第一章钢的合金化基础题库.ppt

第一章 钢的合金化基础 主要内容 0. 前言 1. 钢中合金元素及其分类依据 2. 合金元素对钢的作用 3. 钢的强化机制 4. 改善钢塑性和韧性的途径 5. 合金元素对钢相变的影响 6. 钢的冶金质量 0 前言 合金化：加入适当元素改变金属性能的方法。 合金元素、合金钢 （主要元素：Cr、Ni、Mo、W、V 常存元素：Mn、Si ……） 注意：合金元素不一定直接影响钢性能，大部分是由于影响相变过程。 1. 钢中合金元素及其分类依据 （1）杂质元素（impurity- element） 1. 钢中合金元素及其分类依据 一、合金元素在钢中的分布 第二周期：B、C、N； 第三周期：Al、Si 第四周期：Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、 第五周期：Zr、Nb、Mo 第六周期：W 第七周期：稀土元素、Ta S、P一般为杂质元素 1. 钢中合金元素及其分类依据 一、合金元素在钢中的分布 合金元素的存在形式（溶于钢中或形成新相），主要包括： 溶于铁素体、奥氏体或马氏体中，形成固溶体；—溶入基体 形成强化相；(形成碳化物或金属间化合物)-强化相 形成非金属夹杂物；（氧化物、氮化物或硫化物等）—第二相 以游离状态存在。—单质 取决于种类特点、含量、冶炼方法及热处理工艺等 1. 钢中合金元素及其分类依据 二、合金元素的分类 1、与铁的相互作用 （1）奥氏体（austenite）形成元素：C、N、Mn、Cu、Ni、Co、W等，(优先分布于奥氏体中) 奥氏体形成能力=Ni%+30C%+30N%+0.5Mn%+0.25Cu% （2）铁素体（ferrite）形成元素：Cr、V、Si、Al、Ti、Mo、W等，(优先分布于铁素体中) 1. 钢中合金元素及其分类依据 二、合金元素的分类 2、与碳的相互作用 （1）非碳化物形成元素：Al、Si、Cu、Ni、P等，(易溶于奥氏体或铁素体中或形成夹杂) （2）碳化物形成元素：Cr、V、Ti、Mo、 Zr、Nb等，(形成碳化物或溶于固溶体中) 1. 钢中合金元素及其分类依据 二、合金元素的分类 3、对奥氏体层错能的影响分类 （1）提高奥氏体层错能的元素：Cu、Ni、C等； （2）降低奥氏体层错能的元素： Mn、 Cr、Ru(钌)、Ir(铱)等。 层错是一种晶体缺陷，它破坏了晶体排列的周期性，引起能量升高。产生单位面积的层错所需能量为“层错能” 。（层错能愈小，出现层错的几率愈大） 常用合金元素点阵结构、电子结构和原子半径 二、Me和碳（氮）的作用 （一）钢中常见的碳化物 K类型、大小、形状和分布对钢的性能有很 重要的作用。 （三）金属间化合物 合金钢中由于M之间以及M与Fe之间产生相互作用，可能形成各种金属间化合物。保持金属的特点。 合金钢中比较重要的金属间化合物有： σ相（AB） 拉夫斯相（AB2） 有序相（AB3） σ相 在高铬不锈钢、铬镍（锰）奥氏体不锈钢、耐热钢及耐热合金中，都会出现σ相（如Cr46Fe52），伴随着σ相的析出，钢和合金的塑性和韧性显著下降，脆性增加。 如Cr-Mn、Cr-Co、Mo-Mn等。 AB2 含钨，钼，铌和钛的复杂成分耐热钢和耐热合金中，均存在AB2相，强化相。 如（W,Mo,Nb）（Fe,Ni,Mn,Cr）2 其组元A的原子直径和第二组元B的原子直径之比为1.2/1 。 AB3 各组元之间尚不能形成稳定的化合物，处于固溶体到化合物的过渡状态。 有序无序转变温度较低，超过了就形成无序固溶体，如Ni3Fe, Ni3Mn等； 有序状态可保持高熔点，更接近金属间化合物，如Ni3Al, Ni3Ti, Ni3Nb。 Ni3Al是典型的复杂成分的耐热钢和耐热合金中的强化相 。 （1）提高奥氏体层错能的元素：Cu、Ni、C等； （2）降低奥氏体层错能的元素： Mn、 Cr、Ru、Ir等。 层错能越低，有利于位错扩展和形成层错，使滑移困难，使钢的加工硬化趋势增大。 如：高镍钢和高锰钢。 （锰：加工硬化特点） 对钢相变行为的影响： 奥氏体层错能对Fe-Ni-C合金中马氏体形态的影响 途径： 细化晶粒：晶界数量增加，位错数量增加；宜加入细化晶粒的合金元素Al、Nb、V、Ti等（晶界强化） 形成第二相粒子：位错遇到第二相粒子会绕过时，位错数量增多；宜加入强碳化物形成元素V、Ti、W、Mo、Nb等 促进淬火效应：淬火后获得板条M，位错形亚结构；宜加入提高淬透性元素Mo、Mn、Cr、Ni、Si、B等 降低层错能：使位错易于扩展和形成层错，位错交互作用增加，滑移困难，加入降低层