合金元素的作用(ppt)
金属材料学--钢铁材料的合金化原参考课件
成分分析，元素与含量 相分析，晶体结构（衍射晶面间距）与量（衍
射强度）和尺寸 组织分析，形貌（成分与相相同时有可能形貌
不同，如珠光体、索氏体、托氏体）
5
钢中基础相
α-铁，室温稳定，体心立方点阵，点阵产生 0.286645±1nm，由此计算出的最小原子间 距为0.248240nm，配位数为12时的原子直 径为0.25715 nm，理论摩尔体积为 0.709165×10-5m3/mol，理论密度为 7.875Mg/m3，通常采用的实际测定密度 7.870Mg/m3，室温线胀系数11.8×10-6/K。
900
800
700
600
19Cr 15Cr
12Cr 5Cr 0Cr
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0
碳含量，%
20
封闭γ相区相图的特点
最为简单的相图，右边往往是一匀晶相图 （开启γ相区相图由于上面开口连接液相， 故一般应有一包晶相变）
α-Fe与δ-Fe相区合并
钴的特殊性，它开启γ相区，但却使Α3温度略微升 高，这使钴产生了一些反常的行为（如降低钢的 淬透性）。
13
扩大γ相区相图
δ
A4
温
度 A3
γ
A1 α
Fe
14
扩大γ相区相图的特点
合金元素在γ-Fe中有限固溶，当合金元素含 量超过溶解度限时，则将出现石墨、ε-铜等 单质相或Fe3C、Fe4N等化合物相。
12
碳含量，%
开启γ相区相图的特点
合金元素在γ-Fe中可以无限固溶，因而使γ相区存 在的温度范围显著变宽，使δ和α相区明显缩小， 当固溶度较大时甚至在室温温度也仍可使钢保持 为单相奥氏体。奥氏体形成元素如镍，本身就具 有面心立方点阵；而锰和钴的多型性固态相变晶 型中，在一定温度范围内存在着面心立方点阵。
合金元素的作用
0.4-0.6
0.40
0.15
HT150
<20
20-30
>30
3.5-3.7
3.4-3.6
3.3-3.5
2.2-2.4
2.0-2.3
1.8-2.2
0.4-0.6
0.40
0.15
HT200
<20
20-40
>40
3.3-3.5
3.2-3.4
3.1-3.3
1.9-2.3
1.8-2.2
1.6-1.9
Sb（锑）
1．强烈促进形成珠光体
2．0.002%~0.01%时，对球墨铸铁有使石墨球细化的作用，尤其对大断面球墨铸铁有效
3．其干扰球化的作用，可用稀土元素中和
4．灰铸铁中的加入量为<0.02%，球墨铸铁中的适宜量为0.002%~0.010%
Bi（铋）
1．球墨铸铁中加铋能很有效地细化石墨球
2．大断面球墨铸铁中加铋能防止石墨畸变
0.15
0.10
HT400
>25
2.8-3.0
1.0-1.5
0.8-1.2
0.15
0.10
反球化元素的界限量
元素
Al
Ti
Pb
As
Sb
Bi
Zr
Sn
Te
Se界限量（%）0.Fra bibliotek50.07
0.002
0.05
0.01
0.002
0.03
0.05
0.003
0.0SSS3
2．能细化石墨，增加化合碳量，白口倾向有所增加，强度、硬度有提高趋势，加入量可在0.1%~0.3%
合金元素对钢材性能的影响PPT课件
Hf、Zr、Ti、Ta、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe
11
其中：
Ⅳ、Ⅴ族金属的碳化物与氮化物具有简单的点阵结构， 如 TiC、VC、TiN、TaC等；
Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ金属的碳化物与氮化物具有复杂的点阵结构， 如 Cr7 C3、Cr23 C6、W2 C、Mo2 C、(W、Mo、Fe)6 C 等。
（2）如Ni3 (Al,Ti)、Ni3 (Al,Nb)、NiAl、NiTiFeAl等。
准金属也叫半金属。通常指硼、硅、锗、硒、 碲钋、砷和锑。它们在元素周期表中处于金 属向非金属过渡的位置，物理性质和化学性 质介于金属和非金属之间。单质一般性脆， 呈金属光泽。
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4．形成非金属相（非碳化合物）及非晶体相
奥氏体的成分均匀化： 由于碳化物的不断溶入，不均匀程 度更加严重。要使奥氏体成分均匀化，碳和合金元素均需 扩散。
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由于合金元素的扩散很缓慢，因此对合金钢应采取较高 的加热温度和较长的保温时间，以得到比较均匀的奥氏 体，从而充分发挥合金元素的作用。
但对需要具有较多未溶碳化物的合金工具钢，则不应采 用过高的加热温度和过长的保温时间。
16
1、合金元素对加热转变的影响
钢在加热时，奥氏体化过程包括晶核的形成和长 大，碳化物的分解和溶解，以及奥氏体成分的均 匀化等过程。
整个过程的进行，与碳、合金元素的扩散以及 碳化物的稳定程度有关。
合金元素对奥氏体形成过程的影响体现在以下两 个方面：
17
（1）对奥氏体形成速度的影响
奥氏体的形成速度取决于奥氏体晶核的形成和长 大，两者都与碳的扩散有关。
（1）钢中的非金属相有：FeO、MnO、TiO2 、SiO2 、Al2 O3 、Cr2 O3 、MgO·Al2 O3 、MnO·Al2 O3 、MnS、FeS、 2MnO·SiO2 、CaO·SiO2 等。非金属夹杂物一般都是有害 的。
第七章 合金元素在钢中作用
4．常用钢种
40 40 4ZSiMn 低淬透性合金调质钢 Cr、 MnB、 38 40 中淬透性合金调质钢 CrMoAl、 CrNi 高淬透性合金调质钢 CrMnMo、 Cr Ni4WA 40 25 2
四、合金弹簧钢
1．弹簧性能特点
要求必须具有高的弹性极限，高的屈 要求必须具有高的弹性极限， 强比（Gs/50）高的疲劳强度（ 强比（Gs/50）高的疲劳强度（尤其 是缺口疲劳强度） 是缺口疲劳强度）及足够韧性。
4.合金元素对M相变温度也有影响 4.合金元素对M
大多数合金元素使Ms点下降 大多数合金元素使Ms点下降
第二节 合金钢的分类与编号
一、合金钢分类 通用分类方法有 : 1．按合金元素的质量分数 2．按合金元素的种类分：铬钢、锰钢、铬镍 按合金元素的种类分：铬钢、锰钢、 钢、硅锰钼钒钢等 3．按主要用途分
建 筑 及 工 程 用 结 构 钢 结构钢 机 械 制 造 用 结 构 钢 工 具 钢 特 殊 性 能 钢
二、合金钢的牌号
命名原则：由钢中碳的质量分数、 命名原则：由钢中碳的质量分数、 合金元素的种类和质量分数的组合 来表示。 来表示。当钢中合金元素的平均质 量分数<1.5%钢号中只标出元素符 量分数<1.5%钢号中只标出元素符 不标明元素的平均质量分数。 号，不标明元素的平均质量分数。 >1.5%、2.5%、3.5%在元素符 当>1.5%、2.5%、3.5%在元素符 号的后面相应标出2 ……。 号的后面相应标出2、3、4……。
例：20crMnTi钢制造汽车变速箱 20crMnTi钢制造汽车变速箱 齿轮工艺路线： 齿轮工艺路线： 锻造 正火 加工齿形 局部镀 铜（防渗碳） 渗碳 防渗碳） 预冷淬火+ 预冷淬火+ 低温回火 喷丸 磨齿 20crMnTi汽车变速齿轮热处理工 20crMnTi汽车变速齿轮热处理工 艺曲线及显微组织与力学性能。 艺曲线及显微组织与力学性能。
合金元素作用
合金元素作用
合金是由两种或两种以上金属或金属与非金属元素混合而成的材料。
在工程领域中，合金具有许多重要作用，因为它们可以提高金属的物理和化学特性。
下面介绍合金元素的作用。
1. 提高强度和硬度
合金元素的添加可以提高金属的强度和硬度。
例如，钢经过高温淬火、淬透和回火，可以通过安排合理的合金成分，使其具有高强度、高弹性和高韧性。
2. 改善耐腐蚀性能
合金元素的添加也可以改善金属的耐蚀性能。
例如，不锈钢是一种含有铬、镍和其他合金元素的钢类，具有优异的耐腐蚀性，特别是在酸性和碱性环境中。
3. 提高耐磨性能
含有合金元素的金属材料通常具有良好的耐磨性能。
铜合金、钼合金、铬钼钢和淬火处理的高铬合金等都是可以用来制造机器和设备零件的优秀材料。
4. 提高热稳定性
通过添加稀有金属（如钽、铌和钨等）制造的合金，可以提高金属的高温强度和热稳定性。
这些合金常用于高温下的石化、核电、航空航天等行业。
5. 改善电导率和磁导率
某些合金元素的添加可以改善电导率和磁导率。
例如，铝合金中添加一些铜、镁等元素，可以增加其电导率；而由带有铬或钴合金制成的磁体，具有高磁导率和特定的磁特性。
总之，合金元素的添加可以提高金属的物理、化学和机械特性，从而使它们在各种工业领域中应用得更加广泛，这些领域包括汽车、航空航天、船舶、电子、精密机械、医疗器械等。
1.1钢中的合金元素
2.扩展γ相区的元素
A4
铜、碳和氮虽然使γ相区扩大，
但在γ铁中有限溶解，如图。
A3
除此之外，其他元素都是缩小γ相区，属于 铁素体形成元素，
11
➢铁素体形成元素
使A3温度上升，A4温度下降.
1.封闭γ相区的元素
铬和钒与α铁无限互
溶，如图.
A4
A3
2.缩小γ相区元素
其他元素与α铁都是有限溶解。
如图。
A4
制备工艺
合金钢
性能
5
第一节 铁基固溶体—合金相图
所谓固溶体是指溶质原子溶入溶剂晶格中而仍保持溶 剂类型的合金相。
6
铁基固溶体有哪些？
铁的同素异晶转变:
910℃
1390℃
α-Fe←——→γ-Fe ←———→δ-Fe
A3线
A4线
各种合金元素在α(δ)铁和γ铁中具有不同的溶解度，因而 影响到δ—γ或γ一α转变的温度和α(δ)铁和γ铁基固溶体 的稳定温度和浓度范围。
4
中合金钢：一般指合金元素总含量在5～10%范围内 的钢。 高合金钢：一般指合金元素总含量超过10%的钢。 微合金钢：合金元素(如V,Nb,Ti,Zr,B)含量小于或等 于0.1%，而能显著影响组织和性能的钢。 杂质：由冶炼时原材料以及冶炼方法、工艺操作而 带入的化学元素。
组织
合金元素 （化学成分）
晶界偏聚的影响因素
晶界区溶质偏聚的函数表达式：
β Cg exp( E )
C0
RT
其中，Cg￣￣￣偏聚在晶界区的溶质浓度；
C0 ￣￣￣基体中的溶质浓度；
β￣￣￣晶界区的溶质原子富集系数，表征溶质的晶
偏聚倾向。
E￣￣￣溶质原子在晶内和晶界区引起畸变能之差,即 晶界偏聚的驱动力.(主要由原子尺寸因素引起)
合金元素在钢中的作用
合金元素在钢中的作用钢中的元素分常存和添加两种。
在实际生产和使用的钢中总是有少量非有意加入的各种元素，如硅、锤、磷、硫、氧、氮、氢等，这些元素称为常存或残余元素。
其中，硅、锺是脱氧后残留下来的；磷、硫主要是原材料带来的；而氧、氮、氢部分是原材料带来，其余部分是在冶炼过程中从空气中吸收的。
为了改善和提高钢的某些性能，或获得某些特殊性能而有意在冶炼过程中加入的元素称为合金元素。
常用的合金元素有铭(Cr）、镇（Ni ）、铝（Mo ）、鸽（W）、饥（V）、铁（Ti）、银（Nb ）、错（Zr）、钻（Co）、硅（Si）、锤（Mn）、铝（Al）、铜（Cu）、棚（B）、稀土(Re）等。
磷（P）、硫（S）、氮（N）等在某些情况下也起到合金元素的作用。
合金元素在钢中与铁和碳这两个基本组元的相互作用，以及它们彼此之间的相互作用，影响钢中各组成相、组织和结构，促使其发生有利的变化，可提高和改善钢的综合力学性能；能显著提高和改善钢的工艺性能，如洋透性、回火稳定性、切削加工性等；还可使钢获得一些特殊的物理化学性能，如耐热、不锈、耐腐蚀等。
这些性能的改善和获得，一部分是加入合金元素的直接影响，而大部分则是通过合金元素对钢的相变过程影响所引起的。
合金元素所起的作用，与其本身的原子结构、原子大小和晶体结构特征等有关。
人们对合金元素在钢中所起作用的认识是经过长期实践、不断探索而发展起来的，因此，还需不断地研究、探索、发展。
总的说来，合金元素在退火状态下起着强化铁素体的作用，从而提高退火状态下钢的强度。
它们对铁素体强化的程度由强到弱排列为P、Si、Ti、Mn,Al、Cu,Ni、W、Mo、V、Co、Cro除镇外，它们都使伸长率和冲击值下降，而镇一方面显著提高强度，另一方面却始终使塑性和韧性保持高水平。
除C o、Al外的大多数合金元素在洋火回火状态下均能提高钢的洋透性。
添加了合金元素的合金钢在硬度、强度（σb,a.),塑性指标（σ%，ψ%）等性能方面均高于碳钢，冲击韧性αk也较高。
第一部分钢铁中的合金元素
A1
热处理时常用的冷却方
式有两种：一是等温冷却
（常用于理论研究）；二是
连续冷却（常用于生产）。
2、过冷奥氏体等温冷却曲线的绘制 通常将处于A1以下温度尚未发生转变的奥氏体称为过冷
奥氏体。钢在冷却时的组织转变实质上是过冷奥氏体的组织 转变。
1）等温冷却试验： （a） 首先将若干薄圆片状试样放入锡熔炉中，在高于共 析温度的条件下进行奥氏体化；（b）将上述奥氏体化后 的试样迅速放入另一锡熔炉保温，炉温低于共析温度； （c）依据试样保温时间的差异，分别从炉中取出试样， 置于水中快冷； （d）磨制金相试 样，并观察显微 组织。
溶质原子的以上行为都是为了使点阵得到松弛,从而 降低系统的内能.
不同溶质原子在位错周围的分布状态
晶界偏聚的影响因素
晶界区溶质偏聚的函数表达式：
β Cg exp( E )
C0
RT
其中，Cg￣￣￣偏聚在晶界区的溶质浓度；
C0 ￣￣￣基体中的溶质浓度；
β￣￣￣晶界区的溶质原子富集系数，表征溶质的晶
偏聚倾向。
晶界偏聚的其它问题
➢ 溶质原子的偏聚温度
表：一些溶质原子出现晶界偏聚和柯氏气团的温度范围
H
C、N
P Mo、Nb（铌）
0℃以下 室温附近 ＞350 ℃
＞500 ℃
➢ 溶质原子的偏聚区宽度 溶质原子的偏聚区宽度受晶界区宽度窄的影响，一般
在nm级范围，如P：6nm；Sb（锑）：7nm。
➢ 各种溶质元素在晶界偏聚中的相互影响 1、偏聚位置的竞争，E越大的元素有限偏聚； 如Ce（铈）＞ P 2、影响晶界偏聚的速度； 如Ce能减慢Sb在Fe晶界的偏聚速度 3、影响偏聚元素在晶内的溶解度； 如La（镧）的存在，降低了P和Sn在晶内的溶解度 4、出现共偏聚。
各种元素在铝合金中的作用
各种元素在铝合金中的作用1.合金元素影响铜元素铝铜合金富铝部分548时，铜在铝中的最大溶解度为 5.65%,温度降到302时，铜的溶解度为0.45%。
铜是重要的合金元素，有一定的固溶强化效果，此外时效析出的CuAl2有着明显的时效强化效果。
铝合金中铜含量通常在2.5% ~ 5%，铜含量在4%~6.8%时强化效果最好，所以大部分硬铝合金的含铜量处于这范围。
铝铜合金中可以含有较少的硅、镁、锰、铬、锌、铁等元素。
硅元素Al—Si合金系富铝部分在共晶温度577 时，硅在固溶体中的最大溶解度为1.65%。
尽管溶解度随温度降低而减少，介这类合金一般是不能热处理强化的。
铝硅合金具有极好的铸造性能和抗蚀性。
若镁和硅同时加入铝中形成铝镁硅系合金，强化相为MgSi。
镁和硅的质量比为1.73:1。
设计Al-Mg-Si系合金成分时，基体上按此比例配置镁和硅的含量。
有的Al-Mg-Si合金，为了提高强度，加入适量的铜，同时加入适量的铬以抵消铜对抗蚀性的不利影响。
Al-Mg2Si合金系合金平衡相图富铝部分Mg2Si 在铝中的最大溶解度为1.85%，且随温度的降低而减速小。
变形铝合金中，硅单独加入铝中只限于焊接材料，硅加入铝中亦有一定的强化作用。
镁元素Al-Mg合金系平衡相图富铝部分尽管溶解度曲线表明，镁在铝中的溶解度随温度下降而大大地变小，但是在大部分工业用变形铝合金中，镁的含量均小于6%，而硅含量也低，这类合金是不能热处理强化的，但是可焊性良好，抗蚀性也好，并有中等强度。
镁对铝的强化是明显的，每增加1%镁，抗拉强度大约升高瞻远34MPa。
如果加入1%以下的锰，可能补充强化作用。
因此加锰后可降低镁含量，同时可降低热裂倾向，另外锰还可以使Mg5Al8化合物均匀沉淀，改善抗蚀性和焊接性能。
锰元素Al-Mn合金系平平衡相图部分在共晶温度658时，锰在固溶体中的最大溶解度为1.82%。
合金强度随溶解度增加不断增加，锰含量为0.8%时，延伸率达最大值。
合金元素在刚中的作用
钒在工具钢中细化晶粒，降低过热敏感性，增加回火稳定性和耐磨性，从而延长了工具的使用寿命。
（6）钛（Ti） 钛和氮、氧、碳都有极强的亲和力，与硫的亲和力比铁强。因此，它是一种良好的脱氧去气剂和固定氮和碳的有效元素。钛虽然是强碳化物形成元素， 但不和其他元素联合形成复合化合物。碳化钛结合力强，稳定，不易分解，在钢中只有加热到1000℃以上才能缓慢地溶入固溶体中。在未溶入之前， 碳化钛微粒有阻止晶粒长大的作用。由于钛和碳之间的亲和力远大于铬和碳之间的亲和力，在不锈钢中常用钛来固定其中的碳以消除铬在晶界处的贫化， 从而消除或减轻钢的晶间腐蚀。
合金元素的作用
碳、氮 可扩大和稳定奥氏体，从而提高耐热钢的高温强度。钢中含铬、锰较多时，可显著提高氮的溶解度，并可利用氮合金化以代替价格较贵的镍。
硼、稀土均为耐热钢中的微量元素。硼溶入固溶体中使晶体点阵发生畸变，晶界上的硼又能阻止元素扩散和晶界迁移，从而提高钢的高温强度；稀土元素能显著提高钢的抗氧化性，改善热塑性。
合பைடு நூலகம்元素的作用
铬、铝、硅 这些铁素体形成的元素，在高温下能促使金属表面生成致密的氧化膜，防止继续氧化，是提高钢的抗氧化性和抗高温气体腐蚀的主要元素。但铝和硅含量过高会使室温塑性和热塑性严重恶化。铬能显著提高低合金钢的再结晶温度,含量为2％时，强化效果最好。
镍、锰 可以形成和稳定奥氏体。镍能提高奥氏体钢的高温强度和改善抗渗碳性。锰虽然可以代镍形成奥氏体，但损害了耐热钢的抗氧化性。
合金中元素的作用
钢材合金中各种元素的作用1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。
碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。
2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。
如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。
硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。
在调质结构钢中加入 1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。
硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。
含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。
硅量增加，会降低钢的焊接性能。
3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。
在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。
含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。
锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。
4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。
因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。
5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。
使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。
硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。
所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。
在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。
6、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。
钢中各合金元素的作用
一、基础知识
2、合金元素改性原理
(1)形成固溶体。 原子直径较小的常形成间隙固溶体，如C、N、B等；原子直径 较 大 的 形 成 置 换 固 溶 体 ， 如 Cr 、 Ni 、 Mn 、 Co 、 V 等 。 一 般 有 如 下 规 律 ： Radd/RFe>0.59形成置换固溶体，Radd/RFe<0.59形成间隙固溶体。如Fe-C相图中奥氏 体便是C原子在面心立方相γ-Fe中的间隙固溶体。固溶体的强化是以形成晶格畸 变来实现的。 (2)细晶强化。一些合金元素如V、Ti、Mo等有细化晶粒的作用，在液相结晶过程 中形成的化合物/中间相，起到类似于形核剂的作用；这些化合物、中间相又在 热处理和锻压中起固溶析出、钉扎，从而细化晶粒。多晶材料的屈服强度σs和晶 粒尺寸d之间存在经验公式Hall-Petch公式：式中σ0和k都是材料属性。
二、各元素的作用
碳C
Q235、45#
(1)碳是钢铁材料的主要合金元素，因此钢铁材料也可以称为铁碳合金。
(2)C在钢中主要以三种状态存在：固溶于δ/γ/α-Fe中形成高温铁素体、奥 氏体和铁素体，提高钢的强度；形成金属碳化物，如如Fe3C、Vc等，提 高钢的硬度和耐磨性；游离态石墨(过共析钢中)，这种状态于钢材的性 能有害，应当避免，但是却是铸铁中的常见形态。
各元素的作用硅si二各元素的作用1si是钢中常见的还原剂和脱氧剂能显著提高钢的弹性极限屈服点和抗拉强度用于低碳钢中具有极高的导磁率常用来做硅钢片60si2mn35aw3002在钢中si主要以三种状态存在固溶态固溶于铁素体和奥氏体中氧化态si与o的结合能力比fe强这也导致其有氧焊接性能大大降低和游离态
钢中各合金元素的作用
2012年7月
一、基础知识
钢 铁
合金元素在钢中的作用
碍晶粒长大 • 非碳化物形成元素：Cu、Si、Ni……阻
止晶粒长大；P、Cu促进晶粒长大。
课题一 概述
♥对过冷奥氏体的转变的影响 实质上是对C曲线的影响
• 除Co以外，大多数合金元素都增加奥氏 体的稳定性，使C曲线右移。且非碳化物 形成元素Al、Ni、Si、Cu等不改变C曲 线的形状，只使其右移，碳化物形成元 素Mn、Cr、Mo、W等除使C曲线右移 外，还改变其形状。
当钢中加入少量合金元素时，有一部分溶于铁 素体内形成合金铁素体.
课题一 概述
♥合金元素在钢中的存在方式
（2）形成碳化物 碳化物形成元素可形成合金渗碳体和特殊碳化物. A 合金渗碳体 合金元素与碳的亲合力较弱，它的大部分是固溶 于铁素体、奥氏体、马氏体中，而少部分固溶于 渗碳体中形成合金渗碳体，如（Fe，Mn）3C。
♥对钢加热时奥氏体形成的影响
钢加热时对奥氏体形成速度的影响 奥氏体化过程包括奥氏体的形成，剩余碳化物 的溶解和奥氏体成分均匀化，均是由合金元素 和碳的扩散所控制。
• 非碳化物形成元素： • Co和Ni提高碳在奥氏体中扩散速度，加速奥
氏体的形成。Si、Al、Mn等元素，对C的扩散 速度影响不大。因而对奥氏体的形成速度影响 不大。
课题二 结构钢
• 典型合金调质钢分类
• ♥低淬透性调质钢 • 钢。含合金元素总量＜3 %， 40Cr、40MnB等 • ♥中淬透性调质钢 • 38 CrSi、35 CrMo 等，常用于制造较小的齿
轮、 • 轴、螺栓等零件。钢含合金元素总量在4 %左
右.
课题二 结构钢
• ♥高淬透性调质钢 • 钢含合金元素总量在4 %～ 10 %; • 38 Cr Mo Al A、40 Cr Mn Mo、25
合金元素的作用
合⾦元素的作⽤合⾦元素随着C、Mn、S、P、Si含量的增加，σs提⾼，塑性应变⽐R减⼩。
Mn可提⾼钢防⽌热脆的能⼒。
S使钢产⽣热脆，硫化物夹杂促使钢中形成带状组织，恶化冲压性能。
P能溶于铁素体内使铁素体在室温下强、硬度提⾼，塑、韧性下降，发⽣冷脆。
S 偏析现象严重，且很难经扩散退⽕完全消除，易出现带状组织。
Al可使O和N固定在Al2O3和AlN 中，消除钢的时效硬化；Al 也可控制晶粒度及晶粒形状，形成{111}织构；若Al含量⼩于0.02%，则其不能消除游离态的N，若Al含量⼤于0.065%，则其在钢中会起到合⾦化的作⽤，使σs升⾼，理想含量为0.025~0.05%。
沸腾钢中的固溶氮含量较⾼，时效硬化明显。
铝镇静钢在光亮退⽕过程中，绝⼤部分碳析出形成Fe3C，经平整后性能稳定。
IF钢中添加了强碳、氮化合物形成元素Ti或Nb，具有超低碳，微合⾦化，钢质纯净及⽆时效性等特点。
Mn⼤部分溶于α-Fe,形成置换固溶体，并使α-Fe强化；⼀部分溶于Fe3C，形成合⾦Fe3C，可增加P相对量，并使P变细；MnS能减轻S的“热脆”。
Si也溶于Fe3C，使Fe3C。
S不溶于Fe，FeS与Fe共晶，并分布于A晶界。
在1000~1200℃，FeS-Fe 共晶溶化，晶粒脱开，钢材变得极脆。
P全部溶于Fe3C，使脆性转化温度升⾼，发⽣“冷脆”。
不锈钢中Cr的主要作⽤是产⽣钝化，阻碍阳极反应，增加耐腐蚀性；Ni起扩⼤γ区，降低钢的Ms点，使钢在室温下具有单相奥⽒体组织。
钢中的H、O、N是在炼钢时进⼊的，Ni、Cu、Sn是由废钢原料带⼊，Al、Ti是为脱氧⽽引⼊。
Al、N、Co、Ti、V可细化晶粒，C、N起固溶强化作⽤，Ni、Co、Ti、V、W起弥散强化作⽤。
C含量低，Al、Mn 含量⾼，晶粒细化的钢的韧性较好；晶粒细化，Mn、Ni固溶强化可使钢的韧性随屈服强度增加⽽得以改善，⽽弥散硬化，位错强化，C固溶则使钢随屈服强度增加⽽使韧性恶化。
灰铸铁件常用合金元素及其作用
常见微量元素
锡、锑、锌等元素在含量很低的情况下，就能显著 形象铁液的特性〔如黏度、外表张力等〕以及凝固 后的组织特点〔如基体和石墨〕。它们对铸铁组织 的影响有二重性，有有害的一面，也有可利用的一 面。
Sn
在灰铸铁中，锡是很好的稳定珠光体的元素。锡能 阻碍奥氏体中的碳向石墨扩散，从而使珠光体增多。 当锡的参加量过多时就会使铸件脆化，冲击韧度下 降。锡的参加量一般控制在0.04%-0.1%。
料时，将增碳剂置于废钢上参加。需注意的是，增 碳剂会附着在炉衬外表而烧损，所以应防止增碳剂 直接接触炉衬。
Si
硅是促进石墨化的元素。它降低碳在铁液中和奥氏 体的溶解度，从而促使其析出。硅对铸铁有固溶强 化的作用，但它同时使石墨粗大并且促进铁素体的 产生，因此总体上降低了铸铁的强度。
随着硅含量的增加，铸铁的石墨化程度逐渐提高， 珠光体数量减少，而铁素体增多。反之，假设硅含 量过低，那么可能出现白口或麻口组织。
S
硫在铸铁中是有害元素。硫能完全溶于铁液，并增 强Fe-C原子间的结合力，因此是阻碍石墨化的元素。
此外硫还恶化铸铁的铸造性能，降低流动性，增大 裂纹倾向等。但是少量的硫可以促进石墨生核并细 化晶粒。因此灰铁件中硫的含量最好控制在 0.06%-0.08%。
以上五种元素广泛应用于所有灰铸铁件，除某些特 种用途的铸铁件外，硫、磷均被视为有害元素，需 要严格控制含量。
碳体硬度很高而塑性和冲击韧性几乎为零，脆性极 大，是铸铁件的强化相。
灰铸铁中碳含量越高，强度越低。增加含碳量，可 使铸铁的石墨化程度增加，石墨变得粗大，基体中 珠光体含量减少，铁素体增加。
熔炼时，含碳量的控制主要通过加增碳剂和废钢来 控制。中频感应电炉通常增碳的方法是待炉料完全 熔化后，除去液面熔渣，然后利用铁液的卷动将它 卷入铁液内，8-12分钟完成增碳处理。也可在投