钢合金化基础.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 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） 2. 合金元素对钢的作用 一、合金元素与铁的相互作用 二、合金元素与碳的相互作用 三、合金元素对奥氏体层错能的影响 2. 合金元素对钢的作用 一、合金元素与铁的相互作用 研究的目的：利用各元素和铁的相互作用规律，通过控制钢中合金元素的种类和含量，获得所需要的组织。 2. 合金元素对钢的作用 一、合金元素与铁的相互作用 （1）扩大γ区的元素：C、N、 Cu、Mn、Ni、Co等（A4上升、A3下降） 2. 合金元素对钢的作用 一、合金元素与铁的相互作用 （2）缩小γ区的元素： Cr、V、Si、 Al、Ti、Mo、W等（A3上升、A4下降） 与铁素体无限互溶元素 （ Cr、V、Si、Al、Ti、Mo、W）等， 使奥氏体区被封闭； 与铁素体有限互溶元素 （ B、Nb、Ta、Zr）等， 使奥氏体区缩小。 2. 合金元素对钢的作用 一、合金元素与铁的相互作用 影响因素： 点阵类型、原子尺寸、原子结构和电化学因素等。 合金元素与铁还可能形成金属间化合物。 （如Fe-Cr、Fe-V、Fe-Mo等合金） 总结：运用合金元素和铁的相互作用规律，控制合金元素种类和含量，得到所需要的组织。 2. 合金元素对钢的作用 二、合金元素与碳的相互作用 表现在是否形成碳化物或形成碳化物倾向性的大小。（强化相） 研究目的：所形成碳化物种类、性质和在钢中的分布；对钢的相变的影响。 1、非碳化物形成元素：不与C形成化合物，但可固溶于?-Fe或?-Fe中，或形成氮化物等化合物。 元素包括：Ni、Cu、Si、Co、Al、N、P等 2. 合金元素对钢的作用 二、合金元素与碳的相互作用 2、碳化物形成元素： （Fe、Mn、Cr、W、Mo、V、Nb、Zr、Ti） （1）周期表中Fe的“左” ，但有例外！ Ni, Co也可形成碳化物，但比Fe3C稳定性差 Mn是碳化物形成元素，但易进入Fe3C中，形成合金渗碳体 （2）d电子层未满：碳化物具有金属键结合的性质 （3）碳化物的稳定性：主要由d电子层的未填满程度决定。 由强到弱：Ti, Zr, Nb, V, Mo, W, Cr, Mn, Fe 2. 合金元素对钢的作用 二、合金元素与碳的相互作用 碳化物的不同种类 1、rc / rme 0.59 : 复杂点阵碳化物 Cr23C6, Cr7C3, Fe3C 等 2、 rc / rme 0.59 : 简单点阵碳化物