合金元素对钢的影响(精品)

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三节 合金元素对钢的影响,为什么要加入合金元素？,一、碳钢的局限性,1.,淬透性低,2.,强度和屈强比低,3.,高温强度差,4.,不能,满足特殊性能的要求,合金元素能起什么作用呢？,二、合金元素对钢中基本相的影响,1,、合金固溶体,Fe(Me),2,、合金渗碳体,(Fe,Me),3,C,3,、合金碳化物,TiC,、,NbC,、,WC,、,VC,、,4,、非金属夹杂,MnS,MnO,SiO,2,Al,2,O,3,5,、,Cu,Pb,以,游离状态存在,合金元素在钢中的存在形式取决于,：,1,、合金元素本身的性质,2,、合金元素的含量以及碳的含量,3,、热处理条件（加热温度、冷却条件）,1.,形成合金碳化物,Mn,：,弱碳化物形成元素，,Cr,、,Mo,、,W,：,属于中强碳化物形成元素，,V,、,Ti,、,Nb,、,Zr,：是强碳化物形成元素。,与,C,的亲和力强的合金元素形成的特殊碳化物,稳定性好，具有高熔点、高硬度、高耐磨性和,不易分解等特点。,碳化物的稳定性越高，热处理加热时，碳化物的溶解,及奥氏体的均匀化越困难。同样在冷却及回火过程中,碳化物的析出及其聚集长大也越困难。,2.,形成合金固溶体,凡是溶入铁素体的合金元素均起固溶强化作用，即，使钢的,强度,和硬度提高、韧性降低,。,合金元素对,F,体断面收缩率的影响,三、合金元素对铁碳合金相图的影响,1,、对奥氏体相区的影响,（,1,）扩大,A,区,Ni,、,Mn,、,Co,、,C,、,N,、,Cu,等元素的加入会使奥氏体相区扩大，特别是,Ni,、,Mn,的影响更大,室温下,1Cr18Ni9,为单相,A,体不锈钢,高锰钢,Mn13,水韧处理后获得单一的,A,体,（,2,）缩小,A,区,Cr,、,W,、,Mo,、,V,、,Ti,、,Al,、,Si,等元素的加入会使奥氏体相区缩小，特别是,Cr,、,Si,含量高时将限制,A,体区，甚至完全消失。,1Cr17Ti,0Cr13,为单相,F,体,2,、对铁碳相图中,S,点、,E,点的影响,3,、对共析转变温度,A,1,的影响,所有的合金元素都使,S,点左移，而大部分合金元素均使,E,点左移，因此，含碳量相同的碳钢和合金钢具有不同的显微组织。,使共析转变点,S,左移 钢中,P%,，,强度增加,。,使共晶转变点,E,左移 钢中出现,Ld,。,扩大,A,相区的元素使铁碳合金相图中共析转变温度,A,1,下降；缩小,A,相区的元素则使其上升，并都使共析反应在一个温度范围内进行。,四、合金元素对钢热处理的影响,1,、合金元素对加热时相变的影响,对奥氏体形成速度的影响,Cr,、,Mo,、,W,、,V,、,Ti,、,Nb,、,Zr,等,强碳化物形成元素,与,C,的亲和力强，形成难溶于奥氏体的合金碳化物，显著阻碍,C,的扩散，大大减慢奥氏体形成速度。为了加速碳化物的溶解和奥氏体成分的均匀化，必须提高加热温度并保温更长时间。,Co,、,Ni,等部分,非碳化物形成元素,能增大,C,的扩散速 度，使奥氏体形成速度加快。,Al,、,Si,、,Mn,等合金元素对奥氏体形成速度影响不大。,对奥氏体晶粒大小的影响,除,Co,、,Ni,以外，绝大多数合金元素，特别是强碳化物形成元素由于形成合金渗碳体和特殊碳化物，更难溶入奥氏体中，并且阻碍奥氏体晶界的移动和奥氏体晶粒的长大，起到细化晶粒的作用。,V,、,Ti,、,Nb,、,Zr,强烈阻碍,A,体晶粒长大,W,、,Cr,、,Mo,中等阻碍,A,体晶粒长大,Mn,、,B,促进,A,体晶粒长大,2,、合金元素对过冷奥氏体转变的影响,合金元素对,C,曲线的影响,除,Co,外，几乎所有合金元素溶入奥氏体后都增大过冷奥氏体的稳定性，使,C,曲线右移，即提高钢的,淬透性,。,Mo,、,Mn,、,W,、,Cr,、,Ni,、,Si,、,Al,对淬透性作用依次由强到弱。,对,C,曲线形状,的影响,注意：,加入合金元素，只有完全溶入奥氏体才能提高淬透性。,两种或多种合金元素同时加入对淬透性的影响，比单一元素的影响强得多。,合金元素对,V,K,影响的示意图,合金元素对,C,曲线影响示意图,Si,基本不影响,Ms,、,Mf,点，除,Co,、,Al,外，多数,合金元素使,Ms,、,Mf,点下降，导致残余奥氏体增加。,合金元素对马氏体转变的影响,合金元素对,Ms,点的影响,合金元素对残余奥氏体量的影响,（,含,1.0,的钢在,1150,淬火,）,五、合金元素对回火转变的影响,1,、提高回火稳定性,回火稳定性,：淬火钢在回火时硬度下降快慢的性质。,原因：,（,1,）,推迟马氏体的分解和残余奥氏体的转变,(,即在较高温度才开始分解和转变,),（,2,）提高铁素体的再结晶温度,提高回火稳定性作用较强的合金元素有：,V,、,Si,、,Mo,、,W,、,Ni,、,Co,等。,2,、产生二次硬化,二次硬化,：淬火钢在回火时随着回火温度的升高，硬度不下降反而升高的现象。,3,、增大回火脆性,回火脆性,：在某些温度区间回火时，钢的硬度显著下降的现象。,消除方法：快冷；加入,Mo,或,W,合金钢的强化机制：,合金,F,的,固溶强化,M,位错强化,细晶强化,（,F,、,M,晶粒度，,P,片间距）,弥散强化,（也称第二相（沉淀）强化）,六、结构钢中常用的合金元素及其作用,主加元素：,Cr,、,Ni,、,Si,、,Mn,辅加元素：,W,、,Mo,、,V,、,Ti,、,B,总结,Mo,、,Cr,、,Mn,、,B,强淬透，,Ni,、,Si,二者稍落后。,V,、,Ti,、,Nb,、,Zr,强,细化,W,、,Cr,、,Mo,也稍,落后,Mn,、,B,促使它长大,W,、,Mo,消除高回脆,重点要求,1.,合金元素在钢中的作用，,合金元素对钢的热处理、机械性能的影响。,2.,回火稳定性、回火脆性、弥散硬化、,二次硬化等概念。,