金屬材料合金化原理

奧氏體的形核奧氏體的長大滲碳體的溶解奧氏體成分均勻化Chapter1金屬材料的合金化原理

1.3合金元素對鋼的組織轉(zhuǎn)變的影響1.3.1AE對鋼加熱時奧氏體形成過程的影響1.AE對奧氏體形成速度的影響

非碳化物形成元素Co和Ni等提高碳在奧氏體中的擴(kuò)散速度

Si、Al、Mn對奧氏體的形成速度影響不大。強(qiáng)碳化物形成元素Cr、Mo、W、V等與碳的親和力較大，減慢了奧氏體的形成速度。

1.2鋼的合金化原理Chapter1金屬材料的合金化原理

碳化物的分解

穩(wěn)定性高的碳化物，難溶入奧氏體中。奧氏體的成分均勻化

奧氏體均勻，碳和合金元素均需擴(kuò)散。圖1-10碳化物和氮化物在奧氏體中溶解度與溫度的關(guān)系

Chapter1金屬材料的合金化原理

1.2鋼的合金化原理42.AE對奧氏體晶粒長大傾向的影響Chapter1金屬材料的合金化原理

①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。②C、N、B、P等元素促進(jìn)奧氏體晶粒的長大。晶界偏聚和降低晶界鐵原子間的結(jié)合力。

③Mn在低碳鋼中可以細(xì)化珠光體組織，也可以細(xì)化奧氏體晶粒。在中碳以上鋼中，Mn加強(qiáng)了碳促進(jìn)奧氏體晶粒長大的作用。Cr對奧氏體晶粒有細(xì)化作用。5

④Al和Si含量極少時，僅以高熔點AlN、Al2O3的非金屬夾雜物形式存在，可以阻止奧氏體晶粒粗化，如下圖所示。但當(dāng)含量足夠高，作為合金元素溶入固溶體時，可以使鋼在高溫時也為α相，促進(jìn)α相的晶粒粗化。

⑤Ni、Cu、Co等非碳

化物形成元素，對奧氏體

晶粒的長大影響不大。Chapter1金屬材料的合金化原理

標(biāo)準(zhǔn)晶粒度等級示意圖

1—4級為本質(zhì)粗晶粒鋼5—8級為本質(zhì)細(xì)晶粒鋼

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7總之合金元素對奧氏體晶粒長大主要從三個方面起作用：第一，當(dāng)合金元素形成未溶、處于晶界上高度彌散的質(zhì)點，對奧氏體晶粒的粗化起到阻礙作用。第二，合金元素溶入奧氏體中時，可以改變奧氏體的晶界能，因而會改變奧氏體的長大傾向。第三，合金元素溶入奧氏體中可以改變原子間的結(jié)合強(qiáng)度，引起激活能和鐵自擴(kuò)散系數(shù)的變化，從而影響奧氏體晶粒的長大。因此，應(yīng)從以上三個方面綜合考慮。Chapter1金屬材料的合金化原理

81.3.2AE對鋼的過冷奧氏體分解轉(zhuǎn)變的影響Chapter1金屬材料的合金化原理

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強(qiáng)K形成元素中、弱K形成元素Co非K形成元素91.AE對過冷奧氏體穩(wěn)定性的影響（C曲線）

非碳化物形成元素（Ni、Al、Si、Cu、Co），C曲線仍保持與碳鋼相同的形式，只是位置有所改變。Ni、Si、Cu使轉(zhuǎn)變孕育期變長，即C曲線右移。Al、Co則相反，使C曲線左移。碳化物形成元素（Cr、M、W、V）等，不僅使C曲線的位置移動，而且也使C曲線的形狀改變，出現(xiàn)兩個鼻溫，甚至使珠光體區(qū)域和貝氏體區(qū)域完全分開，出現(xiàn)一個過冷奧氏體極端穩(wěn)定的區(qū)間。對高溫轉(zhuǎn)變（珠光體轉(zhuǎn)變）的影響；對中溫轉(zhuǎn)變（貝氏體轉(zhuǎn)變）的影響；對低溫轉(zhuǎn)變（馬氏體轉(zhuǎn)變）的影響。Chapter1金屬材料的合金化原理

102.AE對高溫轉(zhuǎn)變（珠光體轉(zhuǎn)變）的影響

（1）合金元素對珠光體轉(zhuǎn)變的綜合作用

強(qiáng)碳化物Ti、Nb、V推遲碳化物的形核和長大。

中強(qiáng)碳化物形成元素W、Mo、Cr推遲碳化物形核和長大，還通過增加固溶體原子間結(jié)合力、降低鐵原子的自擴(kuò)散而減慢γ→α轉(zhuǎn)變。

弱碳化物形成元素Mn推遲珠光體轉(zhuǎn)變時合金滲碳體的形核和長大，同時Mn又是擴(kuò)大γ相區(qū)的元素，起穩(wěn)定奧氏體并強(qiáng)烈推遲γ→α轉(zhuǎn)變的作用。Chapter1金屬材料的合金化原理

非碳化物形成元素Ni、Co

Ni是開啟γ相區(qū)并穩(wěn)定奧氏體的元素，增加α相的形核功，降低轉(zhuǎn)變溫度。Co由于促進(jìn)鐵的擴(kuò)散，因而增加α相長大速度。(2)AE對珠光體轉(zhuǎn)變(淬透性)的影響除Co外，幾乎所有的合金元素使C曲線右移（即增大過冷奧氏體的穩(wěn)定性，推遲珠光體型的轉(zhuǎn)變）。C曲線右移的結(jié)果，降低了鋼的臨界冷卻速度，提高了鋼的淬透性。合金元素對淬透性影響的大小取決于該元素的作用強(qiáng)度及其可能的溶解量。1.2鋼的合金化原理Chapter1金屬材料的合金化原理

碳、錳、鎳、鉻、鉬、釩、鈦等元素都降低BS點，使得在貝氏體和珠光體轉(zhuǎn)變溫度之間出現(xiàn)過冷奧氏體的中溫穩(wěn)定區(qū)，形成兩個轉(zhuǎn)變的C曲線。1.2鋼的合金化原理Chapter1金屬材料的合金化原理

合金元素還改變貝氏體轉(zhuǎn)變動力學(xué)過程，增長轉(zhuǎn)變孕育期，減慢長大速度。

碳、硅、錳、鎳、鉻的作用較強(qiáng)

鎢、鉬、釩、鈦的作用較小3.對中溫轉(zhuǎn)變（貝氏體轉(zhuǎn)變）的影響合金元素的作用表現(xiàn)在對馬氏體點Ms~Mf溫度的影響，并影響鋼中殘留奧氏體含量及馬氏體的精細(xì)結(jié)構(gòu)。除Co、Al以外，

絕大多數(shù)合金元

素都使Ms和Mf

下降1.2鋼的合金化原理Chapter1金屬材料的合金化原理

4.對低溫轉(zhuǎn)變（馬氏體轉(zhuǎn)變）的影響合金鋼中高的殘余奧氏體含量對鋼的性能產(chǎn)生很大影響—殘余奧氏體量過高（有時達(dá)30%-40%）時，鋼的硬度降低，疲勞抗力下降。對于奧氏體不銹鋼，為了要在室溫下或零溫度下（

Ms點遠(yuǎn)低于室溫或零下）獲得穩(wěn)定的單相奧氏體組織，必須加入大量奧氏體形成元素。通常是加入鎳、錳、鉻、碳、氮等元素。

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1.2鋼的合金化原理對于合金結(jié)構(gòu)鋼，為了降低殘余奧氏體量，需要進(jìn)行附加的處理：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-70℃的低溫。多次回火過程中殘余奧氏體發(fā)生合金碳化物的析出，降低了殘余奧氏體中的合金成分，使殘余奧氏體的Ms、Mf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（稱為二次淬火），從而使殘余奧氏體量減少。1.2鋼的合金化原理Chapter1金屬材料的合金化原理

合金蟻元素萄還影敘響馬哥氏體相的形南態(tài)和副馬氏詢體的資亞結(jié)丸構(gòu)。Fe邀-C系合律金分界錫溫度坦約為20厲0℃當(dāng)Ms點溫董度較遇高時，由臟于滑刮移的振臨界傳分切判應(yīng)力瘋較低柱，在Ms點以距下形描成位宋錯結(jié)傅構(gòu)的槐馬氏秩體；在Ms點溫注度較準(zhǔn)低時，孿爽生分逢切應(yīng)董力低蜓于滑治移臨部界分束切應(yīng)阿力，躲則馬穴氏體襯相變熱以孿秧生形炊成孿者晶結(jié)惰構(gòu)的琴馬氏龍體。1.測2鋼的嘩合金古化原右理Ch栽ap搭te恭r貴1金屬林材料殼的合夾金化蓋原理一般堅鋼中章碳或桐氮w(C)＜0.蘋2％的相鋼都弊是位慨錯馬喉氏體少，w(C)＞0.斜6％的潮鋼為肢孿晶廁馬氏英體。席合金槽元素驗如錳營、鉻承、鎳登、鉬即或鈷太都使Ms和Mf下降禁，增案加形對成孿境晶馬支氏體地傾向倆。馬氏體形態(tài)與含碳量的關(guān)系0.45%C0.2%C1..2%C5．合蒜金元綁素對淬壩火鋼伯的回烏火轉(zhuǎn)令變過壤程的智影響主要釋表現(xiàn)懲在提高被鋼的疊回火盆穩(wěn)定荷性，即鋼對濤回火懂時發(fā)批生軟穩(wěn)化過渠程的喪抵抗惱能力變，使幕回火哥過程攪各個士階段春的轉(zhuǎn)功變速糕度大駁大減喉慢，圖將其悼推向馬更高乖的溫棕度。具談體為（1）AE對馬氏摧體分半解的影甘響（2）AE對殘余蔥奧氏配體轉(zhuǎn)變兵的影蛋響（3）AE對碳化殿物的啞形成軋、聚手集和居長大的影查響（4）AE對鐵素桐體回滾復(fù)再宏結(jié)晶的影丹響（5）AE對回火簽脆性的影元響1.疤2鋼的扣合金煮化原蔑理Ch稼ap駝te背r帥1金屬限材料綱的合辭金化盆原理（1）AE對馬氏越體分削解的影雨響M在發(fā)凍生第槐二階豪段分塵解時善，碳盜化物艘形成域元素V、Nb、Cr、Mo、W等對探碳有渴較強(qiáng)征的親全和力綁，溶于M中的疾碳化辮物形豈成元嶄素阻堡礙碳旬從M中析拜出，因笨而使M分解版的第柔二階溝段減好慢。在碳符鋼中描，實變際上乎所有雖的碳飄從M的析早出溫測度都塵在25貪0℃~3構(gòu)50℃左右?guī)?，而診在含圈碳化橡物形潤成元門素的圾鋼中貞，可芳將這柜一過肚程推移毀到更庭高的廢溫度（40去0℃~5路00℃），鍵其中V、Nb的作丟用比Cr、W、Mo更強(qiáng)博烈。1.姐2鋼的覽合金齒化原擇理Ch象ap管te找r題1金屬嶺材料刃的合朱金化爸原理圖1-獵17質(zhì)量財分?jǐn)?shù)鑒分別煤為0.棵3％C、2.壯1％V釩鋼12誼50℃淬火不同陳溫度校回火2小時蕉碳化筆物成您分、觀結(jié)構(gòu)分和硬襲度的芽變化1.師2鋼的度合金逗化原川理低于50炭0℃釩仍丑固溶侍于馬謝氏體貼，強(qiáng)貫烈阻肚礙馬壟氏體偉分解于，只簡有40％的償碳以Fe3C析出悄，大黨部分重碳仍染保留爹在馬瓣氏體場基體鞠中。高于50紋0℃，直相接從蘿馬氏軟體基給體相匠中析亂出VC，VC形核習(xí)的有恨利位錫置是捕位錯唇。VC的形洞狀呈琴細(xì)片羅狀，膊約1n兔m厚，漲與基南體保瓣持共招格。VC不斷撓析出推，同挨時Fe、C逐漸乖溶解粘。直到70密0℃，VC已全憐部析富出，F(xiàn)e3C全部送溶解菊。1.嚼2鋼的狡合金艘化原辰理Ch哥ap斗te暈r存1金屬迫材料辜的合廢金化秩原理（2）AE對A殘轉(zhuǎn)變沖的影圓響Me大都暗使A殘的分潛解溫懼度向趙高溫奮方向俯推移。其謀中尤擊以Cr、Mn、Si的作珠用最樸為顯古著。在含蔬有較志多的W、Mo、V等合糠金元盆素的浮高合修金鋼釀中（閣如高濕速鋼扶），點由于A殘在回茅火過區(qū)程中翠析出鬼碳化元物，爬造成A殘中的喚碳及炎合金零元素廣貧化較，使舞其Ms點高捧于室息溫，懼因而暗在冷妻卻過秤程中握轉(zhuǎn)變瞇為M。通寧過這陳種回姑火之閉后，蟲淬火把鋼的私硬度郵不但性沒有現(xiàn)降低串，反毯而有衣所升容高，畝這種退現(xiàn)象法稱為二次叮淬火。1.崇2鋼的捕合金督化原青理Ch職ap臉te愁r徐1金屬姥材料它的合蘋金化川原理（3）AE對碳化下物的記形成爭、聚咸集和隨長大的影講響AE對ε-碳化出物的慮形成責(zé)沒有令影響本。隨從著回豆火溫盛度的狼升高竭，碳鋼隨中ε-碳化巧物于20佩0℃轉(zhuǎn)變兩為滲腿碳體姐，合作金元懶素中Cr、Si和Al推遲修這一間轉(zhuǎn)變脂，使寇轉(zhuǎn)變欄溫度毒升高杠。對于面合金武滲碳胡體的僻聚集航長大少，Ni沒有之影響求，而Si和V、W、Mo、Cr則對及其聚塘集長換大過紐奉程起煤阻礙商作用爸。1.辨2鋼的與合金銅化原唱理Ch涂ap哀te底r再1金屬釀材料減的合垃金化飾原理在含W、Mo、V較多虛的鋼刃中，除回火響后的嗽硬度梯隨回衰火溫美度的表升高昆不是渴單調(diào)少降低葵，而赤是在務(wù)某一山回火尖溫度字后，租硬度候反而東增加牽，并進(jìn)在某蟻一溫蚊度（圓一般屑為55吼0℃左右懼）達(dá)堪到峰錦值。覽這種蹦在一粱定回渾火溫驅(qū)度下用硬度音出現(xiàn)國峰值征的現(xiàn)磁象稱潛為二次千硬化。Ch哄ap默te愿r提1金屬佳材料盲的合運金化柔原理1.趴2鋼的胡合金菌化原扮理產(chǎn)生糖二次飲硬化畝的原設(shè)因：一方下面是由種于高來溫回厭火時紋從M中析坊出的乞高度重分散族的合驢金碳倉化物奮粒子上所造籃成的擋。這腰類碳為化物蚊粒子短在高木溫下偶非常半穩(wěn)定觸，很運不容膏易聚哄集長兆大，廣從而速使鋼限具有勢很好郵的高絞溫強(qiáng)趣度；韻這是政造成阻二次蜻硬化榨的主薄要原支因。另一悉方面是二累次淬除火造踏成的破。1.尋2鋼的憶合金雨化原事理Ch符ap晚te奏r雹1金屬桌材料良的合榨金化巧原理圖1-魚18釩鋼權(quán)（0.烘32諒C,旦1.栽36次V）、鉬鋼雨（0.跳11胳C,靜2.砍14凈Mo）和鉻鋼豎（0.愉19攻C,距2.河91飲Cr）回塔火時贏的二天次硬芝化在高引溫下死工作薪的鋼著，特肆別是令高速庸切削奪工具爪及熱崇變形宣模具邪用鋼虛，二臥次硬移化現(xiàn)員象對麗需要終較高赤紅硬才性的適工模帝具鋼戲是極濕為重噸要的酷。必須欲指出街的是籮，不降同碳編化物亂所引樣起的還二次塔硬化嫁效果厲也不抵同（經(jīng)圖1-偵18）。Ch跑ap差te庫r默1金屬狗材料青的合訴金化隙原理1.扎2鋼的也合金筆化原阿理（4）AE對鐵素嚴(yán)體回膛復(fù)再虎結(jié)晶的影室響大多可數(shù)AE延緩α相回復(fù)地與再串結(jié)晶床過程凈，其賓中Co、Mo、W、Cr、V顯著危提高α相的攏再結(jié)孔晶溫頌度；Si、Mn的影廢響次市之；Ni的影障響較赴小。在碳絨鋼中劍，α相高籃于40義0℃開始賀回復(fù)軌，50釀0℃開始羅再結(jié)鄙晶?？洚?dāng)往俘鋼中栽加入Co（wCo=2下%）時態(tài)，可吵將α相的提再結(jié)軍晶溫樂度升譜高到63饞0℃。1.稅2鋼的萄合金說化原壘理Ch墊ap誦te撈r批1金屬逼材料蒜的合葉金化企原理提高α相的柔再結(jié)熱晶溫練度的伙機(jī)理達(dá)是這撐些合浪金元辰素增員加固淹溶體饅中原諒子間巨的結(jié)沸合力椅或這伍些合慎金元孩素的薯碳化肌物釘腔扎位鹿錯。幾種易合金檔元素怨的綜撤合作拐用可桌以更流顯著朗地提鄉(xiāng)豐高再向結(jié)晶首溫度訊，大茶大減茫緩高仗溫回掉火軟庭化進(jìn)炸程。Ch糠ap誓te期r嗎1金屬帖材料膨的合農(nóng)金化痛原理1.耳2鋼的恢合金照化原膏理（5）AE對回火吵脆性的影舞響淬火悄鋼在榆一定慌溫度元范圍詞內(nèi)回賓火時辨，表香現(xiàn)出完明顯狐的脆顏化現(xiàn)屆象，伏這種民現(xiàn)象測就是辮回火唱脆性。第一紀(jì)類回助火脆腎性（25榮0~張40氣0℃），酸這類廊回火賺脆性份是和撒低溫異回火麻時碳湯化物護(hù)析出愈形態(tài)欄不良傲有關(guān)隨，是古一種效不可光逆回逼火脆昂性，刪不可全能用寺熱處釘理和參