合金元素在钢中的作用

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,*,*,*,11-2合金元素在钢中的作用,一、合金元素在钢中的分布,二、合金元素与铁、碳的相互作用,三、合金元素对相变的影响,四、合金元素对钢的性能的影响,1,（化学成分）,引言,工业用钢,碳 钢,合金钢,性能相比？,成分、组织结构、工艺,性能,四面体模型,碳钢中加入合金元素，不仅改变了化学成分，同时也改变了组织结构、工艺,思考：,合金元素如何影响？,组织,相变（结构）,如何影响成分？,改变,改变性能,2,一、合金元素在钢中的分布,钢中常用的合金元素？,Mn;Cr;Mo;V;Si;Ni;W;Ti;Nb;Zr;Al;Co;B;RE,合金元素,在钢中的存在形式：,1）溶入基体（F;A;M）中,以固溶体的溶质形式存在于合金,中,2）形成强化相，以第二相的形式存在于合金,中,F？,A？,M？,合金渗碳体,特殊碳化物,金属间化合物,3,3）形成非金属夹杂物，存在于合金,中,4）游离状态存在于合金,中,合金元素+,O,N,S,氧化物,氮化物,硫化物,既不溶于基体,中，也不形成化合物,Pb、Cu,一、合金元素在钢中的分布,4,一、合金元素在钢中的分布,具体到某个合金元素，究竟以什么形式存在？,主要取决于元素本身的特性，,或者说它与Fe和C的相互作用,共有四种存在形式：,溶质、强化相、非金属夹杂、游离状态,5,二、合金元素与铁和碳的相互作用,（一）与Fe的相互作用,Fe的同素异晶转变,Fe,Fe,Fe,912,1394,A,3,A,4,A,1,A,2,=768/770,A,3,A,4,形成FeC合金后，构成了FeC合金相图,6,二、合金元素与铁和碳的相互作用,合金元素溶入FeC合金基体后，会产生哪些影响？,A,4,A,3,7,二、合金元素与铁和碳的相互作用,L,+L,+,+L,+,A,3,A,4,熔点,1.无限扩大A区，,与Fe形成无限固溶体,与Fe形成有限固溶体,A,3,A,4,Mn、Ni、Co等,当合金元素的含量足够大时，,合金在室温下为A固溶体单相,8,2.有限扩大A区，,与Fe形成有限固溶体,与Fe形成有限固溶体,A,3,A,4,C、N、Cu、Zn等,A,4,A,3,A,9,二、合金元素与铁和碳的相互作用,L,+L,+,(,),A,3,A,4,熔点,3.无限扩大F区，封闭A区,与Fe形成无限固溶体,A,3,A,4,Si;Cr;P；V；Al；Be,等,两点重合,无,Fe,Fe,10,二、合金元素与铁和碳的相互作用,4.缩小,A,区，但不封闭A区,A,3,A,4,B;Nb;Zr等,A,4,A,3,A,11,5.,封闭A相区，有限扩大F相区,二、合金元素与铁和碳的相互作用,A,3,A,4,各种合金元素对铁的同素异晶转变的影响是不同的。,合金元素,A形成元素:,F形成元素:,扩大A区的元素：,Mn、Ni、N等,扩大F区的元素：,Cr,、Si、Al、Ti等,12,二、合金元素与铁和碳的相互作用,（二）与C的相互作用,非碳化物形成元素,碳化物形成元素,弱碳化物形成元素,强碳化物形成元素,Ni、Si,、,Co、Al,、Cu 等,Mn,;,Fe 等,Ti;Zr;V;Nb等,中强碳化物形成元素,W;Cr;Mo 等,（亲和力）,13,二、合金元素与铁和碳的相互作用,碳化物,间隙碳化物,间隙相,Cr,23,C,6,、Fe,3,C、Mn,3,C,TiC、,w,C、VC,（特殊碳化物）,r,C,/,r,M,0.59,r,C,/,r,M,0.59,熔点高，硬度高，稳定性高,r,C,/,r,M,多元碳化物,Fe,4,M,O2,C、Fe,21,W,2,C,6,14,二、合金元素与铁和碳的相互作用,碳化物（与碳原子形成的化合物）,溶质（溶于基体），改变临界点,改变相图,影响相变,钢中的重要组成相,其类型、数量、大小、形态及分布对钢的性能有显著影响,15,三、合金元素对相变的影响,（一）合金元素对Fe-C相图的影响,（二）合金元素对钢加热转变的影响,（三）合金元素对A冷却转变的影响,（四）合金元素对淬火钢回火转变的影响,16,三、合金元素对相变的影响,（一）合金元素对Fe-C相图的影响,1.对A区的影响,Mn、Cr的影响,17,三、合金元素对相变的影响,（一）合金元素对Fe-C相图的影响,2.对共析温度的影响,A,3,A,1,A,3,A,1,缩小A区,扩大A区,18,三、合金元素对相变的影响,（一）合金元素对Fe-C相图的影响,3.对共析点位置的影响,图11-5,S、E点左移,19,三、合金元素对相变的影响,（二）合金元素对钢加热转变的影响,碳钢加热转变的目的：,获得均匀的A,合金钢加热转变的目的：,获得均匀的A,使尽可能多的合金元素溶入A中提高淬透性,合金元素对A形成速度的影响,温度高、时间长,20,三、合金元素对相变的影响,（三）合金元素对A冷却转变的影响,1.合金元素对P转变的影响,2.合金元素对B转变的影响,3.合金元素对M转变的影响,扩大A区，增强A稳定性，使C曲线右移，Ms线下移,提高钢的淬透性,碳钢的不足之一,对C曲的影响,21,2）,非碳化物形成元素Ni、Si和弱碳化物形成Mn，只使C-曲线右移，不改变其形状,3）,强碳化物形成元素Cr、Mo、W、V、Ti 不但使C-曲线右移，还要改变其形状,4）,也有使C-曲线左移的合金元素,合金元素的影响对C曲线的影响,1）,除了Co和Al（,2.5%）以外的所有合金元素，都使C-曲线右移，其中影响程度的强弱不同,22,1.合金元素对P转变的影响：推迟,P转变时，碳及合金元素需要在F和,Fe,3,C之间进行重新分配，由于合金元素的扩散速度慢，并且使碳的扩散减慢，因此,P的形核困难，降低转变速度；,扩大A区的元素,Mn等均降低过冷A的转变温度，从而影响到碳与合金元素的扩散速度，阻止A向P转变；,微量B元素在晶界上吸附，并形成共格硼相（M,23,C,3,B,3,），显著阻止F的形核，从而增加了过冷A的稳定性。,两种或多种合金元素的作用强于单一元素的作用。,23,2.合金元素对B转变的影响:推迟,由于转变温度进一步降低，铁和合金元素几乎不能进行扩散，唯有碳原子可进行短距离的扩散，因此合金元素对B转变的影响主要体现在对A,F转变速度和对碳的扩散速度。,Mn、Cr、Ni等显著减慢,B转变，因为降低A,F转变温度，,Mn和Ni,还阻止碳的扩散。,Si 对,B转变具有阻止作用；,强碳化物形成元素,对,B转变具有延缓作用；,24,3.合金元素对M转变的影响,除了Co和Al之外，大多数固溶于A中的合金元素均使,M,s,、M,f,温度下降，使钢淬火后的残余A量增加。其中碳的作用最强烈，其次是,Mn、Cr、Ni；再次为,Mo、W、Si。,25,三、合金元素对相变的影响,（四）合金元素对淬火钢回火转变的影响,M中碳的偏聚,M的分解,A的转变,碳化物的转变,Fe,3,C的聚集长大和相再结晶,推迟或减慢,26,三、合金元素对相变的影响,回火稳定性,：钢对回火时发生软化过程的抵抗能力,二次淬火（二次硬化）,：残余A在回火过程中由于合金元素的作用析出碳化物，而使Ms点升高，再继续冷却时转变为M，从而使钢的硬度有所升高的现象。,2个概念：,27,