金属科学(第一章钢的合金化)1技术总结.ppt

第一章 钢的合金化 0 钢的合金化概念 一、为什么要合金化： 改变使用性能 （1）强韧性 （2）耐磨性 （3）抗蚀性 （4）高温强度 （5）磁性 改变工艺性能 （1）热塑性 （2）冷变形 （3）淬透性 （4）焊接性 （5）超塑性 0 钢的合金化概念 二、合金化概念： 成分——组织——性能 合金化—热处理 合金元素： 为了保证获得所要求的组织结构、物理、化学或力学性能而特别添加的化学元素，称为合金元素。 合金化： 加入适量的合金元素达到改变金属材料性能的方法，称为合金化 1.0 钢的合金化概念 三、合金钢： 加入了合金元素的钢 低合金钢：5% 中合金钢：5~10% 高合金钢：10% 第一章 钢的合金化 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 1. 1 钢中的合金元素 钢：Fe基合金 元素来源： 原材料引入：矿石、废钢 工艺过程引入：脱氧、造渣、炉壁材料 合金化引入： S、P作为杂质元素； 其它作为残留元素； 1. 1 钢中的合金元素 一、五大元素：C、Si、Mn、S、P 1. C：钢中的主要强化元素，形成间隙固溶体，决定了钢的强度和硬度。是必要条件。 重要的点：0.0218，0.77， 2.11，4.3 1. 1 钢中的合金元素 2. Mn、Si： 炼钢过程中随脱氧剂或者由生铁残存而进入钢中的。 Mn：在碳钢中的含量一般小于0.8%。可固溶，也可形成高熔点MnS（1600℃）夹杂物。 MnS在高温下具有一定的塑性，不会使钢发生热脆，加工后硫化锰呈条状沿轧向分布，各向异性。 Si：在钢中的含量通常小于0.5%。可固溶，也可形成SiO2夹 杂物。 Mn和Si是有益杂质，但夹杂物MnS、SiO2将使钢的疲劳强度和塑、韧性下降 1. 1 钢中的合金元素 3．硫（S）和磷（P） S：在固态铁中的溶解度极小， S和Fe能形成FeS（熔点989℃），并易于形成低熔点共晶。发生热脆 (裂)。 P：可固溶于α-铁，剧烈地降低钢的韧性，特别是低温韧性；形成Fe3P，性质硬而脆，在冷加工时产生应力集中，易产生裂纹而形成冷脆。磷可以提高钢在大气中的抗腐蚀性能。 S和P是有害杂质，但可以改善钢的切削加工性能。 1. 1 钢中的合金元素 二、其它杂质元素 氮（N）、氢（H）、氧（O） N：在α-铁中可溶解，含过饱和N的钢经受冷变形后析出氮化物—机械时效或应变时效。N可以与钒、钛、铌等形成稳定的氮化物，有细化晶粒和沉淀强化。 H：在钢中和应力的联合作用将引起金属材料产生氢脆。 O：在钢中形成硅酸盐2MnO?SiO2、MnO?SiO2或复合氧化物MgO?Al2O3、MnO?Al2O3。 N、H、O是有害杂质。 1. 1 钢中的合金元素 三、合金元素： 第二周期：B、C、N 第三周期：Al、Si、P、S 第四周期：Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu 第五周期：Y、Zr、Nb、Mo 第六周期：La、Ta、W 第七周期：稀土元素 常用合金元素： Si、Mn、Cr、Ni、W、Mo、V、Ti等。 1. 1 钢中的合金元素 1. 2 合金元素与铁和碳的相互作用 一、合金元素的存在形式 1．形成铁基固溶体 （1）形成铁基置换固溶体 ①Ni、Co、Mn、Cr、V等元素可与Fe形成无限固溶体。其中Ni、Co和Mn形成以γ-Fe为基的无限固溶体，Cr和V形成以α-Fe为基的无限固溶体。 ②Mo和W只能形成较宽溶解度的有限固溶体。如α-Fe(Mo)和α-Fe(W)等。 ③Ti、Nb、Ta只能形成具有较窄溶解度的有限固溶体；Zr、Hf、Pb在Fe具有很小的溶解度。 1. 2