《工程材料学与热加工》 合金钢.pdfVIP

第七章 合金钢 概论  碳钢的优缺点：价格低廉，便于获得，容易加工。 通过改变含碳量和进行不同的热处理，能满足许 多工程上的需求。但其存在许多缺点：淬透性低， 回火抗力差，基本相软弱。另外，对于一些特殊 的性能要求：如耐热、耐低温、耐腐蚀、高耐磨 等，碳钢也无法满足。而这些都需要通过钢的合 金化来得到。  合金钢：为了提高钢的机械性能、工艺性能或物 理、化学特殊性能，有目的地向钢中加入一种或 几种一定量的化学元素（金属或非金属），这种 钢就称为合金钢。  常加的合金元素有：Mn、Si、Cr、Ni、V、 Ti、Nb、Mo、W、Re等。 7.1 合金元素在钢中的作用 一、合金元素的类型及存在形式 1 非碳化物形成元素 Ni、Si、Al、Cu、Co等在钢中不能与碳化合的元素。 固溶于铁素体中，形成合金铁素体，起到了强化的 作用。 2. 碳化物形成元素 Mn、Cr、Mo、W、Ti、Nb、Ta等在钢中能与碳形成 化合物的元素  强碳化物形成元素 与碳亲和力很强的元素，如Ti、Nb、Zr等在钢 中形成结构简单、熔点高、硬度高、稳定性高 的碳化物，如TiC、NbC、ZrC等  中强和弱碳化物形成元素 与碳亲和力中强和弱的元素，如Mn、Cr等，可溶 于铁素体，形成合金铁素体，同时还可溶于渗碳体， 形成合金渗碳体（Fe·Mn） C 、（Fe·Mn） C 等。 3 3 当这些元素含量高时，可形成结构复杂的碳化 物，如Cr C3、Cr C 等.从而提高了其稳定性。 7 23 6 从渗碳体、合金渗碳体、复杂结构碳化物、到简 单结构化合物稳定性依次增加。 二、合金元素的主要作用 1.对钢力学性能的影响 （1 ）固溶强化 （2 ）弥散强化 除以上强化作用外，当钢中碳化物数量较多时，将显 著提高钢的硬度和耐磨性。有些碳化物熔点高，稳定 性好，可提高钢的热强度。 2.对Fe-Fe C相图的影响 3 面心立方晶格的Ni、Cu及非金属元素氮与铁相互作用－扩 大奥氏体区 体心立方晶格的Cr、MO、β -Ti等元素与铁相互作用－缩 小奥氏体区 使转变临界点改变； 使S点左移； 使E点左移。 3.合金元素对钢加热转变的影响 Co、Ni加速奥氏体的形成，而大部分合金元素，特别是 碳化物形成元素，推迟奥氏体的形成。 当合金元素形成难熔化合物（TiC、NbC、Al O 、AlN等） 2 3 时，这些化合物存在于奥氏体晶界上，阻止奥氏体晶粒长 大，使奥氏体冷却转变组织细小，因而起细晶强化的作用。 要获得成分均匀的奥氏体，必须将合金钢加热到更高的温 度和保温更长的时间。 4.提高钢的淬透性 除Co、Al外，奥氏体溶有合金元素时，合金元素的原子扩散 能力小，而且还降低奥氏体中铁、碳原子的扩散能力，因而奥 氏体稳定性提高。C曲线右移并降低Ms点，淬透性提高。 M S 点 下 降 5.合金元素对回火转变的影响 a 提高回火抗力 由于合金元素溶入马氏体和残余 奥氏体，使其铁、碳原子的扩散 能力降低，从而使马氏体分解、 残余奥氏体转变以及回火过程中 合金碳化物的析出与偏聚，与碳 钢相比需在更高的温度下进行； 提高了铁素体的再结晶温度；使 碳化物难以聚集长大，即提高了 钢的回火抗力。 b 产生二次硬化 有些合金钢在500 －600℃回火时，会析出细小的、弥散的特 殊碳化物，如VC、Mo C等。合金钢的硬度不降低，反而升高。 2 c 增大回火脆性 合金元素对淬火钢回火后 对力学性能的不利影响主 要是回火脆性。 含Mn、Cr、Ni等元素的合金结构钢 回火后钢出现韧性下降的现象。 不可逆回火脆性（Ⅰ次回火脆性、低温回火脆性）－30