回火温度的升高不是单调的降低，而是在某一温度范围回火后硬度反而增加，并在一定温度（500~600℃）达到峰值。如图7-7C)所示； 二次硬化：在一定回火温度下硬度出现峰值的现象。 回火温度较高时析出细小、高硬度的合金碳化物，如Mo2C，使硬度反而提高。（