钢铁中的合金元素.ppt

M2C型碳化物：主要是中强碳化物形成元素W和Mo形成的，在钢中的稳定性较差，但仍可做500~650℃范围的强化相。第23页，共54页，星期日，2025年，2月5日M23C6型碳化物：Cr23C6的稳定性更差，只有在少数耐热钢中，经过综合合金化后，才有较高的稳定性，例如（Cr，Fe，V，Mo，W）23C6可在奥氏体耐热钢中作为沉淀强化相。M7C3及M3C型碳化物：很容易溶解和析出，并有较大的聚集长大速度，因此不能作为高温强化相。第24页，共54页，星期日，2025年，2月5日3、氮化物及其稳定性根据过渡族金属与氮的结合强度分类：强氮化物形成元素：Ti、Zr、Nb、V；中强氮化物形成元素：W、Mo；弱氮化物形成元素：Cr、Mn、Fe。第25页，共54页，星期日，2025年，2月5日当钢中存在多种过渡族金属元素时，存在着复合碳化物和复合氮化物，例如（Cr，Fe）23C6。氮化物和碳化物之间也可互相溶解，形成碳氮化物。例如氮可置换部分碳原子，在含钒、钛、铌微合金钢中形成Ti（C，N）、V（C，N）和Nb（C，N）。第26页，共54页，星期日，2025年，2月5日此外，冶炼中钢液用铝脱氧，因而存在铝的氮化物AlN。AlN在钢中有很高的稳定性，只有在1100℃以上才大量溶于γ-Fe，在较低温度下又重新析出。在生产中可以利用氮化物的弥散强化作用来提高钢的疲劳强度，利用氮化物的高硬度来进一步提高表面硬度和耐磨性。第27页，共54页，星期日，2025年，2月5日第四节钢中的金属间化合物金属间化合物是指由两个或更多的金属组元按比例组成的具有不同于其组成元素的晶体结构和金属基本特性的化合物。一、σ相在不锈钢、高合金耐热钢及耐热合金中，都会出现σ相。其化学式为AB或AxBy，如FeCr、FeMo、FeV等。σ相对合金性能有害，在不锈钢中引起晶间腐蚀和脆性，在耐热钢和高温合金中引起脆性。第28页，共54页，星期日，2025年，2月5日在二元系中，形成σ相的条件是：1）原子尺寸差别不大。2）钢和合金的“平均族数”（或s＋d层电子浓度）在5.7~7.6范围。第29页，共54页，星期日，2025年，2月5日为避免在合金中出现σ相，可用元素的电子缺位数NV来进行合金设计。NV=0.66Ni+1.71Co+2.66Fe+3.66Mn+4.66(Cr+Mo+W)+5.66(V+Nb+Ta)+6.66(Ti+Si)+7.66Al当NV值＜2.52时，不出现σ相。第30页，共54页，星期日，2025年，2月5日二、AB2相（拉维斯相）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。它是现代耐热钢和合金以及镁合金中的一种强化相。AB2相是尺寸因素起主导作用的化合物，但它具有哪一种点阵，则受电子浓度的影响。周期表中任何两族金属元素，只要符合原子尺寸bA/bB=1.2/l时，都能形成AB2相。第31页，共54页，星期日，2025年，2月5日三、AB3相（有序相，如γ′-Ni3Al）钢和合金中存在着多种有序结构的相，它们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之间的过渡状态。γ′-Ni3Al为L12型结构，属面心立方结构，在复杂成分耐热钢和耐热合金中，γ′—Ni3Al是重要的强化相。第32页，共54页，星期日，2025年，2月5日第五节合金元素对铁碳相图的影响一、合金元素对钢临界点的影响合金元素对碳钢的重要影响是改变临界点的温度和含碳量，使合金钢和铸铁的热处理制度不同于碳钢。第33页，共54页，星期日，2025年，2月5日1、扩大γ相区的奥氏体形成元素使Fe－C相图中A3和A1温度下降（如Mn）,但钴例外。第34页，共54页，星期日，2025年，2月5日2、缩小γ相区的铁素体形成元素使A3和A1温度升高（如Mo）。第35页，共54页，星期日，2025年，2月5日3、几乎所有的合金元素都使共析点和共晶点碳质量分数降低，即S点和E点左移，使合金钢的平衡组织发生变化。第36页，共54页，星期日，2025年，2月5日第37页，共54页，星期日，2025年，2月5日第六节合金元素对钢在加热时转变的影响

1、对奥氏体形成速度的影响（1）Cr、Mo、W、V等强碳化物形成元素与碳的亲合力大，形成难溶于奥氏体的合金碳化物，显著阻碍碳的扩散，大大减慢奥氏体形成速度。（2）Co、Ni等部分非碳化物形成元素，因增大碳的扩散速度，使奥氏体的形成速度加快。（3）Al、Si、Mn等合金元素对奥氏体形成速度影响不大。第38页，共54页，星