第一章钢的合金化基础技术分析.ppt

第一章 钢的合金化基础 主讲：黄丽红 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）杂质元素（impurity- element） 常存杂质 冶炼残余，由脱氧剂带入。 Mn、Si、Al；S、P难清除。 隐存杂质 偶存杂质 生产过程中形成， 微量元素O、H、N等。 与炼钢时的矿石、废钢有关， 如Cu、Sn、Pb、Cr等。 1. 钢中合金元素及其分类依据 热脆性 —— S —— FeS(低熔点989℃)；？ 冷脆性 —— P —— Fe3P（硬脆）； ？ 氢 脆 —— H —— 白点。 （2）合金元素（alloying-element） 为合金化目的加入，其加入量有一定范围 的元素称为合金元素。 钢中常用合金元素： Si、Mn、Cr、Ni、W、Mo、V、Ti等。 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 合金元素在钢中的存在形式 固溶体 化合物 游离态 固溶体 碳化物 金属间化合物 非金属夹杂物 合金渗碳体 特殊碳化物 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。 固溶体 固溶于F、A、M中 Ni、Si、Co、Mn、Cr、Mo、W 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。 合金渗碳体 如（Fe,Mn)3C、 （Fe,Cr)3C、（Fe,Mo)3C、 （Fe,W)3C、等 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。 特殊碳化物 VC、TiC、NbC、ZrC、WC、MoC 、 W2C、 Mo2C、 Cr23C6、 Cr3C7、 Fe3Mo3C、 Fe3W3C、 金属间化合物 FeS、FeCr、Ni3Al、 Ni3Ti、 Fe2W 非金属夹杂物 Al2O3、AlN、 SiO2、 TiO2 、MnS 游离态 如Pb、Cu等 *合金元素改善钢的热处理工艺性能 除Mn，（P）外，所有合金元素都阻碍钢在加热时A晶粒的长大，尤其是Ti、V、Nb、Zr、Al等，可形成C、N化物，阻碍晶界迁移，细化晶粒。 P21《王晓敏 工程材料学》 1. 细化奥氏体晶粒 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 2. 提高淬透性 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 2. 提高淬透性 3. 提高回火抗力，产生二次硬化，防止第二类回火脆性 回火抗力是指淬火钢在回火过程中抵抗硬度下降的能力，又称回火稳定性。 合金元素固溶于淬火M中可减慢碳的扩散，阻碍碳化物从过饱和固溶体中析出，推迟M的分解，延缓硬度下降，因此，合金钢具有较高的回火抗力。 在相同回火温度下，含碳量相同的合金钢的硬度较碳钢高。 在要求相同硬度条件下，合金钢的回火温度高，塑韧性好。 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）