鋼合金化概論

鋼合金化概論1.1

Me和Fe基二元相圖一、鋼中的Me

1、雜質元素（impurity-element）常存雜質

冶煉殘余，由脫氧劑帶入。Mn、Si、Al；S、P難清除。隱存雜質偶存雜質

生產(chǎn)過程中形成，微量元素O、H、N等。

與煉鋼時的礦石、廢鋼有關，如Cu、Sn、Pb、Cr等。第2頁,共94頁，2024年2月25日，星期天

熱脆性——S——FeS(低熔點989℃)；？

冷脆性——P——Fe3P（硬脆）；？氫脆——H——白點。2、合金元素（alloying-element）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。鋼中常用合金元素：Si、Mn、Cr、Ni、W、Mo、V、Ti等。第3頁,共94頁，2024年2月25日，星期天二、Me和Fe的作用

純Fe→

Fe-C相圖的變化特點。Me和Fe的作用：1、γ穩(wěn)定化元素使A3↓，A4↑，γ區(qū)擴大a)與γ區(qū)無限固溶——

Ni、Mn、Co開啟γ區(qū)——

量大時，室溫為γ相；b)與γ區(qū)有限固溶

——

C、N、Cu

——

擴大γ區(qū)。第4頁,共94頁，2024年2月25日，星期天（相關內(nèi)容復習：）第5頁,共94頁，2024年2月25日，星期天ANG純鐵的冷卻曲線Fe-Fe3C相圖（局部）第6頁,共94頁，2024年2月25日，星期天第7頁,共94頁，2024年2月25日，星期天第8頁,共94頁，2024年2月25日，星期天Vc第9頁,共94頁，2024年2月25日，星期天板狀馬氏體①馬氏體變溫形成，與t保無關；②馬氏體轉變不完全性，鋼中常存在殘余A（性能下降）,常要求淬火T接近Mf“冷處理”.③馬氏體性能與含碳量有關

非擴散型（Fe和C均不擴散）C在α-Fe中的過飽和固溶體（bcc）240～-50M片（針）狀馬氏體馬氏體板狀：低碳鋼中，F(xiàn)和Fe2.4C的復相組織。片狀：高碳鋼中，復相組織。F飽和+Fe2.4C350～240B下下貝氏體羽毛狀：在平行密排的過飽和F板條間，不均勻分布短桿（片狀）Fe3C,脆性大，工業(yè)上不應用半擴散型（只有C擴散）F飽和+Fe3C550～350B上上貝氏體貝氏體間距：0.03～0.08μm，2000×600～550T屈氏體間距：0.25~0.08μm，1000×650～600S索氏體片層間距：0.25～1.9μm，500×擴散型（Fe和C均擴散）F+Fe3CA1～650P珠光體珠光體特征轉變類型相組成轉變溫度/℃符號組織名稱注：w（c）≥1.0％時形成片狀馬氏體，HRC：64～66；w（c）≤0.2％時形成板狀馬氏體，HRC：30～50。第10頁,共94頁，2024年2月25日，星期天奧氏體的形成過程

奧氏體形核→奧氏晶核長大→殘余滲碳體的溶解→奧氏體均勻化第11頁,共94頁，2024年2月25日，星期天2、α穩(wěn)定化元素使A3↑，A4↓，γ區(qū)縮小a)完全封閉γ區(qū)—Cr、V、W、Mo、TiCr、V與α-Fe完全互溶，量大時→α相?W、Mo、Ti等部分溶解b)縮小γ區(qū)——Nb等。穩(wěn)定γ相——A形成元素，穩(wěn)定α相——A形成元素。第12頁,共94頁，2024年2月25日，星期天(a)Ni，Mn，Co

(b)C，N，Cu

(c)Cr，V

(d)Nb,B等

圖1合金元素和Fe的作用狀態(tài)

第13頁,共94頁，2024年2月25日，星期天1.2Me對Fe-C相圖的影響一、對S、E點的影響

A形成元素均使S、E點向左下方移動，F(xiàn)形成元素使S、E點向左上方移動。S點左移—意味著共析C量減?。籈點左移—意味著出現(xiàn)萊氏體的C量降低。合金元素對共析溫度的影響

合金元素對共析碳量的影響

第14頁,共94頁，2024年2月25日，星期天二、對臨界點的影響

A形成元素Ni、Mn等使A1（A3）線向下移動；F形成元素Cr、Si等使A1（A3）線向上移動三、對γ-Fe區(qū)的影響

A形成元素Ni、Mn等使γ-Fe區(qū)擴大→鋼在室溫下也為A體—奧氏體鋼；F形成元素Cr、Si等使γ-Fe區(qū)縮小→鋼在高溫下仍為F體—鐵素體鋼。第15頁,共94頁，2024年2月25日，星期天

鉻對鋼γ區(qū)的影響錳對鋼γ區(qū)的影響

第16頁,共94頁，2024年2月25日，星期天1.3鐵基固溶體一、置換固溶體

合金元素在鐵點陣中的固溶情況

MeTiVCrMnCoNiCuCN溶解度αFe~7(1340℃)無限無限~376100.20.020.1γFe0.68~1.412.8*無限無限無限8.52.062.8注：有些元素的固溶度與C量有關

不同元素的固溶情況是不同的。為什么?簡單地說：這與合金元素在元素周期表中的位置有關。第17頁,共94頁，2024年2月25日，星期天

常用合金元素點陣結構、電子結構和原子半徑第四周期TiVCrMnFeCoNiCu點陣結構bccbccbccbcc或fccfcc/hcpfccfcc電子結構235567810原子半徑/nm0.1450.1360.1280.1310.1270.1260.1240.128ΔR，%14.27.10.83.1—0.82.40.8注：1、電子結構是3d層電子數(shù)；2、原子半徑是配位數(shù)12的數(shù)值

第18頁,共94頁，2024年2月25日，星期天（1）Ni、Mn、Co與γ-Fe的點陣結構、原子半徑和電子結構相似——無限固溶；（2）Cr、V與α-Fe的點陣結構、原子半徑和電子結構相似——無限固溶；（3）Cu和γ-Fe點陣結構、原子半徑相近，但電子結構差別大——有限固溶；（4）原子半徑對溶解度影響：ΔR≤±8%，可以形成無限固溶；≤±15%，形成有限固溶；>±15%，溶解度極小。結論第19頁,共94頁，2024年2月25日，星期天合金元素的固溶規(guī)律，即Hume-Rothery規(guī)律

決定組元在置換固溶體中的溶解度因素是點陣結構、原子半徑和電子因素，無限固溶必須使這些因素相同或相似.第20頁,共94頁，2024年2月25日，星期天

①有限固溶C、N、B、O等

②溶解度溶劑金屬點陣結構：同一溶劑金屬不同點陣結構，溶解度是不同的——

如γ-Fe與α-Fe。溶質原子大?。簉↓，溶解度↑。N溶解度比C大:RN=0.071nm，RC=0.077nm。

③間隙位置優(yōu)先占據(jù)有利間隙位置——畸變?yōu)樽钚?。間隙位置總是沒有被填滿——

最小自由能原理。

二、間隙固溶體第21頁,共94頁，2024年2月25日，星期天1.4碳（氮）化物(K)

一、鋼中常見的碳化物

K類型、大小、形狀和分布對鋼的性能有很重要的作用。

非K形成元素：Ni、Si、Al、Cu等

K形成元素：Ti、Nb、V；W、Mo、Cr；Mn、Fe（由強到弱排列）第22頁,共94頁，2024年2月25日，星期天鋼中常見的K類型有：

M3C：滲碳體，正交點陣；

M7C3：例Cr7C3，復雜六方；

M23C6：例Cr23C6，復雜立方；

M2C：例Mo2C、W2C。密排六方；

MC：例VC、TiC，簡單面心立方點陣；

M6C：不是一種金屬K。復雜六方點陣。K也有空位存在；可形成復合K,如(Cr,Fe,Mo，…)7C3

第23頁,共94頁，2024年2月25日，星期天復雜點陣結構：M23C6、M7C3、M3C。特點：硬度、熔點較低，穩(wěn)定性較差；簡單點陣結構：M2C、MC。又稱間隙相。特點：硬度高，熔點高，穩(wěn)定性好。

M6C型不屬于金屬型的碳化物,復雜結構，性能特點接近簡單點陣結構。第24頁,共94頁，2024年2月25日，星期天1、K類型

K類型與Me的原子半徑有關。各元素的rc/rMe的值如下：

MeFeMnCrVMoWTiNbrc/rMe0.610.600.610.570.560.550.530.53

二、K形成的一般規(guī)律第25頁,共94頁，2024年2月25日，星期天

rc/rMe>0.59

—復雜點陣結構，如Cr、Mn、Fe，形成Cr7C3、Cr23C6、Fe3C、Mn3C等形式的K；

rc/rMe<0.59

—簡單結構相，如Mo、W、V、Ti等，形成VC等MC型，W2C等M2C型。

Me量少時，形成復合K，如（Cr,M）23C6型。第26頁,共94頁，2024年2月25日，星期天2、相似者相溶

完全互溶：原子尺寸、電化學因素均相似。如Fe3C，Mn3C→(Fe,Mn)3C；TiC~VC。

有限溶解：一般K都能溶解其它元素，形成復合K如Fe3C中可溶入一定量的Cr、W、V等.最大值為<20%Cr，<2%W，<0.5%V；MC型不溶入Fe，但可溶入少量W、Mo。

溶入強者,使K穩(wěn)定性↑;溶入弱者,使K穩(wěn)定性↓第27頁,共94頁，2024年2月25日，星期天3、強者先，依次成

K形成元素中，強者優(yōu)先與C結合，隨C↑，依次形成K。如：在含Cr、W鋼中，隨C↑，依次形成M6C，Cr23C6，Cr7C3,Fe3C。如果鋼中C量有限，則弱的K形成元素溶入固溶體。如：在低碳含Cr、V的鋼中，大部分Cr都在基體固溶體中。第28頁,共94頁，2024年2月25日，星期天4、NM/NC比值決定了K類型

形成什么K主要決定于當時的NM/NC比值(固溶體中合金元素和碳的原子數(shù)比值)

退火態(tài):在Cr鋼中，隨NM/NC↑，先后形成順序為：M3C→M7C3→M23C6。

回火態(tài):基體中的NM/NC↑，則析出的K中NM/NC也↑。如W鋼回火時，析出順序為：Fe21W2C6→WC→Fe4W2C→W2C，NW/NC是不斷↑。第29頁,共94頁，2024年2月25日，星期天5、強者穩(wěn)，溶解難，析出難，聚集長大也是難

MC型在1000℃以上才開始溶解；回火時，在500~700℃才析出，并且不易長大，產(chǎn)生“二次硬化”效果。這在高合金鋼中是很重要的強化方法。第30頁,共94頁，2024年2月25日，星期天1.5Me在鋼中的存在形式

一、Me在不同狀態(tài)下的分布

1、退火、正火態(tài)

非K形成元素基本上固溶于基體中，而K形成元素視C和本身量多少而定。優(yōu)先形成K，余量溶入基體。

2、淬火態(tài)

Me分布與淬火工藝有關。溶入A體的元素淬火后存在于M、B中或AR中；未溶者仍在K中。

3、回火態(tài)

低回:Me不重新分布；>400℃，Me開始重新分布。非K形成元素仍在基體中，K形成元素逐步進入析出的K中，其程度決定于回火溫度和時間。第31頁,共94頁，2024年2月25日，星期天二、Me的偏聚（Segregation）

偏聚現(xiàn)象

Me偏聚→缺陷處>

基體平均這種現(xiàn)象也稱為內(nèi)吸附或偏聚現(xiàn)象。

偏聚現(xiàn)象對鋼的組織和性能產(chǎn)生了較大影響，如晶界擴散、晶界斷裂、晶界腐蝕、相變形核等都與此有關.

Me+⊥：溶質原子在刃型位錯處吸附，形成Cottrell氣團；Me+≡：溶質原子在層錯處吸附形成鈴木氣團；Me+◎：溶質原子在螺位錯吸附形成Snoek氣團.第32頁,共94頁，2024年2月25日，星期天偏聚機理

溶質原子在缺陷處偏聚，使系統(tǒng)自由能↓，符合自然界最小自由能原理。結構學：缺陷處原子排列疏松，不規(guī)則，溶質原子容易存在；能量學：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。（在沒有強制外力作用下，事物總是朝著↓能量的方向發(fā)生。即使暫時不發(fā)生，也存在潛在的趨勢。熱力學：該過程是自發(fā)進行的，其驅動力是溶質原子在缺陷和晶內(nèi)處的畸變能之差。第33頁,共94頁，2024年2月25日，星期天影響因素

缺陷處溶質濃度

溫度T：T↓，內(nèi)吸附強烈；

時間t：偏聚需要原子擴散→需要一定時間；

缺陷本身：缺陷越混亂，E↑，吸附也越強烈;

其它元素：①間接作用:優(yōu)先吸附問題,B與C②直接作用:影響吸附元素D

,

Mn↑DP，使P擴散加快，促進了鋼的回火脆性；

Mo則相反，是消除或減輕回火脆性的有效元素。

點陣類型：bcc點陣內(nèi)吸附較fcc強烈第34頁,共94頁，2024年2月25日，星期天1.6合金鋼的加熱A化

一、K在A中的溶解規(guī)律

基本規(guī)律

1）K穩(wěn)定性越好，溶解度就越??；

2）溫度↓，溶解度↓，→沉淀析出；

3）K穩(wěn)定差的先溶解

;

4）A中有弱K形成元素，則會↓C活度ac，→↑K的溶解；非K形成元素（如Ni）則相反,↑ac，↓K的溶解。如：較多Mn的存在使VC的溶解溫度從1100℃降至900℃。第35頁,共94頁，2024年2月25日，星期天

碳（氮）化物在奧氏體中的溶解度與加熱溫度的關系

第36頁,共94頁，2024年2月25日，星期天二、A體均勻化

A體剛形成時，C和Me的分布是不均勻的.

合金鋼加熱均勻化與碳鋼相比有什么區(qū)別?三、A體晶粒長大

1）Ti、Nb、V強碳化物形成元素強烈↓↓A，W、Mo↓A晶粒長大；2）C、N、B、P↑A晶粒長大（在A晶界偏聚，↓晶界Fe自擴散Q）；3）Ni、Co、Cu等非K形成元素作用不大。第37頁,共94頁，2024年2月25日，星期天1.7過冷A體的分解

一、過冷A體的穩(wěn)定性

過冷A體穩(wěn)定性實際上有兩個意義：孕育期和相變速度。孕育期的物理本質是新相形核的難易程度，轉變速度主要涉及新相晶粒的長大。1）Ni、Si和Mn，大致保持C鋼的“C”線形狀，使“C”線向右作不同程度的移動；2）Co不改變“C”線，但使“C”線左移；3）K形成元素，使“C”線右移，且改變形狀。Me不同作用，使“C”曲線出現(xiàn)不同形狀，大致有五種。第38頁,共94頁，2024年2月25日，星期天“C”曲線五種形狀第39頁,共94頁，2024年2月25日，星期天

常用合金元素對奧氏體等溫轉變曲線的影響(上左)強K形成元素(上右)中、弱K形成元素(下左)非K形成元素第40頁,共94頁，2024年2月25日，星期天二、過冷A體的P、B轉變

P轉變：需要C和Me都擴散；

Me都不同程度推遲P轉變（使轉變曲線右移），影響順序：Mo、W、Mn、Cr、Ni、Si。

貝氏體轉變：C原子作短程擴散，Me幾乎沒有擴散。Me增長孕育期，減慢長大速度。影響順序：Mn、Cr、Ni、Si，而W、Mo等影響很小。三、Me對Ms的影響

各種Me對Ms位置的影響程度是不同的。

第41頁,共94頁，2024年2月25日，星期天思考題：

W、Mo等元素對貝氏體轉變影響不大，而對珠光體轉變的推遲作用大，如何理解?對一般結構鋼的成分設計時，要考慮其MS點不能太低，為什么?第42頁,共94頁，2024年2月25日，星期天1.8

合金鋼的回火轉變

一、M分解

低溫回火：C和Me擴散較困難，Me影響不大中溫以上：Me活動能力增強，對M分解產(chǎn)生不同程度影響:

1）Ni、Mn的影響很??；2）K形成元素阻止M分解，其程度與它們與C的親和力大小有關。這些Me↓ac，阻止了滲碳體的析出長大；第43頁,共94頁，2024年2月25日，星期天正火是將鋼加熱到Ac3（或Accm）以上適當溫度（30~50℃），保溫后在空氣中冷卻得到珠光體類組織的熱處理工藝。回火是將淬火鋼在A1以下溫度加熱，使其轉變?yōu)榉€(wěn)定的回火組織，并以適當?shù)姆绞嚼鋮s到室溫的工藝過程。減少和消除淬火應力。低溫回火（150～250℃）回火馬氏體，高硬度、高強度、良好耐磨性，提高了韌性。中溫回火（350～500℃）回火屈氏體，高彈性極限，高強度硬度，良好塑性和韌性。高溫回火（500～650℃）回火索氏體，淬火+高溫回火—調質處理，優(yōu)良綜合機械性能。第44頁,共94頁，2024年2月25日，星期天3）Si比較特殊：<300℃時強烈延緩M分解Si和Fe的結合力>Fe和C的結合力,↑ac

↓ε-FeXC的形核、長大Si能溶于ε，不溶于Fe3C，Si要從ε中出去↓ε-FeXC→Fe3C

效果:含2%Si能使M分解溫度從260℃提高到350℃以上第45頁,共94頁，2024年2月25日，星期天4）合金鋼回火時M中含C量變化規(guī)律基本規(guī)律

①滲碳體形成開始溫度與合金化無關

②含非碳化物形成元素（Si除外）的合金鋼（線2）和C鋼（線1）規(guī)律相同；

③在相同回火溫度Tt下，合金鋼馬氏體中含C量要比C鋼的高，如圖中的C3>C1，2；

④不同合金中，馬氏體中析出特殊碳化物的溫度TK是不同的，線3的下降幅度也是是不同的。第46頁,共94頁，2024年2月25日，星期天

回火時馬氏體中C量的變化

線1-C鋼;線2-含非碳化物形成元素（Si除外）的合金鋼;線3-含碳化物形成元素的合金鋼

第47頁,共94頁，2024年2月25日，星期天二、回火時K的形成

各元素明顯開始擴散的溫度為：MeSiMnCrMoW\VT,℃>300>350>400~500>500>500~5501）K長大聚集溫度：M3C型，350~400℃；其它K，450~600℃；2）K成分變化和類型轉變K轉變ε-FeXC→Fe3C→M3C→亞穩(wěn)特殊K→特殊KT,℃<150150~400400~500>500

能否形成特殊K，取決于:①Me性質、NM/NC比值；②T和t。第48頁,共94頁，2024年2月25日，星期天

釩鋼（0.3C,2.1V）在1250℃淬火不同溫度回火2h，碳化物成分、結構和硬度的變化第49頁,共94頁，2024年2月25日，星期天3）特殊K的形成原位析出：αM→α0+M3CMXCY(M7C3,M23C6)異位析出：αM→αP+M3Cα0+MXCY(MC,M2C)特殊K析出→二次硬化，直接析出→貢獻最大第50頁,共94頁，2024年2月25日，星期天三、回火脆性

1、第1類回火脆性（低溫回火脆性）

脆性特征

①不可逆；②與回火后冷速無關；③晶界脆斷。產(chǎn)生原因Me作用

①200-350℃

Fe3C薄膜在原A體晶界形成；②雜質元素P、S、Bi等偏聚晶界，↓晶界強度。

Mn、Cr、Ni↑脆性；Mo、Ti、V、Al改善脆性；Si推遲脆性溫度區(qū).第51頁,共94頁，2024年2月25日，星期天2、第2類回火脆性（高溫回火脆性450-650℃

）

脆性特征

①可逆；（Cr-Ni鋼大炮）②回火后慢冷產(chǎn)生，快冷抑制；③晶界脆斷.產(chǎn)生原因

①雜質Sb、S、As或N、P等偏聚晶界；②形成網(wǎng)狀或片狀化合物,↓晶界強度。高于回脆溫度，雜質擴散離開晶界或化合物分解；快冷抑制雜質元素擴散。Me作用

N、O、P、S、As、Bi、Sn等是脆化劑；Mn、Ni與雜質元素共偏聚，是促進劑；Cr促進其它元素偏聚，助偏劑；Mo、W、Ti抑制其它元素偏聚，清除劑第52頁,共94頁，2024年2月25日，星期天Me對相圖的影響Me與C的作用Me在材料處理各過程中的行為表現(xiàn)加熱冷卻回火溫度時間一方面要清楚材料處理各過程的演化規(guī)律;另一方面要掌握Me在各過程中的作用和影響.為理解Me的作用→要了解鋼的基本強化機理.第53頁,共94頁，2024年2月25日，星期天1.9

Me對鋼強韌化的作用

一、Me對鋼強化的形式及其機理

強化本質：各種強化途徑↑塑變抗力↑位錯運動阻力

↑鋼強度固溶強化、位錯強化、細晶強化、第二相彌散強化第54頁,共94頁，2024年2月25日，星期天表達式

Ki為系數(shù)，Ci為固溶度。對于C、N等間隙原子，n=0.33~2.0；對于Mo、Si、Mn等置換式原子：n=0.5~1.0機理效果提高強度，降低塑韌性

原子固溶→晶格發(fā)生畸變

→產(chǎn)生彈性應力場，與位錯交互作用→↑位錯運動阻力1、固溶強化第55頁,共94頁，2024年2月25日，星期天

合金元素對低碳鐵素體強度和塑性的影響Si、Mn的固溶強化效應大，但Si>1.1%，Mn>1.8%時，鋼的塑韌性將有較大的下降。C、N固溶強化效應最大。

第56頁,共94頁，2024年2月25日，星期天

合金元素對Cr18Ni9型不銹鋼的強化效應Ⅰ-間隙元素，Ⅱ-F形成元素，Ⅲ-A形成元素第57頁,共94頁，2024年2月25日，星期天2、位錯強化

表達式機理

Kd為系數(shù)位錯密度ρ↑→↑↑位錯交割、纏結，→有效地阻止了位錯運動→↑鋼強度。對bcc晶體，位錯強化效果較好?效果

在強化的同時，同樣也降低了伸長率，提高了韌脆轉變溫度TK第58頁,共94頁，2024年2月25日，星期天3、細晶強化表達式機理晶粒越細→晶界、亞晶界越多→

有效阻止位錯運動，產(chǎn)生位錯塞積強化。效果

↑鋼的強度，又↑塑性和韌度這是最理想的強化途徑.

著名的Hall-petch公式式中，d為晶粒直徑，Kg為系數(shù)第59頁,共94頁，2024年2月25日，星期天

晶界處位錯塞積現(xiàn)象第60頁,共94頁，2024年2月25日，星期天4、第二相強化表達式機理粒子間距

微粒第二相釘扎位錯運動→強化效果主要有切割機制和繞過機制。在鋼中主要是繞過機制。兩種情況：回火時彌散沉淀析出強化，淬火時殘留第二相強化。效果有效提高強度，但稍降低塑韌性。鋼強度表達式第61頁,共94頁，2024年2月25日，星期天位錯被質點障礙物所擋住第62頁,共94頁，2024年2月25日，星期天在低碳結構鋼中各種強化效果示意圖第63頁,共94頁，2024年2月25日，星期天二、合金鋼強化的有效性

最終強化有效性取決于強化和弱化的綜合結果。1、強化的有效性

強化:彌散析出ΔσP>|-ΔσS|硬度峰值弱化:M分解ΔσP<|-ΔσS|弱化緩慢第64頁,共94頁，2024年2月25日，星期天

圖強化和弱化的演變1-M分解；2-彌散析出；3-綜合效應

第65頁,共94頁，2024年2月25日，星期天2、Me對強化有效性的影響

強化有效性取決于形成彌散相的Me及其量。

Me量↑→彌散相量↑(有足夠的C)→二次硬化↑

例：含0.1~0.15%C鋼，需0.1~0.2%V；0.08~0.12%Nb；2.5~3.0%Cr強化≥弱化Me最小濃度臨界值K類型含C量第66頁,共94頁，2024年2月25日，星期天

圖

V對40鋼回火硬度的作用不同含C量的V鋼，如產(chǎn)生二次硬化，V的臨界濃度是不同的，為什么?第67頁,共94頁，2024年2月25日，星期天對結構鋼，細晶強化和沉淀強化貢獻最大。合金鋼與C鋼的強韌性差異，主要不在于Me本身的強化作用，而在于Me對鋼相變過程的影響，并且Me的良好作用，只有在進行合適的熱處理條件下才能充分得到發(fā)揮。需要充分理解第68頁,共94頁，2024年2月25日，星期天三、Me對鋼韌性的影響

1、影響韌性的因素

強化因素

一般情況，鋼強度↑→塑韌↓,稱為強韌性轉變矛盾。除細化組織強化外，其它強化因素都會程度不同地↓韌性。危害最大是間隙固溶；沉淀強化較小,但對強化貢獻較大。合金元素

Ni↑韌性；Mn在少量時也有效果；其它常用元素都在不同程度上↓韌性第69頁,共94頁，2024年2月25日，星期天晶粒度

細晶既↑σS，又↓↓TK（韌脆轉變溫度）,即↑韌性

→

最佳組織因素。第二相

K↓韌性。K小、勻、圓、適量

→

工藝努力方向。

雜質往往是形變斷裂的孔洞形成核心，→提高鋼的冶金質量是必須的。雜質第70頁,共94頁，2024年2月25日，星期天

合金元素對鐵素體沖擊韌度的影響

晶粒大小對強度、韌脆轉變溫度TK的影響第71頁,共94頁，2024年2月25日，星期天20MnSi鋼不同晶粒度的低溫沖擊性能第72頁,共94頁，2024年2月25日，星期天2、提高鋼韌度的合金化途徑

1）細化晶粒、組織——如Ti、V、Mo；2）↑回火穩(wěn)定性——如強K形成元素；3）改善基體韌度——Ni；4）細化K——適量Cr、V，使K小而勻；5）降低或消除鋼的回火脆性——W、Mo；

6）在保證強度水平下，適當↓含C量.↑冶金質量。

第73頁,共94頁，2024年2月25日，星期天思考題：

有些零件為什么要經(jīng)過調質處理，而不直接用正火態(tài)?第74頁,共94頁，2024年2月25日，星期天1.10Me對鋼工藝性的影響

一、冷成形性

冷成型性包括：深沖、拉延、彎曲等。

冷作硬化率是在冷變形過程中，材料變硬變脆程度的表征參量。冷作硬化率高，材料的冷成型性差。P、Si、C等元素↑↑冷作硬化率。需要冷成型的材料應嚴格控制P、N量，盡可能↓Si、C等量。第75頁,共94頁，2024年2月25日，星期天二、熱壓力加工性

熱壓力加工有鍛造、軋制、拉拔等。

Me溶入基體→產(chǎn)生畸變,↑熱變形抗力→熱壓力加工性能↓。如Mo、W、Cr、V等元素影響較大。C和Me量較多時，形成共晶K，熱壓力加工性更差。

合金鋼的熱壓力加工性能比碳鋼差。高速鋼等高合金鋼的熱壓力加工難度是較大的.第76頁,共94頁，2024年2月25日，星期天三、切削加工性

不同情況側重點不同，如粗加工，主要考慮速度；精加工主要考慮表面粗糙度。

C鋼硬度在170~230HB，切削性能最好.對組織來說，P:F=1:1較佳。不同含C量的鋼要得到較好的切削性，其預處理是不同的：對C鋼:<0.1%C,宜淬火；<0.5%C,宜正火；<0.8%C,宜退火；>0.8%C,宜球化退火第77頁,共94頁，2024年2月25日，星期天思考題：為什么鋼的切屑是連續(xù)的，而鑄鐵的切屑是碎片狀斷開的?第78頁,共94頁，2024年2月25日，星期天四、材料的熱處理工藝性鋼號合金元素質量分數(shù)含量

/%P轉變孕育期

/秒35CrCr+Ni=1.341235CrMoCr+Mo=1.383540CrNiMoCr+Mo+Ni=3.25500淬透性

一般是指淬火時獲得M的能力.合金元素復合作用大,不是簡單加和.第79頁,共94頁，2024年2月25日，星期天在結構鋼中，↑M淬透性作用顯著的元素從大到小排列：（B）、Mn、Mo、Cr、Si、Ni。淬透性好的作用

可以使工件得到均勻而良好的力學性能，滿足技術要求；

在淬火時，可選用較緩和的冷卻介質，以減小工件的變形與開裂傾向第80頁,共94頁，2024年2月25日，星期天+Mo→能有效↓P轉變，但不能完全↓先共析F的析出↑B淬透性

+B→偏聚晶界→有效抑制先共析F的析出0.40%C析出5%F（600℃）

0.14%Mo0.35%Mo0.60%Mo

1∶2∶4P開始轉變時間

1∶3∶36貝氏體淬透性合金化基本元素是0.5%Mo+微量B。第81頁,共94頁，2024年2月25日，星期天淬硬性

理想淬火條件下,形成M能達到的最高硬度.淬硬性主要與鋼的含碳量有關。變形開裂傾向

熱應力→變形;組織應力→開裂;附加應力較復雜.影響因素比較復雜,要綜合分析.采用分級淬火、等溫淬火或雙液淬火可降低應力，減小變形開裂傾向。采用調質、球化退火等預先熱處理也可減小零件的變形。

第82頁,共94頁，2024年2月25日，星期天過熱敏感性和氧化脫碳傾向

奧氏體晶粒急劇長大的敏感性,→含Mn鋼大.如40Mn2、50Mn2、35SiMn、65Mn等。

氧化和脫碳往往伴隨產(chǎn)生.→Si.含硅鋼氧化脫碳傾向較大，如9SiCr、42SiMn、60Si2Mn、30CrMnSi等。脫碳會降低鋼的硬度、耐磨性和疲勞強度，脫碳對于工具、軸承、彈簧等零件是極其有害的.第83頁,共94頁，2024年2月25日，星期天回火穩(wěn)定性(熱穩(wěn)定性)

合金鋼回火穩(wěn)定性要比碳鋼好.同樣回火硬度,合金鋼的回火溫度高,時間也可長些,應力消除也大些;同樣塑韌性,合金鋼的強度比碳鋼高.回火脆性(前面已介紹)第84頁,共94頁，2024年2月25日，星期天

鋼的編號方法自學第85頁,共94頁，2024年2月25日，星期天1.8金屬材料的環(huán)境協(xié)調性設計

目前世界上金屬材料及其合金的種類大約有三千多種?！牧系膹U棄物再生循環(huán)很困難

可再生循環(huán)設計已成為鋼鐵材料設計的一個重要原則。傳統(tǒng)的思路和方法應該更新。應該發(fā)展少品種、泛用途、多目的的標準合金系列。所以就出現(xiàn)了通用合金和簡單合金的概念。第86頁,共94頁，2024年2月25日，星期天1.8.1

通用合金與簡單合金

通用合金

又稱為泛用性合金。這種通用合金能滿足通用性能，合金在具體用途中的性能要求則可以通過不同的熱處理等方法來實現(xiàn)。Fe-Cr-Ni、Fe-Cr-Mn