封闭γ相区元素
金属材料知识点总结
钢的合金化概论1、钢中常存的杂质有哪些？硫、磷对钢的性能有哪些影响？钢中常存的杂质有:Mn、Si、S、P、N、H、O等。
S易产生热脆；P易产生冷脆。
2、合金元素对纯铁γ相区的影响可分为几种，请举例说明。
合金元素对纯铁γ相区的影响可分为四种：（1）开启γ相区(无限扩大γ相区)，如Mn、Ni、Co（2）扩展γ相区(有限扩大γ相区)，如C、N、Cu、Zn、Au（3）封闭γ相区(无限扩大α相区)，如Cr、V，W、Mo、Ti、Si、Al、P、Be（4）缩小γ相区(但不能使γ相区封闭)，如B、Nb、Zr3、在铁碳相图中，含有0.77%C的钢称为共析钢，如果在此钢中添加Mn或Cr元素，含碳量不变，那么这种Fe-C-Mn或Fe-C-Cr钢分别是亚共析钢还是过共析钢？为什么？含有0.77%C的Fe-C-Mn或Fe-C-Cr钢为过共析钢。
因为几乎所有合金元素都使Fe-C 相图中S点左移，S点左移意味着共析碳含量降低。
4、合金元素V、Cr、W、Mo、Mn、Co、Ni、Cu、Ti、Al中哪些是铁素体形成元素？哪些是奥氏体形成元素？哪些能在α-Fe中形成无限固溶体？哪些能在γ-Fe中形成无限固溶体？铁素体形成元素： V、Cr、W、Mo、Ti；奥氏体形成元素：Mn、Co、Ni、Cu；能在α-Fe中形成无限固溶体的元素：Cr、V；能在γ-Fe中形成无限固溶体的元素：Mn、Co、Ni。
5、合金元素对钢的共析温度有哪些影响？合金元素对钢的共析体含碳量有何影响？扩大γ相区的元素使铁碳合金相图的共析转变温度下降；缩小γ相区的元素使铁碳合金相图的共析转变温度上升。
几乎所有合金元素都使S点碳含量降低；尤其以强碳化物形成元素的作用最为强烈。
6、常见的碳化物形成元素有哪些？哪些是强碳化物形成元素、中强碳化物形成元素、弱碳化物形成元素？常见的碳化物形成元素有：Ti、Zr、V、Nb、Cr、W、Mo、Mn、Fe；强碳化物形成元素：Ti、Zr、Nb、V；中强碳化物形成元素：Mo、W、Cr；弱碳化物形成元素：Mn、Fe。
钢的合金化原理
M23C6型 复杂立方，Cr, Mn形成旳K：Cr23C6
M7C3型 复杂六方，Cr, Mn形成旳K：Cr7C3, Mn7C3
M3C型 正交晶系，Fe形成旳K：Fe3C
3）Fe-M-C形成旳三元K
M6C型
复杂立方，W、Mo旳K： Fe3Mo3C, Fe4Mo2C, Fe3W3C, Fe4W2C。
二. 碳化物（K）
1. 构造
1）rc/rM<0.59 简朴密排构造 V, Nb, Ta, Zr, Hf, Mo, W
MC型 面心立方，V, Nb, Ta，Zr, Hf， 如 VC，ZrC 等。 六方点阵，Mo, W， 如 MoC, WC。
M2C型 六方点阵，Mo,W，如：Mo2C, W2C
2）rc/rM>0.59 ，间隙化合物
rc/rMe > 0.59 —复杂点阵构造，如Cr、Mn、Fe ， 形成Cr7C3、Cr23C6、Fe3C、Mn3C等形式旳K；
rc/rMe < 0.59 —简朴构造相，如Mo、W、V、Ti 等，形成VC等MC型，W2C等M2C型 。
Me量少时，形成复合K，如（Cr, M）23C6型 。
2）相同者相溶
一. 铁基固溶体
1. 置换（代位）固溶体 Ni, Co, Mn与γ-Fe形成无限固溶体。 Cr, V 与α-Fe形成无限固溶体。 其他置换原子与γ- Fe或α- Fe形成有限固溶体。
2. 间隙固溶体 间隙原子：B，C，N，O，H 间隙原子总是部分占据溶剂金属点阵旳八面体或四面体间
隙; 均为有限固溶体。
2、淬火态 Me分布与淬火工艺有关。溶入A体旳元素 淬火后存在于M、B中或AR中；未溶者仍在K中。
钢的合金化原理
钢的合金化原理1.1 碳钢概论在讲授钢的合金化原理之前，我们先介绍碳钢中的常存杂质及碳钢的分类与用途。
一、碳钢中的常存杂质碳钢（也称碳素钢）被广泛地应用于工农业生产中，它们不仅价格低廉、容易加工，而且在一般情况下能满足使用性能的要求。
碳钢中除铁与碳两种元素外，还含有少量锰、硅、硫、磷、氧、氮、氢等非特意加入的元素，其中，锰、硅等常称为常存元素；硫、磷、氧、氮、氢等常称为杂质元素。
它们对碳钢的性能有一定的影响。
1．锰和硅的影响锰和硅是炼钢过程中随脱氧剂或者由生铁残存而进入钢中的。
锰在碳钢中的含量一般小于0.8%，主要固溶于铁中。
此外由于锰和硫的结合力比铁和硫的结合力强，形成稳定的MnS 夹杂物，这对改善钢的热脆性有益。
因为FeS 熔点较低（1190℃），与γ铁易于形成低熔共晶（989℃）而且沿晶界连续分布，引起钢的热脆性。
适量的锰和杂质硫形成高熔点MnS（1600℃），MnS 在高温下具有一定的塑性，不会使钢发生热脆，在加工过程中硫化锰呈条状沿轧向分布。
必须指出的是，这些夹杂物将使钢的疲劳强度和塑性、韧性下降。
当钢中含有大量硫化物夹杂时，轧成钢板后会造成分层。
硅在钢中的含量通常小于0.5%。
由于铁中可以溶入较多的硅，故碳钢中的硅（通常小于0.5%）一般均可溶入铁中。
此外由于硅和氧的亲和力很强，能形成稳定的SiO2，在钢中以夹杂物形式存在而降低钢的质量。
必须指出的是，只有固溶于铁素体中的锰和硅才可强化铁素体基体。
2．硫和磷的影响硫是炼钢时不能除尽的有害杂质。
硫可以大量溶于液态钢中，而在固态铁中的溶解度极小。
硫和铁能形成FeS，并易于形成低熔点共晶。
当钢凝固结晶时低熔共晶易于沿晶界分布；若把含有硫化物共晶的钢加热到高温，例如1100℃以上时，共晶体就将熔化，因此就引起轧制或锻造时的晶界碎裂（热脆）。
铸钢件虽然不经锻造，但含硫量高时也会引起铸件在铸造应力作用下发生热裂。
此外硫还对钢的焊接性能有不良影响，即容易导致焊缝热裂，同时在焊接过程中，硫易于氧化，生成SO2 气体，以致焊缝中产生气孔和疏松。
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
1.1钢中的合金元素
2.扩展γ相区的元素
A4
铜、碳和氮虽然使γ相区扩大，
但在γ铁中有限溶解，如图。
A3
除此之外，其他元素都是缩小γ相区，属于 铁素体形成元素，
11
➢铁素体形成元素
使A3温度上升，A4温度下降.
1.封闭γ相区的元素
铬和钒与α铁无限互
溶，如图.
A4
A3
2.缩小γ相区元素
其他元素与α铁都是有限溶解。
如图。
A4
制备工艺
合金钢
性能
5
第一节 铁基固溶体—合金相图
所谓固溶体是指溶质原子溶入溶剂晶格中而仍保持溶 剂类型的合金相。
6
铁基固溶体有哪些？
铁的同素异晶转变:
910℃
1390℃
α-Fe←——→γ-Fe ←———→δ-Fe
A3线
A4线
各种合金元素在α(δ)铁和γ铁中具有不同的溶解度，因而 影响到δ—γ或γ一α转变的温度和α(δ)铁和γ铁基固溶体 的稳定温度和浓度范围。
4
中合金钢：一般指合金元素总含量在5～10%范围内 的钢。 高合金钢：一般指合金元素总含量超过10%的钢。 微合金钢：合金元素(如V,Nb,Ti,Zr,B)含量小于或等 于0.1%，而能显著影响组织和性能的钢。 杂质：由冶炼时原材料以及冶炼方法、工艺操作而 带入的化学元素。
组织
合金元素 （化学成分）
晶界偏聚的影响因素
晶界区溶质偏聚的函数表达式：
β Cg exp( E )
C0
RT
其中，Cg￣￣￣偏聚在晶界区的溶质浓度；
C0 ￣￣￣基体中的溶质浓度；
β￣￣￣晶界区的溶质原子富集系数，表征溶质的晶
偏聚倾向。
E￣￣￣溶质原子在晶内和晶界区引起畸变能之差,即 晶界偏聚的驱动力.(主要由原子尺寸因素引起)
金属材料学绪论
1.2 钢的合金化
1、形成铁基固溶体 1）置换固溶体
1.2 钢的合金化
合金元素的固溶规律， 即Hume-Rothery规律
决定组元在置换固溶体中的溶解度因素 是点阵结构、原子半径和电子因素，无限 固溶必须使这些因素相同或相似。
1.2 钢的合金化
1.2 钢的合金化
结 论
2）间隙固溶体
1.2 钢的合金化
1.3 合金元素对钢的相变影响
4、对奥氏体晶粒长大的影响 1）Ti、Nb、V↓↓，W、Mo↓晶粒长大； 由于形成的碳化物或氮化物稳定性高，高温时不溶解，可
钉扎晶界；若溶解于奥氏体中，则会↑Fe原子间的结合力， ↓Fe的自扩散系数，↓奥氏体晶粒长大。
2）C、N、B↑晶粒长大； 由于它们溶于奥氏体后会↓铁原子的自扩散激活能。
A形成元素Ni、Mn等使γ-Fe区扩大→钢在室温下也 为奥氏体——奥氏体钢；
F形成元素Cr、Si等使γ-Fe区缩小→钢在室温下也 为铁素体——铁素体钢。
1.1 合金元素对铁碳相图的影响
a) Cr对相区的影响
b) Mn对相区的影响
1.2 钢的合金化
一、合金元素在钢中的存在形式
1．形成铁基固溶体 2．形成合金渗碳体（碳化物）与氮化物 3．形成金属间化合物 4．形成非金属相（非碳化合物）及非晶体相 5. 自由态
原因：形成了一部分不溶于奥氏体中的特殊碳化物，固定了钢 中一部分碳，使奥氏体碳含量下降，必须再增加一部分碳才能发 生共析转变。
1.1 合金元素对铁碳相图的影响
四、对A1、A3温度的影响
A形成元素Ni、Mn等使A1（A3）线向下移动； F形成元素Cr、Si等使A1（A3）线向上移动。
五、对γ-Fe相区的影响
金属材料学
金属材料学复习题
一、填空题1、特别添加到钢中为了保证获得所要求的组织结构、物理、化学和机械性能的化学元素称为，在碳钢基础上加入一定量合金元素的钢称为。
高合金钢：般指合金元素总含量超过的钢。
一般指合金元素总含量在范围内的钢称为中合金钢。
低合金钢：一般指合金元素总含量的钢。
微合金钢：合金元素(如V,Nb,Ti,Zr,B)含量小于或等于，而能显著影响组织和性能的钢。
2、奥氏体形成元素使A3线，A4线，在较宽的成分范围内，促使奥氏体形成，即扩大了γ相区。
根据Fe-Me相图的不同可分为：开启γ相区元素和扩展γ相区元素。
、属于开启γ相区合金元素，与γ-Fe无限固溶，使δ和α相区缩小。
C、N、Cu、Zn、Au属于扩展γ相区的元素，合金元素与α-Fe和γ-Fe均形成有限固溶体。
3、铁素体(α)稳定化元素使A4降低，A3升高，在较宽的成分范围内，促使铁素体形成，即缩小了γ相区。
根据Fe-Me相图的不同，可分为：封闭γ相区(无限扩大α相区)和缩小γ相区(不能使γ相区封闭)。
对封闭γ相区的元素，当合金元素达到某一含量时，A3与A4重合，其结果使δ相与α相区连成一片。
当合金元素超过一定含量时，合金不再有α-γ相变，与α-Fe形成无限固溶体。
4、扩大γ相区元素降低了共析温度，缩小γ相区元素升高了共析温度。
几乎所有合金元素都使共析S碳含量点降低，尤其以强碳化物形成元素的作用最为强烈。
共晶点E的碳含量也随合金元素增加而降低。
5、碳化物在钢中的稳定性取决于金属元素与碳元素亲和力的大小，一般来说，碳化物的生成热愈大，碳化物愈稳定。
根据碳化物结构类型，分为简单点阵结构和复杂点阵结构。
形成碳化物的结构类型与合金元素的原子半径有关，当r C/r M＞0.59时，形成复杂点阵结构，当r C/r M＜0.59时形成简单点阵结构。
6、强C化合物形成元素有钛、锆、铌、钒，中等强度的有钼、钨、铬，弱的有锰、铁，强碳化物形成元素总是优先与碳结合形成碳化物，若碳含量有限，较弱的碳化物形成元素将溶入固溶体中，碳化物稳定性愈好，溶解越难，析出越难，聚集长大越难。
吉林大学金属材料学课后题答案
5、简述低碳马氏体的强韧化途径 答：低碳 M 锻轧后空冷： B+M+F； 锻轧后直接淬火并回火： 低碳回火 M。 低碳回火 M 具有高强度高热性 和高的疲劳强度。 强韧化途径： 1 低碳加入 Mo、 Nb、 V、 B 等与合理含量的 Mn 和 Cr 配合。 2 提高淬透性加入 Nb 微合 金元素细化晶粒。 6、请介绍调质钢的成分特点和常规热处理工艺 答：成分特点：中碳，碳含量一般在 0.3%—0.5% 2 合金元素：主加合金元素：CrMnSiNi；辅加合金元素： Mo W V Ti Al B 等 常规处理工艺：1，预备热处理：合金含量较少时，一般采用在Ac3线以上加热进行正火。合金含量较多 时， 一般采用在Ac3线加热进行正火，随后再进行一次高温回火. 2，最终热处理：Ⅰ ，淬火：将钢件加热 至Ac3线以上进行淬火。Ⅱ ，回火。Ⅲ，表面处理。 7、列举出常用调质钢的典型钢号， 说明合金元素在调质钢中的主要作用？ 答： 合金调质钢按淬透性高低可分为低， 中， 高淬透性三类。 （1） 低淬透性合金调质钢： 40Cr、 40CrV、 40MnB、 40MnV、 38CrSi、 40MnVB 等 （2） 中淬透性合金调质钢： 35 CrMo、 40 CrMn、 40 CrNi、 30 CrMnSi 等 （3） 高淬透性合金调质钢： 37 CrNi3A、 40 CrMnMo、 40CrNiMoA、 25Cr2Ni4WA 等。 合金元素 的主要作用： 1、提高淬透性； 2、Cr、 Mn、 Si、 Ni 溶于 α 相， 起固溶强化作用；3、 Cr、 Mo、 W、 V 等 阻碍α 相的再结晶， 也可阻碍碳化物在高温回火时的聚集长大， 使钢保持高硬度。 4、加入 Mo、 W 来防 止回火脆性。 5、V、 Ti、 Al 起细化晶粒的作用。 6、C： 是降低调制钢冲击韧性的元素， P： 对冲击韧性 危害甚大
金属材料学复习思考题及答案
安徽工业大学材料学院金属材料学复习题一、必考题1、金属材料学的研究思路是什么？试举例说明。
答：使用条件→性能要求→组织结构→化学成分↑生产工艺举例略二、名词解释1、合金元素：添加到钢中为了保证获得所要求的组织结构从而得到一定的物理、化学或机械性能的含量在一定范围内的化学元素。
（常用M来表示）2、微合金元素：有些合金元素如V，Nb，Ti, Zr和B等，当其含量只在%左右（如B %，V %）时，会显著地影响钢的组织与性能，将这些化学元素称为微合金元素。
3、奥氏体形成元素：使A3温度下降，A4温度上升，扩大γ相区的合金元素4、铁素体形成元素：使A3温度上升，A4温度下降，缩小γ相区的合金元素。
5、原位析出：回火时碳化物形成元素在渗碳体中富集，当浓度超过溶解度后，合金渗碳体在原位转变为特殊碳化物。
6、离位析出：回火时直接从过饱和α相中析出特殊碳化物，同时伴随有渗碳体的溶解。
7、二次硬化：在含有Mo、W、V等较强碳化物形成元素含量较高的高合金钢淬火后回火，硬度不是随回火温度的升高而单调降低，而是在500－600℃回火时的硬度反而高于在较低温度下回火硬度的现象。
8、二次淬火：在强碳化物形成元素含量较高的合金钢中淬火后残余奥氏体十分稳定，甚至加热到 500-600℃回火时仍不转变，而是在回火冷却时部分转变成马氏体，使钢的硬度提高的现象。
9、液析碳化物：钢液在凝固时产生严重枝晶偏析，使局部地区达到共晶成分。
当共晶液量很少时，产生离异共晶，粗大的共晶碳化物从共晶组织中离异出来，经轧制后被拉成条带状。
由于是由液态共晶反应形成的，故称液析碳化物。
10、网状碳化物：过共析钢在热轧（锻）后缓慢冷却过程中，二次碳化物沿奥氏体晶界析出呈网状分布，称为网状碳化物。
11、水韧处理：将高锰钢加热到高温奥氏体区，使碳化物充分溶入奥氏体中，并在此温度迅速水冷，得到韧性好的单相奥氏体组织的工艺方式。
12、晶间腐蚀：金属材料在特定的腐蚀介质中沿着材料的晶界发生的一种局部腐蚀。
合金元素对铁碳相图的影响
合金元素对铁碳相图的影响及其在中的作用众所周知,占钢总产量80％左右的碳素钢,是基本的;它种类齐全,生产简单,价格低廉,通过不同的热处理后,可获得不同的力学性能,因此得到了极广泛的应用;但碳素钢的强度及淬透性低、热硬性差,耐磨、耐蚀和耐热等性能也都比较低;况且,工业的发展特别是国防、交通运输、石油和化工等工业的发展,对材料提出了更高的要求,因而使用领域受到限制;为了改善碳素钢的力学性能、工艺性能或某些特殊的物理、化学性能,在冶炼时,有选择地向钢液中加入一些合金元素,如锰、硅、铬、镍、铝、钨、钒、钛、铌、锆、稀土元素等,这类钢就统称为合金钢;是合金钢中的一种;㈠.碳素钢用途的局限性⑴淬透性低一般情况下,碳钢淬火要求水冷,它水淬的最大淬透直径为15～20mm,因此在制造大尺寸和形状复杂的零件时,不能保证性能的均匀性和几何形状不变;⑵强度和屈强比较低强度低使工程结构和设备笨重;A3钢的σs≥240MPa,而低合金结构钢16Mn的σs≥360MPa;屈强比低说明强度的有效利用率低;40碳钢的σs／σb为,而合金钢35CrNi3Mo 的σs／σb可达;⑶回火稳定性差由于回火稳定性差,碳钢在进行调质处理时,为了保证较高强度而回火温度应低些时,韧性又偏低；为了保证较好韧性而回火温度应高些时强度又偏低,所以碳钢的综合机械性能很难提高上去;⑷不能满足某些特殊性能的要求碳钢在抗氧化、耐腐蚀、耐热、耐低温、耐磨以及特殊电磁性能等方面往往较差,不能满足特殊使用要求;为了解决上述问题,在碳钢中特意加入合金元素,以弥补以上不足之处;㈡.合金元素在模具钢材中的作用合金元素在模具钢材中的作用非常复杂,到目前为止对它的认识还很不全面;下面着重分析合金元素与铁和碳的作用、对铁碳相图的影响规律;⒈合金元素与铁和碳的作用合金元素加入钢中,主要与铁形成固溶体,或者与碳形成碳化物,少量存在于夹杂物如氧化物、氮化物、硫化物及硅酸盐等中,在高合金钢中还可能形成金属间化合物;⑴溶入铁中几乎所有合金元素除Pb外都可与铁形成合金铁素体或合金奥氏体;按照合金元素对αFe或γFe的作用,可将它们分为两大类;①扩大γ相区元素亦称奥氏体稳定化元素,主要是Mn、Ni、Co、C、N、Cu等;它们使相图中N 点下降,G点上升,从而扩大γ相的存在范围;其中Ni、Mn等元素加入到一定量后,可使G点降到室温以下,使α相完全消失,它们称为完全扩大γ区的元素;另外一些元素如C、N和Cu等,虽扩大γ相区,但不能将其扩大到室温,所以它们称为部分扩大γ区的元素;②缩小γ相区元素亦称F稳定化元素,主要有Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si、B、Nb、Zr 等;它们使G点上升,N点下降Cr 例外, Cr含量小于7％时,G点下降；大于7％后G点迅速上升,从而缩小γ相存在范围,使F 稳定区域扩大;其中Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si等元素超过一定含量时,G点与N点重合,使γ相区被封闭,这时合金在固态范围内一直处于单相α相状态,它们称为完全封闭γ区的元素;另外一些元素,如B、Nb、Zr等,虽然也使γ相区温度范围缩小,但不能使其封闭,称为部分缩小γ区的元素;上述元素中,只有C、N、B与铁形成间隙固溶体,其它均与铁形成置换固溶体;⑵形成碳化物合金元素按其与钢中碳亲合力大小,分为碳化物形成元素和非碳化物形成元素两大类;①常用非碳化物形成元素有：Ni、Co、Cu、Al、Si、N、B等;它们不与碳形成化合物,除了在少数高合金钢中可形成金属间化合物外,基本上都溶于F 和A 中;②常用碳化物形成元素有：Mn、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr等按形成的碳化物的稳定性程度由弱到强的次序排列;它们都是元素周期表中位于铁左方的过渡族元素;Mn与碳的亲合力较弱,少部分溶于渗碳体中,大部分溶于F或A中;与碳的亲和力较强的Cr、Mo、W等,含量较低时基本上与铁一起形成合金渗碳体；含量较高时可形成新的合金碳化物;而与碳的亲合力很强的元素V、Ti、Nb、Zr等,几乎都是形成特殊碳化物;此外,总还有一部分强碳化物形成元素会溶于F 或A中;合金渗碳体是部分铁原子被碳化物形成元素置换后的渗碳体,如Fe, Cr3 C、Fe, Mn3 C等,其晶体结构与渗碳体相同,但比渗碳体略稳定些,硬度也略高些,这对提高钢的耐磨性更有利;合金碳化物Mn 3C、Cr7C3、Cr23C6、Fe 3W 3 C等,比合金渗碳体的稳定性更高,而特殊碳化物Mo2C、W2C、VC、TiC 等的稳定性最高;稳定性愈高的碳化物,其熔点和硬度也愈高,加热时也愈难溶于奥氏体中,因此对钢的机械性能和工艺性能的影响很大;⒉合金元素对铁碳相图的影响合金元素对铁碳相图的影响,与对纯铁的影响类似,但更复杂一些、影响主要分两方面：⑴对A和F存在范围的影响①扩大γ相区元素均扩大铁碳相图中A存在的区域,其中完全扩大γ区的元素Ni或Mn的含量较多时,可使钢在室温下得到单相A组织,例如1Cr18Ni9高镍A不锈钢和ZGMn13高锰耐磨钢等;②缩小γ相区元素均缩小铁碳相图中A存在的区域,其中完全封闭γ区的元素例如Cr、Ti、Si等超过一定含量后,可使钢在包括室温在内的广大温度范围内获得单相F组织,例如1Cr17Ti高铬F不锈钢等;⑵对铁碳相图临界点S点和E点的影响①扩大γ相区的元素使铁碳合金相图中的共析转变温度下降;②缩小γ相区的元素则使其上升并都使共析反应在二个温度范围内进行;合金元素还对共析点和共晶点的成分产生影响;几乎所有合金元素都使共析点碳含量降低；共晶点也有类似的规律,尤以强碳化物形成元素的作用最强烈;S点及E 点的左移,使合金钢的平衡组织发生变化不能完全用铁碳相图来分析;例如,含％C的3Cr2W8V热模具钢已为过共析钢,而碳含量不超过％的W18Cr4V高速钢,在铸态下已具有莱氏体组织;。
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一、合金元素与铁、碳的相互作用合金元素加入钢中后，主要以三种形式存在钢中。
即：与铁形成固溶体；与碳形成碳化物；在高合金钢中还可能形成金属间化合物。
1.溶于铁中几乎所有的合金元素（除Pb外）都可溶入铁中, 形成合金铁素体或合金奥氏体, 按其对α-Fe或γ-Fe的作用, 可将合金元素分为扩大奥氏体相区和缩小奥氏体相区两大类。
扩大γ相区的元素—亦称奥氏体稳定化元素, 主要是Mn、Ni、Co、C、N、Cu等, 它们使A3点(γ-Fe α-Fe的转变点)下降, A4点( γ-Fe的转变点)上升, 从而扩大γ-相的存在范围。
其中Ni、Mn等加入到一定量后, 可使γ相区扩大到室温以下, 使α相区消失, 称为完全扩大γ相区元素。
另外一些元素(如C、N、Cu等), 虽然扩大γ相区, 但不能扩大到室温, 故称之为部分扩大γ相区的元素。
缩小γ相区元素——亦称铁素体稳定化元素, 主要有Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si、B、Nb、Zr等。
它们使A3点上升, A4点下降(铬除外, 铬含量小于7%时, A3点下降; 大于7%后,A3点迅速上升), 从而缩小γ相区存在的范围, 使铁素体稳定区域扩大。
按其作用不同可分为完全封闭γ相区的元素(如Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si等)和部分缩小γ相区的元素(如B、Nb、Zr等)。
2. 形成碳化物槽钢和角钢
低合金结构钢
合金元素按其与钢中碳的亲和力的大小, 可分为碳化物形成元素和非碳化物形成元素两大类。
常见非碳化物形成元素有：Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B等。
它们基本上都溶于铁素体和奥氏体中。
常见碳化物形成元素有：Mn、Cr、W、V、Nb、Zr、Ti等(按形成的碳化物的稳定性程度由弱到强的次序排列)，它们在钢中一部分固溶于基体相中，一部分形成合金渗碳体, 含量高时可形成新的合金碳化合物。
二、合金元素对Fe-Fe3C相图的影响
1.对奥氏体和铁素体存在范围的影响扩大或缩小γ相区的元素均同样扩大或缩小Fe-Fe3C 相图中的γ相区, 且同样Ni或Mn的含量较多时, 可使钢在室温下得到单相奥氏体组织(如1Cr18Ni9奥氏体不锈钢和ZGMn13高锰钢等)，而Cr、Ti、Si等超过一定含量时, 可使钢在室温获得单相铁素体组织(如1Cr17Ti高铬铁素体不锈钢等)。
2.对Fe-Fe3C相图临界点(S和E点)的影响扩大γ相区的元素使Fe-Fe3C相图中的共析转变温度下降, 缩小γ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。
几乎所有的合金元素都使共析点(S)和共晶点(E)的碳含量降低，即S点和E点左移, 强碳化物形成元素的作用尤为强烈。
三、合金元素对钢热处理的影响合金元素的加入会影响钢在热处理过程中的组织转变。
1. 合金元素对加热时相转变的影响合金元素影响加热时奥氏体形成的速度和奥氏体晶粒的大小。
(1)对奥氏体形成速度的影响：Cr、Mo、W、V等强碳化物形成元素与碳的亲合力大, 形成难溶于奥氏体的合金碳化物, 显著减慢奥氏体形成速度；Co、Ni等部分非碳化物形成元素, 因增大碳的扩散速度, 使奥氏体的形成速度加快；Al、Si、Mn等合金元素对奥氏体形成速度影响不大。
(2)对奥氏体晶粒大小的影响：大多数合金元素都有阻止奥氏体晶粒长大的作用, 但影响程度不同。
强烈阻碍晶粒长大的元素有：V、Ti、Nb、Zr等；中等阻碍晶粒长大的元素有：W、Mn、Cr等；。