工程材料第二章第五節(jié)

工程材料第二章第五節(jié)第一頁，共三十頁，2022年，8月28日

1.擴大γ相區(qū)的元素（奧氏體穩(wěn)定化元素）

Mn、Ni、Co、C、N、Cu等

使A4點(δγ轉(zhuǎn)變點)上升,A3點(γα轉(zhuǎn)變點)下降,擴大γ相范圍。

一、溶于鐵中形成固溶體

溶入奧氏體中,形成合金奧氏體。溶入鐵素體中，形成合金鐵素體。

Ni、Mn等加入到一定量后，使γ相區(qū)擴大到室溫，稱完全擴大γ相區(qū)元素。

C、N、Cu等，γ相區(qū)不能擴大到室溫，稱為部分擴大γ相區(qū)的元素。第二頁，共三十頁，2022年，8月28日(a)Fe-Cu相圖

(b)Fe-Mn相圖擴大A相區(qū)的相圖

第三頁，共三十頁，2022年，8月28日2.縮小γ相區(qū)元素（鐵素體穩(wěn)定化元素）

Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si、B、Nb、Zr

使A3點上升,A4點下降?？s小γ相區(qū)存在的范圍,使鐵素體區(qū)擴大。鉻質(zhì)量分數(shù)小于7%時,A3點下降。大于7%后,A3點迅速上升。Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si完全封閉γ相區(qū)的元素。

B、Nb、Zr部分縮小γ相區(qū)的元素。第四頁，共三十頁，2022年，8月28日(a)Fe-Nb相圖

(b)Fe-Cr相圖縮小γ-相區(qū)的相圖

第五頁，共三十頁，2022年，8月28日

二、形成碳化物

合金元素按與鋼中碳的親和力的大小分為：碳化物形成元素、非碳化物形成元素

●碳化物形成元素：Zr、Ti、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn等(按碳化物的穩(wěn)定性程度由強到弱排列)

固溶于基體相中:F(Mn)、A(Cr)

形成合金滲碳體:(Fe、Cr)3C

形成合金碳化物：Cr7C3、VC、WC

●非碳化物形成元素：Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B等。都溶于鐵素體和奧氏體中。第六頁，共三十頁，2022年，8月28日2.5.2合金元素對Fe-Fe3C相圖的影響

Mn、Ni、Co、C、N、Cu擴大Fe-Fe3C相圖中的γ相區(qū)，使S點下降；Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si等縮小Fe-Fe3C相圖中的γ相區(qū)，使S點上升。

合金元素使共析反應在一個溫度范圍內(nèi)進行。幾乎所有的合金元素都使S點和E點左移,強碳化物形成元素作用強烈。第七頁，共三十頁，2022年，8月28日Ni或Mn的含量較多時,可使鋼在室溫下得到單相奧氏體組織。如12Cr18Ni9(1Cr18Ni9)奧氏體不銹鋼

ZGMn13高錳鋼

Cr、Ti、Si等超過一定含量時,可使鋼在室溫獲得單相鐵素體組織。如10Cr17Mo(1Cr17Mo)高鉻鐵素體不銹鋼（括弧內(nèi)為舊牌號）第八頁，共三十頁，2022年，8月28日

2.5.3合金元素對鋼熱處理的影響

一、合金元素對加熱時相變的影響

1.對奧氏體形成速度的影響

●Cr、Mo、W、V等強碳化物形成元素與碳形成難溶于奧氏體的合金碳化物,顯著減慢奧氏體形成速度。

●Co、Ni等部分非碳化物形成元素,因增大碳的擴散速度,使奧氏體的形成速度加快。

●Al、Si、Mn等合金元素對奧氏體形成速度影響不大。

2.對奧氏體晶粒大小的影響

●強烈阻礙晶粒長大的元素：V、Ti、Nb、Zr等。

●中等阻礙晶粒長大的元素：W、Mo、Cr等。

●對晶粒長大影響不大的元素：Si、Ni、Cu等。

●促進晶粒長大的元素：Mn、P等。

第九頁，共三十頁，2022年，8月28日

二、合金元素對過冷奧氏體分解轉(zhuǎn)變的影響

●對淬透性影響除Co外,幾乎所有合金元素都增大過冷奧氏體的穩(wěn)定性,推遲珠光體類型組織的轉(zhuǎn)變,使C曲線右移,即提高鋼的淬透性。常用提高淬透性的元素：

Mo、Mn、Cr、Ni、Si、B等。兩種或多種合金元素同時加入(鉻錳、鉻鎳),比單個元素對淬透性的影響要強得多。老師提示

加入的合金元素,只有溶于奧氏體時,才能提高淬透性。如果未完全溶解,則碳化物會成為珠光體的核心,反而降低鋼的淬透性。第十頁，共三十頁，2022年，8月28日合金元素對過冷A等溫轉(zhuǎn)變曲線的影響第十一頁，共三十頁，2022年，8月28日●對殘余奧氏體量的影響除Co、Al外,多數(shù)合金元素都使Ms和Mf點下降。作用大小的次序：Mn、Cr、Ni、Mo、W、Si。Mn的作用最強,Si影響很小。

Ms和Mf點的下降,使淬火后鋼中殘余奧氏體量增多。

殘余奧氏體量過多時，進行冷處理(冷至Mf點以下),轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體?；蜻M行多次回火，殘余奧氏體因析出合金碳化物會使Ms、Mf點上升，在回火后冷卻過程中轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體或貝氏體(二次淬火)。第十二頁，共三十頁，2022年，8月28日

三、合金元素對回火轉(zhuǎn)變的影響

1.提高回火穩(wěn)定性

推遲馬氏體的分解和殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變(在較高溫度才開始分解和轉(zhuǎn)變)。提高鐵素體的再結晶溫度。使碳化物難以聚集長大。合金元素提高鋼的回火穩(wěn)定性（鋼對回火軟化的抗力）。提高回火穩(wěn)定性作用較強的合金元素有：

V、Si、Mo、W、Ni、Co等。

第十三頁，共三十頁，2022年，8月28日2.產(chǎn)生二次硬化

Mo、W、V含量較高的合金鋼回火時,硬度不是隨回火溫度升高單調(diào)降低,到某一溫度(約400℃)后開始增大,并在更高溫度(一般為550℃左右)達到峰值。稱二次硬化現(xiàn)象。

碳質(zhì)量分數(shù)為0.35%的鉬鋼硬度與回火溫度的關系第十四頁，共三十頁，2022年，8月28日

（1）當回火溫度低于450℃時,鋼中析出滲碳體，硬度降低。在450℃以上滲碳體溶解,鋼中開始沉淀出彌散穩(wěn)定的難熔碳化物Mo2C、W2C、VC等,使硬度升高,稱為沉淀硬化。（2）回火時冷卻過程中殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的二次淬火也導致硬度升高。產(chǎn)生二次硬化的原因

第十五頁，共三十頁，2022年，8月28日3.增大回火脆性

和碳鋼一樣,合金鋼也產(chǎn)生回火脆性,而且更明顯。這是合金元素的不利影響。鉻鎳鋼的韌性與回火溫度的關系第十六頁，共三十頁，2022年，8月28日高溫回火脆性：在450℃～600℃間發(fā)生的第二類回火脆性。主要與某些雜質(zhì)元素以及合金元素本身在原奧氏體晶界上的嚴重偏聚有關,多發(fā)生在含Mn、Cr、Ni等元素的合金鋼中。老師提示

回火后快冷(通常用油冷)可防止回火脆性發(fā)生。鋼中加入適當Mo或W(0.5%Mo,1%W)可基本上消除這類脆性。第十七頁，共三十頁，2022年，8月28日2.5.4合金元素對鋼的工藝性能的影響

一、合金元素對鋼熱加工性能的影響

1.對鑄造性能影響

Cr、Mo、V、Ti、Al等在鋼中形成高熔點碳化物或氧化物質(zhì)點,增大鋼的粘度,降低流動性,使鑄造性能惡化。

第十八頁，共三十頁，2022年，8月28日

2.對鍛造性能影響合金元素溶入固溶體中,或形成碳化物,都使鋼的熱變形抗力提高和熱塑性明顯下降，容易鍛裂。一般合金鋼的熱加工性能比碳鋼要差得多。

第十九頁，共三十頁，2022年，8月28日3.對焊接性能影響

合金元素都提高鋼的淬透性,促進脆性組織(馬氏體)的形成,使焊接性能變壞。鋼中含有少量Ti和V,可改善鋼的焊接性能。

第二十頁，共三十頁，2022年，8月28日

二、合金元素對鋼冷加工性能的影響

合金元素溶于固溶體，加劇鋼的加工硬化,使鋼變硬、變脆,易開裂或難于繼續(xù)變形。

Si、Ni、Cr、V、Cu等降低鋼的深沖性能,Nb、Ti、Zr和Re能改善碳化物的形態(tài),可提高鋼的沖壓性能。

第二十一頁，共三十頁，2022年，8月28日

鋼適合于切削加工的硬度范圍為170HB～230HB。一般合金鋼的切削性能比碳鋼差。但適當加入S、P、Pb等元素可以大大改善鋼的切削性能。第二十二頁，共三十頁，2022年，8月28日

三、合金元素對鋼熱處理工藝性能的影響

熱處理工藝性能反映鋼熱處理的難易程度和熱處理產(chǎn)生缺陷的傾向。

合金鋼的淬透性高，淬火時采用比較緩慢的冷卻方法，減少工件變形和開裂。

Mn、Si會增大鋼的過熱敏感性。

Mn、Cr、Ni增加高溫回火脆性。

Mo、W

基本消除高溫回火脆性。

Si促進脫碳，Cr降低脫碳。第二十三頁，共三十頁，2022年，8月28日

加入合金元素的主要目的之一是。提高鋼的強度。提高強度,要設法增大位錯運動的阻力。金屬中的強化機制主要有

固溶強化位錯強化細晶強化第二相(沉淀和彌散)強化合金元素的強化作用,正是利用了這些強化機制。

2.5.5合金元素對鋼的性能的影響一、合金元素對鋼的力學性能的影響第二十四頁，共三十頁，2022年，8月28日1.對正火狀態(tài)下鋼的力學性能的影響

合金元素降低共析點的碳質(zhì)量分數(shù)（S點左左移)，使C曲線右移,使組織中的珠光體增多,珠光體層片減薄,鋼的強度增加,塑性下降。合金鋼在正火（空冷）狀態(tài)下可得到層片距離更小的珠光體,或貝氏體甚至馬氏體組織,強度大為增加。

Mn、Cr、Cu的強化作用較大。

第二十五頁，共三十頁，2022年，8月28日

2.對淬火、回火狀態(tài)下鋼的力學性能的影響

獲得馬氏體并回火是鋼的最經(jīng)濟和最有效的強化方法。

●回火時析出碳化物,造成強烈的第二相強化，同時使韌性大大改善?！裥纬晌诲e馬氏體?！窆倘軓娀F素體或馬氏體?！窦毣Я?。第二十六頁，共三十頁，2022年，8月28日

合金元素提高淬透性，使鋼容易得到馬氏體。合金元素提高回火穩(wěn)定性,使馬氏體保持到較高溫度。合金元素在回火時析出第二相更細小、均勻和穩(wěn)定。合金鋼比碳鋼具有更高的強度、韌性。第二十七頁，共三十頁，2022年，8月28日

二、對其他性能的影響