第三节 合金元素对钢的影响
合金元素对钢的影响
合金元素对钢的影响
合金元素对钢的影响主要体现在以下几个方面：
1. 提升强度和硬度：合金元素如锰、硅、铬等，能有效增加钢的强度和硬度，使其更具耐磨性和耐久性。
这些元素在钢中以固溶体的形式存在，能提高钢的屈服点和抗拉强度。
2. 改善韧性：某些合金元素如钒、钛等，能细化钢的组织结构，从而提升其韧性。
它们在钢中形成碳化物，这些碳化物能有效地阻止裂纹扩展，从而增加钢的断裂抗力。
3. 改善工艺性能：合金元素可以改变钢的加工性能，例如改善铸造性能、焊接性能和切削性能等。
例如，磷可以提高钢的流动性，但过高的磷含量会导致钢的冷脆性增加。
4. 抗腐蚀性：合金元素如铬、镍等可以增加钢的抗腐蚀性。
它们在钢表面形成一层致密的氧化膜，能有效阻止进一步的氧化腐蚀。
5. 热处理性能：合金元素可以改变钢在热处理过程中的反应速度和效果。
例如，硅、锰等元素可以加速奥氏体化和冷却速度，而钛、钒等元素则可以减缓奥氏体化和冷却速度。
6. 改善磁性：一些合金元素如钴、铁等可以改变钢的磁性。
这些元素在钢中能影响铁磁畴的取向，从而改变其磁性能。
7. 降低导电性：合金元素如铜、镍等可以增加钢的导电性。
它们在钢中形成电子散射中心，增加电子的散射几率，降低电导率。
综上所述，合金元素对钢的影响是多方面的，可以根据实际需求选择添加合适的合金元素来优化钢的性能。
但需要注意的是，添加合金元素时需控制适当的比例，否则可能会产生反效果。
合金元素对钢的影响
合金元素对钢的影响钢是一种由铁和碳组成的合金材料，但是通过添加其他合金元素可以显著改善钢的性能。
在这篇文章中，我们将讨论一些常见的合金元素对钢的影响。
1.碳（C）：碳是钢中最常见的合金元素之一、通过控制钢中的碳含量，可以调节钢的硬度、强度和耐磨性。
高碳钢具有更高的硬度和强度，但其韧性较差，容易产生脆性断裂。
低碳钢则具有较高的韧性，但其硬度和强度相对较低。
2.锰（Mn）：锰是一种常见的合金元素，在钢中的添加可以提高强度、韧性和耐磨性。
锰还有助于抑制脆性相的形成，提高钢的可焊性和可加工性。
锰含量通常在0.5%到2%之间。
3.硅（Si）：硅是一种常见的合金元素，在钢中的添加可以提高硬度、强度和耐磨性。
硅还有助于抑制钢的氧化过程，并提高钢的耐蚀性。
硅含量通常在0.2%到2%之间。
4.磷（P）：磷是一种常见的合金元素，但钢中的磷含量通常被控制在很低的水平，因为高磷含量会降低钢的可焊性和韧性。
然而，适量的磷可以提高钢的强度和耐磨性。
6.铬（Cr）：铬是一种常见的合金元素，在不锈钢中的添加可以提高钢材的抗腐蚀性能。
铬与钢中的铁形成一种稳定的氧化层，防止钢材氧化和腐蚀。
铬含量通常为12%到20%。
7.镍（Ni）：镍是一种常见的合金元素，其添加可以提高钢的强度和耐腐蚀性。
镍还可以提高钢的可塑性和可焊性。
在不锈钢中，镍的含量通常在8%到12%之间。
8.钼（Mo）：钼是一种常见的合金元素，在高温和高强度应用中添加可提高钢的硬度、强度和耐热性。
钼还可以提高钢的抗腐蚀性能和可焊性。
钼的含量通常在0.2%到5%之间。
9.钛（Ti）：钛是一种轻量化合金元素，在钢中的添加可以提高钢的强度和耐蚀性。
钛还可以提高钢的可焊性和可塑性。
10.铜（Cu）：铜是一种常见的合金元素，在钢中的添加可以提高钢的强度、耐腐蚀性和抗磨损性。
铜还可以提高钢的导电性和导热性。
综上所述，合金元素对钢的影响非常重要。
通过选择合适的合金元素和合适的含量，可以显著改善钢材的性能，使其满足不同应用的要求。
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。
合金元素对钢的影响和作用
合金元素对钢的影响和作用合金元素是指将两种或多种化学元素合成钢材中的一种。
合金元素可以对钢的性能和特性产生重要的影响。
以下是一些常见的合金元素对钢的影响和作用。
1.碳（C）：碳是最常见的钢合金元素，可以增加钢的硬度和强度。
高碳钢通常用于制作切削工具和机械零件。
2.硅（Si）：硅在钢中起着脱氧剂的作用，帮助去除钢中的氧气。
它还可以提高钢的抗氧化和耐腐蚀性能。
3.锰（Mn）：锰可以提高钢的强度和韧性。
它还可以增加钢的冷加工硬化性能和耐磨性。
4.磷（P）：磷可以改善钢的加工性能和机械性能。
在一些应用中，高磷钢可用于制造高速工具钢。
5.硫（S）：硫在钢中具有良好的切削性能。
但过多的硫会降低钢的塑性和韧性。
6.镍（Ni）：镍可以提高钢的强度和韧性，同时还可以提高钢的耐腐蚀性能。
高镍不锈钢常用于制造化工设备和船舶。
7.铬（Cr）：铬可以增加钢的硬度、强度和耐腐蚀性能。
不锈钢中通常含有较高比例的铬。
8.钼（Mo）：钼可以提高钢的硬度、强度和热稳定性。
它经常用于制造高温和高压应用的钢材。
9.钛（Ti）：钛可以提高钢的耐热性和耐腐蚀性能。
它常用于制造航空和航天等高强度应用的钢材。
10.铌（Nb）：铌可以提高钢的强度和耐腐蚀性能。
它常用于制造高温和高强度应用的钢材。
11.钒（V）：钒可以提高钢的硬度、强度和耐磨性。
它常用于制造工具钢和汽车零件。
除了上述合金元素，还有其他一些可以用作合金的元素，如铜、锡、铝等。
不同的合金元素的添加可以根据特定的应用要求来设计钢材的成分。
通过合理地选择和控制合金元素的含量，可以实现特定性能和特性的钢材。
根据使用环境和功能要求，可以定制不同的合金化钢材，以满足各种工业和商业需求。
总结起来，合金元素对钢的影响和作用可以包括提高钢的硬度、强度、韧性、耐腐蚀性、耐磨性、耐热性和加工性能等。
不同元素的添加会产生不同的效果，因此在钢材的设计和生产过程中，必须仔细考虑合金元素的选择和控制。
这样可以生产出具有特定性能和特性的钢材，满足各种应用的需求。
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。
合金元素对钢组织转变的影响
合金元素对钢组织转变的影响合金元素对钢的组织转变具有显著的影响。
钢是一种合金，主要由铁和碳构成，但通过添加其他合金元素可以改变钢的组织，从而改善其力学性能、耐腐蚀性和热处理性能。
本文将重点讨论合金元素对钢的组织转变的影响，包括晶体结构、晶粒大小、相组成和相形态等方面。
首先，合金元素可以改变钢的晶体结构。
普通的纯铁具有面心立方结构，当合金元素添加至钢中时，会引起晶格变形或晶格扭曲。
例如，添加少量的碳可以形成固溶体在铁晶格中，从而改变晶体结构。
此外，添加其他合金元素如锰、铬和钼等也可以改变钢的晶体结构，并影响钢的机械性能。
其次，合金元素对钢的晶粒大小也有影响。
添加一些合金元素可以阻止钢中晶粒的长大，从而细化晶粒尺寸。
细化晶粒尺寸可以提高钢的强度和塑性，因为小晶粒界面的存在能够阻碍位错的移动，增加材料的强度。
此外，细化晶粒还可以提高钢的韧性和抗疲劳性能。
此外，合金元素可以改变钢中的相组成和相形态。
钢中的相主要包括铁素体、奥氏体和渗碳体等。
合金元素的添加可以改变相的含量和形态，从而改变钢的硬度、强度、塑性等性能。
例如，添加合适的合金元素可以促进奥氏体的形成，从而提高钢的硬度和强度。
另外，添加过多的合金元素可能导致相的异常分离和生成，从而影响钢的性能。
最后，合金元素对钢的热处理性能也具有重要影响。
钢的热处理是通过调整钢的组织结构来改变其力学性能的一种方法。
合金元素的添加可以改变钢的热处理过程和组织变化规律。
例如，添加一些合金元素可以延缓钢的相变过程，从而改善钢的热稳定性和热处理性能。
综上所述，合金元素对钢的组织转变具有重要影响。
合金元素可以改变钢的晶体结构、晶粒大小、相组成和相形态等方面，从而改善钢的力学性能、耐腐蚀性和热处理性能。
合金元素的合理添加是调整钢的组织和提高钢性能的重要手段。
合金元素对钢的影响和作用
合金元素对钢的影响和作用钢是由铁与一定量的碳组成的一种合金，它通过合金化的方法加入其他元素来改变其性能和结构。
合金元素对钢的影响和作用主要体现在以下几个方面：1.增强钢的硬度和强度：合金元素通过形成固溶体、细化晶粒和形成弥散的硬质相等方式，可以显著提高钢的硬度和强度。
其中，铬、钼、钒、钨等元素能够形成固溶体并加强晶体上的固溶体强化效应；而锰、镍等元素则能够细化晶粒；添加碳可以增加钢的淬透性，从而提高钢的硬度和强度。
2.提高钢的耐腐蚀性：合金元素可以改善钢的耐腐蚀性能。
例如，添加铬可以形成致密的氧化膜，抵御大气、水等介质中的腐蚀；添加镍能够提高钢的耐酸性和抗氢脆性；添加钼可以提高钢的抗氯离子腐蚀性能等。
3.提高钢的热强度和耐热性：合金元素可以提高钢的抗高温氧化和热加工性能。
例如，添加铬、铝等元素可以形成致密的氧化膜，提高钢的耐高温氧化能力；添加钨、钼等元素能够提高钢的耐高温强度和耐热疲劳性能。
4.改善钢的冷热加工性能：添加适量的合金元素可以改善钢的冷热加工性能。
例如，添加铌、钒等元素可以细化晶粒，改善钢的冷加工硬化性能；添加锰、铬等元素可以降低冷脆性，增加钢的冷加工塑性等。
5.调整钢的组织和相变温度：合金元素还能够调整钢的组织和相变温度。
例如，添加铌、钒等元素可以提高钢的相变温度，防止低温组织相变；添加碳可以调整钢的组织结构，使其形成马氏体、贝氏体、奥氏体等不同的组织结构。
6.改善钢的磁性能：添加合适的合金元素可以改善钢的磁性能。
例如，添加铁、镍等元素可以提高钢的磁导率和饱和磁感应强度，从而改善钢的磁性能。
7.提高钢的耐磨性和耐磨损性：合金元素可以提高钢的耐磨性和耐磨损性。
例如，添加硼、钛等元素可以形成高硬度的碳化物，从而显著提高钢的耐磨性；添加铬、钼等元素可以提高钢的抗磨损性能。
总之，合金元素对钢的影响和作用是多方面的，可以显著提高钢的强度、硬度、耐腐蚀性、耐热性、冷热加工性能、组织和相变温度、磁性能、耐磨性和耐磨损性等。
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
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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VK影响的示意图
合金元素对C 曲线影响示意图
⑵合金元素对马氏体转变的影响
★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。
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：①快冷；②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）
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
合金元素对残余奥氏体量的影响 合金元素对Ms点的影响 （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。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、对铁碳相图中S点、E点的影响
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 ' 。 3、对共析转变温度A1的影响 扩大A相区的元素使铁碳合金相图中共析转变 温度A1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。
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
☆ 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。
⑵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。
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
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
⑴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。
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
⑴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
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 2、合金渗碳体 3、合金碳化物 4、非金属夹杂 α—Fe(Me) (Fe,Me)3C TiC 、NbC 、 WC 、 VC 、 MnS, MnO, SiO2 , Al2O3
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。