哈工大第一版金属学与热处理课件
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1 对加热时相转变的影响： 大多数合金元素都使奥氏体的长 大减慢，成分均匀化难度加大 ——大多数合金钢比碳钢加热温度高， 保温时间长； —— 但须考虑合金元素对A3的影响， 例含Mn钢
2 对冷却转变（C曲线）的影响： 实质为对C曲线的影响： (1) 使C曲线位置和形状改变：
非碳化物形成元素——改变位置，不改变形状 碳化物形成元素 ——改变位置与形状，使P、 B转变分离
§10-2 合金元素在钢中的作用
一 合金元素对钢中基本相的影响
1 形成合金铁素体
绝大多数合金元素可或多或少固溶于 铁素体中，形成α-Fe的间隙或置换固溶 体 —— 合金铁素体 —— 合金元素有固溶强化作用
对强硬度影响
对韧性影响
但过多则降低韧性
例如：Si、Mn显著提高强硬度，
但当 Si>0.6%; Mn>1.5%;
（2） 合金钢
C% 合金结构钢： 1/万 合金工具钢： 1/千 特殊性能钢： 1/千
例：
Me% 1/百 ~ ~
40Cr —合金结构钢； 9CrSi —合金工具钢 CrWMo—合金工具钢；1Cr18Ni9 —不锈钢 特殊： GCr15 —— 1.5%Cr 0Cr18Ni9 —— < 0.08% 00Cr18Ni9 —— < 0.03%
Ni、Mn、Cu、Co、C、N
扩大α相区，使A3 ↑， A4 ↓：
Cr、W、Mo、V、Ti、
Al、Si、B、Nb、Zr
意义：在室温下可能获得单相奥 氏体组织或单相铁素体组织
┗奥氏体钢
2 影响相图临界点（S、E)）
**所有合金元素均使S、E点左移
4Cr13——过共析钢； W18Cr4V——莱氏体钢
三 对钢热处理的影响
Cr>2%;
Ni>5%时韧性明显下降
—— 限量使用
2 形成合金碳化物
根据与碳的亲和力，合金元素分为两类：
碳化物形成元素： Mn、Cr、Mo、W、V、Nb、Zr、Ti 以上由弱至强
非碳化物形成元素： Ni、Co、Cu、Al、Si、N、B
（1）形成合金渗碳体
弱碳化物形成元素、中强碳化物 形成元素可置换渗碳体中的铁原子 →(Fe、Mn)3C 、 (Fe、Cr)3C 意义： 合金渗碳体较渗碳体稳定，熔点和 硬度更高 ——低合金钢中的主要强化相
§10-1 概述 一 多钢种原因
碳钢优点：价廉、实用； 力性随碳含量显著变化。 碳钢的性能缺点： （1）淬透性低；水淬，D临 =10~20mm （2）强度、屈强比较低； 20钢与16Mn的σs：240、360MN/m2； 40钢与35CrNi3Mo的σs/σb：0.43、0.74
(3) 回火稳定性差，
（2）百度文库成特殊碳化物
强碳化物形成元素、或较高含量的 中强碳化物形成元素（>5%）： VC、TiC、WC、Mo2C、Cr23C6、Cr7C3 ——形成特殊碳化物 特殊碳化物较合金渗碳体稳定性更 高，熔点与硬度也更高——耐较高温度 的强化相 ——高合金钢中的主要强化相
小结：
碳在钢中的存在形式及作用：
(1)固溶于铁基体中； ——固溶强化、 (2)形成各类碳化物 ——第二相强化，提高耐磨性
二 合金元素对铁碳相图的影响
1 影响奥氏体、铁素体存在范围
L
N T G J
δ
γ
S
L+γ E
L +Fe3C C
α+γ α P Q Fe
γ +Fe3C A1 α+Fe3C
C%
6.69
扩大γ相区，使A3↓，A4↑：
② 优质碳素结构钢(0.06%~0.70%)——成分 08F、10、20 : 塑韧性、焊接性好 冷冲、焊接、渗碳件 25、30、35、 调质后综合机性好 40、45 : 调质件 50、60、65 : 强度高、弹性极限高 弹性元件
③ 碳素工具钢（0.65%~1.35%） T7、T8：一定韧性 冲头、锤子、凿子 T9、T10：硬度高、韧性适中； 钻头、手锯条、刨刀 T12(A)、T13： 硬度高、韧性低 锉、刮刀、量具 ——低速运转的工具
综合机性不高；
碳素工具钢T使<200℃, V切<5m/min; (4) 不能满足特殊性能要求 ---合金钢的产生
二 钢分类及编号 1 钢分类 （1）按化学成分： ①碳 钢 高、中、低碳钢：0.25%；0.6% ② 合金钢 高、中、低合金钢：5%；10%） ┗ 为改善钢的性能，冶炼时在碳钢的基 础上 特意加入一定的合金元素所获得的钢。
第十章 工业用钢
本章目的： 1 介绍合金钢的概念及其分类、编号的 方法； 2 揭示合金元素在钢中的作用，即合金 化原理； 3 分别介绍各种主要类型的合金钢。
本章重点: (1) 合金元素对钢的组织与性能影响规律； (2) 各类钢主要的性能要求、成分及合金化 特点，合金元素的主要作用，主要的热处 理方法、应用; (3) 各类钢的典型钢种。
（2）按用途： ① 结构钢：工程构件、机器零件 ② 工具钢：刃、量、模 ③ 特殊性能钢：耐热、耐蚀、磁性 （3）按质量等级： 优质、高级优质、普通； 实际中往往采取综合法： ——高级优质合金工具钢
2 钢编号
反映：成分、用途 （1）碳钢（碳素结构钢、碳素工具钢） ① 普通碳素结构钢 （0.06%~0.4%）——力性要求 Q195、Q215、Q235 -A· F 、Q255、Q275； Q295、Q345、Q345、Q390、Q420、Q460 与旧标准的对比： Q235≈A3 -----为构件用钢: 建筑、桥梁、船舶、压力容器、管道等
典型应用：含Mo的贝氏体钢的设计原理
(2) 大部分合金元素使C曲线右移；
意义：提高淬透性
合金元素提高淬透性的顺序(由强至弱)：
Mo、Mn、W、Cr、Ni、Cu、Si、V
另 B 元素：添加0.0005%~0.0035%量
┗ 显著提高淬透性
注：
① 合金元素需溶入奥氏体中；
② 含较多提高淬透性元素的钢可能在 空冷条件下获马氏体 ——例如：W18Cr4V
(3) 大部分合金元素↓Ms、Mf, ,↑AR%; 高碳、高合金钢的多次回火工艺， 目的之一是减少AR%。
3 合金元素对回火过程的影响
(1) 提高钢的回火稳定性 回火稳定性定义： 钢在回火过程中抵抗软化的能力~。 原因：合金元素推迟回火各个阶段，增强钢 抵抗软化能力——提高钢的回火稳定性。 ——合金碳化物稳定性高
2 对冷却转变（C曲线）的影响： 实质为对C曲线的影响： (1) 使C曲线位置和形状改变：
非碳化物形成元素——改变位置，不改变形状 碳化物形成元素 ——改变位置与形状，使P、 B转变分离
§10-2 合金元素在钢中的作用
一 合金元素对钢中基本相的影响
1 形成合金铁素体
绝大多数合金元素可或多或少固溶于 铁素体中，形成α-Fe的间隙或置换固溶 体 —— 合金铁素体 —— 合金元素有固溶强化作用
对强硬度影响
对韧性影响
但过多则降低韧性
例如：Si、Mn显著提高强硬度，
但当 Si>0.6%; Mn>1.5%;
（2） 合金钢
C% 合金结构钢： 1/万 合金工具钢： 1/千 特殊性能钢： 1/千
例：
Me% 1/百 ~ ~
40Cr —合金结构钢； 9CrSi —合金工具钢 CrWMo—合金工具钢；1Cr18Ni9 —不锈钢 特殊： GCr15 —— 1.5%Cr 0Cr18Ni9 —— < 0.08% 00Cr18Ni9 —— < 0.03%
Ni、Mn、Cu、Co、C、N
扩大α相区，使A3 ↑， A4 ↓：
Cr、W、Mo、V、Ti、
Al、Si、B、Nb、Zr
意义：在室温下可能获得单相奥 氏体组织或单相铁素体组织
┗奥氏体钢
2 影响相图临界点（S、E)）
**所有合金元素均使S、E点左移
4Cr13——过共析钢； W18Cr4V——莱氏体钢
三 对钢热处理的影响
Cr>2%;
Ni>5%时韧性明显下降
—— 限量使用
2 形成合金碳化物
根据与碳的亲和力，合金元素分为两类：
碳化物形成元素： Mn、Cr、Mo、W、V、Nb、Zr、Ti 以上由弱至强
非碳化物形成元素： Ni、Co、Cu、Al、Si、N、B
（1）形成合金渗碳体
弱碳化物形成元素、中强碳化物 形成元素可置换渗碳体中的铁原子 →(Fe、Mn)3C 、 (Fe、Cr)3C 意义： 合金渗碳体较渗碳体稳定，熔点和 硬度更高 ——低合金钢中的主要强化相
§10-1 概述 一 多钢种原因
碳钢优点：价廉、实用； 力性随碳含量显著变化。 碳钢的性能缺点： （1）淬透性低；水淬，D临 =10~20mm （2）强度、屈强比较低； 20钢与16Mn的σs：240、360MN/m2； 40钢与35CrNi3Mo的σs/σb：0.43、0.74
(3) 回火稳定性差，
（2）百度文库成特殊碳化物
强碳化物形成元素、或较高含量的 中强碳化物形成元素（>5%）： VC、TiC、WC、Mo2C、Cr23C6、Cr7C3 ——形成特殊碳化物 特殊碳化物较合金渗碳体稳定性更 高，熔点与硬度也更高——耐较高温度 的强化相 ——高合金钢中的主要强化相
小结：
碳在钢中的存在形式及作用：
(1)固溶于铁基体中； ——固溶强化、 (2)形成各类碳化物 ——第二相强化，提高耐磨性
二 合金元素对铁碳相图的影响
1 影响奥氏体、铁素体存在范围
L
N T G J
δ
γ
S
L+γ E
L +Fe3C C
α+γ α P Q Fe
γ +Fe3C A1 α+Fe3C
C%
6.69
扩大γ相区，使A3↓，A4↑：
② 优质碳素结构钢(0.06%~0.70%)——成分 08F、10、20 : 塑韧性、焊接性好 冷冲、焊接、渗碳件 25、30、35、 调质后综合机性好 40、45 : 调质件 50、60、65 : 强度高、弹性极限高 弹性元件
③ 碳素工具钢（0.65%~1.35%） T7、T8：一定韧性 冲头、锤子、凿子 T9、T10：硬度高、韧性适中； 钻头、手锯条、刨刀 T12(A)、T13： 硬度高、韧性低 锉、刮刀、量具 ——低速运转的工具
综合机性不高；
碳素工具钢T使<200℃, V切<5m/min; (4) 不能满足特殊性能要求 ---合金钢的产生
二 钢分类及编号 1 钢分类 （1）按化学成分： ①碳 钢 高、中、低碳钢：0.25%；0.6% ② 合金钢 高、中、低合金钢：5%；10%） ┗ 为改善钢的性能，冶炼时在碳钢的基 础上 特意加入一定的合金元素所获得的钢。
第十章 工业用钢
本章目的： 1 介绍合金钢的概念及其分类、编号的 方法； 2 揭示合金元素在钢中的作用，即合金 化原理； 3 分别介绍各种主要类型的合金钢。
本章重点: (1) 合金元素对钢的组织与性能影响规律； (2) 各类钢主要的性能要求、成分及合金化 特点，合金元素的主要作用，主要的热处 理方法、应用; (3) 各类钢的典型钢种。
（2）按用途： ① 结构钢：工程构件、机器零件 ② 工具钢：刃、量、模 ③ 特殊性能钢：耐热、耐蚀、磁性 （3）按质量等级： 优质、高级优质、普通； 实际中往往采取综合法： ——高级优质合金工具钢
2 钢编号
反映：成分、用途 （1）碳钢（碳素结构钢、碳素工具钢） ① 普通碳素结构钢 （0.06%~0.4%）——力性要求 Q195、Q215、Q235 -A· F 、Q255、Q275； Q295、Q345、Q345、Q390、Q420、Q460 与旧标准的对比： Q235≈A3 -----为构件用钢: 建筑、桥梁、船舶、压力容器、管道等
典型应用：含Mo的贝氏体钢的设计原理
(2) 大部分合金元素使C曲线右移；
意义：提高淬透性
合金元素提高淬透性的顺序(由强至弱)：
Mo、Mn、W、Cr、Ni、Cu、Si、V
另 B 元素：添加0.0005%~0.0035%量
┗ 显著提高淬透性
注：
① 合金元素需溶入奥氏体中；
② 含较多提高淬透性元素的钢可能在 空冷条件下获马氏体 ——例如：W18Cr4V
(3) 大部分合金元素↓Ms、Mf, ,↑AR%; 高碳、高合金钢的多次回火工艺， 目的之一是减少AR%。
3 合金元素对回火过程的影响
(1) 提高钢的回火稳定性 回火稳定性定义： 钢在回火过程中抵抗软化的能力~。 原因：合金元素推迟回火各个阶段，增强钢 抵抗软化能力——提高钢的回火稳定性。 ——合金碳化物稳定性高