合金元素對(duì)鋼影響

1、第三節(jié) 合金元素對(duì)鋼的影響為什么要加入合金元素？為什么要加入合金元素？一、碳鋼的局限性一、碳鋼的局限性 1.淬透性低淬透性低 2.強(qiáng)度和屈強(qiáng)比低強(qiáng)度和屈強(qiáng)比低 3.高溫強(qiáng)度差高溫強(qiáng)度差 4.不能不能滿足特殊性能的要求滿足特殊性能的要求合金元素能起什么作用呢？合金元素能起什么作用呢？二、合金元素對(duì)鋼中基本相的影響二、合金元素對(duì)鋼中基本相的影響1 1、合金固溶體、合金固溶體 Fe(Me)2 2、合金滲碳體、合金滲碳體 (Fe,Me)3C3 3、合金碳化物、合金碳化物 TiC 、NbC 、 WC 、 VC 、4 4、非金屬夾雜、非金屬夾雜 MnS, MnO, SiO2 , Al2O35 5、Cu ,

2、 Pb Cu , Pb 以游離狀態(tài)存在以游離狀態(tài)存在合金元素在鋼中的存在形式取決于合金元素在鋼中的存在形式取決于：1 1、合金元素本身的性質(zhì)、合金元素本身的性質(zhì)2 2、合金元素的含量以及碳的含量、合金元素的含量以及碳的含量3 3、熱處理?xiàng)l件（加熱溫度、冷卻條件）、熱處理?xiàng)l件（加熱溫度、冷卻條件）1.形成合金碳化物形成合金碳化物 MnMn：弱碳化物形成元素，：弱碳化物形成元素， CrCr、MoMo、WW：屬于中強(qiáng)碳化物形成元素，：屬于中強(qiáng)碳化物形成元素， V V 、TiTi、NbNb、Zr Zr ：是強(qiáng)碳化物形成元素。：是強(qiáng)碳化物形成元素。與與C C的親和力強(qiáng)的合金元素形成的特殊碳化物的親和力強(qiáng)

3、的合金元素形成的特殊碳化物 穩(wěn)定性好，具有高熔點(diǎn)、高硬度、高耐磨性和穩(wěn)定性好，具有高熔點(diǎn)、高硬度、高耐磨性和 不易分解等特點(diǎn)。不易分解等特點(diǎn)。碳化物的穩(wěn)定性越高，熱處理加熱時(shí)，碳化物的溶解碳化物的穩(wěn)定性越高，熱處理加熱時(shí)，碳化物的溶解 及奧氏體的均勻化越困難。同樣在冷卻及回火過程中及奧氏體的均勻化越困難。同樣在冷卻及回火過程中 碳化物的析出及其聚集長(zhǎng)大也越困難。碳化物的析出及其聚集長(zhǎng)大也越困難。2.2.形成合金固溶體形成合金固溶體 凡是溶入鐵素體的合金元素均起固溶強(qiáng)化作凡是溶入鐵素體的合金元素均起固溶強(qiáng)化作用，即，使鋼的強(qiáng)度和硬度提高、韌性降低用，即，使鋼的強(qiáng)度和硬度提高、韌性降低。合金元素對(duì)

4、合金元素對(duì)F F體斷面收縮率的影響體斷面收縮率的影響三、合金元素對(duì)鐵碳合金相圖的影響三、合金元素對(duì)鐵碳合金相圖的影響1 1、對(duì)奧氏體相區(qū)的影響、對(duì)奧氏體相區(qū)的影響（1 1）擴(kuò)大）擴(kuò)大A A區(qū)區(qū) NiNi、MnMn、CoCo、C C、N N、CuCu等元素的加入會(huì)使奧氏體相等元素的加入會(huì)使奧氏體相區(qū)擴(kuò)大，特別是區(qū)擴(kuò)大，特別是NiNi、MnMn的影響更大的影響更大室溫下室溫下1Cr18Ni9 1Cr18Ni9 為單相為單相A A體不銹鋼體不銹鋼高錳鋼高錳鋼 Mn13 Mn13 水韌處理后獲水韌處理后獲得單一的得單一的A A體體（2 2）縮?。┛s小A A區(qū)區(qū)CrCr、WW、MoMo、V V、TiTi

5、、AlAl、Si Si等等元素的加入會(huì)使奧氏體相區(qū)縮元素的加入會(huì)使奧氏體相區(qū)縮小，特別是小，特別是CrCr、 Si Si含量高時(shí)將含量高時(shí)將限制限制A A體區(qū)，甚至完全消失。體區(qū)，甚至完全消失。1Cr17Ti 1Cr17Ti 0Cr13 0Cr13 為單相為單相F F體體2 2、對(duì)鐵碳相圖中、對(duì)鐵碳相圖中S S點(diǎn)、點(diǎn)、E E點(diǎn)的影響點(diǎn)的影響3 3、對(duì)共析轉(zhuǎn)變溫度、對(duì)共析轉(zhuǎn)變溫度A A1 1的影響的影響所有的合金元素都使所有的合金元素都使S S點(diǎn)左移，而大部分合金點(diǎn)左移，而大部分合金元素均使元素均使E E點(diǎn)左移，因此，含碳量相同的碳鋼點(diǎn)左移，因此，含碳量相同的碳鋼和合金鋼具有不同的顯微組織。和合

6、金鋼具有不同的顯微組織。使共析轉(zhuǎn)變點(diǎn)使共析轉(zhuǎn)變點(diǎn)S S左移左移 鋼中鋼中P%P%，強(qiáng)度增，強(qiáng)度增加加 。使共晶轉(zhuǎn)變點(diǎn)使共晶轉(zhuǎn)變點(diǎn)E E 左移左移 鋼中出現(xiàn)鋼中出現(xiàn)Ld Ld 。擴(kuò)大擴(kuò)大A A相區(qū)的元素使鐵碳合金相圖中共析轉(zhuǎn)變相區(qū)的元素使鐵碳合金相圖中共析轉(zhuǎn)變溫度溫度A A1 1下降；縮小下降；縮小A A相區(qū)的元素則使其上升，相區(qū)的元素則使其上升，并都使共析反應(yīng)在一個(gè)溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。并都使共析反應(yīng)在一個(gè)溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。四、合金元素對(duì)鋼熱處理的影響四、合金元素對(duì)鋼熱處理的影響1 1、合金元素對(duì)加熱時(shí)相變的影響、合金元素對(duì)加熱時(shí)相變的影響 對(duì)奧氏體形成速度的影響對(duì)奧氏體形成速度的影響 CrCr、Mo

7、Mo、W W、V V、TiTi、NbNb、ZrZr等等強(qiáng)碳化物形成元素強(qiáng)碳化物形成元素與與C C的親和力強(qiáng)，形成難溶于奧氏體的合金碳化物，顯的親和力強(qiáng)，形成難溶于奧氏體的合金碳化物，顯著阻礙著阻礙C C的擴(kuò)散，大大減慢奧氏體形成速度。為了加速的擴(kuò)散，大大減慢奧氏體形成速度。為了加速碳化物的溶解和奧氏體成分的均勻化，必須提高加熱溫碳化物的溶解和奧氏體成分的均勻化，必須提高加熱溫度并保溫更長(zhǎng)時(shí)間。度并保溫更長(zhǎng)時(shí)間。 CoCo、NiNi等部分等部分非碳化物形成元素非碳化物形成元素能增大能增大C C的擴(kuò)散速的擴(kuò)散速 度，使奧氏體形成速度加快。度，使奧氏體形成速度加快。 AlAl、SiSi、MnMn等合

8、金元素對(duì)奧氏體形成速度影響不大。等合金元素對(duì)奧氏體形成速度影響不大。對(duì)奧氏體晶粒大小的影響對(duì)奧氏體晶粒大小的影響除除CoCo、NiNi以外，絕大多數(shù)合金元素，特別是強(qiáng)以外，絕大多數(shù)合金元素，特別是強(qiáng)碳化物形成元素由于形成合金滲碳體和特殊碳化碳化物形成元素由于形成合金滲碳體和特殊碳化物，更難溶入奧氏體中，并且阻礙奧氏體晶界的物，更難溶入奧氏體中，并且阻礙奧氏體晶界的移動(dòng)和奧氏體晶粒的長(zhǎng)大，起到細(xì)化晶粒的作用。移動(dòng)和奧氏體晶粒的長(zhǎng)大，起到細(xì)化晶粒的作用。V V、TiTi、NbNb、ZrZr強(qiáng)烈阻礙強(qiáng)烈阻礙A A體晶粒長(zhǎng)大體晶粒長(zhǎng)大 W W、CrCr、MoMo中等阻礙中等阻礙A A體晶粒長(zhǎng)大體晶粒長(zhǎng)

9、大 MnMn、B B促進(jìn)促進(jìn)A A體晶粒長(zhǎng)大體晶粒長(zhǎng)大2 2、合金元素對(duì)過冷奧氏體轉(zhuǎn)變的影響、合金元素對(duì)過冷奧氏體轉(zhuǎn)變的影響合金元素對(duì)合金元素對(duì)C C曲線的影響曲線的影響除除CoCo外，幾乎所有合金元素溶入奧氏體后都增大過冷奧外，幾乎所有合金元素溶入奧氏體后都增大過冷奧氏體的穩(wěn)定性，使氏體的穩(wěn)定性，使C C曲線右移，即提高鋼的淬透性。曲線右移，即提高鋼的淬透性。MoMo、MnMn、W W、CrCr、NiNi、SiSi、AlAl對(duì)淬透性作用依次由強(qiáng)到弱。對(duì)淬透性作用依次由強(qiáng)到弱。 對(duì)對(duì)C C曲線形狀的影響曲線形狀的影響注意：注意：加入合金元素，只有完全溶入奧氏體才能提高淬透性。加入合金元素，只有

10、完全溶入奧氏體才能提高淬透性。兩種或多種合金元素同時(shí)加入對(duì)淬透性的影響，比單一元兩種或多種合金元素同時(shí)加入對(duì)淬透性的影響，比單一元素的影響強(qiáng)得多。素的影響強(qiáng)得多。合金元素對(duì)合金元素對(duì)V VK K影響的示意圖影響的示意圖合金元素對(duì)C 曲線影響示意圖Si Si基本不影響基本不影響MsMs、MfMf點(diǎn)，除點(diǎn)，除CoCo、AlAl外，多數(shù)外，多數(shù)合金元素使合金元素使MsMs、MfMf點(diǎn)下降，導(dǎo)致殘余奧氏體增加。點(diǎn)下降，導(dǎo)致殘余奧氏體增加。合金元素對(duì)馬氏體轉(zhuǎn)變的影響合金元素對(duì)馬氏體轉(zhuǎn)變的影響合金元素對(duì)合金元素對(duì)MsMs點(diǎn)的影響點(diǎn)的影響合金元素對(duì)殘余奧氏體量的影響合金元素對(duì)殘余奧氏體量的影響（含含1.0的

11、鋼在的鋼在1150淬火淬火）五、合金元素對(duì)回火轉(zhuǎn)變的影響五、合金元素對(duì)回火轉(zhuǎn)變的影響1 1、提高回火穩(wěn)定性、提高回火穩(wěn)定性 回火穩(wěn)定性回火穩(wěn)定性：淬火鋼在回火時(shí)硬度下降快慢的性質(zhì)。：淬火鋼在回火時(shí)硬度下降快慢的性質(zhì)。 原因：原因：（1 1）推遲馬氏體的分解和殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變推遲馬氏體的分解和殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變 ( (即在較高溫度才開始分解和轉(zhuǎn)變即在較高溫度才開始分解和轉(zhuǎn)變) ) （2 2）提高鐵素體的再結(jié)晶溫度）提高鐵素體的再結(jié)晶溫度 提高回火穩(wěn)定性作用較強(qiáng)的合金元素有：提高回火穩(wěn)定性作用較強(qiáng)的合金元素有： V V、SiSi、MoMo、W W、NiNi、CoCo等。等。2 2、產(chǎn)生二次硬化、產(chǎn)生

12、二次硬化 二次硬化二次硬化：淬火鋼在回火時(shí)：淬火鋼在回火時(shí)隨著回火溫度的升高，硬度隨著回火溫度的升高，硬度不下降反而升高的現(xiàn)象。不下降反而升高的現(xiàn)象。3 3、增大回火脆性、增大回火脆性 回火脆性回火脆性：在某些溫度區(qū)間回火時(shí)，鋼的硬度顯著下：在某些溫度區(qū)間回火時(shí)，鋼的硬度顯著下降的現(xiàn)象。降的現(xiàn)象。 消除方法：消除方法：快冷；快冷；加入加入 Mo Mo 或或 W W合金鋼的強(qiáng)化機(jī)制：合金鋼的強(qiáng)化機(jī)制：合金合金F F 的的固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化M M位錯(cuò)強(qiáng)化位錯(cuò)強(qiáng)化細(xì)晶強(qiáng)化細(xì)晶強(qiáng)化（F F、M M晶粒度，晶粒度，P P片間距片間距）彌散強(qiáng)化彌散強(qiáng)化（也稱第二相（沉淀）強(qiáng)化）（也稱第二相（沉淀）強(qiáng)化）六、結(jié)構(gòu)鋼中常用的合金元素及其作用六、結(jié)構(gòu)鋼中常用的合金元素及其作用主加元素：主加元素：CrCr、NiNi、SiSi、MnMn輔加元素：輔加元素：W W、MoMo、V V、TiTi、B B總結(jié)Mo 、Cr 、Mn、B強(qiáng)淬透，強(qiáng)淬透，Ni、Si二者稍落后。二者稍落后