合金元素对钢的性能影响

合金元素对钢的影响

合金元素在钢中的存在形式：

溶入铁素体、奥氏体和马氏体中，以固溶体的溶质形式存在

形成强化相，如溶入渗碳体形成合金渗碳体，形成特殊碳化物或者金属间化合物

形成非金属夹杂，如合金元素与O、N、S形成氧化物、氮化物和硫化物有些元素如Pb、Ag等游离态存在。

一、合金元素与铁的相互作用

1扩大xx区的元素（xx形成元素）

使A

4点上升，A

3点下降，导致xx稳定区域扩大

无限扩大xx区的元素：

Ni, Mn, Co

有限扩大xx区的元素：

C, Cu, N

2.缩小奥氏体区的元素（铁素体形成元素）

使A

4点下降，A

3点上升，导致xx稳定区域缩小

完全封闭xx区的元素：

Cr, Ti, V, W, Mo, Al, Si

缩小xx区，但不使之封闭的元素：

B, Nb, Zr

二、合金元素与碳的相互作用

1.非碳化物形成元素

主要包括：

B, N, Ni, Cu, Co, Al, Si等

它们不能与碳元素形成化合物，但可以固溶于铁中形成固溶体这些元素都位于元素周期表中铁元素的右边

2.碳化物形成元素

主要包括Ti, Zr, Nb, V, W, Mo, Cr, Mn, Fe

这些元素都位于元素周期表中铁元素的左边

它们都可与碳元素形成化合物，但形成的碳化物的性质差别很大Fe-C 相图是研究钢中相变和对碳钢进行热处理时选择加热温度的依据，因此有必要先了解合金元素对Fe-C相图的影响。

钢中有三个基本的相变过程：

加热时奥氏体的形成、冷却时过冷奥氏体的分解以及淬火马氏体回火时的转变。

合金元素对钢加热时xx形成过程的影响

合金元素对减小奥氏体晶粒长大倾向的作用也各不相同。

Ti、V、Zr、Nb等强碳化物形成元素强烈阻碍奥氏体晶粒长大，细化晶粒。

W、Mo、Cr阻止奥氏体晶粒长大的作用中等。

非碳化物形成元素Ni、Si、Cu、Co等阻止奥氏体晶粒长大的作用轻微。

Mn、P有助于xx晶粒的xx。

合金元素对过冷xx分解过程的影响

几乎所有的合金元素（除Co）外都使C－曲线向右移动，即减慢珠光体类型转变产物的形成速度。除Co、Al以外，所有的合金元素都使马氏体转变温度下降。

提高淬透性的元素主要有

Cr、Mn、Mo、Si、Ni、B

合金元素对回火过程的影响

合金元素的主要作用是提高钢的回火稳定性（钢对回火时发生软化过程的抵抗能力），使回火过程各个阶段的转变速度大大减慢，将其推向更高的温度。

对合金钢的回火稳定性影响比较显著的为：

钒、钨、钛、铬、钼、钴、硅等元素；影响不明显的为：

铝、锰、镍等元素

一、合金元素对钢力学性能的影响

1．溶解于铁起固溶强化作用

几乎所有合金元素均能不同程度地溶于铁素体、奥氏体中形成固溶体，使钢的强度、硬度提高，但塑性韧性有所下降，使钢具有强韧性的良好配合。

2．形成碳化物，起第二相强化、硬化作用

按照与碳之间的相互作用不同，常用的合金元素分为非碳化物形成元素和碳化物形成元素两大类。碳化物形成元素包括Ti、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn 等，它们在钢中能与碳结合形成碳化物，如Ti

C、V

C、WC等，这些碳化物一般都具有高的硬度、高的熔点和稳定性，如果它们颗粒细小并在钢中均匀分布时，则显着提高钢的强度、硬度和耐磨性。

3．使结构钢中珠光体增加，起强化的作用

合金元素的加入，使Fe-Fe3C相图中的共析点左移，因而，与相同含碳量的碳钢相比，亚共析成分的结构钢（一般结构钢为亚共析钢）含碳量更接近于共析成分，组织中珠光体的数量，使合金钢的强度提高。

二、合金元素对钢工艺性能的影响

1．对热处理的影响

（1）对加热过程xx化的影响：

合金钢热处理可适当提高加热温度和延长保温时间

合金钢中的合金渗碳体、合金碳化物稳定性高，不易溶入奥氏体；合金元素溶入奥氏体后扩散很缓慢，因此合金钢的奥氏体化速度比碳钢慢，为加速奥氏体化，要求将合金钢（锰钢除外）加热到较高的温度和保温较长的时间。除Mn外的所有合金元素都有阻碍奥氏体晶粒长大的作用，尤其是Ti、V等强碳化物形成的合金碳化物稳定性高，残存在奥氏体晶界上，显着地阻碍奥氏体晶粒长大。因此奥氏体化的晶粒一般比碳钢细。

（2）对过冷xx转变的影响：

合金钢淬透性更好，可减小淬火冷速，减小淬火变形。但残余奥氏体增多

除Co外，所有溶于奥氏体中的合金元素，都使过冷奥氏体的稳定性增大，使C曲线右移，马氏体临界冷却速度减小，淬透性提高。这使得合金钢利用较小的冷却速度即能淬成马氏体组织，可减小淬火变形。因此大尺寸、形状复杂或要求精度高的重要零件需要用合金钢制作。除Co、Al外，大多数合金元素都使Ms点降低，使合金钢淬火后的残余奥氏体量比碳钢多，这将对零件的淬火质量会产生不利影响。

（3）对回火转变的影响：

合金钢耐回火性好，回火后强韧性配合更好，有些钢可产生“二次硬化”

合金钢回火时马氏体不易分解，抗软化能力强，即提高了钢的耐回火性，回火后能有更好的强韧性配合。合金元素能提高马氏体分解温度，对于含有较多Cr、Mo、W、V等强碳化物形成元素的钢，当加热至500～600℃回火时，直接由马氏体中析出合金碳化物，这些碳化物颗粒细小，分布弥散，使钢的硬度不仅不降低，反而升高这种现象称为“二次硬化”。但有些合金钢应避免“回火脆性”的产生。

2．对焊接性能的影响

淬透性良好的合金钢在焊接时，容易在接头处出现淬硬组织，使该处脆性增大，容易出现焊接裂纹；焊接时合金元素容易被氧化形成氧化物夹杂，使焊接质量下降，例如，在焊接不锈钢时，形成Cr2O3夹杂，使焊缝质量受到影响，同时由于铬的损失，不锈钢的耐腐蚀性下降，所以高合金钢最好采用保护作用好的氩弧焊。

3．对锻造性能的影响

由于合金元素溶入奥氏体后使变形抗力增加，使塑性变形困难，合金钢锻造需要施加更大的压力吨位；同时合金元素使钢的导热性降低、脆性加大，增大了合金钢锻造时和锻后冷却中出现变形、开裂的倾向，因此合金钢锻后一般应控制终锻温度和冷却速度。

三、各种合金元素对钢性能的影响

目前在合金钢中常用的合金元素有：

铬(Cr)，锰(Mn)，镍(Ni)，硅(Si)，硼(B)，钨(W)，钼(Mo)，钒(V)，钛(Ti)和稀土元素(Re)等。五大元素:

硅、锰、碳、磷、硫。五大杂质元素:

氧、氮、磷、硫、氢。