钢铁中的合金元素PPT课件

二、合金元素的分类
与Fe相互作用： 形成元素 形成元素
与C相互作用： 碳化物形成元素 非碳化物形成元素
对 层错能的影响：增大层错能 如Ni、Cu 等 减小层错能 如Mn、Cr、Ru、 Zr等。
§1－3 铁基固溶体 一、奥氏体形成元素 （开启相区、扩大 相区） 二、 铁素体形成元素 （封闭 相区、缩小 相区） 三、 热力学讨论合金元素对相区的作用。
四、低、中、高合金钢（复习） 5% ；5－ 10% ；10%。
§1－2 合金元素在钢中的存在方式及分类 一、合金元素在钢中的存在方式 二、合金元素的分类。
一、合金元素在钢中的存在方式 溶入基本相： 、 、Fe3C 形成新相：碳化物、氮化物或金属间化合物
非金属夹杂物（与O、N、S) 以游离状态存在： Pb、Cu 、G（C)。
一、合金元素(p3)
钢中常用合金元素
钢的成分中含有的元素一般除Fe、C外，还包括：
常存合金元素
Si、Mn
未清除净的杂质
S、P、H、O
主要元素(含量较高) Cr、Ni、W、Mo
强碳化物元素
V、Nb、Tb、Zr、B
其他元素
Re(稀土)、Al
二、合金钢（补充） 三、微合金化钢（补充）
如V、Nb、Ti、Zr和B含量在0.1% （B－0.001%），可能显著地影响钢的 组织与性能

一、奥氏体形成元素 与铁素体形成元素（p3-5）
912℃
1394℃
-Fe
-Fe
-Fe
A3
A4
在-Fe中有较大溶解度并能稳定-Fe的元素； 在-Fe中有较大溶解度并使-Fe不稳定的元素。
奥氏体形成元素 : 使A3温度下降，A4温度升高 开启相区：与-Fe可无限固溶，使和相区缩小
如锰、钴和镍 。
奥氏体形成元素 : 使A3温度下降，A4温度升高 扩大 相区：使 相区扩大，但与－Fe有限溶解
分析C、N在Fe中的溶解度。
重要说明
对钢中基本相的影响 1）溶于铁素体, 起固溶强化作用 非碳化物形成元素及过剩的碳化物形成元素都溶于铁素体，形
成合金铁素体. Si、Mn对强度、硬度提高显著。 Cr、Ni在适当范围内提高韧性。
对铁素体冲击韧性影响
2）合金元素固溶于奥氏体，增加钢的稳定性
§1－4 钢铁中的碳化物和氮化物
钢中合金元素扩大 相区的条件 （1）Me(C、N、B除外）本身具有面心立方 点阵或在其多型性转变中有一种面心立方点阵； （2）与铁的电负性相近； （3）与铁的原子尺寸相近
分析Me（Ni、Co、Mn、Cr、V、Cu）在Fe中的溶解度。
决定组元在间隙固溶体中的溶解条件： 溶剂金属的晶体结构和间隙元素的原子尺寸
从原子半径看 rx／rMe＜0.59
简单密排结构的间隙化合物； MeX型： MC、MN， Me2X型：M2C、M2N
rx／rMe＞0.59 复杂结构的间隙化合物
M23C6（ Cr23C6 ）、 M7C3 （Cr7C3 ） M3C（ Fe3C、 Fe3W3C、 Fe2W4C）。
Ⅳ、Ⅴ族的碳化物与氮化物 均具有面心立方点阵（NaCl型）的密排结构 铬、锰、铁的碳化物 具有复杂结构 所有氮化物 均具有简单密排结构。 注意：
第一章
钢铁中的合金元素
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总体概述
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第一章钢铁中的合金元素
§1－1 基本定义与概念 §1－2 合金元素的分布及分类 §1－3 铁基固溶体 §1－4 钢铁中的碳化物和氮化物 §1 – 5 钢中的金属间化合物 §1 – 6 钢中的非金属相 §1 – 7 合金元素与钢中晶体缺陷的相互作用 。
当钢中有多种合金元素共存时，会出现多种碳化 物、氮化物或碳氮化物并存的状态。
2、碳化物的特性与作用
1）特性
分
硬 脆熔
解
度 性点
温
高 大高
度
高
钢中常见碳化物的类型及基本特性
2）作用 合金元素与碳的亲和力从大到小的顺序为：
Ti、Zr、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe。
⑴ Ti、 Zr、Nb、 V为强碳化物形成 元素，碳化物的 稳定性、熔点、 硬度、耐磨性高， 如TiC、VC等。
第一章钢铁中的合金元素
§1－8 合金元素对Fe--C相图的影响。 §1 – 9 合金元素对钢在加热时转变的影响 §1 – 10 合金元素对过冷奥氏体转变的影响 §1 – 11 合金元素对淬火钢回火转变的影响。
§1－1 基本定义与概念
一、 合金元素 二、合金钢 三、微合金化钢 四、低、中、高合金钢。
钢中碳化物
⑵ W、Mo、Cr为中碳化物形成元素，碳化物的稳 定性、熔点、硬度、耐磨性较高，如W2C等。
⑶ Mn、Fe为弱碳化物形成元素，碳化物的稳定性、 熔点、硬度、耐磨性较低，如Fe3C等。
（2）生成热的绝对值愈高，稳定性也愈大。
碳化物、氮化物形成元素（p8-10）
Fe、Mn、 Cr、Mo、W、V、Nb、Zr、Ti
弱
中等
强
少多
少多
特殊碳化物。
F、 合金渗碳体 特殊碳化物
2）结构
从周期表看
对过渡族金属，沿周期自左向右，d 层和s层电子填满程度增大，发生从体心 立方点阵到面心立方或六方密排点阵的 过渡；
一、非碳化物形成元素 二、碳化物、氮化物
1、形成规律及结构 2、特性与作用。
一、非碳化物形成元素 Ni、Si、Cu、Co、A1、N、S、P。
二、碳化物、氮化物（p8-10） 1、形成规律及结构 1）形成规律 稳定性可以从电子结构和生成热两方面来描述
（1）从电子结构考虑，主要取决于其d层电子数。 d层电子愈少，金属元素与碳、氮的结合强度愈大， 稳定性也愈大。在每一周期中，随着过渡族金属原 子序数的增加，金属电子层（3d层）填满程度增大， 金属与碳、氮的结合力减弱，即稳定性降低。
如碳、氮和铜。
二、铁素体形成元素 铁素体形成元素 : 使A3温度升高，A4温度下降
封闭 相区：相图上形成 圈
如钒、铬、钛、钼、钨、铝、磷、锡、锑、砷等。
铁素体形成元素 : 使A3温度升高，A4温度下降 缩小 相区：出现了金属间化合物，破坏了 圈
如硼、锆、铌、钽、硫、铈。
三、热力学讨论合金元素对相区的作用（p5-6） C/C=exp（△H/RT） △H=H －H