第1章_鋼合金化概論

1、 第第1 1章章 鋼的合金化原理鋼的合金化原理 合金元素和鐵的作用合金元素和鐵的作用 合金元素對(duì)合金元素對(duì)Fe-C相圖的影響相圖的影響 鐵基固溶體鐵基固溶體 碳碳(氮氮)化合物化合物 合金元素在鋼中的存在形式合金元素在鋼中的存在形式 合金元素與合金鋼中的相變關(guān)系合金元素與合金鋼中的相變關(guān)系 合金元素對(duì)鋼強(qiáng)韌性的影響合金元素對(duì)鋼強(qiáng)韌性的影響 合金元素對(duì)鋼工藝性的影響合金元素對(duì)鋼工藝性的影響 合金的環(huán)境協(xié)調(diào)性設(shè)計(jì)合金的環(huán)境協(xié)調(diào)性設(shè)計(jì)1.11.1 MeMe和和FeFe基二元相圖基二元相圖一、鋼中的一、鋼中的MeMe 1、雜質(zhì)元素、雜質(zhì)元素（impurity- element）常存雜質(zhì)常存雜質(zhì) 冶煉殘

2、余，由脫氧劑帶入。冶煉殘余，由脫氧劑帶入。 Mn、Si、Al；S、P難清除難清除。隱存雜質(zhì)隱存雜質(zhì)偶存雜質(zhì)偶存雜質(zhì) 生產(chǎn)過(guò)程中形成，生產(chǎn)過(guò)程中形成， 微量元素微量元素O、H、N等。等。 與煉鋼時(shí)的礦石、廢鋼有關(guān)，與煉鋼時(shí)的礦石、廢鋼有關(guān)， 如如Cu、Sn、Pb、Cr等。等。 熱脆性熱脆性 S FeS(低熔點(diǎn)低熔點(diǎn)989)；？ 冷脆性冷脆性 P Fe3P（硬脆）；硬脆）； ？ 氫氫 脆脆 H 白點(diǎn)。白點(diǎn)。2、合金元素（、合金元素（alloying-element） 為合金化目的加入，其加入量有一定范圍為合金化目的加入，其加入量有一定范圍的元素稱為合金元素。的元素稱為合金元素。 鋼中常用合金元素：

3、鋼中常用合金元素： Si、Mn、Cr、Ni、W、Mo、V、Ti等。等。二、二、MeMe和和FeFe的作用的作用 純純Fe Fe-C相圖的變化特點(diǎn)。相圖的變化特點(diǎn)。 Me和和Fe的作用：的作用：1、穩(wěn)定化元素穩(wěn)定化元素使使A3，A4，區(qū)擴(kuò)大區(qū)擴(kuò)大a) 與與區(qū)無(wú)限固溶區(qū)無(wú)限固溶 Ni、Mn、Co 開啟開啟區(qū)區(qū) 量大時(shí)，量大時(shí)， 室溫為室溫為相；相；b) 與與區(qū)有限固溶區(qū)有限固溶 C、N、Cu 擴(kuò)大擴(kuò)大區(qū)。區(qū)。（相關(guān)內(nèi)容復(fù)習(xí)：）（相關(guān)內(nèi)容復(fù)習(xí)：）ANG純鐵的冷卻曲線Fe-Fe3C相圖（局部）板狀馬板狀馬氏體氏體馬氏體變溫形成，與t保無(wú)關(guān)；馬氏體轉(zhuǎn)變不完全性，鋼中常存在殘余A（性能下降）,常要求淬火T

4、接近Mf “冷處理”.馬氏體性能與含碳量有關(guān) 非擴(kuò)散型非擴(kuò)散型（Fe和和C均不擴(kuò)散）均不擴(kuò)散）C在在-Fe中的中的過(guò)飽和過(guò)飽和固溶體固溶體（bcc）240-50M片（針）片（針）狀馬氏狀馬氏體體馬馬氏氏體體板狀：低碳鋼中， F和 Fe2.4C的復(fù)相組織。 片狀：高碳鋼中，復(fù)相組織。F飽和飽和+ Fe2.4C350240B下下下貝氏下貝氏體體羽毛狀：在平行密排的過(guò)飽和F板條間，不均勻分布短桿（片狀）Fe3C ,脆性大，工業(yè)上不應(yīng)用半擴(kuò)散型半擴(kuò)散型（只有（只有C擴(kuò)散）擴(kuò)散）F飽和飽和+ Fe3C550350B上上上貝氏上貝氏體體貝貝氏氏體體間距：0.030.08m，2000 600550T屈氏體屈

5、氏體間距：0.250.08m，1000 650600S索氏體索氏體片層間距：0.251.9m，500擴(kuò)散型擴(kuò)散型（Fe和和C均擴(kuò)散）均擴(kuò)散）F+Fe3CA1650P珠光體珠光體珠珠光光體體 特特 征征轉(zhuǎn)變類轉(zhuǎn)變類型型相相組組成成轉(zhuǎn)變溫轉(zhuǎn)變溫度度/符符號(hào)號(hào)組織名稱組織名稱注：注：w w（c c）1.01.0時(shí)形成片狀馬氏體，時(shí)形成片狀馬氏體，HRCHRC：64646666； w w（c c）0.20.2時(shí)形成板狀馬氏體，時(shí)形成板狀馬氏體， HRCHRC：303050 50 。奧氏體的形成過(guò)程奧氏體的形成過(guò)程奧氏體形核奧氏晶核長(zhǎng)大殘余滲碳體的溶解奧氏體均勻化2、穩(wěn)定化元素穩(wěn)定化元素使使A3，A4，

6、區(qū)縮小區(qū)縮小a) 完全封閉完全封閉區(qū)區(qū) Cr、V、 W、Mo、Ti Cr、V與與-Fe完全互溶，量大時(shí)完全互溶，量大時(shí)相相 ? W、Mo、Ti 等部分溶解等部分溶解b) 縮小縮小區(qū)區(qū) Nb等。等。穩(wěn)定穩(wěn)定相相 A形成元素，穩(wěn)定形成元素，穩(wěn)定相相 A形成元素。形成元素。(a) Ni，Mn，Co (b) C，N，Cu (c) Cr，V (d) Nb,B等等 圖圖1 1 合金元素和合金元素和FeFe的作用狀態(tài)的作用狀態(tài) 1.2 1.2 MeMe對(duì)對(duì)Fe-CFe-C相圖的影響相圖的影響一、對(duì)一、對(duì)S、E點(diǎn)的影響點(diǎn)的影響 A形成元素均使形成元素均使S、E點(diǎn)向點(diǎn)向左下方左下方移動(dòng)，移動(dòng)， F形成元素使形成

7、元素使S、E點(diǎn)向點(diǎn)向左上方左上方移動(dòng)。移動(dòng)。 S點(diǎn)左移點(diǎn)左移意味著共析意味著共析C量減小量減小 ； E點(diǎn)左移點(diǎn)左移意味著出現(xiàn)萊氏體的意味著出現(xiàn)萊氏體的C量降低量降低 。合金元素對(duì)共析溫度的影響合金元素對(duì)共析溫度的影響 合金元素對(duì)共析碳量的影響合金元素對(duì)共析碳量的影響 二、對(duì)臨界點(diǎn)的影響二、對(duì)臨界點(diǎn)的影響 A形成元素形成元素Ni、Mn等使等使A1（A3）線向下移動(dòng)；線向下移動(dòng)； F形成元素形成元素Cr、Si等使等使A1（A3）線向上移動(dòng)線向上移動(dòng)三、對(duì)三、對(duì)-Fe區(qū)的影響區(qū)的影響 A形成元素形成元素Ni、Mn等使等使-Fe區(qū)擴(kuò)大區(qū)擴(kuò)大鋼在室鋼在室溫下也為溫下也為A體體 奧氏體鋼；奧氏體鋼； F形

8、成元素形成元素Cr、Si等使等使-Fe區(qū)縮小區(qū)縮小鋼在高鋼在高溫下仍為溫下仍為F體體 鐵素體鋼。鐵素體鋼。 鉻對(duì)鋼鉻對(duì)鋼區(qū)的影響區(qū)的影響 錳對(duì)鋼錳對(duì)鋼區(qū)的影響區(qū)的影響 1.3 鐵基固溶體鐵基固溶體一、置換固溶體一、置換固溶體 合金元素在鐵點(diǎn)陣中的固溶情況合金元素在鐵點(diǎn)陣中的固溶情況 MeTiVCrMnCoNiCuCN溶溶解解度度Fe7(1340)無(wú)無(wú)限限無(wú)無(wú)限限376100.20.020.1Fe0.681.412.8*無(wú)無(wú)限限無(wú)無(wú)限限無(wú)無(wú)限限8.52.062.8注：有些元素的固溶度與注：有些元素的固溶度與C C量有關(guān)量有關(guān) 不同元素的固溶情況是不同的。為什么不同元素的固溶情況是不同的。為什么?

9、 ?簡(jiǎn)單地說(shuō)：這與合金元素在元素周期表中的位置有關(guān)。簡(jiǎn)單地說(shuō)：這與合金元素在元素周期表中的位置有關(guān)。 常用合金元素點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)和原子半徑常用合金元素點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)和原子半徑第四第四周期周期TiVCrMnFeCoNiCu點(diǎn)陣點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)bccbccbccbcc或fccfcc/hcpfccfcc電子電子結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)235567810原子半徑原子半徑/nm0.1450.1360.1280.1310.1270.1260.1240.128R，%14.27.10.83.10.82.40.8注：注：1 1、電子結(jié)構(gòu)是、電子結(jié)構(gòu)是3 3d d層電子數(shù)；層電子數(shù)；2 2、原子半徑是配位數(shù)、原子半徑是配位數(shù)

10、1212的數(shù)值的數(shù)值 （1）Ni、Mn、Co與與-Fe的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)、原子的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)、原子 半徑和電子結(jié)構(gòu)相似半徑和電子結(jié)構(gòu)相似無(wú)限固溶；無(wú)限固溶；（2）Cr、V與與-Fe的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)、原子半徑和的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)、原子半徑和 電子結(jié)構(gòu)相似電子結(jié)構(gòu)相似無(wú)限固溶；無(wú)限固溶；（3）Cu和和-Fe點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)、原子半徑相近，點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)、原子半徑相近， 但電子結(jié)構(gòu)差別大但電子結(jié)構(gòu)差別大有限固溶；有限固溶；（4）原子半徑對(duì)溶解度影響：）原子半徑對(duì)溶解度影響：R8%， 可以形成無(wú)限固溶；可以形成無(wú)限固溶；15%，形成有限，形成有限 固溶；固溶； 15%，溶解度極小。，溶解度極小。結(jié)結(jié)論論 合金元素的固溶規(guī)律，合金元素的固溶規(guī)

11、律， 即即Hume-Rothery規(guī)律規(guī)律 決定決定組元組元在在置換固溶體置換固溶體中的中的溶解溶解度度因素是因素是點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)、原子半徑原子半徑和和電電子因素子因素，無(wú)限固溶必須使這些因素，無(wú)限固溶必須使這些因素相同或相似相同或相似. . 有限固溶有限固溶 C、N、B、O等等 溶解度溶解度溶劑金屬點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)溶劑金屬點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)：同一溶劑金屬不：同一溶劑金屬不 同點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，溶解度是不同的同點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，溶解度是不同的 如如-Fe與與-Fe 。溶質(zhì)原子大小溶質(zhì)原子大?。簉，溶解度溶解度。 N溶解度比溶解度比C大大 : RN=0.071nm， RC=0.077nm。 間隙位置間隙位置 優(yōu)先占據(jù)有利間隙位

12、置優(yōu)先占據(jù)有利間隙位置 畸變?yōu)樽钚　；優(yōu)樽钚　?間隙位置總是沒有被填滿間隙位置總是沒有被填滿 最小自由能原理。最小自由能原理。 二、間隙固溶體二、間隙固溶體1.4 碳（氮）化物碳（氮）化物(K) 一、鋼中常見的碳化物一、鋼中常見的碳化物 K類型類型、大小大小、形狀形狀和和分布分布對(duì)鋼的性能有很對(duì)鋼的性能有很重要的作用。重要的作用。 非非K形成形成元素：元素：Ni、Si、Al、Cu等等 K形成形成元素：元素： Ti、Nb、V；W、Mo、Cr；Mn、Fe （由由強(qiáng)到弱強(qiáng)到弱排列）排列）鋼中常見的鋼中常見的K類型有：類型有： M3C：滲碳體，滲碳體，正交正交點(diǎn)陣；點(diǎn)陣； M7C3：例例Cr7C3，

13、復(fù)雜復(fù)雜六方六方 ； M23C6：例例Cr23C6，復(fù)雜復(fù)雜立方立方 ； M2C：例例Mo2C、W2C。密排六方密排六方 ； MC：例例VC、TiC，簡(jiǎn)單面心立方點(diǎn)陣簡(jiǎn)單面心立方點(diǎn)陣 ； M6C：不是一種金屬不是一種金屬K。復(fù)雜復(fù)雜六方點(diǎn)陣六方點(diǎn)陣 。 K也有空位存在也有空位存在 ；可形成復(fù)合；可形成復(fù)合K , 如如(Cr,Fe,Mo，)7C3 復(fù)雜點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)：復(fù)雜點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)：M23C6 、M7C3 、M3C。 特點(diǎn)：硬度特點(diǎn)：硬度、熔點(diǎn)較低，穩(wěn)定性較差；熔點(diǎn)較低，穩(wěn)定性較差； 簡(jiǎn)單點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)：簡(jiǎn)單點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)：M2C、MC。又稱間隙相。又稱間隙相。 特點(diǎn)：硬度高，熔點(diǎn)高，穩(wěn)定性好。特點(diǎn)：硬度高，熔點(diǎn)高

14、，穩(wěn)定性好。 M6C型型不屬于金屬型的碳化物不屬于金屬型的碳化物, 復(fù)雜結(jié)構(gòu)，復(fù)雜結(jié)構(gòu)， 性能特點(diǎn)接近簡(jiǎn)單點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。性能特點(diǎn)接近簡(jiǎn)單點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。1 1、K K類型類型 K類型類型與與Me的的原子半徑原子半徑有關(guān)。有關(guān)。 各元素的各元素的r rc c/r/rMeMe的值如下的值如下： Me Fe Mn Cr V Mo W Ti Nb rc/rMe 0.61 0.60 0.61 0.57 0.56 0.55 0.53 0.53 二、二、K K形成的一般規(guī)律形成的一般規(guī)律 rc/rMe 0.59 復(fù)雜復(fù)雜點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，如點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，如Cr、Mn、Fe ，形成形成Cr7C3、Cr23C6、Fe3C、Mn3C等

15、形式的等形式的K； rc/rMe 0.59 簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)相，如結(jié)構(gòu)相，如Mo、W、V、Ti等，形成等，形成VC等等MC型，型，W2C等等M2C型型 。 Me量少時(shí)量少時(shí)，形成，形成復(fù)合復(fù)合K，如如（Cr, M）23C6型型 。2 2、相似者相溶、相似者相溶 完全互溶完全互溶：原子尺寸、電化學(xué)因素均相似。：原子尺寸、電化學(xué)因素均相似。 如如Fe3C，Mn3C (Fe,Mn)3C；TiC VC。 有限溶解有限溶解：一般：一般K都能溶解其它元素，形成復(fù)合都能溶解其它元素，形成復(fù)合K 如如Fe3C中可溶入一定量的中可溶入一定量的Cr、W、V等等. 最大值為最大值為 20%Cr， 2%W， 400，Me

16、開始開始重新分布。重新分布。非非K形成元素形成元素仍在基體中，仍在基體中，K形成元素形成元素逐步進(jìn)逐步進(jìn)入析出的入析出的K中，其中，其程度程度決定于回火決定于回火溫度和時(shí)間溫度和時(shí)間。二、二、Me的的偏聚偏聚（Segregation ） 偏聚偏聚現(xiàn)象現(xiàn)象 Me偏聚偏聚 缺陷處缺陷處 基體基體平均平均 這種現(xiàn)象也稱為這種現(xiàn)象也稱為內(nèi)吸附內(nèi)吸附或或偏聚偏聚現(xiàn)象?，F(xiàn)象。 偏聚偏聚現(xiàn)象對(duì)鋼的組織和性能產(chǎn)生了較大影響，現(xiàn)象對(duì)鋼的組織和性能產(chǎn)生了較大影響，如如晶界擴(kuò)散晶界擴(kuò)散、晶界斷裂晶界斷裂、晶界腐蝕晶界腐蝕、相變形核相變形核等等都與此有關(guān)都與此有關(guān). Me+：溶質(zhì)原子在溶質(zhì)原子在刃型位錯(cuò)處刃型位錯(cuò)處吸

17、附，形成吸附，形成Cottrell氣團(tuán)氣團(tuán)； Me+ ：溶質(zhì)原子在溶質(zhì)原子在層錯(cuò)處層錯(cuò)處吸附形成吸附形成鈴木氣團(tuán)鈴木氣團(tuán)； Me+ ：溶質(zhì)原子在溶質(zhì)原子在螺位錯(cuò)螺位錯(cuò)吸附形成吸附形成Snoek氣團(tuán)氣團(tuán).偏聚偏聚機(jī)理機(jī)理 溶質(zhì)溶質(zhì)原子在缺陷處原子在缺陷處偏聚偏聚，使系統(tǒng)自由能，使系統(tǒng)自由能，符合自然界最小自由能原理。符合自然界最小自由能原理。結(jié)構(gòu)學(xué)結(jié)構(gòu)學(xué)：缺陷處原子排列疏松，不規(guī)則，溶質(zhì)原：缺陷處原子排列疏松，不規(guī)則，溶質(zhì)原 子容易存在；子容易存在；能量學(xué)能量學(xué)：原子在缺陷處偏聚，使系統(tǒng)自由能：原子在缺陷處偏聚，使系統(tǒng)自由能， 符合自然界最小自由能原理。（在沒有強(qiáng)制外符合自然界最小自由能原理。（

18、在沒有強(qiáng)制外 力作用下，事物總是朝著力作用下，事物總是朝著能量的方向發(fā)生。能量的方向發(fā)生。 即使暫時(shí)不發(fā)生，也存在潛在的趨勢(shì)。即使暫時(shí)不發(fā)生，也存在潛在的趨勢(shì)。熱力學(xué)熱力學(xué)：該過(guò)程是自發(fā)進(jìn)行的，其驅(qū)動(dòng)力是溶質(zhì)：該過(guò)程是自發(fā)進(jìn)行的，其驅(qū)動(dòng)力是溶質(zhì) 原子在缺陷和晶內(nèi)處的畸變能之差。原子在缺陷和晶內(nèi)處的畸變能之差。RTECCexp0影響影響因素因素 缺陷處缺陷處溶質(zhì)濃度溶質(zhì)濃度 溫度溫度T ：T，內(nèi)吸附內(nèi)吸附強(qiáng)烈；強(qiáng)烈； 時(shí)間時(shí)間t：偏聚偏聚需要需要原子擴(kuò)散原子擴(kuò)散需要一定時(shí)間需要一定時(shí)間； 缺陷缺陷本身：本身：缺陷缺陷越混亂，越混亂，E，吸附也越強(qiáng)烈，吸附也越強(qiáng)烈; 其它元素其它元素：間接作用：間

19、接作用 : 優(yōu)先吸附問題優(yōu)先吸附問題 , B與與C 直接作用直接作用: 影響吸附元素影響吸附元素D , MnDP，使，使P擴(kuò)散加快，促進(jìn)了鋼的擴(kuò)散加快，促進(jìn)了鋼的回火脆性回火脆性； Mo則則相反相反，是消除或減輕回火脆性的有效元素。，是消除或減輕回火脆性的有效元素。 點(diǎn)陣類型點(diǎn)陣類型：bcc點(diǎn)陣內(nèi)吸附較點(diǎn)陣內(nèi)吸附較fcc強(qiáng)烈強(qiáng)烈1.6 1.6 合金鋼的加熱合金鋼的加熱A A化化 一、一、K K在在A A中的溶解規(guī)律中的溶解規(guī)律 基基本本規(guī)規(guī)律律 1）K穩(wěn)定性越好穩(wěn)定性越好，溶解度就越?。?，溶解度就越?。?2）溫度）溫度，溶解度，溶解度， 沉淀析出；沉淀析出； 3）K穩(wěn)定差穩(wěn)定差的先溶解的先溶解

20、 ; 4）A中有中有弱弱K形成元素形成元素，則會(huì)，則會(huì)C 活度活度ac ， K的溶解；的溶解；非非K形成元素形成元素（如（如Ni）則相則相 反反,ac，K的溶解。的溶解。如：如：較多較多Mn的存在的存在 使使VC的溶解溫度從的溶解溫度從1100降至降至900。 碳（氮）化物在奧氏體中的溶解度與加熱溫度的關(guān)系碳（氮）化物在奧氏體中的溶解度與加熱溫度的關(guān)系 二、二、A體均勻化體均勻化 A體剛形成體剛形成時(shí)，時(shí)，C和和Me的分布是的分布是不均勻不均勻的的. 合金鋼合金鋼加熱均勻化與加熱均勻化與碳鋼碳鋼相比有什么區(qū)別相比有什么區(qū)別 ?三、三、A體晶粒長(zhǎng)大體晶粒長(zhǎng)大 1）Ti、Nb、V強(qiáng)碳化物形成元素強(qiáng)

21、碳化物形成元素強(qiáng)烈強(qiáng)烈A， W、MoA晶粒長(zhǎng)大；晶粒長(zhǎng)大； 2）C、N、B、PA晶粒長(zhǎng)大晶粒長(zhǎng)大 （在（在A晶界偏聚，晶界偏聚，晶界晶界Fe自擴(kuò)散自擴(kuò)散Q）；）； 3）Ni、Co、Cu等等非非K形成元素形成元素作用不大作用不大 。1.7 1.7 過(guò)冷過(guò)冷A A體的分解體的分解一、一、過(guò)冷過(guò)冷A A體體的的穩(wěn)定性穩(wěn)定性 過(guò)冷過(guò)冷A A體穩(wěn)定性體穩(wěn)定性實(shí)際上有兩個(gè)意義：實(shí)際上有兩個(gè)意義：孕育期孕育期和和相變速度相變速度。孕育期的。孕育期的物理本質(zhì)物理本質(zhì)是新相是新相形核形核的的難易難易程度，程度，轉(zhuǎn)變速度轉(zhuǎn)變速度主要涉及新相主要涉及新相晶粒的長(zhǎng)大晶粒的長(zhǎng)大。1）Ni、Si和和Mn，大致保持大致保持

22、 C鋼的鋼的“C”線形狀，使線形狀，使 “C”線向右作不同程度的移動(dòng)；線向右作不同程度的移動(dòng)；2） Co不改變不改變“C”線，但使線，但使“C”線左移；線左移；3）K形成元素形成元素，使，使“C”線右移，且改變形狀。線右移，且改變形狀。 Me不同作用，使不同作用，使“C”曲線出現(xiàn)不同形狀，大致曲線出現(xiàn)不同形狀，大致 有五種。有五種。“C”C”曲線五曲線五種形狀種形狀 常用合金元素常用合金元素對(duì)對(duì)奧氏體等奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線的影響溫轉(zhuǎn)變曲線的影響 ( (上左上左) ) 強(qiáng)強(qiáng)K形成元素形成元素 ( (上右上右) ) 中、弱中、弱K形成元素形成元素 ( (下左下左) ) 非非K形成形成元素元素 二、過(guò)

23、冷二、過(guò)冷A A體的體的P P、B B轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變 P轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變 ：需要：需要C和和Me都擴(kuò)散都擴(kuò)散 ； Me都不同程度都不同程度推遲推遲P轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變（使轉(zhuǎn)變曲線右移），（使轉(zhuǎn)變曲線右移），影響順序：影響順序：Mo、W、Mn、Cr、Ni、Si。 貝氏體轉(zhuǎn)變貝氏體轉(zhuǎn)變 ：C原子作短程擴(kuò)散，原子作短程擴(kuò)散，Me幾乎沒有擴(kuò)散。幾乎沒有擴(kuò)散。Me增長(zhǎng)孕育期，減慢長(zhǎng)大速度。增長(zhǎng)孕育期，減慢長(zhǎng)大速度。 影響順序：影響順序：Mn、Cr、Ni、Si ，而而W、Mo等影響等影響很小。很小。三、三、MeMe對(duì)對(duì)MsMs的影響的影響 各種各種Me對(duì)對(duì)Ms位置的影響程度是不同的。位置的影響程度是不同的。 思考題：思考題： W

24、、Mo等元素對(duì)貝氏體轉(zhuǎn)變等元素對(duì)貝氏體轉(zhuǎn)變影響不大，而對(duì)珠光體轉(zhuǎn)變的推影響不大，而對(duì)珠光體轉(zhuǎn)變的推遲作用大，如何理解遲作用大，如何理解? 對(duì)一般結(jié)構(gòu)鋼的成分設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)一般結(jié)構(gòu)鋼的成分設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮其要考慮其MS點(diǎn)不能太低，為什么點(diǎn)不能太低，為什么?1.8 1.8 合金鋼的回火轉(zhuǎn)變合金鋼的回火轉(zhuǎn)變一、一、M M分解分解 低溫回火：低溫回火：C和和Me擴(kuò)散較困難，擴(kuò)散較困難，Me影響不大影響不大 中溫以上：中溫以上：Me活動(dòng)能力增強(qiáng)，對(duì)活動(dòng)能力增強(qiáng)，對(duì)M分解產(chǎn)生不分解產(chǎn)生不同程度影響同程度影響: 1）Ni、Mn的影響很?。坏挠绊懞苄。?2）K形成元素阻止形成元素阻止M分解，其程度與它們分解，其程度

25、與它們與與C的親和力大小有關(guān)。這些的親和力大小有關(guān)。這些Meac，阻止了阻止了滲碳體的析出長(zhǎng)大；滲碳體的析出長(zhǎng)大；正火是將鋼加熱到Ac3（或Accm）以上適當(dāng)溫度（3050 ），保溫后在空氣中冷卻得到珠光體類組織的熱處理工藝?；鼗鹗菍⒋慊痄撛贏1以下溫度加熱，使其轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的回火組織，并以適當(dāng)?shù)姆绞嚼鋮s到室溫的工藝過(guò)程。減少和消除淬火應(yīng)力。低溫回火（低溫回火（150250）回火馬氏體，高硬度、高強(qiáng)度、良好耐磨性，提高了韌性。中溫回火（中溫回火（350500）回火屈氏體，高彈性極限，高強(qiáng)度硬度，良好塑性和韌性。高溫回火（高溫回火（500650）回火索氏體，淬火+高溫回火調(diào)質(zhì)處理，優(yōu)良綜合機(jī)械性能

26、。 3）Si比較特殊：比較特殊： Fe和和C的的結(jié)合力結(jié)合力 ,a,ac c -FeXC的形核、長(zhǎng)大的形核、長(zhǎng)大Si能溶于能溶于，不溶于不溶于Fe3C，Si要從要從中出去中出去-FeXC Fe3C 效果效果: 含含2% Si能使能使M分解溫度從分解溫度從260提高到提高到350以上以上4 4）合金鋼回火時(shí)）合金鋼回火時(shí)M M中含中含C C量變化規(guī)律量變化規(guī)律基基本本規(guī)規(guī)律律 滲碳體形成開始溫度與合金化無(wú)關(guān)滲碳體形成開始溫度與合金化無(wú)關(guān) 含非碳化物形成元素（含非碳化物形成元素（SiSi除外）的合金除外）的合金 鋼（線鋼（線2 2）和）和C C鋼（線鋼（線1 1）規(guī)律相同；）規(guī)律相同； 在相同回火

27、溫度在相同回火溫度Tt下，合金鋼馬氏體中含下，合金鋼馬氏體中含 C量要比量要比C鋼的高，如圖中的鋼的高，如圖中的C3 C1，2 ； 不同合金中，馬氏體中析出特殊碳化物不同合金中，馬氏體中析出特殊碳化物 的溫度的溫度TK是不同的，線是不同的，線3的下降幅度也是的下降幅度也是 是不同的。是不同的。 回火時(shí)馬氏體中回火時(shí)馬氏體中C C量的變化量的變化 線線1 -C1 -C鋼鋼; ; 線線2-2-含非碳化物形成元素（含非碳化物形成元素（SiSi除外）的合除外）的合金鋼金鋼; ; 線線3 -3 -含碳化物形成元素的合金鋼含碳化物形成元素的合金鋼 二、回火時(shí)二、回火時(shí)K K的形成的形成 各元素明顯開始擴(kuò)散

28、的溫度為：各元素明顯開始擴(kuò)散的溫度為： Me Si Mn Cr Mo W V T, 300 350 400500 500 500550 1）K長(zhǎng)大長(zhǎng)大 聚集溫度：聚集溫度：M3C型，型，350 400；其它；其它K ，450 600； 2）K成分變化和類型轉(zhuǎn)變成分變化和類型轉(zhuǎn)變K轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變 -FeXC Fe3C M3C 亞穩(wěn)特殊亞穩(wěn)特殊K特殊特殊K T, 500 能否形成特殊能否形成特殊K，取決于取決于: Me性質(zhì)、性質(zhì)、NM/NC比值；比值； T和和t 。 釩鋼（釩鋼（0.3C,2.1V）在在1250淬火不同溫度回火淬火不同溫度回火2h，碳化物成分、結(jié)構(gòu)和硬度的變化碳化物成分、結(jié)構(gòu)和硬度的變化

29、 3）特殊特殊K的形成的形成 原位析出：原位析出：M 0 + M3C MXCY ( M7C3 , M23C6 ) 異位析出異位析出 ：M P + M3C 0 + MXCY ( MC ,M2C ) 特殊特殊K析出析出 二次硬化，直接析出二次硬化，直接析出 貢獻(xiàn)最大貢獻(xiàn)最大 三、回火脆性三、回火脆性 1、第、第1類回火脆性（低溫回火脆性）類回火脆性（低溫回火脆性） 脆性脆性特征特征 不可逆；不可逆； 與回火后冷速無(wú)關(guān)；與回火后冷速無(wú)關(guān)； 晶界脆斷。晶界脆斷。 產(chǎn)生產(chǎn)生原因原因Me作用作用 200-350 Fe3C薄膜在原薄膜在原A體晶界形成；體晶界形成； 雜質(zhì)元素雜質(zhì)元素P、S、Bi等偏聚晶界，等

30、偏聚晶界， 晶界強(qiáng)度。晶界強(qiáng)度。 Mn、Cr、Ni脆性；脆性；Mo、Ti、V、Al改善改善脆性；脆性；Si 推遲脆性溫度區(qū)推遲脆性溫度區(qū).2 2、第、第2 2類回火脆性（高溫回火脆性類回火脆性（高溫回火脆性450-650450-650 ） 脆性脆性特征特征 可逆；（可逆；（Cr-Ni鋼大炮）鋼大炮） 回火后慢冷產(chǎn)生，快冷抑制；回火后慢冷產(chǎn)生，快冷抑制； 晶界脆斷晶界脆斷 .產(chǎn)生產(chǎn)生原因原因 雜質(zhì)雜質(zhì)Sb、S、As或或N、P等偏聚晶界；等偏聚晶界； 形成網(wǎng)狀或片狀化合物形成網(wǎng)狀或片狀化合物,晶界強(qiáng)度。晶界強(qiáng)度。 高于回脆溫度，雜質(zhì)擴(kuò)散離開晶界或化高于回脆溫度，雜質(zhì)擴(kuò)散離開晶界或化合物分解；快冷抑

31、制雜質(zhì)元素?cái)U(kuò)散。合物分解；快冷抑制雜質(zhì)元素?cái)U(kuò)散。Me作用作用 N、O、P、S、As、Bi、Sn等是脆化劑；等是脆化劑； Mn、Ni與雜質(zhì)元素共偏聚，是促進(jìn)劑；與雜質(zhì)元素共偏聚，是促進(jìn)劑； Cr促進(jìn)其它元素偏聚，助偏劑；促進(jìn)其它元素偏聚，助偏劑； Mo、W、Ti抑制其它元素偏聚，清除劑抑制其它元素偏聚，清除劑Me對(duì)相圖的影響對(duì)相圖的影響Me與與C的作用的作用Me在材料處理各過(guò)在材料處理各過(guò)程中的行為表現(xiàn)程中的行為表現(xiàn)加熱加熱冷卻冷卻回火回火溫溫度度時(shí)間時(shí)間 一方面要清楚材料處理各過(guò)程的演化規(guī)律一方面要清楚材料處理各過(guò)程的演化規(guī)律; ;另一方面要掌握另一方面要掌握Me在各過(guò)程中的作用和影響在各過(guò)程

32、中的作用和影響.為理解為理解Me的作用的作用 要了解鋼的基本強(qiáng)化機(jī)理要了解鋼的基本強(qiáng)化機(jī)理. .1.9 Me對(duì)鋼強(qiáng)韌化的作用對(duì)鋼強(qiáng)韌化的作用 一、一、MeMe對(duì)鋼強(qiáng)化的形式及其機(jī)理對(duì)鋼強(qiáng)化的形式及其機(jī)理 強(qiáng)化本質(zhì)：強(qiáng)化本質(zhì)： 各種強(qiáng)化途徑各種強(qiáng)化途徑塑變抗力塑變抗力位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力 鋼強(qiáng)度鋼強(qiáng)度固溶強(qiáng)化、位錯(cuò)強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化、第二相彌散強(qiáng)化固溶強(qiáng)化、位錯(cuò)強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化、第二相彌散強(qiáng)化niiSCK表達(dá)式表達(dá)式 Ki為系數(shù)，為系數(shù)，Ci為固溶度。為固溶度。 對(duì)于對(duì)于C、N等間隙原子，等間隙原子， n = 0.332.0； 對(duì)于對(duì)于Mo、Si、Mn等置換式原子：等置換式原子：n = 0.51.

33、0 機(jī)理機(jī)理效果效果提高強(qiáng)度，降低塑韌性提高強(qiáng)度，降低塑韌性 原子固溶原子固溶 晶格發(fā)生畸變晶格發(fā)生畸變 產(chǎn)生彈性產(chǎn)生彈性應(yīng)力場(chǎng)，與位錯(cuò)交互作用應(yīng)力場(chǎng)，與位錯(cuò)交互作用位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力1 1、固溶強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化 合金元素對(duì)低碳鐵素體強(qiáng)度和塑性的影響合金元素對(duì)低碳鐵素體強(qiáng)度和塑性的影響 Si、Mn的固溶強(qiáng)化效應(yīng)大，但的固溶強(qiáng)化效應(yīng)大，但Si 1.1%，Mn 1.8%時(shí)，時(shí)，鋼的塑韌性將有較大的下降。鋼的塑韌性將有較大的下降。C、N固溶強(qiáng)化效應(yīng)最大。固溶強(qiáng)化效應(yīng)最大。 合金元素對(duì)合金元素對(duì)Cr18Ni9型不銹鋼的強(qiáng)化效應(yīng)型不銹鋼的強(qiáng)化效應(yīng)-間隙元素，間隙元素，-F形成元素，形成元素，-A形成

34、元素形成元素2 2、位錯(cuò)強(qiáng)化、位錯(cuò)強(qiáng)化 2/1ddK表達(dá)式表達(dá)式 機(jī)理機(jī)理 Kd為系數(shù)為系數(shù) 位錯(cuò)密度位錯(cuò)密度 位錯(cuò)交割、纏結(jié)，位錯(cuò)交割、纏結(jié)， 有效地阻止了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)有效地阻止了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng) 鋼強(qiáng)度。鋼強(qiáng)度。 對(duì)對(duì)bcc晶體，位錯(cuò)強(qiáng)化效果較好晶體，位錯(cuò)強(qiáng)化效果較好 ? ? 效果效果 在強(qiáng)化的同時(shí)，同樣也降低了伸長(zhǎng)在強(qiáng)化的同時(shí)，同樣也降低了伸長(zhǎng)率，提高了韌脆轉(zhuǎn)變溫度率，提高了韌脆轉(zhuǎn)變溫度TK3 3、細(xì)晶強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化2/1dKgg表達(dá)式表達(dá)式機(jī)理機(jī)理 晶粒越細(xì)晶粒越細(xì) 晶界、亞晶界越多晶界、亞晶界越多 有效有效阻止位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生位錯(cuò)塞積強(qiáng)化。阻止位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生位錯(cuò)塞積強(qiáng)化。效果效果 鋼的強(qiáng)度，又鋼的

35、強(qiáng)度，又塑性和韌度塑性和韌度這是最理想的強(qiáng)化途徑這是最理想的強(qiáng)化途徑. 著名的著名的Hall-petch公式公式 式中，式中，d為晶粒直徑，為晶粒直徑，Kg為系數(shù)為系數(shù) 晶界處位錯(cuò)塞積現(xiàn)象晶界處位錯(cuò)塞積現(xiàn)象4 4、第二相強(qiáng)化、第二相強(qiáng)化1PPKpgdS02 . 0表達(dá)式表達(dá)式機(jī)理機(jī)理 粒子間距粒子間距 微粒第二相微粒第二相釘扎釘扎位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)化效果強(qiáng)化效果 主要有切割機(jī)制和繞過(guò)機(jī)制。在鋼中主主要有切割機(jī)制和繞過(guò)機(jī)制。在鋼中主要是繞過(guò)機(jī)制。要是繞過(guò)機(jī)制。 兩種情況：回火時(shí)彌散沉淀析出強(qiáng)化，兩種情況：回火時(shí)彌散沉淀析出強(qiáng)化， 淬火時(shí)殘留第二相強(qiáng)化。淬火時(shí)殘留第二相強(qiáng)化。效果效果有效提高強(qiáng)度，

36、但稍降低塑韌性。有效提高強(qiáng)度，但稍降低塑韌性。 鋼強(qiáng)度表達(dá)式鋼強(qiáng)度表達(dá)式 位錯(cuò)被質(zhì)點(diǎn)障礙物所擋住位錯(cuò)被質(zhì)點(diǎn)障礙物所擋住在低碳結(jié)構(gòu)鋼中各種強(qiáng)化效果示意圖在低碳結(jié)構(gòu)鋼中各種強(qiáng)化效果示意圖二、合金鋼強(qiáng)化的有效性二、合金鋼強(qiáng)化的有效性 最終強(qiáng)化有效性取決于強(qiáng)化和弱化的綜合結(jié)果。最終強(qiáng)化有效性取決于強(qiáng)化和弱化的綜合結(jié)果。1 1、強(qiáng)化的有效性、強(qiáng)化的有效性 強(qiáng)化強(qiáng)化:彌散析出彌散析出P |-S|硬度峰值硬度峰值弱化弱化: M分解分解P |-S|弱化緩慢弱化緩慢 圖圖 強(qiáng)化和弱化的演變強(qiáng)化和弱化的演變 1- M分解；分解；2-彌散析出；彌散析出；3-綜合效應(yīng)綜合效應(yīng) 2、Me對(duì)強(qiáng)化有效性的影響對(duì)強(qiáng)化有效性的

37、影響 強(qiáng)化有效性取決于形成彌散相的強(qiáng)化有效性取決于形成彌散相的Me及其量。及其量。 Me量量 彌散相量彌散相量(有足夠的有足夠的C) 二次硬化二次硬化 例：含例：含0.10.15%C鋼，鋼， 需需0.10.2%V；0.080.12%Nb； 2.53.0%Cr強(qiáng)化強(qiáng)化 弱化弱化Me最小濃度最小濃度臨界值臨界值K類型類型含含C量量 圖圖 V對(duì)對(duì)40鋼回火硬度的作用鋼回火硬度的作用不同含不同含C量量的的V鋼，如鋼，如產(chǎn)生二次硬產(chǎn)生二次硬化，化，V的臨的臨界濃度是不界濃度是不同的同的，為什為什么么? 對(duì)結(jié)構(gòu)鋼，細(xì)晶強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化貢對(duì)結(jié)構(gòu)鋼，細(xì)晶強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化貢獻(xiàn)最大。合金鋼與獻(xiàn)最大。合金鋼與C C鋼的

38、強(qiáng)韌性差異，鋼的強(qiáng)韌性差異，主要不在于主要不在于MeMe本身的強(qiáng)化作用，而在于本身的強(qiáng)化作用，而在于MeMe對(duì)鋼相變過(guò)程的影響，并且對(duì)鋼相變過(guò)程的影響，并且MeMe的良好的良好作用，只有在進(jìn)行合適的熱處理?xiàng)l件下作用，只有在進(jìn)行合適的熱處理?xiàng)l件下才能充分得到發(fā)揮。才能充分得到發(fā)揮。需要充分理解需要充分理解三、三、MeMe對(duì)鋼韌性的影響對(duì)鋼韌性的影響 1、影響韌性的因素影響韌性的因素 強(qiáng)化強(qiáng)化因素因素 一般情況，鋼強(qiáng)度一般情況，鋼強(qiáng)度塑韌塑韌, 稱為稱為強(qiáng)韌強(qiáng)韌性轉(zhuǎn)變矛盾性轉(zhuǎn)變矛盾。除細(xì)化組織強(qiáng)化外，其它強(qiáng)。除細(xì)化組織強(qiáng)化外，其它強(qiáng)化因素都會(huì)程度不同地化因素都會(huì)程度不同地韌性。韌性。 危害最大是間

39、隙固溶；沉淀強(qiáng)化較小危害最大是間隙固溶；沉淀強(qiáng)化較小,但但對(duì)強(qiáng)化貢獻(xiàn)較大。對(duì)強(qiáng)化貢獻(xiàn)較大。合金合金元素元素 Ni韌性韌性；Mn在少量時(shí)也有效果；其它在少量時(shí)也有效果；其它常用元素都在不同程度上常用元素都在不同程度上韌性韌性晶粒晶粒度度 細(xì)晶既細(xì)晶既S，又又TK（韌脆轉(zhuǎn)變溫度）（韌脆轉(zhuǎn)變溫度）, 即即 韌性韌性 最佳組織因素。最佳組織因素。第二第二相相 K韌性。韌性。K 小、勻、圓、適量小、勻、圓、適量 工藝努力方向。工藝努力方向。 雜質(zhì)往往是形變斷裂的孔洞形成核心，雜質(zhì)往往是形變斷裂的孔洞形成核心， 提高鋼的冶金質(zhì)量是必須的。提高鋼的冶金質(zhì)量是必須的。雜質(zhì)雜質(zhì) 合金元素對(duì)鐵素體合金元素對(duì)鐵素體

40、 沖擊韌度的影響沖擊韌度的影響 晶粒大小對(duì)強(qiáng)度、韌脆轉(zhuǎn)晶粒大小對(duì)強(qiáng)度、韌脆轉(zhuǎn) 變溫度變溫度TK的影響的影響20MnSi鋼不同晶粒度的低溫沖擊性能鋼不同晶粒度的低溫沖擊性能2 2、提高鋼韌度的合金化途徑、提高鋼韌度的合金化途徑 1）細(xì)化晶粒、組織）細(xì)化晶粒、組織 如如Ti、V、Mo； 2）回火穩(wěn)定性回火穩(wěn)定性 如強(qiáng)如強(qiáng)K形成元素形成元素 ； 3）改善基體韌度）改善基體韌度 Ni ； 4）細(xì)化細(xì)化K 適量適量Cr、V，使使K小而勻小而勻 ； 5）降低或消除鋼的回火脆性）降低或消除鋼的回火脆性 W、Mo ； 6）在保證強(qiáng)度水平下，適當(dāng)）在保證強(qiáng)度水平下，適當(dāng)含含C量量. 冶金質(zhì)量。冶金質(zhì)量。 思考題

41、：思考題： 有些零件為什么要經(jīng)過(guò)調(diào)有些零件為什么要經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理，而不直接用正火態(tài)質(zhì)處理，而不直接用正火態(tài)? ?1.10 Me對(duì)鋼工藝性的影響對(duì)鋼工藝性的影響 一、冷成形性冷成形性 冷成型性包括：深沖、拉延、彎曲等。冷成型性包括：深沖、拉延、彎曲等。 冷作硬化率是在冷變形過(guò)程中，材料變硬變冷作硬化率是在冷變形過(guò)程中，材料變硬變脆程度的表征參量。冷作硬化率高，材料的冷脆程度的表征參量。冷作硬化率高，材料的冷成型性差。成型性差。P、Si、C等元素等元素冷作硬化率。冷作硬化率。需要冷成型的材料應(yīng)嚴(yán)格控制需要冷成型的材料應(yīng)嚴(yán)格控制P P、N N量，盡可能量，盡可能SiSi、C C等量。等量。二、熱壓力加

42、工性二、熱壓力加工性 熱壓力加工有鍛造、軋制、拉拔等。熱壓力加工有鍛造、軋制、拉拔等。 Me溶入基體溶入基體 產(chǎn)生畸變產(chǎn)生畸變, ,熱變形抗力熱變形抗力 熱壓力加工性能熱壓力加工性能。如如Mo、W、Cr、V等元素等元素影響較大。影響較大。C和和Me量較多時(shí)，形成共晶量較多時(shí)，形成共晶K，熱，熱壓力加工性更差。壓力加工性更差。 合金鋼的熱壓力加工性能比碳鋼差。高速鋼合金鋼的熱壓力加工性能比碳鋼差。高速鋼等高合金鋼的熱壓力加工難度是較大的等高合金鋼的熱壓力加工難度是較大的.三、切削加工性三、切削加工性 不同情況側(cè)重點(diǎn)不同，如粗加工，主要考慮不同情況側(cè)重點(diǎn)不同，如粗加工，主要考慮速度；精加工主要考慮

43、表面粗糙度。速度；精加工主要考慮表面粗糙度。 C鋼鋼 硬度在硬度在170230HB，切削性能最好切削性能最好.對(duì)組織來(lái)說(shuō)，對(duì)組織來(lái)說(shuō)，P:F=1:1較佳較佳。不同含。不同含C量的鋼要量的鋼要得到較好的切削性，其預(yù)處理是不同的：得到較好的切削性，其預(yù)處理是不同的： 對(duì)對(duì)C鋼鋼: 0.1%C,宜淬火；宜淬火； 0.5%C,宜正火；宜正火； 0.8%C,宜球化退火宜球化退火思考題：思考題： 為什么鋼的切屑是連續(xù)為什么鋼的切屑是連續(xù)的，而鑄鐵的切屑是碎的，而鑄鐵的切屑是碎片狀斷開的片狀斷開的? ?四四、材料的熱處理工藝性材料的熱處理工藝性鋼號(hào)鋼號(hào)合金元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)含量合金元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)含量 / %P轉(zhuǎn)變?cè)?/p>

44、育期轉(zhuǎn)變?cè)杏?/ 秒秒35CrCr + Ni = 1.341235CrMoCr+Mo= 1.38 3540CrNiMoCr+Mo+Ni= 3.25 500淬透性淬透性 一般是指淬火時(shí)獲得一般是指淬火時(shí)獲得M的能力的能力. 合金元素復(fù)合作用大合金元素復(fù)合作用大,不是簡(jiǎn)單加和不是簡(jiǎn)單加和. 在結(jié)構(gòu)鋼中，在結(jié)構(gòu)鋼中，M淬透性作用顯著的元素從大淬透性作用顯著的元素從大到小排列：（到小排列：（B）、）、Mn、Mo、Cr、Si、Ni 。淬透淬透性好性好的作的作用用 可以使工件得到均勻而良好的力學(xué)可以使工件得到均勻而良好的力學(xué)性能，滿足技術(shù)要求；性能，滿足技術(shù)要求； 在淬火時(shí)，可選用較緩和的冷卻介在淬火時(shí)

45、，可選用較緩和的冷卻介質(zhì)，以減小工件的變形與開裂傾向質(zhì)，以減小工件的變形與開裂傾向 +Mo 能有效能有效P轉(zhuǎn)變，但不能完全轉(zhuǎn)變，但不能完全先共先共析析F的析出的析出B淬淬透性透性 +B 偏聚晶界偏聚晶界 有效抑制先共析有效抑制先共析F的析出的析出0.40%C析出析出5%F5%F（600） 0.14%Mo 0.35%Mo 0.60%Mo 1 2 4P開始轉(zhuǎn)變時(shí)間開始轉(zhuǎn)變時(shí)間 1 3 36貝氏體貝氏體淬透性淬透性 合金化基本元素是合金化基本元素是0.5%Mo + 微量微量B。淬硬性淬硬性 理想淬火條件下理想淬火條件下,形成形成M能達(dá)到的最高硬度能達(dá)到的最高硬度.淬硬性主要與鋼的含碳量有關(guān)淬硬性主要

46、與鋼的含碳量有關(guān)。變形開裂傾向變形開裂傾向 熱應(yīng)力熱應(yīng)力變形變形;組織應(yīng)力組織應(yīng)力 開裂開裂;附加應(yīng)力附加應(yīng)力較復(fù)雜較復(fù)雜.影響因素比較復(fù)雜影響因素比較復(fù)雜,要綜合分析要綜合分析. 采用分級(jí)淬火、等溫淬火或雙液淬火可降采用分級(jí)淬火、等溫淬火或雙液淬火可降低應(yīng)力，減小變形開裂傾向。采用調(diào)質(zhì)、球低應(yīng)力，減小變形開裂傾向。采用調(diào)質(zhì)、球化退火等預(yù)先熱處理也可減小零件的變形。化退火等預(yù)先熱處理也可減小零件的變形。 過(guò)熱敏感性和氧化脫碳傾向過(guò)熱敏感性和氧化脫碳傾向 奧氏體晶粒急劇長(zhǎng)大的敏感性?shī)W氏體晶粒急劇長(zhǎng)大的敏感性, 含含Mn鋼大鋼大.如如40Mn2、50Mn2、35SiMn、65Mn等。等。 氧化和脫

47、碳往往伴隨產(chǎn)生氧化和脫碳往往伴隨產(chǎn)生. Si.含硅鋼氧含硅鋼氧化脫碳傾向較大，如化脫碳傾向較大，如9SiCr、42SiMn、60Si2Mn、30CrMnSi等。等。 脫碳會(huì)降低鋼的硬度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度，脫碳會(huì)降低鋼的硬度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度，脫碳對(duì)于工具、軸承、彈簧等零件是極其有脫碳對(duì)于工具、軸承、彈簧等零件是極其有害的害的.回火穩(wěn)定性回火穩(wěn)定性( (熱穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性) ) 合金鋼回火穩(wěn)定性要比碳鋼好合金鋼回火穩(wěn)定性要比碳鋼好. .同樣回火硬同樣回火硬度度, ,合金鋼的回火溫度高合金鋼的回火溫度高, ,時(shí)間也可長(zhǎng)些時(shí)間也可長(zhǎng)些, ,應(yīng)力應(yīng)力消除也大些消除也大些; ;同樣塑韌性同樣塑韌性, ,合

48、金鋼的強(qiáng)度比碳合金鋼的強(qiáng)度比碳鋼高鋼高. . 回火脆性回火脆性 (前面已介紹前面已介紹) 鋼的編號(hào)方法自學(xué)鋼的編號(hào)方法自學(xué)1.8 1.8 金屬材料的環(huán)境協(xié)調(diào)性設(shè)計(jì)金屬材料的環(huán)境協(xié)調(diào)性設(shè)計(jì) 目前世界上金屬材料及其合金的種類大約有三目前世界上金屬材料及其合金的種類大約有三千多種。千多種。 材料的廢棄物再生循環(huán)很困難材料的廢棄物再生循環(huán)很困難 可再生循環(huán)設(shè)計(jì)已成為鋼鐵材料設(shè)計(jì)的一個(gè)可再生循環(huán)設(shè)計(jì)已成為鋼鐵材料設(shè)計(jì)的一個(gè)重要原則。傳統(tǒng)的思路和方法應(yīng)該更新。應(yīng)該發(fā)重要原則。傳統(tǒng)的思路和方法應(yīng)該更新。應(yīng)該發(fā)展少品種、泛用途、多目的的標(biāo)準(zhǔn)合金系列。所展少品種、泛用途、多目的的標(biāo)準(zhǔn)合金系列。所以就出現(xiàn)了通用合

49、金和簡(jiǎn)單合金的概念。以就出現(xiàn)了通用合金和簡(jiǎn)單合金的概念。1.8.1 1.8.1 通用合金與簡(jiǎn)單合金通用合金與簡(jiǎn)單合金 通用通用合金合金 又稱為泛用性合金。這種通用又稱為泛用性合金。這種通用合金能滿足通用性能，合金在具體合金能滿足通用性能，合金在具體用途中的性能要求則可以通過(guò)不同用途中的性能要求則可以通過(guò)不同的熱處理等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。的熱處理等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。 Fe-Cr-Ni、Fe-Cr-Mn鋼鋼. 通過(guò)改通過(guò)改變變Fe、Cr、Ni（Mn）的相對(duì)含量，）的相對(duì)含量，其組織結(jié)構(gòu)和性能也可以在很大范其組織結(jié)構(gòu)和性能也可以在很大范圍內(nèi)變化。圍內(nèi)變化。 Cr-Mo鋼鋼, 耐熱鋼耐熱鋼 簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單合金合金 組元組

50、成簡(jiǎn)單的合金系就叫組元組成簡(jiǎn)單的合金系就叫做簡(jiǎn)單合金。簡(jiǎn)單合金在成分設(shè)做簡(jiǎn)單合金。簡(jiǎn)單合金在成分設(shè)計(jì)上有幾個(gè)特點(diǎn)：計(jì)上有幾個(gè)特點(diǎn)： 合金組元簡(jiǎn)單，再生循環(huán)過(guò)合金組元簡(jiǎn)單，再生循環(huán)過(guò)程中容易分選；程中容易分選； 原則上不加入目前還不能用原則上不加入目前還不能用精煉方法除去的元素；精煉方法除去的元素； 盡量不使用環(huán)境協(xié)調(diào)性不好盡量不使用環(huán)境協(xié)調(diào)性不好的合金元素。的合金元素。兩個(gè)兩個(gè)基本基本原則原則 （1 1）在維持合金高性能的前提）在維持合金高性能的前提下，盡量減少合金組元數(shù)；下，盡量減少合金組元數(shù)； （2 2）獲得合金高性能時(shí)，以控）獲得合金高性能時(shí)，以控制顯微組織作為加入合金元素的替制顯微組織

51、作為加入合金元素的替代方法。代方法。 這種設(shè)計(jì)合金的思路叫這種設(shè)計(jì)合金的思路叫省合金化設(shè)計(jì)或最小省合金化設(shè)計(jì)或最小合金化法合金化法。簡(jiǎn)單合金的主要用途是代替大量消。簡(jiǎn)單合金的主要用途是代替大量消費(fèi)的金屬結(jié)構(gòu)件材料。費(fèi)的金屬結(jié)構(gòu)件材料。 Si-Mn合金鋼就是目前重點(diǎn)開發(fā)的一合金鋼就是目前重點(diǎn)開發(fā)的一種普通的簡(jiǎn)單合金?？梢酝ㄟ^(guò)各種熱處種普通的簡(jiǎn)單合金。可以通過(guò)各種熱處理獲得不同的組織結(jié)構(gòu)，如理獲得不同的組織結(jié)構(gòu)，如F+P、F+B、B+M、B、M等，等，得到不同強(qiáng)度、塑得到不同強(qiáng)度、塑性配比的性能，以滿足各種用途。性配比的性能，以滿足各種用途。 Si和和Mn作為主要合金元素，在地球上作為主要合金元素，在地球上儲(chǔ)量相當(dāng)大，并容易提取。是一個(gè)有前儲(chǔ)量相當(dāng)大，并容易提取。是一個(gè)有前途的環(huán)境材料系列。在汽車薄板和沖壓途的環(huán)境材料系列。在汽車薄板和沖壓件上得到了廣泛的應(yīng)用件上得到了廣泛的應(yīng)用典典型型例例子子1.8.2 1.8