合金元素对钢的热处理影响
合金元素对钢热处理的影响
冷奥 氏体在 不 同温 度 下转 变成 珠 光 体 、贝 氏体 或 马 转 变温 度为 ６６０～６７０ ｏＣ时 ，加 入 ｌ％ Ｃ０可 使 ０．９５％
氏体 。
■一ｍ ｃ 钢２—ｍ 珠 光３体ｌ 。 的 长４Ｉ 。 大 速５ 度 Ｇ与 形 核 率 Ⅳ 分 别 提 高 ２
工序 是加 热 ，以获 得 奥 氏 体组 织 。合 金元 素 对 奥 氏 外 ，其 他元 素均 不 同程 度 地阻碍 晶粒长 大 ，从 而细 化 体 的形 成 速度 影响很 大 。它是 通 过对钢 的临界点 位 了晶粒 。强 碳化 物形 成 元 素 Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｖ 的作用 尤
置 的改变 、对 碳 扩散 速 度 的影 响 以及 对 铁 素 体 与 渗 为 明显 ，因 为它们 形成 的合 金碳 化物 稳定 性高 ，而且 碳 体量 的影 响等来 改 变奥 氏体 的形 核率 和长 大速 度 多 以弥散 质点 分 布在 奥 氏体 晶 界 上 ，使 晶 界迁 移 阻
C、Mn、Si、S、P、Cr、Mo元素在钢中的作用和热处理时的影响
1、铬(Cr)铬能增加钢的淬透性并有二次硬化作用。
可提高高碳钢的硬度和耐磨性而不使钢变脆；含量超过12%时。
使钢有良好的高温抗氧化性和耐氧化性介质腐蚀的作用。
还增加钢的热强性，铬为不锈耐酸钢及耐热钢的主要合金元素。
铬能提高碳素钢轧制状态的强度和硬度。
降低伸长率和断面收缩率。
当铬含量超过15%时，强度和硬度将下降，伸长率和断面收缩率则相应地有所提高。
含铬钢的零件经研磨容易获得较高的表面加工质量。
铬在调质结构钢中的主要作用是提高淬透性。
使钢经淬火回火后具有较好的综合力学性能，在渗碳钢中还可以形成含铬的碳化物，从而提高材料表面的耐磨性。
含铬的弹簧钢在热处理时不易脱碳。
铬能提高工具钢的耐磨性、硬度和红硬性。
有良好的回火稳定性。
在电热合金中，铬能提高合金的抗氧化性、电阻和强度。
(1) 对钢的显做组织及热处理的作用A、铬与铁形成连续固溶体，缩小奥氏体相区城。
铬与碳形成多种碳化物，与碳的亲和力大于铁和锰而低于钨、钼等．铬与铁可形成金属间化合物σ相(FeCr)B、铬使珠光体中碳的浓度及奥氏体中碳的极限溶解度减少C、减缓奥氏体的分解速度，显著提高钢的淬透性．但亦增加钢的回火脆性倾向(2)对钢的力学性能的作用A、提高钢的强度和硬度．时加入其他合金元素时，效果较显著B、显著提高钢的脆性转变温度C、在含铬量高的Fe-Cr合金中，若有σ相析出，冲击韧性急剧下降(3)对钢的物理、化学及工艺性能的作用A、提高钢的耐磨性，经研磨，易获得较高的表面光洁度B、降低钢的电导率，降低电阻温度系数C、提高钢的矫顽力和剩余磁感．广泛用于制造永磁钢D、铬促使钢的表面形成钝化膜，当有一定含量的铭时，显著提高钢的耐腐蚀性能（特别是硝酸）。
若有铬的碳化物析出时，使钢的耐腐蚀性能下降E、提高钢的抗氧化性能F、铬钢中易形成树枝状偏析，降低钢的塑性G、由于铬使钢的热导率下降，热加工时要缓慢升温，锻、轧后要缓冷(4)在钢中的应用A、合金结构钢中主要利用铬提高淬透性，并可在渗碳表面形成含铬碳化物以提高耐磨性B、弹簧钢中利用铬和共他合金元素一起提供的综合性能C、轴承钢中主要利用铬的特殊碳化物对耐磨性的贡献及研磨后表面光沽度高的优点D、工具钢和高速钢中主要利用铬提高耐磨性的作用，并具有一定的回火稳定性和韧性E、不锈钢、耐热钢中铬常与锰、氮、镍等联合便用，当需形成奥氏体钢时，稳定铁素体的铬与稳定奥氏体的锰、镍之间须有一定比例，如Cr18Ni9等F、我国铬资源较少．应尽量节省铬的使用2、钼(Mo)钼在钢中能提高淬透性和热强性。
各种化学元素对钢材性能的影响
各种化学元素对钢材性能的影响展开全文①碳(C)碳是仅次于铁的主要元素，它直接影响钢材的强度、塑性、韧性和焊接性能等。
当钢中含碳量在0.8%以下时，随着含碳量的增加，钢材的强度和硬度提高，而塑性和韧性降低；但当含碳量在1.0%以上时，随着含碳量的增加，钢材的强度反而下降。
随着含碳量的增加，钢材的焊接性能变差（含碳量大于0.3%的钢材，可焊性显著下降），冷脆性和时效敏感性增大，耐大气锈蚀性下降。
②硅(Si)硅是一种脱氧剂，其脱氧作用比锰强，是钢中的有益元素。
硅含量较低时，能提高钢材的强度，而对塑性和韧性无明显影响，但是当硅含量超过0.8%~1.0%时，则塑性下降，特别是冲击韧性显著降低。
含硅量在1%~4%的低碳钢，具有极高的导磁性能，常用于电器工业和矽钢片。
但随着硅含量的增加，会降低钢的焊接性能。
③锰(Mn)锰是作为脱氧除硫的元素加入钢中的，是钢中的有益元素。
锰具有很强的脱氧去硫能力，它可以和硫结合形成MnS，从而在相当大程度上消除硫的有害影响，显著改善钢材的热加工性能。
同时，锰对碳素钢的力学性能有良好影响，它能提高钢材的硬度、强度和耐磨性。
锰含量小于0.8%，能在保持（或只略降）原有的塑性及冲击韧性的条件下，大幅度提高碳素钢的屈服极限及强度极限。
锰对钢的焊接性能也有影响。
在含锰量很低时，锰主要起消除热脆性的作用，此时锰对焊接性能的影响，特别是在硫含量略高时，是有益的；但在含锰量远远超过消除热脆性所必需的含量时，多余的锰会显著增加奥氏体的过冷能力，这时锰主要起增加冷裂纹形成的作用，会使得钢的焊接性能变差。
④磷(P)磷是钢中难去除的有害杂质，会引起钢的冷脆性增加并损坏钢的焊接性能。
造成“冷脆”的原因是磷会形成硬脆化合物Fe2P。
另外磷能提高切削性能和抗蚀性，故在易切削或耐候钢中可适当增加磷含量。
⑤硫(S)硫主要来自炼钢原料，炼钢时难以除尽。
硫在钢中是以硫化物夹杂形式存在，对钢的塑性、韧性、焊接性能、厚度方向性能、疲劳性能和耐腐蚀性都有不利影响。
合金元素对钢的性能影响
合金元素对钢的性能影响合金是由两种或两种以上的金属或非金属元素组成的材料。
将合金元素添加到钢中可以改变钢的性能。
这种改变可能包括增加钢的强度、硬度、耐腐蚀性能、热处理性能等。
本文将详细探讨合金元素对钢的主要性能影响。
一、合金元素对钢的强度和硬度的影响1.铬(Cr)：铬是一种常用的合金元素。
它可以提高钢的硬度和耐高温性能。
铬在钢中形成稳定的氧化层，可以防止钢发生锈蚀。
此外，铬还可以提高钢的强度，使其更难弯曲和变形。
2.锰(Mn)：锰是一种常见的合金元素。
它可以提高钢的强度、硬度和耐磨性能。
特别是在高温下，锰可以提高钢的硬度和强度，使其具有更好的耐磨性能。
3.钼(Mo)：钼是一种重要的强化元素。
它可以提高钢的强度、韧性和耐热性能。
钼可以在钢中形成硬质的碳化物，使钢具有更好的耐磨性和抗冲击性。
此外，钼还可以提高钢的耐高温性能。
4.钛(Ti)和铌(Nb)：钛和铌是常用的微合金元素。
它们可以提高钢的强度和硬度，同时也可以细化钢中的晶粒。
这些微合金元素还可以提高钢的高温强度和阻止钢的再结晶。
二、合金元素对钢的耐腐蚀性能的影响1.铬(Cr)：铬是一种重要的防腐蚀元素。
它可以在钢的表面形成稳定的铬氧化层，防止钢被氧化和锈蚀。
铬还可以提高钢的耐腐蚀性能，使钢适用于潮湿和腐蚀性环境。
2.镍(Ni)：镍也是一种常用的防腐蚀元素。
它可以提高钢的耐酸性和耐碱性，因为镍本身具有优异的化学稳定性。
镍还可以改善钢的韧性和抗磨性能。
3.铜(Cu)：铜可以提高钢的抗腐蚀性能。
它可以形成一层稳定的氧化膜，保护钢表面不受腐蚀。
此外，铜还可以提高钢的韧性和耐磨性能。
三、合金元素对钢的热处理性能的影响1.钼(Mo)：钼可以提高钢的热处理稳定性。
钼的加入可以使钢的晶界更加稳定，抑制晶粒长大，提高钢的热稳定性和热处理硬化能力。
2.钛(Ti)和铌(Nb)：钛和铌是常用的微合金元素，可以提高钢的热稳定性和抗热衰退性能。
它们可以在钢中形成稳定的碳化物，细化晶粒并防止晶粒长大。
各种合金元素对钢性能的影响
各种合金元素对钢性能的影响合金化是通过向钢中添加不同的金属元素来改变钢的性能。
下面将介绍18种常见的合金元素对钢的性能的影响。
1.碳(C)：碳是钢中最主要的合金元素之一，它能提高钢的硬度和强度。
2.硅(Si)：硅的加入可以提高钢的耐高温性能和氧化抵抗能力。
3.锰(Mn)：锰的加入可以提高钢的硬度、韧性和耐磨性。
4.磷(P)：磷的加入可以增加钢的冷脆性，但适量的磷可以提高钢的强度和硬度。
5.硫(S)：硫的加入可以提高切削性能和加工性能，但会降低钢的韧性。
6.铬(Cr)：铬的加入可以提高钢的抗热腐蚀性能和抗氧化能力。
7.镍(Ni)：镍的加入可以提高钢的强度、韧性和耐腐蚀性能。
8.钼(Mo)：钼的加入可以提高钢的硬度、强度和耐磨性。
9.钒(V)：钒的加入可以提高钢的强度、耐磨性和抗冲击性。
10.钛(Ti)：钛的加入可以提高钢的强度、韧性和耐腐蚀性能。
11.铝(Al)：铝的加入可以提高钢的强度、硬度和抗腐蚀性能。
12.铜(Cu)：铜的加入可以提高钢的强度、硬度和导热性能。
13.铌(Nb)：铌的加入可以提高钢的强度、耐磨性和抗腐蚀性能。
14.稀土元素(RE)：稀土元素的加入可以改善钢的热处理性能和强度。
15.钒(V)：铌的加入可以增加钢的硬度、强度和韧性。
16.硼(B)：硼的加入可以提高钢的韧性、强度和耐磨性。
17.锡(Sn)：锡的加入可以提高钢的耐腐蚀性和强度。
18.磷(P)：磷的加入可以增加钢的脆性和韧性。
这些合金元素的加入可以根据特定的要求来调整钢的性能，例如提高强度、硬度、韧性、耐腐蚀性能、磨损性能和抗冲击性等。
然而，合金化也会引入一些问题，例如增加成本、降低可焊性和提高加工难度等。
因此，在设计和选择合金钢时需要综合考虑各种因素。
合金元素在钢中的作用
1. 合金元素对钢性能的影响钢材中合金元素可以提高钢铁材料洁净度、均匀度、组织细度等影响材料性能，提高冶金行业资源、能源利用效率，实现节能、环保，促进钢铁行业可持续发展。
主要有以下几个方面：(1)结晶强化。
结晶强化就是通过控制结晶条件，在凝固结晶以后获得良好的宏观组织和显微组织，从而提高金属材料的性能。
它包括：(2)形变强化。
金属材料经冷加工塑性变形可以提高其强度。
这是由于材料在塑性变形后位错运动的阻力增加所致。
(3)固溶强化．通过合金化(加入合金元素)组成固溶体，使金属材料得到强化称为固溶强化。
(4)相变强化。
合金化的金属材料，通过热处理等手段发生固态相变，获得需要的组织结构，使金属材料得到强化，称为相变强化。
(5)晶界强化。
晶界部位的自由能较高，而且存在着大量的缺陷和空穴，在低温时，晶界阻碍了位错的运动，因而晶界强度高于晶粒本身；但在高温时，沿晶界的扩散速度比晶内扩散速度大得，晶界强度显著降低。
因此强化晶界对提高钢的热强性是很有效的。
硼对晶界的强化作用，是由于硼偏集于晶界上，使晶界区域的晶格缺位和空穴减少，晶界自由能降低；硼还减缓了合金元素沿晶界的扩散过程；硼能使沿晶界的析出物降低，改善了晶界状态，加入微量硼、锆或硼+锆能延迟晶界上的裂纹形成过程；此外，它们还有利于碳化物相的稳定。
(6)综合强化。
在实际生产上，强化金属材料大都是同时采用几种强化方法的综合强化，以充分发挥强化能力。
例如：1）固溶强化十形变强化，常用于固溶体系合金的强化。
2）结晶强化+沉淀强化，用于铸件强化。
3）马氏体强化+表面形变强化。
对一些承受疲劳载荷的构件，常在调质处理后再进行喷丸或滚压处理。
4）固溶强化+沉淀强化。
对于高温承压元件常采用这种方法，以提高材料的高温性能。
有时还采用硼的强化晶界作用，进一步提高材料的高温强度。
2.合金元素的存在形式根据合金元素与碳的作用不同，可将合金元素分为两大类：碳化物形成元素，它们比Fe具有更强的亲碳能力，在钢中将优先形成碳化物，依其强弱顺序为Zr、Ti、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe等，它们大多是过渡族元素，在周期表上均位于Fe的左侧；非碳化物形成元素，主要包括Ni、Si、Co、Al等，他们与碳一般不生成碳化物而固溶于固溶体中，或生成其它化合物如AlN，一般位于周期表的右侧。
合金元素在钢中的作用
碍晶粒长大 • 非碳化物形成元素：Cu、Si、Ni……阻
止晶粒长大；P、Cu促进晶粒长大。
课题一 概述
♥对过冷奥氏体的转变的影响 实质上是对C曲线的影响
• 除Co以外，大多数合金元素都增加奥氏 体的稳定性，使C曲线右移。且非碳化物 形成元素Al、Ni、Si、Cu等不改变C曲 线的形状，只使其右移，碳化物形成元 素Mn、Cr、Mo、W等除使C曲线右移 外，还改变其形状。
当钢中加入少量合金元素时，有一部分溶于铁 素体内形成合金铁素体.
课题一 概述
♥合金元素在钢中的存在方式
（2）形成碳化物 碳化物形成元素可形成合金渗碳体和特殊碳化物. A 合金渗碳体 合金元素与碳的亲合力较弱，它的大部分是固溶 于铁素体、奥氏体、马氏体中，而少部分固溶于 渗碳体中形成合金渗碳体，如（Fe，Mn）3C。
♥对钢加热时奥氏体形成的影响
钢加热时对奥氏体形成速度的影响 奥氏体化过程包括奥氏体的形成，剩余碳化物 的溶解和奥氏体成分均匀化，均是由合金元素 和碳的扩散所控制。
• 非碳化物形成元素： • Co和Ni提高碳在奥氏体中扩散速度，加速奥
氏体的形成。Si、Al、Mn等元素，对C的扩散 速度影响不大。因而对奥氏体的形成速度影响 不大。
课题二 结构钢
• 典型合金调质钢分类
• ♥低淬透性调质钢 • 钢。含合金元素总量＜3 %， 40Cr、40MnB等 • ♥中淬透性调质钢 • 38 CrSi、35 CrMo 等，常用于制造较小的齿
轮、 • 轴、螺栓等零件。钢含合金元素总量在4 %左
右.
课题二 结构钢
• ♥高淬透性调质钢 • 钢含合金元素总量在4 %～ 10 %; • 38 Cr Mo Al A、40 Cr Mn Mo、25
各种合金元素对不锈钢组织和性能的影响
各种合金元素对不锈钢组织和性能的影响从物理冶金学原理可知，合金的化学成份决定其各种热处理状态和加工处理状态下的金相结构和组织。
以化学成份为基础，加上金相结构和组织决定着该合金材料的性能。
为了比较系统地理解众多不锈钢牌号的异同和各种合金元素对加工性能的影响，下面介绍不锈钢中主要合金元素铬、镍、硅、锰、钼、铜、铝、氮、钛、铌和碳对其金相结构、组织和性能。
一、合金元素的影响1、铬、镍、铝、为形成铁素体的元素，是不锈钢获得耐腐蚀性能的主要合金元素。
在碳钢的基础上加入足够量的铬（w cr≥12%）,既可使钢在氧化性介质中产生一种与基体组织牢固结合的铬铁氧化物（F e Cr）2O3的钝化膜；又能提高钢在电介质中的电极电位，从而使化学稳定性得到提高。
硅和铝同样能使钢在氧化性介质中生成致密的保护膜，其中铝的作用比铬还强烈。
在奥氏体型耐热钢中，这些元素均能提高其抗氧化性。
在18-8型不锈钢中，当硅的质量分数从0.4%提高到2.4%时，钢在980℃时抗氧化性能提高22倍。
如果硅含量过高，会严重恶化稳定奥氏体型钢的焊接性，故必须严格控制硅在钢中的含量。
铝在沉淀硬化型不锈钢中，可以提高其室温和高温的强度。
2、镍为形成奥氏体的元素。
能使合金表面钝化，扩大钢在酸中的钝化范围，但不能改善其对稀硝酸的耐蚀性。
它能提高不锈钢抗硫酸、盐酸等腐蚀介质的性能，是耐蚀钢的主要合金元素，如果单独使用镍作为不锈钢合金元素，其质量分数要高达24%才能得到全奥氏体组织，但这是极为不经济的。
而在低碳铬不锈钢（w cr>17%）的基础上，只需加入质量分数为9%的镍。
即可获得耐蚀性好、综合力学性能也好的室温下稳定的奥氏体组织，既能满足钢的耐蚀性要求，又能提高钢的高温强度和抗氧化性能，成为一种具有良好综合性能的钢种。
3、钼和铜钼是形成铁素体的元素。
在铬不锈钢中加入钼，可以提高钢在非氧化性介质中的稳定。
它的独特之处是能抵抗氯离子（Cl-）产生的点腐蚀；同时也能提高奥氏体型钢的热强性，改善奥氏体钢短时塑性和持久塑性，对焊接有利。
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合金元素在钢中的作用
C在所有钢中的含量由0.02到1.5％。
随着碳含量的提高，钢的硬度和强度增大，而塑性降低。
Mn脱氧、脱硫（引起热脆），改善钢的淬透性，提高屈服点（因为其降低恭喜转变温度，铁素体量减少），基本不影响延伸率。
含Mn1.3％的高碳钢在淬火状态下呈奥氏体组织，在冲击载荷下有很好的耐磨性。
降低临界转变温度，起到细化珠光体的作用（降低Ar1温度，同时减小奥氏体向珠光体的转变温度），间接提高珠光体强度；扩大γ相区（随Mn含量增加，A4温度升高，A3温度下降）
过量的Mn会造成晶粒粗化倾向，增加回火脆的敏感性和过热敏感性（控制热处理加热温度），白点
强烈降低马氏体转变温度
Mn降低钢的导热率而增大线膨胀系数，因此对对高锰钢锭应缓慢加热和冷却，防止内应力开裂
降低焊接性能
调质处理：均匀细化组织，得到较好的综合性能
Cr0.5～30％。
铁素体组成元素，含铬1.5％时增大钢的硬度和强度且不降低其塑性。
可以提高高温下钢的强度，加大抗酸性。
可以增加淬透性（c曲线右移，珠光体转变温度升高，贝氏体转变温度降低），稍微降低其过热倾向，尤其增强抗磨性。
增加抗氧化性和抗腐蚀能力缩小γ相区
降低马氏体转变温度；提高回火温度性。
二次硬化
促进回火脆性。
含铬13～30％的铁素体钢或半铁素体钢中在400～500℃长时间加热，导致钢的硬度上升，冲击值下降，称之为475℃脆性（第二类回火脆）
明显的树枝状偏析，采用高温扩散退火可以减少枝晶偏析
导热性差
缩小γ相区
Ni提高强度，尤其是冲击韧性，稳定奥氏体；提高抗酸性
扩大γ相区
形成、稳定奥氏体强化奥氏体和铁素体，并通过细化铁素体晶粒改善低温性能。
降低临界冷却速度，提高淬透性，含镍钢一般不需要水淬，多用于制造大截面重要零件。
使渗碳体分布均匀。
含镍钢渗碳淬火后在渗碳层有大量的残余奥氏体存在，因此渗碳处理后再进行低温处理一般能提高零件表面硬度和零件尺寸的稳定性
一般，枝状组织比较严重，锻压后易产生带状组织，应考虑加长高温均匀化时间；增加氢的溶解度或降低γ相到α相的转变温度，增加白点敏感性，因此在锻压后注意缓冷防止白点产生
Mo增加钢的硬度、强度和可塑性，增加淬透性，消除回火脆性（单一元素时提高回火脆性，和其他合金元素并用又可以抑制其他元素的回火脆性），提高冲击韧性，耐磨性。
提高剩磁和矫顽力，提高某些介质中的抗蚀性，防止点蚀倾向；提高回火软化抗力，提高回火稳定性
缩小γ相区
加热高钼钢时，钼易于挥发产生脱钼现象。
钼提高钢的临界点，含钼钢的正火，淬火，和退火温度要偏高一些。
钼可以消除或减轻其他元素产生的回火脆性，一般回火后无需快冷
Si脱氧，提高强度极限和屈服点，稍微降低韧性；是形成铁素体元素，提高抗酸性
提高钢中固溶体的强度和冷加工变形硬化率的作用，一定程度上降低钢的塑性和韧性；硅钢要求较高的淬火和退火温度，提高回火稳定性和抗氧化性
提高临界转变温度，增加热滞后作用；硅钢导热性差，脱碳倾向严重
V奥氏体晶粒显著变小，提高强度和韧性，很好的承受冲击载荷
细化组织与晶粒，提高晶粒粗化温度，降低钢的过热敏感性，提高强度和韧性，
增加回火稳定性，二次硬化效应，提高耐磨性
提高临界点，正火、淬火温度高，保温时间长
W与Mo相似
冲击载荷，高强，高硬；增加回火稳定性、红硬性和热强性，耐磨性；热处理时需要较高的温度，和长的保温时间；降低钢的过热敏感性；有利于消除因淬火而产生的内应力，使钢有较高的韧性
热处理手册》第二分册，机械工业出版社
《机械制造重的热处理手册》苏上海科学技术文献出版社。