40钢铁中的合金元素精读.ppt

常见合金元素对共析温度的变化 2、合金元素对奥氏体形成的影响 1）当加热温度高于Ac1时，奥氏体是通过碳化物溶解及α→γ扩散多型性转变形成的； 2）奥氏体量的增长依赖于碳化物的溶解、碳和铁原子的扩散； 3）合金元素对碳化物的稳定性及碳在奥氏体中扩散的影响，直接控制着奥氏体的形成速度： 强碳化物形成元素组成的稳定碳化物，如TiC、NbC、VC，只有在高温下才溶于奥氏体； 碳化物形成元素可提高碳在奥氏体中的扩散激活能，对奥氏体形成有一定阻碍作用。 当奥氏体转变完成后，还有一个合金元素和碳的均匀化过程。由于合金元素扩散慢，可以提高淬火温度或延长保温时间来达到成分均匀化。这也是提高合金钢淬透性的有效方法。 3、合金元素对奥氏体晶粒长大的影响 控制奥氏体的晶粒度对改善合金钢的强韧性至关重要。钢中奥氏体晶粒长大的驱动力是系统界面能的减小 具体是，晶界两侧晶粒的表面自由能差 。晶界移动依靠晶界原子的扩散。 1）钢中促进奥氏体晶粒长大的元素有碳、磷、锰（高碳时） 碳和磷在奥氏体晶界偏聚降低了晶界铁原子的自扩散激活能； 锰是加强了碳促进奥氏体晶粒长大的作用。 2）铝、钛、铌、钒等元素在钢中能形成稳定的氮化物、碳氮化物、氮化物，弥散质点钉扎奥氏体晶界，阻碍其晶粒长大（原因是原有的晶界面被颗粒与奥氏体的相界面所代替，减少了晶界面）。 第五节 合金元素对过冷奥氏体转变的影响 1、合金元素对过冷奥氏体转变的影响，首先表现在对临界点的影响： 奥氏体形成元素降低Ar3点，使转变温度降低，过冷度减小，转变的驱动力减小； 铁素体形成元素则相反。 2、合金元素对过冷奥氏体转变的影响集中反映在对过冷奥氏体转变动力学曲线位置 在碳钢中由于珠光体和贝氏体的最大转变速度温度极为接近，故在过冷奥氏体转变动力学曲线上只画出一个C曲线。但不同的合金元素对这些转变有着不同的影响: 1）过冷奥氏体的先共析铁素体转变 先共析铁素体转变是一个典型的扩散性的形核和长大的过程，铁素体中碳量近于平衡态（0.02wt%）， 因此，相变时，首先进行碳的扩散 ； 由于碳化物形成元素降低碳在奥氏体中的扩散系数，因而显著推迟先共析铁素体的转变； * 思考题 1、如何理解金属的塑性变形与强化这对概念？金属材料的强化思路？ 2、固溶强化的原因？ 3、应变强化的原因？ 4、分散强化的原因？ 5、细晶强化的原因？ 第四章 钢铁中的合金元素 背景 Fe—Cr—Al耐热合金作为发热体，要有一定的电阻以及高温抗氧化性； 18—8奥氏体不锈钢，要求对许多介质有很好的耐蚀性； Fe-Si电工钢； IF钢汽车钢板，有很好的深冲性能等； 结论：这些钢种都是铁基合金，但由于加入不同合金元素，所表现出来的性能很不相同。 我们在《物理化学》基础课程中已经学习了二元相图的知识，由于元素与元素的相互作用，改变了体系中各相的稳定性，并产生了许多新的相； 以Fe—C二元相图为例，铁中由于加入了C元素，产生了新相，形成了不同的组织，从而钢铁材料也具有一系列不同的性能； 合金元素的定义：在碳钢中有意地加入一种或几种合金元素,使钢的使用性能或工艺性能得以改善提高. 常见的合金元素 目前钢铁中常用的合金元素有十几个，分属于元素周期表中的不同周期： 第二周期：B、C、N 第三周期：Al、Si、P、S 第四周期：Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu 第五周期：Nb、Mo 第六周期：W A4 1390℃ A3 910℃ ?-Fe ?-Fe ?-Fe 第一节 铁基固溶体 背景 铁在加热和冷却过程中产生上述的多型性转变；钢中的合金元素对α-Fe、γ-Fe和δ-Fe的相对稳定性及多型性转变温度A3和A4都有极大的关系。 奥氏体形成元素：合金元素中，在γ-Fe中有较大溶解度并能稳定γ-Fe的元素； 铁素体形成元素：在α-Fe中有较大溶解度并使γ-Fe不稳定的元素； 根据它们对铁多型性转变的影响，分为两大类： 1 使A3温度下降，A4温度升高，这类元素是扩 大γ相区的奥氏体形成元素。它们分两类： 1）开启γ相区： 如锰、钴和镍，它们的原子尺寸、晶体结构、电负性等与铁相似，可与γ-Fe无限固溶，使δ和α相区缩小，这种类型的相图如下图。 开启γ相区类型Fe-M相图 ：如锰、钴和镍 Fe-Ni相图 2）扩大γ相区：如碳、氮和铜，它们使γ相区扩大，但与γ-Fe有限溶解。 其中碳和氮与铁形成间隙固溶体，铜与铁形成代位固溶体。这类相图如下图。 （2）使A3温度升高，A4温度下降 这类是缩小γ-相区的铁素体形成元素。它包括下列两种情况： 1）封闭γ相区：这类元素是A3温度升高，A4温度下降，并在一定浓度处汇合，在相图上形成γ圈。 Fe-C相图是这种情况 2）缩小γ相区：这类元素与封闭γ相区元素相似，但由于出现了金