ch25钢的合金化.ppt

* * 第二章 金属材料组织和性能的控制 第一节 纯金属的结晶 第二节 合金的结晶 第三节 金属的塑性加工 第四节 钢的热处理 第五节 钢的合金化 第六节 表面技术 2.5 钢的合金化 2.5.1 合金元素与铁、碳的作用 2.5.2 合金元素对Fe-Fe3C相图的影响 2.5.3 合金元素对钢热处理的影响 2.5.4 合金元素对钢的机械性能的影响 2.5.5 合金元素对钢的工艺性能的影响 2.5 钢的合金化 合金元素：在碳钢中有意识地加入一定量的元素。 目的：为了获得所需要的组织结构、物理、化学性能和力学性能，以满足使用上的需要。 钢（Fe、C）中经常加入的合金元素有Si、Mn、Cr、Ni、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr、Al、Co、B、RE 等，在某种情况下P、S、N 等也可以起合金元素的作用。 合金元素在钢中的分布： ①溶解于固溶体中→合金F及合金A； ②形成强化相，与碳、氮等作用形成碳、氮化合物或溶于渗碳体中形成合金渗碳体； ③形成氧化物、硫化物等夹杂物； ④以游离态纯金属相存在，如Cu、Pb等。 存在方式主要取决于它们与铁和碳的相互作用情况 对α-Fe或γ-Fe的作用，两大类： 奥氏体稳定化元素（使A3点下降，A4点上升）：Mn、Ni、Co、C、N、Cu等; 完全扩大A相区：Mn、Ni、Co 部分扩大A相区：C、N、Cu 2.5.1 合金元素与铁、碳的作用 1、合金元素与铁的作用 铁素体稳定化元素（使A3点上升，A4点下降）：Cr、Mo、W、V、Ti、A1、Si、B、Nb、Zr等。可分为: 完全封闭A相区：Cr、Mo、W、V、Ti、A1、Si 部分缩小A相区：B、Nb、Zr。 按其与碳亲和力的大小，两大类： （1）非碳化物形成元素：Ni、Co、Cu、Si、A1、N、B等。不与碳形成化合物，基本上都溶于铁素体和奥氏体中。 （2）碳化物形成元素：Mn、Cr、W、V、Nb、Zr、Ti等这类合金元素，一部分形成合金铁素体，一部分形成合金渗碳体，含量较高时可形成新的合金碳化物。 2、合金元素与碳的作用 2.5.2 合金元素对铁碳相图的影响 1、对A相区的影响 扩大A 相区的元素如Mn、Ni、Co、C、N、Cu等匀使S点左移、A3线下降 1Cr18Ni 9高镍A不锈钢ZGMn13高锰耐磨钢 室温下为单相A组织 缩小A 相区的元素如Cr、Mo、W、V、Ti、A1、Si、B、Nb、Zr等匀使S点左移、A3线上升。1Cr17Ti 2、对共析温度的影响 扩大A 相区的元素使A3和A1线降低, 使S点左移 缩小A 相区的元素使A3和A1 线升高，也使S点左移 3、对共析点S及共晶点E的影响 所有合金元素匀使S、E点左移 2.5.3 合金元素对钢热处理的影响 （1）对奥氏体形成速度的影响 　　　大多数合金元素会减缓A化过程。 　　　　　Co、Ni加快。Al、Si、Mn等影响不大。 （2）对奥氏体晶粒大小的影响 ①强烈阻碍晶粒长大的元素： Ti 、V、Nb、Zr等。Al 在钢中易形成高熔点的AlN、Al2O3细质点，也强烈阻止晶粒长大。 ②中等阻碍晶粒长大的元素：W、Mo、Cr。 ③对晶粒长大影响不大的元素：Si、Ni、Cu。 ④促进晶粒长大的元素：Mn、P、B 。Mn钢加热温度不应过高，保温时间也应较短。 1．合金元素对加热转变的影响 除Co外，所有合金元素都使C曲线右移，即提高钢的淬透性，这是钢中加入合金元素的主要目的之一。 除Co、Al外，多数合金元素都使Ms和Mf点下降，使淬火后钢中残余奥氏体量增多。 2. 合金元素对过冷奥氏体分解转变的影响 (1) 提高回火稳定性 推迟马氏体的分解和残余奥氏体的转变（即在较高温度才开始分解和转变）即提高钢对回火软化的抗力。含碳量相同的碳钢和合金钢在相同温度下回火，合金钢的硬度和强度更高；强度一定时，合金钢可在更高温度下回火，韧性也不降低。 3. 合金元素对淬火钢回火转变的影响 (2) 产生二次硬化 1）残余奥氏体的转变 残余奥氏体在回火过程中析出碳化物。残余奥氏体中碳和合金元素贫化之后Ms点升高，在冷却过程中转变为马氏体。通过这种回火之后，淬火钢的硬度不但没有降低，反而有所升高，这种现象称为二次淬火（二次硬化） 2）沉淀硬化 回火温度低于450℃时，钢中析出渗碳体； 在450℃以上时，渗碳体溶解，钢中沉淀出弥散稳定的难溶碳化物Mo2C、W2C、VC等，使硬度重新升高，称为沉淀硬化（二次硬化） 图2-107 碳质量分数为0.35%钼钢的回火温度与硬度的关系曲线 （3）增大回火脆性 250℃~400℃：第一类回火脆性，避免在此温度范围内回火 450 ℃ ~650 ℃ ：第二类回火脆性，高温回火后快冷