钢的合金化.
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1.2 第1章_钢合金化概论-钢的强化和韧化
2、影响塑性的因素
溶质 原子
↓ 韧性，间隙溶质原子 > 置换溶质原子。
晶粒 度
第二 相 杂质
细晶既↑σS，又 ↑ 韧性 → 最佳组织因素。
K↓韧性。K 小、匀、圆、适量 → 工艺努力方向。
杂质往往是形变断裂的孔洞形成核心， → 提高钢的冶金质量是必须的。
3、改善钢韧性的途径
1.改善延性断裂的途径 2.改善解理断裂抗力的途 径 3.改善沿晶断裂抗力的途径
锰对钢γ区的影响
铬对钢γ区的影响
3、对γ-Fe区的影响
A形成元素Ni、Mn等使γ-Fe区扩大→钢在室 温下也为A体 — A钢； F形成元素Cr、Si等使γ-Fe区缩小→钢在高 温下仍为F体 — 铁素体钢。
二、 合金钢的加热A化
α+ Fe3C (或 K) →
γ
α→γ： 需要Fe重组和 C扩散
Fe3C或K：需要溶解于γ
s 0 Ks d
著名的Hall-petch公式 式中，d为晶粒直径，Ks为系数
1/ 2
机理
晶粒越细 → 晶界、亚晶界越多→ 有效 阻止位错运动，产生位错塞积强化。
效果
↑钢的强度，又↑塑性和韧度 这是最理想的强化途径.
3、第二相强化
表达式
P K P
1
机理
微粒第二相钉扎位错运动→强化效果 主要有切割机制和绕过机制。在钢中主 要是绕过机制。 两种情况：回火时弥散沉淀析出强化， 淬火时残留第二相强化。 有效提高强度，但稍降低塑韧性。
效果
提高强度，降低塑韧性
固溶强化的规律
（ 1）溶质元素在溶剂中的饱和溶解度愈小，其固溶 强化效果愈好。
置换元素对α-Fe屈服强度的影响
固溶强化的规律
hsla钢的合金化特点
HSLA钢的合金化特点1. 引言HSLA（High Strength Low Alloy）钢是一种具有高强度和低合金含量的钢材，其合金化是通过在普通碳素钢中添加一些合金元素来实现的。
HSLA钢的合金化特点对于钢材的性能提升具有重要意义，本文将探讨HSLA钢的合金化特点以及对钢材性能的影响。
2. 合金化元素HSLA钢中常用的合金元素包括铌（Niobium）、钒（Vanadium）、锰（Manganese）、钛（Titanium）等。
这些元素具有不同的特性和作用，其添加量和配比会影响钢材的性能。
3. 强度增加HSLA钢通过添加合金元素来增加钢材的强度。
铌、钒等微合金元素在晶界处形成碳化物，并能阻碍晶界的移动，从而增加钢材的强度。
锰的加入可以使钢材的晶体细化并提高强度。
此外，钛的存在可以进一步提高钢材的强度和硬度。
4. 韧性提升HSLA钢在提高强度的同时也能保持较高的韧性。
合金元素的添加可以改变钢材的晶体结构，使其更加均匀和细小。
这些细小的晶粒可以阻碍位错的移动，提高钢材的塑性和韧性。
5. 耐腐蚀性能改善合金化对HSLA钢的耐腐蚀性能也有积极影响。
锰和钒的加入可以提高钢材的耐蚀性能，减少钢材表面的氧化。
6. 焊接性能优化HSLA钢在合金化过程中注重改善焊接性能。
合金元素的添加可以减少焊接时的热裂纹和冷裂纹的敏感性。
此外，合金元素的存在还能提高焊缝的强度和韧性。
7. 可控性和成本降低HSLA钢的合金化特点还在于其可控性和成本降低。
根据使用需求，可以根据需要调整合金元素的含量和种类，以达到目标性能。
同时，HSLA钢的合金化相对于其他高强度钢材来说成本较低，更加经济。
8. 应用领域HSLA钢的合金化特点使其在多个领域得到了广泛应用。
例如，汽车工业中使用HSLA钢制造车身结构部件，提高了汽车的安全性能和耐久性。
航空航天领域也常用HSLA钢制作发动机和机身部件，以实现轻量化和高强度要求。
9. 总结HSLA钢的合金化特点通过添加合金元素来提高钢材的强度、韧性、耐腐蚀性和焊接性能，使其在诸多领域得到广泛应用。
第一章 钢的合金化原理
四、按照对奥氏体层错能的影响分类
1、合金元素分类
奥氏体的层错能对钢的组织和性能都有很大影响。 按照对奥氏体层错能的影响，合金元素可分为两大类： (1) 提高奥氏体层错能的元素 如：镍（Ni），铜（Cu），碳（C），它们使奥 氏体层错能提高； (2) 降低奥氏体层错能的元素
如：锰（Mn），铬（Cr），钌（Ru），铱 （Ir），它们使奥氏体层错能降低。
二、合金钢定义与分类
1、定义： 合金钢：在化学成分上特别添加合金元素 用以保证一定的生产和加工工艺以及所要求的组 织与性能的铁基合金。
2、分类：
低碳钢(C≤0.25%) 碳素钢 中碳钢(0.25%＜ C≤0.60%) (非合金钢) 高碳钢(C＞0.60%) 低合金钢(Me ≤5%) 合金钢 中合金钢(5%＜Me≤10%) 高合金钢(Me ＞10%) 普通钢(S ≤0.050%，P ≤0.045%) 优质钢(S ≤0.035%，P ≤0.035%) 高级优质钢(S ≤0.025%，P ≤0.025%) 特级优质钢(S ≤0.015%，P ≤0.025%)
按化学成分
按冶金质量
工程构件用钢(桥梁、船舶、建筑等)
合金结构钢 机器零件用钢 调质钢 弹簧钢 渗碳钢 滚动轴承钢
按用途
合金工具钢
刃具钢 模具钢 量具钢
不锈钢
特殊性能钢 耐热钢 耐磨钢
在给钢产品命名时，往往把成分、质量和用 途分类方法结合起来。 如：优质碳素结构钢，合金工具钢等。
三、合金钢的编号原则
使“Fe-Me‖二元相图出现扩大γ相区和缩小γ 相区两个大类型。 每个大类再分为两小类，合金元素也可依此类 型分为奥氏体形成元素和铁素体形成元素两大类。
1、奥氏体形成元素(扩大γ相区元素或γ稳定化元素)
钢的合金化原理
复杂密排构造，如Cr, Mn, Fe等与C形成旳K：
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。
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。
钢的合金化概论
合金粉末粒度分布
根据需求调整合金粉末粒度分布。
表面处理
喷射后进行表面处理，提高合金层的 附着力和耐腐蚀性。
烧结法
烧结温度控制
烧结气氛选择
控制烧结温度和时间，促进合金元素的固 溶和扩散。
选择合适的烧结气氛，以防止氧化和减少 合金元素的挥发。
烧结助剂添加
晶粒细化
添加烧结助剂促进合金元素的扩散和固溶 。
机械用钢要求具有较高的强度、硬度、耐磨性和耐腐蚀性等性能 ，以满足各种机械设备的工作需求。
常见机械用钢的种类
包括碳素机械钢、合金机械钢、不锈钢等。
机械用钢的应用范围
广泛应用于各种机械设备的主要零部件制造，如机床、汽车、航 空航天等领域。
工具用钢
工具用钢的特点
工具用钢要求具有高硬度、耐磨性和耐腐蚀性等性能，以确保工具 的寿命和准确性。
过量的磷会导致钢的脆性增加。
硫（S）
硫在钢中的作用与磷相似，可 以提高强度和硬度，但会降低
韧性。
硫还可以提高钢的抗腐蚀性 能和耐磨性。
过量的硫会导致钢的脆性增加 。
铬（Cr）
01
02
03
铬可以提高钢的强度和 硬度，同时保持较高的
韧性。
铬还可以提高钢的抗腐 蚀性能和耐磨性。
过量的铬会导致钢的脆 性增加。
钛（Ti）
01
钛可以提高钢的强度和硬度，同时保持较高的韧性。
02
钛还可以提高钢的抗腐蚀性能和耐磨性。
03
过量的钛会导致钢的脆性增加。
铌（Nb）
铌可以提高钢的强度和硬度，同时保持较高的韧性。 铌还可以提高钢的抗腐蚀性能和耐磨性。 过量的铌会导致钢的脆性增加。
03
钢的合金化工艺
工程结构钢的合金化原理
一、工程结构钢的合金化原理1、低碳：由于低温韧性、焊接性和冷成型性能的要求高，其碳质量分数一般不超过0.25％。
2、加入以锰为主的合金元素，起固溶强化作用，提高钢的强度和韧性。
3、加入铌、钛或钒等辅加元素，起弥散强化作用，提高钢的强度和韧性。
4、加入少量铜（＜0.4％）和磷（0.1％左右）等，可提高抗腐蚀性能。
二、调质钢合金化特点1、中碳，碳质量分数一般在0.25％～0.50％之间，以0.4％居多。
碳量过低，不易淬硬，回火后强度不够；碳量过高则韧性不够。
2、加入提高淬透性的元素，如Cr、Mn、Ni、Si、B等。
3、加入防止第二类回火脆性的元素，如Mo、W等。
三、轴承钢的合金化特点1、高碳，为了保证轴承钢的高硬度、高耐磨性和高强度，碳质量分数应较高，一般为0.95％～1.10％。
2、铬为基本合金元素，铬含量为0.40％～1.65％。
铬能提高淬透性，并与基体金属形成合金渗碳体（Fe，Cr）3C，呈细密、均匀分布，从而提高钢的耐磨性，特别是疲劳强度。
3、加入硅、锰、钒等提高淬透性四、渗碳钢的合金化特点（1）碳质量分数一般在0.10％～0.25％之间，以保证零件心部有足够的塑性和韧性。
（2）加入提高淬透性的合金元素，常加入Cr、Ni、Mn等，以提高经热处理后心部的强度和韧性。
Cr还能细化碳化物、提高渗碳层的耐磨性，Ni则对渗碳层和心部的韧性非常有利。
（3）加入阻碍奥氏体晶粒长大的元素，主要加入少量强碳化物形成元素Ti、V、W、Mo等，形成稳定的合金碳化物。
除了能阻止渗碳时奥氏体晶粒长大外，还能增加渗碳层硬度，提高耐磨性。
五、氮化钢的合金化特点1、低碳2、铬、钼、锰可使钢获得足够的淬透性。
3、钼及钒能使钢在500~580℃之间长时间保温时保持强度。
为了防止或减轻钢发生回火脆化，往往须要在氮化钢中加入0.2～0.5％钼。
六、弹簧钢的合金化特点1、中、高碳。
一般为0.50％～0.70％。
碳质量分数过低，强度不足。
金属材料学--钢铁材料的合金化原
• 合金化后称为奥氏体
7
合金元素在钢中的存在方式
• 固溶于铁基体，使其热力学行为和相变行为发生 明显改变，产生固溶强化
• 形成第二相，各种类型的第二相将产生显著不同 的作用
• 仅固溶的元素：周期表铁右边如Co、Ni、Si；但 金属性较强元素会形成单质第二相如Cu；非金属 性较强元素与金属形成化合物如C、N、O、S、P
1500
1400
1300
温 1200
度， ℃ 1100
7Mo
4Mo
1000
2Mo
900
800
0Mo
700
600
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0
碳含量，%
19
铬对Fe-Fe3C相图奥氏体区的影响
1500
1400
1300
温 1200 度， ℃ 1100
-ΔH298, kJ/mol
HV T熔, ℃ E, GPa
184.1 100.8 140.6
3200 3017 451
2094 2830 430
2400 3480 338
196.6
2560 3532 348
143.1
1790 4000 310
40.0
2080 2785 696
46.0
1950 2430 533
• 大多数合金元素即可固溶也可形成第二相
8
钢中第二相种类
• 碳化物 • 氮化物 • 硼化物 • 金属间化合物 • 非金属化合物（夹杂物） • 单质如铜、石墨
9
固溶合金元素对相图的影响1
• 扩大γ相区的奥氏体形成元素 （使Α3温度降低，Α4温度升高 ）： －开启γ相区：主要有锰、钴和镍三种元素 －扩大γ相区：主要有碳、氮、铜、金、锌等元素
7
合金元素在钢中的存在方式
• 固溶于铁基体，使其热力学行为和相变行为发生 明显改变，产生固溶强化
• 形成第二相，各种类型的第二相将产生显著不同 的作用
• 仅固溶的元素：周期表铁右边如Co、Ni、Si；但 金属性较强元素会形成单质第二相如Cu；非金属 性较强元素与金属形成化合物如C、N、O、S、P
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温 1200
度， ℃ 1100
7Mo
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0Mo
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0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0
碳含量，%
19
铬对Fe-Fe3C相图奥氏体区的影响
1500
1400
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温 1200 度， ℃ 1100
-ΔH298, kJ/mol
HV T熔, ℃ E, GPa
184.1 100.8 140.6
3200 3017 451
2094 2830 430
2400 3480 338
196.6
2560 3532 348
143.1
1790 4000 310
40.0
2080 2785 696
46.0
1950 2430 533
• 大多数合金元素即可固溶也可形成第二相
8
钢中第二相种类
• 碳化物 • 氮化物 • 硼化物 • 金属间化合物 • 非金属化合物（夹杂物） • 单质如铜、石墨
9
固溶合金元素对相图的影响1
• 扩大γ相区的奥氏体形成元素 （使Α3温度降低，Α4温度升高 ）： －开启γ相区：主要有锰、钴和镍三种元素 －扩大γ相区：主要有碳、氮、铜、金、锌等元素
钢的合金化原理介绍
第一章
钢的合金化原理
一、钢中的合金元素
合金钢是在碳钢的基础上，为了改善碳钢的力学性 能或获得某些特殊性能，有目的地在冶炼钢的过程 中加入某些元素而得到的多元合金。 合金钢----为了保证一定的生产和加工工艺以及所要 求的组织与性能，在化学成分上特别添加合金元素 的铁基合金。 常用的合金元素有 锰（Mn）、硅（Si）、铬（Cr）、镍（Ni）、 钼（Mo）、钨（W）、钒（V）、钛（Ti）、锆 （Zr）、钴（Co）、铝（Al）、硼（B）及稀土 （RE）元素等。 常见的杂质元素：Si, Mn, S, P 但是如果人为加入并可改善钢的性能，这些杂质元 素也为合金元素。
封闭γ相区并与α-Fe无限互溶的Fe-Me相图(a)及Fe-Cr相图(b)
这类合金元素有：Si、Al 和强碳化物形成元 素Cr、W、Mo、V、Ti及P、Be等。但应该指 出，含Cr量小于7%时，A3下降；含Cr量大于 7%时，A3才上升。 ②缩小γ相区(但不能使γ相区封闭)（图1-4） 合金元素使A3升高，A4下降，使γ相区缩小 但不能使其完全封闭。 这类合金元素有：B、Nb、Zr、Ta等。
（3）在特殊条件下（如快速冷却凝固），可使某些 金属或合金形成非晶体相结构。 钢中非晶体相的作用目前仍缺乏较详细的实验 和理论依据。
三、合金元素与铁和碳的相互作用
1．合金元素与铁的相互作用 （1）γ相稳定化元素 γ相稳定化元素使A3 降低， A4升高，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： ①开启γ相区(无限扩大γ相区) 这类合金元素主要有Mn、Ni、Co等。如果 加入足够量的Ni或Mn，可完全使体心立方的α相 从相图上消失，γ相保持到室温（即A1点降低）， 故而由γ相区淬火到室温较易获得亚稳的奥氏体组 织，它们是不锈钢中常用作获得奥氏体的元素。
钢的合金化原理
一、钢中的合金元素
合金钢是在碳钢的基础上，为了改善碳钢的力学性 能或获得某些特殊性能，有目的地在冶炼钢的过程 中加入某些元素而得到的多元合金。 合金钢----为了保证一定的生产和加工工艺以及所要 求的组织与性能，在化学成分上特别添加合金元素 的铁基合金。 常用的合金元素有 锰（Mn）、硅（Si）、铬（Cr）、镍（Ni）、 钼（Mo）、钨（W）、钒（V）、钛（Ti）、锆 （Zr）、钴（Co）、铝（Al）、硼（B）及稀土 （RE）元素等。 常见的杂质元素：Si, Mn, S, P 但是如果人为加入并可改善钢的性能，这些杂质元 素也为合金元素。
封闭γ相区并与α-Fe无限互溶的Fe-Me相图(a)及Fe-Cr相图(b)
这类合金元素有：Si、Al 和强碳化物形成元 素Cr、W、Mo、V、Ti及P、Be等。但应该指 出，含Cr量小于7%时，A3下降；含Cr量大于 7%时，A3才上升。 ②缩小γ相区(但不能使γ相区封闭)（图1-4） 合金元素使A3升高，A4下降，使γ相区缩小 但不能使其完全封闭。 这类合金元素有：B、Nb、Zr、Ta等。
（3）在特殊条件下（如快速冷却凝固），可使某些 金属或合金形成非晶体相结构。 钢中非晶体相的作用目前仍缺乏较详细的实验 和理论依据。
三、合金元素与铁和碳的相互作用
1．合金元素与铁的相互作用 （1）γ相稳定化元素 γ相稳定化元素使A3 降低， A4升高，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： ①开启γ相区(无限扩大γ相区) 这类合金元素主要有Mn、Ni、Co等。如果 加入足够量的Ni或Mn，可完全使体心立方的α相 从相图上消失，γ相保持到室温（即A1点降低）， 故而由γ相区淬火到室温较易获得亚稳的奥氏体组 织，它们是不锈钢中常用作获得奥氏体的元素。
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● 减缓A化过程（Ni、Co除外）
合金碳化物难熔，阻碍C的扩散，需提高加热温度，延长保温时间。
● 细化晶粒 —— 合金元素及其碳化物（ Mn除外）阻止A 晶粒长大。
V、Ti、Nb、Zr
强烈阻碍
W、Mo、Cr
Si、Ni、Cu
Mn、P、B 促进晶粒长大
中等阻碍
影响不大
２. 对C曲线的影响
1) 使C曲线右移（过冷A稳定性↑ ），Vk↓，淬透性↑（Co除外）
√
c. 920℃
上述正确淬火后的显微组织为： a. M 22) 完全退火主要适用于： a. 亚共析钢
√
b. F + M
c. M + P c. 过共析钢
√
b. 共析钢
作业2e 参考答案 P 13
4. 23) 钢的回火处理是在： a. 退火后进行 b. 正火后进行 c. 淬火后进行
√
24) 20钢的渗C温度范围是： a. 600～650℃ c. 900～950℃
2.5.2 合金元素对Fe-Fe3C相图的影响
1.扩大或缩小A、F 区 —— 如，室温下，1Cr18Ni9 为单相A，1Cr17Ti 为单相F 。 2.使使共析转变点S左移 → 钢中P%↑，强度增加 。
3.使共晶转变点E 左移 → 钢中出现Le ' 。
2.5.3 合金元素对热处理的影响
1. 对A化的影响
24) 淬火钢进行回火的目的是（ 消除淬火应力，调整力学性能 回火温度越高，钢的强度与硬度越（ ）。 低 3. 22) 高合金钢既具有良好的淬透性，也具有良好的淬硬性。（ No 23) 经退火后再高温回火的钢，能得到回火S 组织，具有良好的 综合机械性能。（ No ） 24) 钢的淬透性高，则其淬透层的深度也越大。（ Yes ） 25) 表面淬火既能改变钢的表面组织，也能改变心部组织和性能。（ No ） ）， ）
溶于F —— 形成合金F，产生固溶强化。 形成碳化物 —— 稳定性，熔点、硬度比Cm高得多， 显著提高钢的强、硬度。
合金渗碳体，如 (Fe, Mn)3C ； 特殊碳化物，如 Cr7C3、MoC、WC、VC、TiC 。
1.溶于铁中（除Pb）：
●扩大A区的元素（奥氏体稳定化元素）：
Mn、Ni、Co、C、N、Cu A3点（γ—α）下降，A4点（δ—γ）上升
降的能力 ）－－回火抗力
合金元素使得M 分解、碳化物长大、残余A转变、F回复 与再结晶被推迟到较高的温度才发生。
回火温度相同时，合金钢中析出的碳化物更细小，其强度更高。
２）产生二次硬化
弥散硬化 —— 第二相（沉淀）强化 回火温度较高时析出细小、 高硬度的合金碳化物，如Mo2C ，使硬度反而提高。 （韧性也大大↑ ）
正火时，S片间距↓（或 →B、M）, 强度↑ 2）使 Ms、Mf 点下降，淬火后残余A量↑, 硬度↓ （Co，Al 除外）
非碳化物合金元素对碳钢C曲线的影响
碳化物合金元素对碳钢C曲线的影响
奥氏体中含碳量对C曲线位置的影响:
温 度 A1
亚共 析钢
过共 析钢
共析 钢
时间
３. 对回火转变的影响
1） 提高回火稳定性（淬硬的钢在回火过程中抵抗强度、硬度下
√
b. 800～820℃ c. 1000～1050℃
25) 钢的淬透性主要取决于： a. C含量 b. 冷却介质 c. 合金元素
Mn、Ni：完全扩大A区的元素（ A3点下降到室温下，α相区消失）
●缩小A区的元素（铁素体稳定化元素）：
Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si、B、Nb、Zr
A3点（γ—α）上升，A4点（δ—γ）下降
完全封闭A区的元素（Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si ）
2.形成碳化物：
常用的碳化物形成元素： Mn、Cr、W、V、Nb、Zr、Ti 非碳化物形成元素： Ni、Cr、Cu、Si、Al、N、B等（基本上都溶于F或A中）
Mo 、W、Cr、V、Mn 等
二次淬火
回火时残余A中析出合金碳化物 → A 中 C% ↓ → Ms、Mf ↑，
随后冷却时→M
w(C)=0.35%的钼钢的回火温度与硬度的关系
３）增大回火脆性
淬火钢在某一温度范围回火时，韧性明显下降。（合金钢较明显）
第一类回火脆性: 250～400℃，不可逆 。 第二类回火脆性: 450～650℃，可逆， 回火后快冷可避免脆 化。
2.5.4 合金元素对机械性能的影响
合金钢的强化机制： 固溶强化 位错强化 细晶强化（F、M晶粒度，P片间距↓） 第二相强化（沉淀强化、析出强化）
对淬火、回火状态下机械性能的影响
淬火+回火是钢最经济有效的综合强化方法？
M体中有高密度的位错； M体被分割成许多细小的取向不同的M体束： M体是过饱和的固溶体： M体回火时析出碳化物
作业2e 参考答案 P 12
4. 19) 淬硬性好的钢具有： a. 高的合金元素含量 b. 高的含C量
√
c. 低的含C量
20) 对形状复杂、截面变化大的零件进行淬火时，应选用： a. 高淬透性钢
√
b. 中淬透性钢
c. 低淬透性钢21) 直源自为10mm的40钢的常规淬火温度大约为：（Ac3 = 780℃） a. 750℃ b. 850℃
作业2e 参考答案 P 9-11
2. 21) 钢的淬透性越高，则其C曲线的位置越（ 靠右 ），说明临界冷却速度 越（ ）。 小 22) 球化退火的主要目的是（ 降低硬度,提高切削性及韧性 ），它主要 适用于（ 过共析钢 ）钢。 23) 亚共析钢的正常淬火温度范围是（ Ac3 + 30 ～ 50℃ ）， 过共析钢的正常淬火温度范围是（ ）。 Ac1 + 30 ～ 50℃
合金元素对提高机械性能的主要目的： 淬透性、回火稳定性、二次硬化
小结
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。
作 业 2f
P 10 ~ 16
2. 27) 3. 26)，28)
week11, Nov 9
5. 26)，29)，33)
第2章 金属材料的 组织与性能控制
2.1
2.2 2.3 2.4 2.5 2.6
纯金属的结晶
合金的结晶 金属的塑性加工 钢的热处理
钢的合金化
表面技术
2.5 钢的合金化
碳钢：价格低，但是，
力学性能低，淬透性低，回火抗力差， 耐热、耐低温、耐蚀等特殊性能差。 合金钢 ：在碳钢中加入某些合金元素
2.5.1 合金元素与铁、碳的相互作用
合金碳化物难熔，阻碍C的扩散，需提高加热温度，延长保温时间。
● 细化晶粒 —— 合金元素及其碳化物（ Mn除外）阻止A 晶粒长大。
V、Ti、Nb、Zr
强烈阻碍
W、Mo、Cr
Si、Ni、Cu
Mn、P、B 促进晶粒长大
中等阻碍
影响不大
２. 对C曲线的影响
1) 使C曲线右移（过冷A稳定性↑ ），Vk↓，淬透性↑（Co除外）
√
c. 920℃
上述正确淬火后的显微组织为： a. M 22) 完全退火主要适用于： a. 亚共析钢
√
b. F + M
c. M + P c. 过共析钢
√
b. 共析钢
作业2e 参考答案 P 13
4. 23) 钢的回火处理是在： a. 退火后进行 b. 正火后进行 c. 淬火后进行
√
24) 20钢的渗C温度范围是： a. 600～650℃ c. 900～950℃
2.5.2 合金元素对Fe-Fe3C相图的影响
1.扩大或缩小A、F 区 —— 如，室温下，1Cr18Ni9 为单相A，1Cr17Ti 为单相F 。 2.使使共析转变点S左移 → 钢中P%↑，强度增加 。
3.使共晶转变点E 左移 → 钢中出现Le ' 。
2.5.3 合金元素对热处理的影响
1. 对A化的影响
24) 淬火钢进行回火的目的是（ 消除淬火应力，调整力学性能 回火温度越高，钢的强度与硬度越（ ）。 低 3. 22) 高合金钢既具有良好的淬透性，也具有良好的淬硬性。（ No 23) 经退火后再高温回火的钢，能得到回火S 组织，具有良好的 综合机械性能。（ No ） 24) 钢的淬透性高，则其淬透层的深度也越大。（ Yes ） 25) 表面淬火既能改变钢的表面组织，也能改变心部组织和性能。（ No ） ）， ）
溶于F —— 形成合金F，产生固溶强化。 形成碳化物 —— 稳定性，熔点、硬度比Cm高得多， 显著提高钢的强、硬度。
合金渗碳体，如 (Fe, Mn)3C ； 特殊碳化物，如 Cr7C3、MoC、WC、VC、TiC 。
1.溶于铁中（除Pb）：
●扩大A区的元素（奥氏体稳定化元素）：
Mn、Ni、Co、C、N、Cu A3点（γ—α）下降，A4点（δ—γ）上升
降的能力 ）－－回火抗力
合金元素使得M 分解、碳化物长大、残余A转变、F回复 与再结晶被推迟到较高的温度才发生。
回火温度相同时，合金钢中析出的碳化物更细小，其强度更高。
２）产生二次硬化
弥散硬化 —— 第二相（沉淀）强化 回火温度较高时析出细小、 高硬度的合金碳化物，如Mo2C ，使硬度反而提高。 （韧性也大大↑ ）
正火时，S片间距↓（或 →B、M）, 强度↑ 2）使 Ms、Mf 点下降，淬火后残余A量↑, 硬度↓ （Co，Al 除外）
非碳化物合金元素对碳钢C曲线的影响
碳化物合金元素对碳钢C曲线的影响
奥氏体中含碳量对C曲线位置的影响:
温 度 A1
亚共 析钢
过共 析钢
共析 钢
时间
３. 对回火转变的影响
1） 提高回火稳定性（淬硬的钢在回火过程中抵抗强度、硬度下
√
b. 800～820℃ c. 1000～1050℃
25) 钢的淬透性主要取决于： a. C含量 b. 冷却介质 c. 合金元素
Mn、Ni：完全扩大A区的元素（ A3点下降到室温下，α相区消失）
●缩小A区的元素（铁素体稳定化元素）：
Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si、B、Nb、Zr
A3点（γ—α）上升，A4点（δ—γ）下降
完全封闭A区的元素（Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si ）
2.形成碳化物：
常用的碳化物形成元素： Mn、Cr、W、V、Nb、Zr、Ti 非碳化物形成元素： Ni、Cr、Cu、Si、Al、N、B等（基本上都溶于F或A中）
Mo 、W、Cr、V、Mn 等
二次淬火
回火时残余A中析出合金碳化物 → A 中 C% ↓ → Ms、Mf ↑，
随后冷却时→M
w(C)=0.35%的钼钢的回火温度与硬度的关系
３）增大回火脆性
淬火钢在某一温度范围回火时，韧性明显下降。（合金钢较明显）
第一类回火脆性: 250～400℃，不可逆 。 第二类回火脆性: 450～650℃，可逆， 回火后快冷可避免脆 化。
2.5.4 合金元素对机械性能的影响
合金钢的强化机制： 固溶强化 位错强化 细晶强化（F、M晶粒度，P片间距↓） 第二相强化（沉淀强化、析出强化）
对淬火、回火状态下机械性能的影响
淬火+回火是钢最经济有效的综合强化方法？
M体中有高密度的位错； M体被分割成许多细小的取向不同的M体束： M体是过饱和的固溶体： M体回火时析出碳化物
作业2e 参考答案 P 12
4. 19) 淬硬性好的钢具有： a. 高的合金元素含量 b. 高的含C量
√
c. 低的含C量
20) 对形状复杂、截面变化大的零件进行淬火时，应选用： a. 高淬透性钢
√
b. 中淬透性钢
c. 低淬透性钢21) 直源自为10mm的40钢的常规淬火温度大约为：（Ac3 = 780℃） a. 750℃ b. 850℃
作业2e 参考答案 P 9-11
2. 21) 钢的淬透性越高，则其C曲线的位置越（ 靠右 ），说明临界冷却速度 越（ ）。 小 22) 球化退火的主要目的是（ 降低硬度,提高切削性及韧性 ），它主要 适用于（ 过共析钢 ）钢。 23) 亚共析钢的正常淬火温度范围是（ Ac3 + 30 ～ 50℃ ）， 过共析钢的正常淬火温度范围是（ ）。 Ac1 + 30 ～ 50℃
合金元素对提高机械性能的主要目的： 淬透性、回火稳定性、二次硬化
小结
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。
作 业 2f
P 10 ~ 16
2. 27) 3. 26)，28)
week11, Nov 9
5. 26)，29)，33)
第2章 金属材料的 组织与性能控制
2.1
2.2 2.3 2.4 2.5 2.6
纯金属的结晶
合金的结晶 金属的塑性加工 钢的热处理
钢的合金化
表面技术
2.5 钢的合金化
碳钢：价格低，但是，
力学性能低，淬透性低，回火抗力差， 耐热、耐低温、耐蚀等特殊性能差。 合金钢 ：在碳钢中加入某些合金元素
2.5.1 合金元素与铁、碳的相互作用