第07章合金钢

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1、第七章第七章 合金钢合金钢3 3一、合金元素对钢中基本相的影响一、合金元素对钢中基本相的影响 碳钢中的基本相在退火、正火及调质状态时相为碳钢中的基本相在退火、正火及调质状态时相为F和和Fe3C 。当钢中加入少量合金元素时，有可能一部份溶于。当钢中加入少量合金元素时，有可能一部份溶于F形形成合金铁素体，而另一部分溶于成合金铁素体，而另一部分溶于Fe3C形成合金形成合金Fe3C 。 形成铁素体的元素：形成铁素体的元素：Ni、Si、AL、CO 形成合金渗碳体的元素：形成合金渗碳体的元素：Cr、W、Mo、V、Nb 既溶于既溶于F又溶于又溶于Fe3C的元素：的元素：Mn 溶于溶于F中的合金元素中的合金元

2、素F对起强化作用表现在对起强化作用表现在HB、AK方面。方面。而溶于而溶于Fe3C 中的合金元素提高了中的合金元素提高了Fe3C的稳定性。的稳定性。 为了说明合金元素对为了说明合金元素对Fe-Fe3C相图的影相图的影 响规律，响规律，先介绍一下合金元素与先介绍一下合金元素与Fe的相互的作用。一些合金的相互的作用。一些合金元素与元素与Fe相互作用，扩大了相互作用，扩大了相区相区Ni、Mn、Co、C、N、Cu；缩小；缩小区：区：Cr、V、Mo、W、Ti、Al、Si、B、Nb、Ta、Zr 合金元素对合金元素对Fe-Fe3C相图的影响相图的影响 A3点是点是-Fe= -Fe转变临界温度转变临界温度,A

3、4是是-Fe =-Fe转变的临界温度。转变的临界温度。 1 凡是能扩大凡是能扩大区的元素会使区的元素会使A4点上升点上升A3点下降从点下降从而使而使 Fe-Fe3C 相图的相图的区扩大区扩大E点和点和S点向右向下移点向右向下移动。动。 2凡是能缩小区的元素会使凡是能缩小区的元素会使A4点下降点下降A3点上升从点上升从而使而使Fe- Fe3C 相图的相图的区缩小区缩小E点和点和S点向左向上移点向左向上移动。动。由上面的由上面的 分析可以知道分析可以知道1含含Mn或或Ni相当高的钢，因扩大了相当高的钢，因扩大了区，有可能在区，有可能在 室温下只有室温下只有A单项存在而成为一种单项存在而成为一种A钢

4、钢. 如含如含13% Mn的的ZGMn13耐磨钢含耐磨钢含9%Ni的的 1Cr18Ni9不锈钢不锈钢 等均属于等均属于A类钢。类钢。2含含Cr相当高的钢。因缩小了相当高的钢。因缩小了区的结果区的结果 有可能在有可能在 室温下只有室温下只有F单相存在而成为一种单相存在而成为一种F钢。如含钢。如含17 28%Cr的的Cr17、Cr25、Cr28等铬不锈钢均属于等铬不锈钢均属于F 类型的钢。类型的钢。3由于合金元素使相图的由于合金元素使相图的S点、点、E点发生移动。因而点发生移动。因而 共析点的含碳量就不在是共析点的含碳量就不在是0.77%（A中的最大溶解中的最大溶解 度也不在是度也不在是2.11%

5、)3.1合金元素对钢的加热时相和组织的转变的影响合金元素对钢的加热时相和组织的转变的影响 合金钢加热时合金钢加热时A的形成过程中其上和碳钢有相同的的形成过程中其上和碳钢有相同的 规律规律即包括即包括A的形成和长大、碳化物的溶解以及的形成和长大、碳化物的溶解以及A的均匀化，全过的均匀化，全过程都与合金元素有关。程都与合金元素有关。1）合金钢中）合金钢中A的形成过程主要取决于的形成过程主要取决于C和合金元素的重新分和合金元素的重新分布和均匀化。其中布和均匀化。其中C的扩散速度将是主导因素，合金元素本的扩散速度将是主导因素，合金元素本身的扩散也将影响整个过程。例如身的扩散也将影响整个过程。例如Co和

6、和Li提高提高C在在A中的扩中的扩散速度加快散速度加快A的形成速度；的形成速度；Si、Al、 Mn对对A中中C的扩散速度的扩散速度影响较小所以对影响较小所以对A的形成速度影响较小，碳化物形成元素的形成速度影响较小，碳化物形成元素Cr、Mo、W、Ti、V等与等与C有较强的亲和力，显著减慢有较强的亲和力，显著减慢C在在A中的中的扩散速度，故使扩散速度，故使A的形成速度大大减慢。的形成速度大大减慢。2）对碳化物向）对碳化物向A溶解过程中的影响溶解过程中的影响 由于合金元素造成的由于合金元素造成的扩散困难，因此合金钢在加热时需要较高的温度和较长的扩散困难，因此合金钢在加热时需要较高的温度和较长的时间。

7、时间。3）合金元素）合金元素A中的均匀化，也是由于这些元素的扩散速度中的均匀化，也是由于这些元素的扩散速度决定的。合金元素的扩散速度远低于决定的。合金元素的扩散速度远低于C的扩散速度，所以合的扩散速度，所以合金钢需要较长的保温时间。金钢需要较长的保温时间。3.2 合金元素对过冷合金元素对过冷A转变的影响转变的影响 合金元素对过冷合金元素对过冷A分解的影响总的说来除了分解的影响总的说来除了Co以外以外,所有溶所有溶入入A中的合金元素都推迟过冷中的合金元素都推迟过冷A的分解即使的分解即使C曲线右移。曲线右移。 1. 其中非碳化物形成元素及弱碳化物形成元素如其中非碳化物形成元素及弱碳化物形成元素如N

8、i、Mn、 Si、Cu、Al等都增加过冷等都增加过冷A的稳定性，延长过冷的稳定性，延长过冷A的转变使的转变使曲线右移。曲线右移。2.碳化物形成元素如碳化物形成元素如Cr、Mo、W、V等当溶于等当溶于A后，对过后，对过冷冷A等温转变曲线的影响是使等温转变曲线的影响是使C曲线右移，由于它们对推曲线右移，由于它们对推迟迟P的转变和贝氏体转变的作用大小不同的转变和贝氏体转变的作用大小不同,使过冷使过冷A等温转等温转变曲线发生分离变曲线发生分离,出现两个过冷出现两个过冷A最不稳定区最不稳定区,其上部为珠其上部为珠光体转变区下部为贝氏体变区。在两区之间（约光体转变区下部为贝氏体变区。在两区之间（约5006

9、00）过冷）过冷A具有较大的稳定性。具有较大的稳定性。 合金元素除合金元素除 Co 和和 Al 外大多数合金元素总是不同程度地外大多数合金元素总是不同程度地降低降低 M 的转变温度，并增加的转变温度，并增加 A 残余残余 A 量。量。四、合金元素对回火转变影响四、合金元素对回火转变影响 合金元素能使淬火钢在回火过程中的组织分解和转变速合金元素能使淬火钢在回火过程中的组织分解和转变速度减慢，增加回火抗力，提高回火稳定性，从而使钢的度减慢，增加回火抗力，提高回火稳定性，从而使钢的硬度随回火温度的升高而下降的程度减弱，在其碳化物硬度随回火温度的升高而下降的程度减弱，在其碳化物形成元素的作用下，甚至在

10、回火时出现二次硬化现象。形成元素的作用下，甚至在回火时出现二次硬化现象。1 合金钢的基础知识合金钢的基础知识 碳钢：价格低，但力学性能低，淬透性低，回火抗力差，不碳钢：价格低，但力学性能低，淬透性低，回火抗力差，不能满足特殊性能要求（如耐热、耐低温、耐蚀等）。能满足特殊性能要求（如耐热、耐低温、耐蚀等）。 合金钢合金钢 ：在碳钢的基础上，加入某些合金元素而得到的钢。：在碳钢的基础上，加入某些合金元素而得到的钢。一一合金元素对钢中基本相的影响合金元素对钢中基本相的影响二二合金元素对合金元素对Fe-Fe3C相图的影响。相图的影响。三三 合金元素对钢的热处理的影响。合金元素对钢的热处理的影响。一一

11、合金元素对钢中基本相的影响合金元素对钢中基本相的影响1. 溶于基体中形成合金溶于基体中形成合金 F 或合金或合金 A 合金元素溶入铁素体后，产生固溶强化，使铁素体的强度、硬度提高，但塑性、韧性都有下降趋势。2. 与碳作用形成合金碳化物如与碳作用形成合金碳化物如 (Fe， Mn)3C弱碳化物弱碳化物元素元素: Fe、Mn。中强碳化物中强碳化物元素元素: Cr、Mo、W。强碳化物元素强碳化物元素: V、Ti、Nb、Zr。3. 单独形成特殊碳化物，如单独形成特殊碳化物，如TiC、NbC、VC，具有，具有高熔点高熔点、高硬度高硬度、高耐磨高耐磨的性能，且的性能，且稳定性极高稳定性极高。二二合金元素对合