钢的合金化讲述.ppt

钢的合金化概论 钢中合金元素及其与铁和碳的作用 合金元素在钢中的分布和偏聚 合金元素对钢相变的影响 合金元素对钢强韧化的影响 合金元素对钢工艺性的影响 钢的冶金质量 Si, Mn, Cr, Ni, W, Mo, V, Ti, Nb, Al, Cu, B 热脆 冷脆 氢脆 钢中的元素 杠杆原理 A4 钢中合金元素的分类（一）合金元素和Fe的关系 （1）γ稳定化元素 使A3↓，A4 ↑ ，γ区扩大 i）与γ区无限固溶 —— Ni、Mn、Co —— 量大时， 室温为γ相 ii）与γ区有限固溶 —— C、N、Cu—— 扩大γ区 （铁基二元相图） Ni, Mn, Co C, N, Cu （2）α稳定化元素 使A3↑，A4 ↓ ，γ区缩小 封闭γ区 — （1）Cr、V（与α-Fe完全互溶）， 量大时高温仍然为α相 （2）W、Mo、Ti， γ相封闭但有限溶解 缩小γ区 ——B、 Nb、Zr等 稳定γ相—— A形成元素 稳定α相 ——F形成元素 Cr, V Mo, W, Ti B, Nb, Zr 钢中合金元素的分类（二）合金元素和C的关系 非碳化物形成元素 Ni, Cu, Si, Al, P 碳化物形成元素Cr, Mo, W, B, Ti, Zr, Nb 与C的亲和力由强到弱： Ti,Zr,Nb,V,Mo,W,Cr,Mn,Fe,Ni,Si,Co,Al(固溶) 富含Ta的碳化物 富含Hf的碳化物 NbC Cr23C6 Me的d层电子愈少，与C的亲和力（电负性）愈强，形成的碳化物也愈稳定； b) 碳化物的生成热越大，其稳定性越高； c) rc/rme0.59 （间隙相）：简单点阵结构的碳化物M2C、MC （VC、TiC、NbC、ZrC） rc/rme0.59 ：复杂点阵结构的碳化物M23C6、M7C3、M3C （Cr23C6、Cr7C3、Fe3C） d）可形成复合碳化物，即多元碳化物 碳化物形成规律 复杂点阵结构：M23C6 、M7C3 、M3C 特点：硬度、熔点较低，稳定性较差； 简单点阵结构：M2C、MC 特点：硬度高，熔点高，稳定性好 M6C型复杂结构，性能特点 接近简单点阵结构 溶入较强的碳化物形成元素，碳化物的稳定性越好，聚集长大越难，例如MC型碳化物一般在加热温度1000℃以上才溶解，回火时到500~700℃才析出； 强碳化物形成元素优先与C结合，例如在含W、Cr的钢中，形成碳化物的顺序为W6C、Cr23C6、Cr7C3、Fe3C 碳化物之间的相互溶解 碳化物特性 碳化物对钢的性能影响 取决于碳化物的形貌、分布、尺寸 提高强度（细化晶粒、弥散强化） 提高抗蠕变能力（钉扎晶界） 降低冲击性能（晶界处成膜） 内部裂纹源（大块尖角碳化物） 钢中合金元素的分类（三）合金元素对Fe-C相图的影响 Cr元素影响 铁—碳—锰相图 Mn元素影响 对S、E点的影响 A形成元素均使S、E点向左下方移动， F形成元素使S、E点向左上方移动。 S点左移—意味着共析C量减小 ； E点左移—意味着出现莱氏体的C量降低 。 钢中合金元素及其与铁和碳的作用 合金元素在钢中的分布和偏聚 合金元素对钢相变的影响 合金元素对钢强韧化的影响 合金元素对钢工艺性的影响 钢的冶金质量 形成非金属夹杂 溶入固溶体 形成化合物 自由存在 钢中的Al2O3夹杂 一、合金元素分布形式 偏聚 现象 Me偏聚 → 缺陷处浓度 基体平均浓度 也称为吸附现象 偏聚现象对钢的组织和性能产生了较大影响， 如晶界扩散、晶界断裂、晶界腐蚀、相变形核等 都与此有关（有利有弊） Me+⊥：溶质原子在刃型位错处吸附，形成柯氏气团； Me+≡ ：溶质原子在层错处吸附形成铃木气团； Me+◎ ：溶质原子在螺位错吸附形成Snoek气团. 二、合金元素的偏聚 晶界、亚晶界、相界、位错、空位 偏聚 机理 溶质原子在缺陷处偏聚，使系统自由能↓， 符合自然界最小自由能原理； 结构学：缺陷处原子排列疏松，不规则，溶质原 子容易存在； 能量学：原子在缺陷处偏聚，使系统自由能↓， 符合自然界最小自由能原理。（在没有强制外 力作用下，事物总是朝着↓能量的方向发生； 即使暂时不发生，也存在潜在的趋势；） 热力学：该过程是自发进行的，其驱动力是溶质 原子在缺陷和晶内处的畸变能之差； 影响 因素 缺陷处 溶质浓度 温度T ：T↓，内吸附强烈（E随T升高而降低）； 时间t：偏聚需要原子扩散→需要一定时间； 缺