钢的合金化基础11

2、对奥氏体晶粒大小的影响



合金碳化物在高温下越稳定，越 不易溶于奥氏体中，就月能阻碍 奥氏体长大—细化晶粒 Ti、Nb、V显著 W、Mo、Cr中等 Ni、Si、Cu、Co轻微 有助于奥氏体长大：C 、N、P、 B
Mn在低碳钢中细化晶粒 在中碳以上—促进晶粒长大 Al—AlN、Al2o3-阻碍奥氏体长大细化晶粒
任务1.3第二相强化


金属的组织由多相组成：基体相； 固溶体相 、高熔点的碳化物和 氮化物小颗粒弥散分布在基体 上—第二相粒子（粒子很小） 结论：粒子越细小。弥散度越高、 则强化效果最好
1.4位错强化


金属中位错密度越高，金属的强 度越高。 加工硬化；塑性变形可以增加位 错密度，变形度变大，位错密度 越大，钢的强度显著提高-塑性明 显降低。
溶于奥氏体—提高淬透性 推迟珠光体转变—单一贝氏体 （0.3%Mo）B+0.5%Mo 、
C、Mn、Cr、Ni等降低马氏体 转变Ms、Mf


影响：残余奥氏体增多—降低钢 的硬度、疲劳抗力下降。 措施：冷处理（Mf以下）-转变为 马氏体 。多次回火—A残析除碳 化物提高Ms、Mf点—贝氏体或马 氏体—二次淬火
1.2合金元素与碳的作用
碳化合物形成元素：铁左侧 非碳化合物形成元素：铁右侧 离铁越远，碳化物稳定性越高，硬度 高、熔点高、晶体结构简单。 强碳化合物；Nb Ti Zr V---MC 弱碳化合物：Mn—大部分溶于铁素体中 中碳化合物：Cr、Mo、W—合金渗碳 体—质量分数高—合金碳化物

1.3合金元素对奥氏体相区的影 响
任务1.2细晶强化

定义；通过细化晶粒增加晶界面积， 提高金属强度的方法。 原因：1、晶界的存在 2、各晶粒间存在位相差 结论：晶粒越细，单位体积内的晶界 面积越大，强化越显著 手段；1）向钢中加入表面活性元素 2）向钢中加入Al、Nb、V、Ti等元素 形成难容的第二相 3）采用热处理方法
任务三合金元素对钢性能的影 响

任务一：钢 的强化手段 任务二：钢的韧化手段 任务三：合金元素对工艺性能的 影响
任务一：钢 的强化手段


任务1.1固溶强化 任务1.2细晶强化 任务1.3第二相强化 任务1.4位错强化
任务1.1固溶强化 Nhomakorabea
固溶强化：通过溶入溶质元素形 成固溶体，使金属材料的强度、 硬度升高的方法。 原因（1）晶格畸变 （2）位错线上偏聚的溶质原子 对位错起到钉扎的作用
任务2.3合金元素对淬火钢回火 转变的影响

耐回火性：淬火钢在回火过程中 抵抗硬度下降的能力。 提高耐回火性能的元素—V、W、 Ti、Cr、Mo、Co、Si 二次硬化：在含有较多碳化物形 成元素的钢中，回火的硬度不是 随回火温度的升高单调降低，而 是在某一温度回火后增加，并在 这一温度回火到达峰值。


扩大奥氏体相区的元素：Ni、Mn、 Co、C、N、Cu—室温获得单相 奥氏体组织—奥氏体钢 缩小奥氏体相区的元素：Cr、W、 Mo、V、Ti、Si、Al-室温获得单 相铁素体-铁素体钢。
1.4合金元素对S、E点的影响


几乎所有元素均使S点E点左移— 共析成分减少—含碳量为0.40时 就是过共析钢 E点左移使共晶转变的碳的质量 分数降低—莱氏体
3、对焊接性能的影响


碳的质量分数相同的情况下，合 金元素的含量越高，焊接性能越 差。碳含量越低，焊接性能越好 4、对切削性能的影响（170260HBW）加入S、Pb、P改善 性能
作业：

1、固溶强化？ 2、第二相强化？
模块二
钢的合金化基础
模块二 钢的合金化基础

任务一合金元素对钢组织的影响 任务二合金元素对热处理的影响 任务三合金元素对钢性能的影响
一低合金钢和合金钢


低合金钢或合金钢：为了改善或提高 钢的力学性能和工艺性能，在非合金 钢的基础上，人为添加某些合金元素 冶炼而成的钢。 分类：低合金钢：合金元素小于 5%。 中合金钢；合金元素介于5 10%之间 高合金钢：合金元素大于10%。
任务二合金元素对热处理的影 响



任务2.1合金元素对加热转变的影 响 任务2.2合金元素对冷却转变的影 响 任务2.3合金元素对淬火钢回火转 变的影响
任务2.1合金元素对加热转变的影 响

1、对奥氏体形成速度的影响 碳化物形成元素W、Mo、V、Cr 扩散速度慢且碳化物不易分解—奥氏 体化缓慢 非碳化物：Ni、Co—加快形成奥氏体 化 Al、Si、Mn影响不大 得到均匀的奥氏体—较高的加热温度 和保温时间：不适用需要较多未溶碳 化物的合金工具钢
任务一合金元素对钢组织的影 响


1.1合金元素与铁的作用 1.2合金元素与碳的作用 1.3合金元素对奥氏体相区的影响 1.4合金元素对S、E点的影响
1.1合金元素与铁的作用

除Pb外—合金铁素体和合金奥氏体。 C、N、B—间隙固溶体 Mn 、Mo、Ni、Co---置换固溶体 无限固溶体；晶体结构，原子尺寸 ， 电负性相近 如： Mn 、Ni、Co-r-Fe Cr和V-a—Fe 有限固溶体；C N B O 取决于晶体结构、间隙位置和溶质大 小—固溶强化？
二、钢中常用的合金元素


微合金元素 ：V Nb Ti B(0.001%)质量分数只有0.1%左 右。 S:提高硫的含量，提高钢的切削 加工性能。 P：提高磷的含量，提高耐大气 腐蚀性能。 合金化思想；1、对性能影响。2、 资源情况
合金元素在钢中的存在形式




溶于铁素体、奥氏体、马氏体 中—固溶强化 形成强化相—合金渗碳体、特殊 碳化物、金属间化合物 形成非金属夹杂物--与O、N、S 氧化物和硅酸盐 以自由状态存在；Cu Pb C(石 墨）
任务二：钢的韧化手段


目的：防止其脆性断裂，以保证 零构件的安全使用。 途径；1)细化晶粒2)提高基体韧 性3）细化碳化物4）提高钢的回 火稳定性5）稳定奥氏体6）纯净 化法7）低碳 8)降低或消除钢的 回火脆性
任务三：合金元素对工艺性能 的影响


1、对铸造性能的影响：铁碳合 金相图中固液相线的温度越低， 结晶温度范围越窄，合金的铸造 性能越好。（Cr—Mo- V-Ti-Al） 降低流动性使铸造性能变差。 2、对塑性加工性能的影响 1）热加工性能 2）冷加工性能
任务2.2合金元素对冷却转变的影 响



除Co外大多数元素都能提高过冷 奥氏体的稳定性，使等温转变图 右移。降低淬火临界冷却速度。 非碳或弱碳化合物—Ni、Mn、Si 右移不改变形状 中强碳化合物—W、V、Cr、Mo 右移且分开珠光体区和贝氏体区。
右移影响：降低淬火临界冷却速度， 提高淬透性—减小零件的淬火变形 或开裂倾向。 B>Mo>Mn>Cr>Ni>Si B仅对低中合金钢有效 多元少量合金化原则，可以有效的 发挥各合金元素的的淬透性—强碳 化合物和强铁素体配合CU-Ni
二次硬化原因；


1、回火温度低于450析出渗碳体， 当高于450时渗碳体溶解—弥散 稳定的碳化物—硬度提高 2、残余奥氏体转变为马氏体-二 次淬火
回火脆性；




回火目的；降低脆性 、提高韧性、 稳定组织。 250-350第一类回火脆性-不可逆 450-650第二类回火脆性-可逆 措施：（快冷抑制）提高冶金质 量。采用加入W、Mo元素的合金 钢制造大型零件。