工程材料學(xué)(第1章合金化理論)匯總

1、1.1 碳鋼概論碳鋼概論1.2 鋼的合金化原理鋼的合金化原理1.3 合金鋼的分類與牌號合金鋼的分類與牌號主主要要內(nèi)內(nèi)容容碳鋼中的常存雜質(zhì)碳鋼中的常存雜質(zhì) 碳鋼的分類碳鋼的分類 碳鋼的用途碳鋼的用途Me在鋼中的存在形式在鋼中的存在形式 Me與鐵和碳的相互作用與鐵和碳的相互作用 Me對對Fe-Fe3C相圖的影響相圖的影響 Me對鋼熱處理的影響對鋼熱處理的影響 Me對鋼性能的影響對鋼性能的影響第一章第一章 合金化理論合金化理論重點及基本要求重點及基本要求1.了解了解碳鋼中的常存元素及其影響，重點掌握碳鋼中的常存元素及其影響，重點掌握碳鋼的分類碳鋼的分類與應(yīng)用。與應(yīng)用。 2.第二節(jié)是第二節(jié)是本章重點本

2、章重點。要求。要求全面掌握全面掌握合金元素合金元素在鋼中的存在形式，與鐵和碳的相互作用，在鋼中的存在形式，與鐵和碳的相互作用，對對Fe-Fe3C相圖、相圖、對鋼的熱處理及組織與性能的對鋼的熱處理及組織與性能的影響規(guī)律。影響規(guī)律。3.掌握掌握合金鋼的分類與牌號。合金鋼的分類與牌號。 合金元素：合金元素：特別添加到鋼中為了保證獲得所要求的特別添加到鋼中為了保證獲得所要求的組織結(jié)構(gòu)、物理、化學(xué)和機械性能的化學(xué)元素。組織結(jié)構(gòu)、物理、化學(xué)和機械性能的化學(xué)元素。雜質(zhì)：雜質(zhì)：冶煉時由原材料以及冶煉方法、工藝操作而冶煉時由原材料以及冶煉方法、工藝操作而帶入的化學(xué)元素。帶入的化學(xué)元素。碳鋼：碳鋼：含碳量在含碳量

3、在0.0218-2.11%范圍內(nèi)的鐵碳合金。范圍內(nèi)的鐵碳合金。合金鋼：合金鋼：在碳鋼基礎(chǔ)上加入一定量合金元素的鋼。在碳鋼基礎(chǔ)上加入一定量合金元素的鋼。低合金鋼：低合金鋼：一般指合金元素總含量小于或等于一般指合金元素總含量小于或等于5%的鋼。的鋼。 中合金鋼：中合金鋼：一般指合金元素總含量在一般指合金元素總含量在510%范圍內(nèi)的鋼。范圍內(nèi)的鋼。 高合金鋼：高合金鋼：一般指合金元素總含量超過一般指合金元素總含量超過10%的鋼。的鋼。 微合金鋼：微合金鋼：合金元素合金元素(如如V,Nb,Ti,Zr,B)含量小于或等于含量小于或等于0.1%，而能顯著影響組織和性能的鋼。而能顯著影響組織和性能的鋼。 幾

4、個基本概念幾個基本概念1.1 碳鋼概論碳鋼概論 Steelmaking flowlines Steel Finishing flowlines 一、碳鋼中的常存雜質(zhì)一、碳鋼中的常存雜質(zhì)1. 錳（錳（ Mn ）和硅（）和硅（ Si ） 煉鋼過程中隨脫氧劑或者由生鐵殘存而進入鋼中煉鋼過程中隨脫氧劑或者由生鐵殘存而進入鋼中 Mn：在碳鋼中的含量一般小于在碳鋼中的含量一般小于0.8%?？晒倘?，也可。可固溶，也可形成高熔點形成高熔點MnS（1600）夾雜物。）夾雜物。 MnS在高溫下在高溫下具有一定的塑性，不會使鋼發(fā)生熱脆，加工后硫化錳具有一定的塑性，不會使鋼發(fā)生熱脆，加工后硫化錳呈條狀沿軋向分布。呈條

5、狀沿軋向分布。 Si：在鋼中的含量通常小于在鋼中的含量通常小于0.5%。可固溶，也可形?？晒倘?，也可形成成SiO2夾雜物。夾雜物。 Mn和和Si是有益雜質(zhì)，但夾雜物是有益雜質(zhì)，但夾雜物MnS、SiO2將使將使鋼的疲勞強度和塑、韌性下降。鋼的疲勞強度和塑、韌性下降。 2 2硫（硫（S S）和磷（）和磷（P P）S：在固態(tài)鐵中的溶解度極小，在固態(tài)鐵中的溶解度極小， S和和Fe能形成能形成FeS，并易于形成，并易于形成低熔點共晶。低熔點共晶。發(fā)生發(fā)生熱脆熱脆 (裂裂)。 P：可固溶于可固溶于-鐵，但劇烈地降低鋼的韌性，特別是低溫韌性，鐵，但劇烈地降低鋼的韌性，特別是低溫韌性，稱為稱為冷脆冷脆。磷可以

6、提高鋼在大氣中的抗腐蝕性能。磷可以提高鋼在大氣中的抗腐蝕性能。 S和和P是是有害雜質(zhì)有害雜質(zhì)，但可以改善鋼的切削加工性能。但可以改善鋼的切削加工性能。 3 3氮（氮（N N）、氫（）、氫（H H）、氧（）、氧（O O）N：在在-鐵中可溶解，含鐵中可溶解，含過飽和過飽和N的鋼的鋼經(jīng)受冷變形后析出氮化經(jīng)受冷變形后析出氮化物物機械時效或應(yīng)變時效。機械時效或應(yīng)變時效。N可以與釩、鈦、鈮等形成穩(wěn)定的可以與釩、鈦、鈮等形成穩(wěn)定的氮化物，有細(xì)化晶粒和沉淀強化。氮化物，有細(xì)化晶粒和沉淀強化。 H：在鋼中和應(yīng)力的聯(lián)合作用將引起金屬材料產(chǎn)生氫脆。在鋼中和應(yīng)力的聯(lián)合作用將引起金屬材料產(chǎn)生氫脆。 O：在鋼中形成硅酸鹽

7、在鋼中形成硅酸鹽2MnOSiO2、MnOSiO2或復(fù)合氧化物或復(fù)合氧化物MgOAl2O3、MnOAl2O3。 N、H、O是是有害雜質(zhì)。有害雜質(zhì)。二、碳鋼的分類二、碳鋼的分類400 C 1400 C1200 C1000 C800 C600 C1600 CFe1% C2% C3% C4% C5% C6% C6.70% CLgadSteelCast Iron1 1按鋼中的碳含量按鋼中的碳含量（1）按）按Fe-Fe3C相圖分類相圖分類 亞共析鋼：亞共析鋼： 0.0218%wc0.77% 共共 析析 鋼：鋼： wc =0.77% 過共析鋼：過共析鋼： 0.77%wc2.11%（2）按碳含量多少分類）按碳

8、含量多少分類 低碳鋼：低碳鋼： wc 0.25% 中碳鋼：中碳鋼：0.25%wc0.6% 高碳鋼：高碳鋼： wc0.6% 2 2按鋼的質(zhì)量（品質(zhì)），碳鋼可分為按鋼的質(zhì)量（品質(zhì)），碳鋼可分為 （1）普通碳素鋼：）普通碳素鋼：wS0.05%，wP0.045%。 （2）優(yōu)質(zhì)碳素鋼：）優(yōu)質(zhì)碳素鋼：wS0.035%， wP0.035%。 （3）高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼：）高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼：wS0.02%， wP0.03%。 （4）特級優(yōu)質(zhì)碳素鋼：）特級優(yōu)質(zhì)碳素鋼：wS0.015%， wP0.025%。 3 3按鋼的用途分類，碳鋼可分為按鋼的用途分類，碳鋼可分為 （1）碳素結(jié)構(gòu)鋼：）碳素結(jié)構(gòu)鋼：主要用于各種工程構(gòu)件，

9、如橋梁、船舶、建筑主要用于各種工程構(gòu)件，如橋梁、船舶、建筑構(gòu)件等。也可用于不太重要的機件。構(gòu)件等。也可用于不太重要的機件。 （2）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：主要用于制造各種機器零件，如軸、齒輪、主要用于制造各種機器零件，如軸、齒輪、彈簧、連桿等。彈簧、連桿等。 （3）碳素工具鋼：）碳素工具鋼：主要用于制造各種工具，如刃具、模具、量具主要用于制造各種工具，如刃具、模具、量具等。等。 （4）一般工程用鑄造碳素鋼：）一般工程用鑄造碳素鋼：主要用于制造形狀復(fù)雜且需一定強主要用于制造形狀復(fù)雜且需一定強度、塑性和韌性零件。度、塑性和韌性零件。4 4按鋼冶煉時的脫氧程度分類，可分為按鋼冶煉時的脫氧程

10、度分類，可分為 （1）沸騰鋼：）沸騰鋼：指脫氧不徹底的鋼，代號為指脫氧不徹底的鋼，代號為F。 （2）鎮(zhèn)靜鋼：）鎮(zhèn)靜鋼：指脫氧徹底的鋼，代號為指脫氧徹底的鋼，代號為Z。 （3）半鎮(zhèn)靜鋼：）半鎮(zhèn)靜鋼：指脫氧程度介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間，代號為指脫氧程度介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間，代號為b。 （4）特殊鎮(zhèn)靜鋼：）特殊鎮(zhèn)靜鋼：指進行特殊脫氧的鋼，代號為指進行特殊脫氧的鋼，代號為TZ。1 1 普通碳素結(jié)構(gòu)鋼普通碳素結(jié)構(gòu)鋼 （1）主要用于一般工程結(jié)構(gòu)和普通零件）主要用于一般工程結(jié)構(gòu)和普通零件，它通常軋制成鋼板、鋼，它通常軋制成鋼板、鋼帶、鋼管、盤條、型鋼、棒鋼或各種型材（圓鋼、方鋼、工字鋼、帶、鋼管、盤條、型鋼

11、、棒鋼或各種型材（圓鋼、方鋼、工字鋼、鋼筋等），可供焊接、鉚接、栓接等結(jié)構(gòu)件使用。應(yīng)用量很大鋼筋等），可供焊接、鉚接、栓接等結(jié)構(gòu)件使用。應(yīng)用量很大（鋼總產(chǎn)量的（鋼總產(chǎn)量的70%以上）。以上）。 （2）熱軋后空冷）熱軋后空冷是這類鋼通常的是這類鋼通常的供貨狀態(tài)供貨狀態(tài)。用戶一般不需要再進。用戶一般不需要再進行熱處理而是直接使用。行熱處理而是直接使用。wC =0.06%0.38%，當(dāng)質(zhì)量等級為，當(dāng)質(zhì)量等級為“A”、“B”時，在保證力學(xué)性能的要求下，化學(xué)成分可根據(jù)需方要求作時，在保證力學(xué)性能的要求下，化學(xué)成分可根據(jù)需方要求作適當(dāng)調(diào)整。適當(dāng)調(diào)整。（3）普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號表示方法）普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號

12、表示方法 由代表屈服點的字母（由代表屈服點的字母（Q）、屈服點數(shù)值、質(zhì)量等級符號（）、屈服點數(shù)值、質(zhì)量等級符號（A、B、C、D）及脫氧方法符號（）及脫氧方法符號（F、b、Z、TZ）等四個部分按順序）等四個部分按順序組成。組成。 屈服點數(shù)值屈服點數(shù)值共分共分195、215、235、255、275五個強度等級；五個強度等級；三、碳鋼的用途三、碳鋼的用途（4）典型牌號、性能與用途）典型牌號、性能與用途Q195、Q215：含碳量很低，強度不高，但具有良好的塑性、含碳量很低，強度不高，但具有良好的塑性、韌性和焊接性能，常用作鐵釘、鐵絲、鋼窗及各種薄板等強度韌性和焊接性能，常用作鐵釘、鐵絲、鋼窗及各種薄板

13、等強度要求不高的工件。要求不高的工件。 Q235A、Q255A：用于農(nóng)機具中的拉桿、小軸、鏈等。也用于用于農(nóng)機具中的拉桿、小軸、鏈等。也用于建筑鋼筋、鋼板、型鋼等；建筑鋼筋、鋼板、型鋼等；Q235B、Q255B：用作建筑工程中質(zhì)量要求較高的焊接結(jié)構(gòu)件，用作建筑工程中質(zhì)量要求較高的焊接結(jié)構(gòu)件，機械中一般的轉(zhuǎn)動軸、吊鉤、自行車架等；機械中一般的轉(zhuǎn)動軸、吊鉤、自行車架等；Q235C、Q235D：質(zhì)量較好，可作一些重要焊接結(jié)構(gòu)件及機件。質(zhì)量較好，可作一些重要焊接結(jié)構(gòu)件及機件。 Q255、Q275：強度較高，其中：強度較高，其中Q275屬于中碳鋼，可用作制造屬于中碳鋼，可用作制造摩擦離合器、剎車鋼帶等。

14、摩擦離合器、剎車鋼帶等。2 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 （1）用于較為重要的機械零件）用于較為重要的機械零件，可以通過各種熱處理調(diào)整零件的，可以通過各種熱處理調(diào)整零件的力學(xué)性能。力學(xué)性能。 （2）供貨狀態(tài)）供貨狀態(tài)可以是熱軋后空冷，也可以是退火、正火等狀態(tài)，可以是熱軋后空冷，也可以是退火、正火等狀態(tài)，一般隨用戶需要而定。一般隨用戶需要而定。 （3）牌號）牌號一般用兩位數(shù)字表示。這兩位數(shù)字表示鋼中平均碳的質(zhì)一般用兩位數(shù)字表示。這兩位數(shù)字表示鋼中平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬倍，如量分?jǐn)?shù)的萬倍，如2020鋼、鋼、4545鋼。鋼。（4）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼共有）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼共有31個鋼號。個鋼號。 08F鋼：鋼

15、：碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低、塑性好，強度較低?？捎糜诟鞣N冷碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低、塑性好，強度較低。可用于各種冷變形加工成型件。變形加工成型件。 1025等鋼：焊接和冷沖壓性很好，可用來制造標(biāo)準(zhǔn)件、軸套、等鋼：焊接和冷沖壓性很好，可用來制造標(biāo)準(zhǔn)件、軸套、容器等。也可以經(jīng)熱處理制造表面硬度高、心部有較高的強度和韌容器等。也可以經(jīng)熱處理制造表面硬度高、心部有較高的強度和韌性的耐磨損、耐沖擊的零件。如齒輪、凸輪、銷軸、摩擦片、水泥性的耐磨損、耐沖擊的零件。如齒輪、凸輪、銷軸、摩擦片、水泥釘?shù)?。釘?shù)取? 碳素工具鋼碳素工具鋼 （1）主要用于）主要用于制作各種小型工具?？蛇M行淬火、低溫回火處理制作各種小型工具?？蛇M行淬火

16、、低溫回火處理獲得高的硬度和高耐磨性?？煞譃閮?yōu)質(zhì)碳素工具鋼和高級優(yōu)質(zhì)獲得高的硬度和高耐磨性?？煞譃閮?yōu)質(zhì)碳素工具鋼和高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼兩類。碳素工具鋼兩類。 （2）牌號）牌號一般用標(biāo)志性符號一般用標(biāo)志性符號“T”（碳字的漢語拼音字頭）加上（碳字的漢語拼音字頭）加上碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千倍表示。如碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千倍表示。如T10，T12等。一般優(yōu)質(zhì)碳素工具等。一般優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼不加質(zhì)量等級符號，而高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼則在其數(shù)字后面鋼不加質(zhì)量等級符號，而高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼則在其數(shù)字后面再加上再加上“A”字，如字，如T8A，T12等。等。（3）含錳碳素工具鋼中錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可擴大到）含錳碳素工具鋼中錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

17、可擴大到0.6%，這時，在，這時，在牌號的尾部標(biāo)以牌號的尾部標(biāo)以Mn，如，如T8Mn，T8MnA。 （4）典型的碳素工具鋼）典型的碳素工具鋼 T7、T8：適合于制造承受一定沖擊而要求韌性較高的刃具，適合于制造承受一定沖擊而要求韌性較高的刃具，如木工用斧、鉗工用鑿子等，淬火、低溫回火后的硬度為如木工用斧、鉗工用鑿子等，淬火、低溫回火后的硬度為4854HRC（工作部分）；（工作部分）；T9、T10、T11鋼：鋼：用于制造沖擊較小而要求高硬度與耐磨的刃用于制造沖擊較小而要求高硬度與耐磨的刃具，如小鉆頭、絲錐、手鋸條等，淬火、低溫回火后的硬度為具，如小鉆頭、絲錐、手鋸條等，淬火、低溫回火后的硬度為60

18、62HRC，T10A鋼鋼還可用于制造一些形狀簡單、工作負(fù)荷不還可用于制造一些形狀簡單、工作負(fù)荷不大的冷作模具、量具；大的冷作模具、量具； T12、T13鋼：鋼：硬度及耐磨性最高，但韌硬度及耐磨性最高，但韌性最差，用于制造不承受沖擊的刃具，如銼刀、鏟刮刀等，淬性最差，用于制造不承受沖擊的刃具，如銼刀、鏟刮刀等，淬火、低溫回火后的硬度為火、低溫回火后的硬度為6265 HRC。 T12A也可用于制造量具。也可用于制造量具。 T7T12、T7AT12A還可用于形狀簡單的塑料模具。還可用于形狀簡單的塑料模具。4 一般工程用鑄造碳素鋼一般工程用鑄造碳素鋼（1）主要用于）主要用于鑄鐵保證不了其塑性，且形狀復(fù)

19、雜，不便于用鍛鑄鐵保證不了其塑性，且形狀復(fù)雜，不便于用鍛壓制成的毛坯零件。其碳含量一般小于壓制成的毛坯零件。其碳含量一般小于0.65%。 （2）牌號）牌號用符號用符號“ZG”（鑄鋼這兩個字的漢語拼音字頭）加上（鑄鋼這兩個字的漢語拼音字頭）加上最低屈服點值最低屈服點值-最低抗拉強度值表示。如最低抗拉強度值表示。如ZG340-640表示其屈服表示其屈服強度不小于強度不小于340MPa，抗拉強度不低于，抗拉強度不低于640MPa的鑄鋼。的鑄鋼。 （3）典型的碳素鑄鋼）典型的碳素鑄鋼（4）其他類型的鑄鋼件）其他類型的鑄鋼件1.1 鋼的合金化原理鋼的合金化原理一、合金元素的存在形式一、合金元素的存在形式

20、1 1形成鐵基固溶體形成鐵基固溶體 （1）形成鐵基置換固溶體形成鐵基置換固溶體 Ni、Co、Mn、Cr、V等元素可與等元素可與Fe形成無限固溶形成無限固溶體。其中體。其中Ni、Co和和Mn形成以形成以-Fe為基的無限固溶體，為基的無限固溶體，Cr和和V形成以形成以-Fe為基的無限固溶體。為基的無限固溶體。 Mo和和W只能形成較寬溶解度的有限固溶體。如只能形成較寬溶解度的有限固溶體。如-Fe(Mo)和和-Fe(W)等。等。 Ti、Nb、Ta只能形成具有較窄溶解度的有限固溶只能形成具有較窄溶解度的有限固溶體；體；Zr、Hf、Pb在在Fe具有很小的溶解度。具有很小的溶解度。元素周期表A 0 H A

21、A A A A A He Li Be B C N O F Ne Na Mg B B B B B B B B Al Si P S Cl Ar K Ca Se Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Pb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl PbBi Po At Rn （2）形成鐵基間隙固溶體形成鐵基間隙固溶體 對對-Fe，間隙原子優(yōu)先占據(jù)八面體間隙。，間隙原子優(yōu)先占據(jù)八面體間隙。 對對-Fe，間隙原子優(yōu)先占據(jù)八面

22、體或四面體間隙。，間隙原子優(yōu)先占據(jù)八面體或四面體間隙。 間隙原子的溶解度隨間隙原子尺寸的減小而增加，即按間隙原子的溶解度隨間隙原子尺寸的減小而增加，即按 B、C、N、O、H的順序而增加的順序而增加2 2形成合金滲碳體形成合金滲碳體 （1）合金滲碳體（碳化物）合金滲碳體（碳化物） 、氮化物和碳、氮化物間隙、氮化物和碳、氮化物間隙化合物相，是鋼中的基本強化相。化合物相，是鋼中的基本強化相。 （2）過渡族金屬與碳、氮的親和力、碳化物和氮化物的）過渡族金屬與碳、氮的親和力、碳化物和氮化物的強度（或穩(wěn)定性）按下列規(guī)律遞減：強度（或穩(wěn)定性）按下列規(guī)律遞減： Hf、Zr、Ti、Ta、Nb、V、W、Mo、Cr

23、、Mn、Fe其中：其中： 、族金屬族金屬的碳化物與氮化物具有的碳化物與氮化物具有簡單的點陣結(jié)構(gòu)簡單的點陣結(jié)構(gòu)，如，如TiC、VC、TiN、TaC等；等； 、金屬金屬的碳化物與氮化物具有的碳化物與氮化物具有復(fù)雜的點陣結(jié)構(gòu)復(fù)雜的點陣結(jié)構(gòu)，如，如Cr7C3、Cr23C6、W2C、Mo2C、(W、Mo、Fe)6C等。等。 在鋼中，鐵的碳化物與合金碳化物相比，是最不穩(wěn)定的。在鋼中，鐵的碳化物與合金碳化物相比，是最不穩(wěn)定的。滲碳體中滲碳體中Fe的原子可以被若干合金元素的原子所取代。如的原子可以被若干合金元素的原子所取代。如(Fe,Mn)3C、(Fe,Cr)23C等。等。3 3形成金屬間化合物形成金屬間化合

24、物 （1）金屬化合物的類型通常分為正常價化合物、電子化合物）金屬化合物的類型通常分為正常價化合物、電子化合物及間隙化合物三類。金屬間化合物通常僅指電子化合物。及間隙化合物三類。金屬間化合物通常僅指電子化合物。 （2）在奧氏體不銹鋼、馬氏體時效鋼及許多高溫合金中較為）在奧氏體不銹鋼、馬氏體時效鋼及許多高溫合金中較為重要的金屬間化合物是重要的金屬間化合物是(Cr46Fe54)、(TiFe2)、(Cr21Mo17Fe62)、 (Co7Mo6)、 P(Cr18Ni40Mo42)、R(Cr18Co51Mo31)、 Ni3(Al,Ti)、Ni3(Al,Nb)、(TiAl3)、(TiAl)、 NiAl、Ni

25、Ti、FeAl、2(Ti3Al)等。等。4 4形成非金屬相（非碳化合物）及非晶體相形成非金屬相（非碳化合物）及非晶體相 （1）鋼中的非金屬相有：）鋼中的非金屬相有：FeO、MnO、TiO2、SiO2、Al2O3、Cr2O3、MgOAl2O3、MnOAl2O3、MnS、FeS、2MnOSiO2、CaOSiO2等。非金屬夾雜物一般都是有害等。非金屬夾雜物一般都是有害的。的。 （2）AlN和一些稀土氧化物彌散質(zhì)點可用來強化鋼或其和一些稀土氧化物彌散質(zhì)點可用來強化鋼或其它有色金屬合金。它有色金屬合金。 （3）在特殊條件下（如快速冷卻凝固），可使某些金屬）在特殊條件下（如快速冷卻凝固），可使某些金屬或合

26、金形成非晶體相結(jié)構(gòu)。鋼中非晶體相的作用目前仍或合金形成非晶體相結(jié)構(gòu)。鋼中非晶體相的作用目前仍缺乏較詳細(xì)的實驗和理論依據(jù)。缺乏較詳細(xì)的實驗和理論依據(jù)。二、合金元素與鐵和碳的相互作用及其二、合金元素與鐵和碳的相互作用及其對對層錯能的影響層錯能的影響1合金元素與鐵的相互作用合金元素與鐵的相互作用 （1）相穩(wěn)定化元素（奧氏體形成元素）相穩(wěn)定化元素（奧氏體形成元素） 使使A3降低，降低，A4升高，在較寬的成分范圍內(nèi)，促使奧氏體形升高，在較寬的成分范圍內(nèi)，促使奧氏體形成，即擴大了成，即擴大了相區(qū)。根據(jù)相區(qū)。根據(jù)Fe-Me相圖的不同，可分為：相圖的不同，可分為： 開啟開啟相區(qū)相區(qū)(無限擴大無限擴大相區(qū)相區(qū))

27、； 擴展擴展相區(qū)相區(qū)(有限擴大有限擴大相區(qū)相區(qū))。 開啟開啟相區(qū)相區(qū)(無限擴大無限擴大相區(qū)相區(qū)) 圖圖1-1 這類合金元素主要有這類合金元素主要有Mn、Ni、Co等。如果加入足夠量的等。如果加入足夠量的Ni或或Mn，可完全使體心立方的，可完全使體心立方的相從相圖上消失，相從相圖上消失，相保持到相保持到室溫，故而由室溫，故而由相區(qū)淬火到室溫較易獲得亞穩(wěn)的奧氏體組織，相區(qū)淬火到室溫較易獲得亞穩(wěn)的奧氏體組織，它們是不銹鋼中常用作獲得奧氏體的元素。它們是不銹鋼中常用作獲得奧氏體的元素。圖圖1-1 擴大擴大相區(qū)并與相區(qū)并與-Fe無限互溶的無限互溶的Fe-Me相圖相圖(a)及及Fe-Ni相圖相圖(b) 擴

28、展擴展相區(qū)相區(qū)(有限擴大有限擴大相區(qū)相區(qū))（圖圖1-2） 雖然雖然相區(qū)也隨合金元素的加入而擴大，但由于合金元素與相區(qū)也隨合金元素的加入而擴大，但由于合金元素與-Fe和和-Fe均形成有限固溶體，并且也使均形成有限固溶體，并且也使A3（GS線）降低，線）降低，A4（JN線）升高，但最終不能使線）升高，但最終不能使相區(qū)完全開啟。相區(qū)完全開啟。 這類合金元素主要有這類合金元素主要有C、N、Cu、Zn、Au等。等。相區(qū)借助相區(qū)借助C及及N而擴展，當(dāng)而擴展，當(dāng)C含量在含量在02.11%（重量）范圍內(nèi)，均可以獲得均（重量）范圍內(nèi)，均可以獲得均勻化的固溶體（奧氏體），這構(gòu)成了鋼的整個熱處理的基礎(chǔ)勻化的固溶體（

29、奧氏體），這構(gòu)成了鋼的整個熱處理的基礎(chǔ)。圖圖1-2 擴大擴大相區(qū)相區(qū)并與并與-Fe有限互有限互溶的溶的Fe-Me相圖相圖(a)及及Fe-C相圖相圖(b)（2）相穩(wěn)定化元素（鐵素體形成元素）相穩(wěn)定化元素（鐵素體形成元素） 合金元素使合金元素使A4降低，降低，A3升高升高，在較寬成分范圍內(nèi)，促使鐵，在較寬成分范圍內(nèi)，促使鐵素體形成，即縮小了素體形成，即縮小了相區(qū)。根據(jù)相區(qū)。根據(jù)Fe-Me相圖的不同，可分為：相圖的不同，可分為： 封閉封閉相區(qū)相區(qū)(無限擴大無限擴大相區(qū)相區(qū))； 縮小縮小相區(qū)相區(qū)(不能使不能使相區(qū)封閉相區(qū)封閉)。 封閉封閉相區(qū)相區(qū)(無限擴大無限擴大相區(qū)相區(qū))（圖圖1-3） 當(dāng)合金元素達

30、到某一含量時，當(dāng)合金元素達到某一含量時，A3與與A4重合，其結(jié)果使重合，其結(jié)果使相相與與相區(qū)連成一片。當(dāng)合金元素超過一定含量時，合金不再有相區(qū)連成一片。當(dāng)合金元素超過一定含量時，合金不再有-相變，與相變，與-Fe形成無限固溶體（這類合金不能用正常的熱處理形成無限固溶體（這類合金不能用正常的熱處理制度）。制度）。 這類合金元素有：這類合金元素有：Si、Al 和強碳化物形成元素和強碳化物形成元素Cr、W、Mo、V、Ti 、P及及Be 等。但應(yīng)該指出，含等。但應(yīng)該指出，含Cr 量小于量小于7%時，時，A3 下降；含下降；含Cr 量大于量大于7%時，時，A3 才上升。才上升。縮小縮小相區(qū)相區(qū)(不能使不

31、能使相區(qū)封閉相區(qū)封閉) 合金元素使合金元素使A3 升高，升高，A4 下降，使相區(qū)縮小，下降，使相區(qū)縮小， 但不能使其完全封閉。如圖但不能使其完全封閉。如圖1-4。 這類合金元素有：這類合金元素有：B、Nb、Zr、Ta 等。等。圖圖1-4 縮小縮小相區(qū)的相區(qū)的Fe-Me相圖相圖(a)及及Fe-Nb相圖相圖(b)2 2合金元素與碳的相互作用合金元素與碳的相互作用 （1）形成碳化物形成碳化物 碳化物形成元素：碳化物形成元素：Fe、Mn、Cr、W、Mo、V、Nb、Ti、Zr等。碳化物是鋼中主要的強化相。碳化物形成元素均位于等。碳化物是鋼中主要的強化相。碳化物形成元素均位于Fe的左側(cè)。的左側(cè)。 非碳化物

32、形成元素非碳化物形成元素：Ni、Si、Co、Al、Cu、N、P、S等，等，與碳不能形成碳化物，但可固溶于與碳不能形成碳化物，但可固溶于Fe形成固溶體，或形成其形成固溶體，或形成其它化合物，如氮化物等。非碳化物形成元素均處于周期表它化合物，如氮化物等。非碳化物形成元素均處于周期表Fe的右側(cè)。的右側(cè)。碳化物的晶體結(jié)構(gòu)：碳化物的晶體結(jié)構(gòu)：當(dāng)當(dāng)rc/rMe 0.59時時，碳與合金元素形成一種復(fù)雜點陣結(jié)構(gòu)的碳化，碳與合金元素形成一種復(fù)雜點陣結(jié)構(gòu)的碳化物。物。Cr、Mn、Fe屬于這類元素，屬于這類元素，Cr23C6、Cr7C3、Fe3C。 當(dāng)當(dāng)rc/rMe 0.59時時，形成簡單點陣的碳化物（間隙相）。，

33、形成簡單點陣的碳化物（間隙相）。Mo、W、V、Ti、Nb、Ta、Zr等，等，MeX型（型（WC、VC、TiC、NbC、TaC、ZrC）和）和Me2X型（型（W2C、Mo2C、Ta2C）。）。碳化物的特性碳化物的特性 ： 硬度大、熔點高（可高達硬度大、熔點高（可高達3000），分解溫度高（可達），分解溫度高（可達1200）；）； 間隙相碳化物雖然含有間隙相碳化物雖然含有50% 60%的非金屬原子，但仍具的非金屬原子，但仍具有明顯的金屬特性；有明顯的金屬特性； 可以溶入各類金屬原子，呈缺位溶入固溶體形式，在合金可以溶入各類金屬原子，呈缺位溶入固溶體形式，在合金鋼中常遇到這類碳化物。如：鋼中常遇到這

34、類碳化物。如：Fe3W3C、Fe4W2C、Fe3Mo3C等。等。（2）Me對固溶體中碳活度及擴散系數(shù)的影響對固溶體中碳活度及擴散系數(shù)的影響 合金元素對碳在固溶體中活度的影響合金元素對碳在固溶體中活度的影響主要表現(xiàn)在存在于固溶主要表現(xiàn)在存在于固溶體中的合金元素，會改變金屬原子與碳的結(jié)合力或結(jié)合強度。體中的合金元素，會改變金屬原子與碳的結(jié)合力或結(jié)合強度。 碳化物形成元素碳化物形成元素增加固溶體中碳與合金元素之間的結(jié)合力，增加固溶體中碳與合金元素之間的結(jié)合力，降低其活度。降低其活度。 非碳化物形成元素非碳化物形成元素，相反將，相反將“推開推開”碳原子，提高其活動碳原子，提高其活動性，即增加碳的活度，

35、同時將出現(xiàn)碳從固溶體中析出的傾向。性，即增加碳的活度，同時將出現(xiàn)碳從固溶體中析出的傾向。Me對對C在在A中的擴散激活能和擴散系數(shù)的影響中的擴散激活能和擴散系數(shù)的影響 碳化物形成元素：碳化物形成元素：如如Cr、Mo和和W等降低等降低C的活度，即提高的活度，即提高了了C在在A中結(jié)合力，因而使擴散激活能升高擴散系數(shù)下降。中結(jié)合力，因而使擴散激活能升高擴散系數(shù)下降。 非碳化物形成元素：非碳化物形成元素：如如Ni、Co等提高等提高C的活度，即降低了的活度，即降低了C在在A中的結(jié)合力，因而使擴散激活能下降，擴散系數(shù)升高。中的結(jié)合力，因而使擴散激活能下降，擴散系數(shù)升高。 需要指出的是需要指出的是Si是個例外

36、是個例外，它能升高擴散激活能，降低擴，它能升高擴散激活能，降低擴散系數(shù)，造成這個例外的原因，則是由于散系數(shù)，造成這個例外的原因，則是由于Si雖提高雖提高C的活度，的活度，但同時降低了但同時降低了Fe原子的活動性，即增加了原子的活動性，即增加了Fe在固溶體中的結(jié)合在固溶體中的結(jié)合能，因而得到與能，因而得到與Ni、Co相反的結(jié)果。相反的結(jié)果?？傊?，合金元素與碳的相互作用具有重大的實際意義總之，合金元素與碳的相互作用具有重大的實際意義: : 它關(guān)系到所形成的碳化物的種類、性質(zhì)和在鋼中的分布它關(guān)系到所形成的碳化物的種類、性質(zhì)和在鋼中的分布。而所。而所有這些都會直接影響到鋼的性能，如鋼的強度、硬度、耐磨

37、性、有這些都會直接影響到鋼的性能，如鋼的強度、硬度、耐磨性、塑性、韌性、紅硬性和某些特殊性能。同時對鋼的熱處理亦有塑性、韌性、紅硬性和某些特殊性能。同時對鋼的熱處理亦有較大的影響，如奧氏體化溫度和時間，奧氏體晶粒的長大等。較大的影響，如奧氏體化溫度和時間，奧氏體晶粒的長大等。3合金元素對奧氏體層錯能的影響合金元素對奧氏體層錯能的影響 （1）層錯能的概念）層錯能的概念：晶體中形成層錯時增加的能量。：晶體中形成層錯時增加的能量。 （2）奧氏體層錯能對鋼的組織和性能的影響）奧氏體層錯能對鋼的組織和性能的影響：一般認(rèn)為：一般認(rèn)為層錯能越低，越有利于位錯擴展和形成位錯，使滑移困層錯能越低，越有利于位錯擴

38、展和形成位錯，使滑移困難，導(dǎo)致鋼的加工硬化趨勢增大。難，導(dǎo)致鋼的加工硬化趨勢增大。 例如高例如高Mn鋼和高鋼和高Ni鋼都是奧氏體型鋼，但加工硬化鋼都是奧氏體型鋼，但加工硬化趨勢相差很大。趨勢相差很大。 高高Ni鋼易于變形加工，鋼易于變形加工， Ni、Cu和和C等元素使奧氏體等元素使奧氏體層錯能提高。層錯能提高。 高高Mn鋼則難于變形加工，鋼則難于變形加工， Mn、Cr、Ru和和Ir則降低則降低奧氏體的層錯能。奧氏體的層錯能。三、合金元素對三、合金元素對Fe-Fe3C相圖的影響相圖的影響1合金元素對奧氏體、鐵素體區(qū)存在范圍的影響合金元素對奧氏體、鐵素體區(qū)存在范圍的影響 擴大擴大相區(qū)的合金元素相區(qū)

39、的合金元素(如如Ni、Co、Mn等等)均擴大鐵碳相均擴大鐵碳相圖中奧氏體存在的區(qū)域。其中完全擴大圖中奧氏體存在的區(qū)域。其中完全擴大相區(qū)的合金元素相區(qū)的合金元素Ni或或Mn的含量較多時，可使鋼在室溫下得到單相奧氏體組織，例的含量較多時，可使鋼在室溫下得到單相奧氏體組織，例如如1Cr18Ni9高鎳奧氏體不銹鋼和高鎳奧氏體不銹鋼和ZGMn13高錳耐磨鋼等。高錳耐磨鋼等。圖圖1-7 （a）合金元素）合金元素Mn對對Fe-Fe3C相圖中奧氏體區(qū)的影響相圖中奧氏體區(qū)的影響 縮小縮小相區(qū)的合金元素相區(qū)的合金元素(如如Cr、W、Mo、V、Ti、Si等等)均均縮小鐵碳相圖中奧氏體存在的區(qū)域?？s小鐵碳相圖中奧氏體

40、存在的區(qū)域。其中完全封閉其中完全封閉相區(qū)的合相區(qū)的合金元素（例如金元素（例如Cr、Ti、Si等）超過一定含量后，可使鋼在包等）超過一定含量后，可使鋼在包括室溫在內(nèi)的廣大范圍內(nèi)獲得單相鐵素體組織，例如括室溫在內(nèi)的廣大范圍內(nèi)獲得單相鐵素體組織，例如1Cr17Ti高鉻鐵素體不銹鋼等。高鉻鐵素體不銹鋼等。 Cr對對Fe-Fe3C相圖中相圖中A區(qū)的影響如圖區(qū)的影響如圖1-7（b）。）。圖圖1-7 （b）合金元素）合金元素Cr對對Fe-Fe3C相圖中奧氏體區(qū)的影響相圖中奧氏體區(qū)的影響2合金元素對合金元素對Fe-Fe3C相圖共析點相圖共析點S的影響的影響 Me對共析轉(zhuǎn)變溫度的影響對共析轉(zhuǎn)變溫度的影響擴大擴大

41、相區(qū)的元素相區(qū)的元素使鐵碳合金使鐵碳合金相圖的共析轉(zhuǎn)變溫度下降；相圖的共析轉(zhuǎn)變溫度下降； 縮小縮小相區(qū)的元素相區(qū)的元素使鐵碳合金使鐵碳合金相圖的共析轉(zhuǎn)變溫度上升。相圖的共析轉(zhuǎn)變溫度上升。圖圖1-8 合金元素對共析溫度的影響合金元素對共析溫度的影響 Me對共析點（對共析點（S）成分的影響）成分的影響 幾乎所有合金元素都使幾乎所有合金元素都使S點（圖點（圖1-9） 降低，尤其降低，尤其以強碳化物形成元素的作以強碳化物形成元素的作用最為強烈。用最為強烈。共晶點共晶點E的的碳含量也隨合金元素增加碳含量也隨合金元素增加而降低。而降低。圖圖1-9 合金元素對共析含碳量的影響合金元素對共析含碳量的影響 1M

42、e對鋼加熱時奧氏體形成過程的影響對鋼加熱時奧氏體形成過程的影響 合金元素的加入改變了臨界點的溫度、合金元素的加入改變了臨界點的溫度、S點的位點的位置和碳在奧氏體中的溶解度，使奧氏體形成的溫度置和碳在奧氏體中的溶解度，使奧氏體形成的溫度條件和碳濃度條件發(fā)生了變化；條件和碳濃度條件發(fā)生了變化； 由于奧氏體的形成是一個擴散過程，合金元素由于奧氏體的形成是一個擴散過程，合金元素原子不僅本身擴散困難，而且還將影響鐵和碳原子原子不僅本身擴散困難，而且還將影響鐵和碳原子的擴散，從而影響奧氏體化過程。的擴散，從而影響奧氏體化過程。 奧氏體形成過程奧氏體形成過程奧氏體的形核奧氏體的形核奧氏體的長大奧氏體的長大滲

43、碳體的溶解滲碳體的溶解奧氏體成分均勻化奧氏體成分均勻化四、合金元素對鋼的熱處理的影響四、合金元素對鋼的熱處理的影響（1）Me對奧氏體形成速度的影響對奧氏體形成速度的影響 奧氏體的形成速度取決于奧氏體的形成速度取決于奧氏體晶核的形成和長大奧氏體晶核的形成和長大，兩者都，兩者都與碳的擴散有關(guān)。與碳的擴散有關(guān)。 非碳化物形成元素非碳化物形成元素Co和和Ni等提高碳在奧氏體中的擴散速度，等提高碳在奧氏體中的擴散速度，增大奧氏體的形成速度。增大奧氏體的形成速度。Si、Al、Mn等對碳在奧氏體中的擴等對碳在奧氏體中的擴散速度影響較小，故對奧氏體的形成速度影響不大。散速度影響較小，故對奧氏體的形成速度影響不

44、大。 強碳化物形成元素強碳化物形成元素Cr、Mo、W、V等與碳的親和力較大，顯等與碳的親和力較大，顯著妨礙碳在奧氏體中的擴散，大大減慢了奧氏體的形成速度。著妨礙碳在奧氏體中的擴散，大大減慢了奧氏體的形成速度。碳化物的分解：碳化物的分解： 奧氏體形成后，還殘留有一些穩(wěn)定性各不相奧氏體形成后，還殘留有一些穩(wěn)定性各不相同的碳化物。同的碳化物。穩(wěn)定性高的碳化物，要求其分解并溶入奧氏體穩(wěn)定性高的碳化物，要求其分解并溶入奧氏體中，必須提高加熱溫度中，必須提高加熱溫度，甚至超過其平衡臨界點幾十或幾百，甚至超過其平衡臨界點幾十或幾百度。度。 奧氏體的成分均勻化：奧氏體的成分均勻化： 由于碳化物的不斷溶入，不均

45、勻程度由于碳化物的不斷溶入，不均勻程度更加嚴(yán)重。要使奧氏體成分均勻化，碳和合金元素均需擴散。更加嚴(yán)重。要使奧氏體成分均勻化，碳和合金元素均需擴散。 （2）Me對奧氏體晶粒長大傾向的影響對奧氏體晶粒長大傾向的影響 合金元素形成的碳化物在高溫下越穩(wěn)定，越不易溶入奧氏體合金元素形成的碳化物在高溫下越穩(wěn)定，越不易溶入奧氏體中，能阻礙晶界長大，顯著細(xì)化晶粒。中，能阻礙晶界長大，顯著細(xì)化晶粒。按照對晶粒長大作用按照對晶粒長大作用的影響，合金元素可分為：的影響，合金元素可分為： Ti、V、Zr、Nb等強烈阻止奧氏體晶粒長大，等強烈阻止奧氏體晶粒長大，Al在鋼中易在鋼中易形成形成高熔點高熔點AlN、Al2O3

46、細(xì)質(zhì)點，也能強烈阻止晶粒長大；細(xì)質(zhì)點，也能強烈阻止晶粒長大； W、Mo、Cr等阻礙奧氏體晶粒長大的作用中等；等阻礙奧氏體晶粒長大的作用中等；Ni、Si、Cu、Co等阻礙奧氏體晶粒長大的作用輕微；等阻礙奧氏體晶粒長大的作用輕微； Mn、P、B則有助于奧氏體的晶粒長大。則有助于奧氏體的晶粒長大。Mn鋼有較強烈的鋼有較強烈的過熱傾向，其加熱溫度不應(yīng)過高，保溫時間應(yīng)較短。過熱傾向，其加熱溫度不應(yīng)過高，保溫時間應(yīng)較短。2Me對鋼的過冷奧氏體分解轉(zhuǎn)變的影響對鋼的過冷奧氏體分解轉(zhuǎn)變的影響 主要表現(xiàn)在合金元素可以使鋼的主要表現(xiàn)在合金元素可以使鋼的C曲線發(fā)生顯著變化。曲線發(fā)生顯著變化。具體可以分為以下幾個方面：

47、具體可以分為以下幾個方面： （1）對高溫轉(zhuǎn)變（）對高溫轉(zhuǎn)變（珠光體轉(zhuǎn)變珠光體轉(zhuǎn)變）的影響；）的影響； （2）對中溫轉(zhuǎn)變（）對中溫轉(zhuǎn)變（貝氏體轉(zhuǎn)變貝氏體轉(zhuǎn)變）的影響；）的影響； （3）對低溫轉(zhuǎn)變（）對低溫轉(zhuǎn)變（馬氏體轉(zhuǎn)變馬氏體轉(zhuǎn)變）的影響。）的影響。 對于合金結(jié)構(gòu)鋼，為了降低殘余奧氏體量，需對于合金結(jié)構(gòu)鋼，為了降低殘余奧氏體量，需要進行附加的處理要進行附加的處理： p 冷處理冷處理就是將淬火后的鋼件在負(fù)溫下繼續(xù)冷卻，使殘余奧就是將淬火后的鋼件在負(fù)溫下繼續(xù)冷卻，使殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的工藝。如生產(chǎn)上采用干冰與酒精混合可氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的工藝。如生產(chǎn)上采用干冰與酒精混合可獲得獲得-70-70的低溫

48、。的低溫。p 多次回火多次回火過程中殘余奧氏體發(fā)生合金碳化物的析出，降低過程中殘余奧氏體發(fā)生合金碳化物的析出，降低了殘余奧氏體中的合金成分，使殘余奧氏體的了殘余奧氏體中的合金成分，使殘余奧氏體的MsMs、MfMf點升高，點升高，而在回火后的冷卻過程中，轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體或貝氏體（稱為二而在回火后的冷卻過程中，轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體或貝氏體（稱為二次淬火），從而使殘余奧氏體量減少。次淬火），從而使殘余奧氏體量減少。3合金元素對淬火鋼的回火轉(zhuǎn)變過程的影響合金元素對淬火鋼的回火轉(zhuǎn)變過程的影響 主要表現(xiàn)在主要表現(xiàn)在提高鋼的回火穩(wěn)定性提高鋼的回火穩(wěn)定性，即，即鋼對回火鋼對回火時發(fā)生軟化過程的抵抗能力，使回火過程各個階時

49、發(fā)生軟化過程的抵抗能力，使回火過程各個階段的轉(zhuǎn)變速度大大減慢，將其推向更高的溫度段的轉(zhuǎn)變速度大大減慢，將其推向更高的溫度。具體為具體為 （1）Me對對馬氏體分解馬氏體分解的影響的影響 （2）Me對對殘余奧氏體殘余奧氏體轉(zhuǎn)變的影響轉(zhuǎn)變的影響 （3）Me對對碳化物的形成、聚集和長大碳化物的形成、聚集和長大的影響的影響 （4）Me對對鐵素體回復(fù)再結(jié)晶鐵素體回復(fù)再結(jié)晶的影響的影響 （5）Me對對回火脆性回火脆性的影響的影響加入加入Me的主要目的：的主要目的：使鋼具有更優(yōu)異的使鋼具有更優(yōu)異的力學(xué)性能力學(xué)性能使用性能使用性能耐腐蝕性、耐熱性耐腐蝕性、耐熱性強強度度塑塑性性韌韌性性耐耐腐腐蝕蝕性性熱熱強強性

50、性抗抗氧氧化化性性耐熱性耐熱性五、合金元素對鋼性能的影響五、合金元素對鋼性能的影響工藝性能工藝性能鑄鑄造造性性能能鍛鍛壓壓性性能能焊焊接接性性能能熱熱處處理理性性能能切切削削性性能能1Me對鋼的強度的影響對鋼的強度的影響 鋼中鋼中Me的強化作用主要有以下四種方式：的強化作用主要有以下四種方式： （1 1）固溶強化）固溶強化 （2 2）晶界強化（細(xì)晶強化）晶界強化（細(xì)晶強化） （3 3）第二相強化）第二相強化 （4 4）位錯強化）位錯強化 通過對這四種方式單獨或綜合加以運用，便通過對這四種方式單獨或綜合加以運用，便可以有效地提高鋼的強度。可以有效地提高鋼的強度。 固溶強化固溶強化 固溶強化的出發(fā)

51、點是以合金元素作為溶質(zhì)原固溶強化的出發(fā)點是以合金元素作為溶質(zhì)原子阻礙位錯運動子阻礙位錯運動。（2 2）晶界強化（細(xì)晶強化）晶界強化（細(xì)晶強化）晶界強化的機制是：晶界強化的機制是：l由于晶界兩側(cè)晶粒變形的不協(xié)調(diào)性，在晶界附近誘發(fā)由于晶界兩側(cè)晶粒變形的不協(xié)調(diào)性，在晶界附近誘發(fā)的位錯稱為幾何上需要的位錯。的位錯稱為幾何上需要的位錯。l由于晶界存在，使滑移位錯難以直接穿越晶界，從而由于晶界存在，使滑移位錯難以直接穿越晶界，從而破壞了滑移系統(tǒng)的連續(xù)性，阻礙了位錯的運動。破壞了滑移系統(tǒng)的連續(xù)性，阻礙了位錯的運動。主要途徑有主要途徑有：利用利用MeMe改變晶界的特性，提高改變晶界的特性，提高K Ks s值值

52、。利用利用MeMe細(xì)化晶粒，減小晶粒尺寸增加晶界數(shù)量細(xì)化晶粒，減小晶粒尺寸增加晶界數(shù)量。用熱處理方法用熱處理方法，如正火、反復(fù)快速奧氏體化及控制軋，如正火、反復(fù)快速奧氏體化及控制軋制等。制等。0sK1-2sd0kLnGb（3）第二相強化）第二相強化 第二相粒子第二相粒子可以有效地可以有效地阻礙位錯運動阻礙位錯運動。運動著。運動著的位錯遇到滑移面上的第二相粒子時，有兩種方式：的位錯遇到滑移面上的第二相粒子時，有兩種方式：位錯切過第二相粒子粒子：位錯切過第二相粒子粒子：第二相粒子的特點是可變第二相粒子的特點是可變形，并與母相具有共格關(guān)系，這種強化方式與淬火時效形，并與母相具有共格關(guān)系，這種強化方式

53、與淬火時效密切相關(guān)，故有密切相關(guān)，故有沉淀強化沉淀強化之稱之稱。位錯繞過第二相粒子粒子：位錯繞過第二相粒子粒子：第二相粒子不參與變形，第二相粒子不參與變形，與基體有非共格關(guān)系。當(dāng)位錯遇到第二相粒子時，只能與基體有非共格關(guān)系。當(dāng)位錯遇到第二相粒子時，只能繞過并留下位錯圈，第二相粒子是人為加入的，不溶于繞過并留下位錯圈，第二相粒子是人為加入的，不溶于基體，故有基體，故有彌散強化彌散強化之稱。之稱。Al-Li合金中位錯切割合金中位錯切割A(yù)l3Li相的電鏡照片相的電鏡照片Ni合金中位錯繞過合金中位錯繞過Ni3Ai相的電鏡照片相的電鏡照片（4）位錯強化）位錯強化 金屬中位錯密度提高，則位錯運動時易于發(fā)生

54、相金屬中位錯密度提高，則位錯運動時易于發(fā)生相互交割，形成割階，引起位錯纏結(jié)，因此造成位錯運互交割，形成割階，引起位錯纏結(jié)，因此造成位錯運動的障礙，給繼續(xù)塑性變形造成困難，從而提高了鋼動的障礙，給繼續(xù)塑性變形造成困難，從而提高了鋼的強度。這種用增加位錯密度提高金屬強度的方法稱的強度。這種用增加位錯密度提高金屬強度的方法稱為位錯強化。為位錯強化。 位錯所造成的強化量與金屬中位錯密度的平方根位錯所造成的強化量與金屬中位錯密度的平方根成正比，可表示為成正比，可表示為21aGb2合金元素對鋼的塑性、韌性的影響合金元素對鋼的塑性、韌性的影響 為什么要研究為什么要研究MeMe對鋼的塑性、韌性的影響？對鋼的塑

55、性、韌性的影響？ 塑性的好壞不僅涉及到鋼的冷變形工藝性能；塑性的好壞不僅涉及到鋼的冷變形工藝性能； 塑性的好壞還會影響鋼使用的安全性塑性的好壞還會影響鋼使用的安全性。 因此，有必要深入理解因此，有必要深入理解MeMe對鋼的塑性和韌性影響的機對鋼的塑性和韌性影響的機制，以便提高合理選用制，以便提高合理選用MeMe的能力。的能力。 （a）延性斷裂）延性斷裂 （b）解理斷裂）解理斷裂 （c）沿晶斷裂）沿晶斷裂三種基本斷裂形式的示意圖三種基本斷裂形式的示意圖提高提高延性斷裂延性斷裂抗力的主要途徑：抗力的主要途徑：減少鋼中第二相的數(shù)量減少鋼中第二相的數(shù)量，特別是夾雜物數(shù)特別是夾雜物數(shù)量量，改善，改善第二

56、相粒子第二相粒子的的性質(zhì)性質(zhì)、尺寸尺寸、形狀形狀和和分布分布；提高基體組織的塑性，宜減少基體組織中提高基體組織的塑性，宜減少基體組織中固溶強化效果大的合金元素，如降低固溶強化效果大的合金元素，如降低Si、Mn、P、C、N的含量；的含量；提高組織的均勻性，如對淬火回火鋼，改提高組織的均勻性，如對淬火回火鋼，改善韌性的主要措施是提高回火溫度，故而發(fā)善韌性的主要措施是提高回火溫度，故而發(fā)展了調(diào)質(zhì)鋼。展了調(diào)質(zhì)鋼。提高提高解理斷裂解理斷裂抗力的主要途徑：抗力的主要途徑：細(xì)化晶粒。如通過正火、控制軋制、加入細(xì)化晶粒。如通過正火、控制軋制、加入細(xì)化晶粒的合金元素；細(xì)化晶粒的合金元素；鋼的解理斷裂有一個很重要

57、的特性鋼的解理斷裂有一個很重要的特性冷冷脆現(xiàn)象，即當(dāng)試驗溫度低于某一溫度時，材脆現(xiàn)象，即當(dāng)試驗溫度低于某一溫度時，材料有塑性轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈裕@種現(xiàn)象稱為冷脆。料有塑性轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈?，這種現(xiàn)象稱為冷脆。向鋼中加入向鋼中加入Ni元素可以顯著降低鋼的元素可以顯著降低鋼的TC ；更換基體組織而采用沒有冷脆現(xiàn)象的面心更換基體組織而采用沒有冷脆現(xiàn)象的面心立方立方-Fe為基的奧氏體鋼。為基的奧氏體鋼。提高提高沿晶斷裂沿晶斷裂抗力的主要途徑：抗力的主要途徑：防止溶質(zhì)原子沿晶界分布，如加入合金元防止溶質(zhì)原子沿晶界分布，如加入合金元素素Mo、Ti或或Zr，這幾個元素與雜質(zhì)元素有，這幾個元素與雜質(zhì)元素有更強的交互作用，可以

58、抑制雜質(zhì)元素向晶界更強的交互作用，可以抑制雜質(zhì)元素向晶界偏聚，從而減輕回火脆性傾向偏聚，從而減輕回火脆性傾向；防止第二相沿晶界析出，如減少鋼中防止第二相沿晶界析出，如減少鋼中S含含量或加入稀土元素形成難熔的稀土硫化物，量或加入稀土元素形成難熔的稀土硫化物，在高溫加熱時不會熔解，可防止在高溫加熱時不會熔解，可防止MnS在晶界在晶界析出。析出。3合金元素對鋼的腐蝕性能的影響合金元素對鋼的腐蝕性能的影響材料失效的主要形式材料失效的主要形式磨損磨損腐蝕腐蝕疲勞疲勞疲勞疲勞：材料在應(yīng)力或應(yīng)變的反復(fù)作用下所發(fā)生的：材料在應(yīng)力或應(yīng)變的反復(fù)作用下所發(fā)生的性能變化叫疲勞。性能變化叫疲勞。磨損磨損：材料接觸表面在

59、相對運動中由于機械、間材料接觸表面在相對運動中由于機械、間或伴有化學(xué)作用而產(chǎn)生的不斷損耗現(xiàn)象。或伴有化學(xué)作用而產(chǎn)生的不斷損耗現(xiàn)象。（1）金屬腐蝕的基本概念）金屬腐蝕的基本概念 腐蝕腐蝕是在外界介質(zhì)的作用下使金屬逐漸受到破壞是在外界介質(zhì)的作用下使金屬逐漸受到破壞的過程。的過程。 腐蝕按照其化學(xué)原理可分為兩類：腐蝕按照其化學(xué)原理可分為兩類： 化學(xué)腐蝕：化學(xué)腐蝕：4Fe+3O22Fe2O3 Fe+2H2OFe(OH)2+H2電化學(xué)腐蝕：電化學(xué)腐蝕： Fe-3eFe3+ 6H+6e=3H2化學(xué)腐蝕的特點化學(xué)腐蝕的特點：不產(chǎn)生腐蝕電流，在反應(yīng)表面形成一層化學(xué)不產(chǎn)生腐蝕電流，在反應(yīng)表面形成一層化學(xué)生成物。

60、生成物。電化學(xué)腐蝕的特點電化學(xué)腐蝕的特點：有液體電介質(zhì)存在，不同金屬或不同相之有液體電介質(zhì)存在，不同金屬或不同相之間有電極電位差并連通或接觸，同時有腐蝕電流產(chǎn)生。間有電極電位差并連通或接觸，同時有腐蝕電流產(chǎn)生。（2）鋼鐵材料腐蝕的基本類型）鋼鐵材料腐蝕的基本類型均勻腐蝕均勻腐蝕：腐蝕發(fā)生在金屬裸露的整個表面上或零件使用的整個腐蝕發(fā)生在金屬裸露的整個表面上或零件使用的整個工作面上。又稱一般腐蝕或連續(xù)腐蝕。工作面上。又稱一般腐蝕或連續(xù)腐蝕。 晶間腐蝕晶間腐蝕：晶界電極電位低于晶內(nèi)，導(dǎo)致晶界比晶內(nèi)腐蝕程度大。晶界電極電位低于晶內(nèi)，導(dǎo)致晶界比晶內(nèi)腐蝕程度大。點腐蝕點腐蝕：在金屬表面上極局部區(qū)域由于氯離