第1章-钢的合金化原理-0904PPT课件

锰含量及钼含量对铁碳相图奥氏体区的影响
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2. 改变了共温度
扩大γ相区的元素 使A1，A3下降；
缩小γ相区的元素 使A1，A3升高。
当Mo>8.2%, W>12%, Ti>1.0%, V>4.5%, Si>8.5%， γ相区消失。
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3. 改变了共析含碳量
所有合金元素均使S点左移。 提问：对组织与性能有何影响呢？
T 降低时，内吸附提高。
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五. 合金钢的分类与编号
1. 钢的分类
按用途分类 工程结构钢 机械制造结构钢 工具钢（刃具钢、模具钢、量具钢） 特殊性能钢（不锈钢、耐热钢、耐磨钢、超强钢）
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按金相组织分类 1）按平衡状态或退火状态的组织分： 亚共析钢，共析钢，过共析钢和莱氏体钢； 2）按正火组织分: P钢，B钢，M钢，A钢； 3）按加热冷却时有无相变和室温时的金相组织分： F钢，M钢，A钢和双相钢。
微合金钢
加入了微合金元素, 使钢的组织或性能有明显改变的这类 钢则称为微合金钢。
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二. M分类及Fe-M的类型
1. 合金元素M的分类
铁族金属——Co, Ni, Mn。 难熔金属——W, Mo, Nb, V, Cr. 轻金属——Ti, Al , Mg, Li 稀土金属——La，Ce和Nd等 贵金属元素——Au, Ag
按化学成分分：碳素钢和合金钢；
按工艺特点分：铸钢, 渗碳钢, 易削钢等；
按质量等级分: 普通质量钢、优质钢、高级优质钢和特 级优质钢。
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2. 合金钢的编号方法
❖ 含碳量C：一般以平均含碳量的万分之几来表示。
如 30CrMnA: 平均含碳量为0.30%； 60Si2Mn: 平均含碳量为0.60%。
§1.1 钢中的合金元素
一. 几个概念
1. 合金元素
特别添加到钢中为了保证获得所要求的组织结构从而得 到一定的物理、化学或机械性能的化学元素。（常用M 来表示） 如：B, C, N; Al, Si, P, S;
Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu; Y, Zr, Nb, Mo; W, Ta, La系。
溶质原子与晶界和晶内的静电交互作用。
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❖溶质原子晶界内吸附的近似关系式：
Cg----溶质原子在缺陷处吸附浓度 Co----溶质原子在钢中的平均浓度， Q----单位溶质原子在未畸变区和进入缺陷区引起的畸
变能之差，单位为cal/g
当Q 升高时，Cg/Co提高，说明内吸附严重； 当T 升高时，Cg-→Co，内吸附降低；
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四. M与钢中晶体缺陷的相互作用
❖ 晶界内吸附
1. 概念
合金元素或杂质元素溶入基体后，与晶体缺陷产生交互 作用，溶质原子在内界面缺陷区的浓度大大超过在基体 中的平均浓度，这种现象称晶界内吸附。 如 B, Zr, Ti, Nb, Mo, P, Sb, Re,C, N 等。
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2. 对组织与性能影响很大
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3. 合金钢
在化学成分上特别添加合金元素用以保证一定的生产和加 工工艺以及所要求的组织与性能的铁基合金。
M<5％时，称为低合金钢； M 5~10％，称为中合金钢； M>10％, 称为高合金钢； 不过这种划分并没有严格的规定。
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4. 微合金元素与微合金化钢
微合金元素
有些合金元素如V，Nb，Ti, Zr和B等，当其含量只在 0.1%左右（如B 0.001%，V 0.2 %）时，会显著地影响 钢的组织与性能，将这种化学元素称为微合金元素。
按M与C的亲和力的大小分为： 碳化物形成元素：Ti, Zr, V, Nb, Cr, Mo, W, Mn 非碳化物形成元素：Cu, Ni, Co, Si, Al
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2. Fe-M二元相图的类型
同素异型转变
A3（910℃）
A4（1390℃）
α-Fe ← ---- → γ –Fe ← ---- → δ -Fe
注意：
不锈钢、耐热钢、高速钢等高合金钢，含碳量一般不予标出；但 如 果 几 个 钢 的 M% 相 同 ， C% 不 同 ， 则 用 千 分 之 几 表 示 C% 。 如 0Cr13, 1Cr13, 2Cr13, 3Cr13, 4Cr13；
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➢ 扩大γ相区 分为两类：
1）开启γ相区
Mn, Ni, Co 与 γ-Fe无限互溶.
开启γ相区 示意图
Fe-Ni合金
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2）扩大γ相区
有C，N，Cu等。如Fe-C相图，形成的扩大的γ相区， 构成了钢的热处理的基础。
扩大γ相区示意图
Fe-C 相图
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➢ 缩小γ相区：也分为两类:
1）封闭γ相区 使相图中γ区缩小到一个很小的面积形成γ圈, 其结果使δ 相区与α相区连成一片。如V, Cr, Si, A1, Ti, Mo, W, P, Sn, As, Sb。
❖ 奥氏体形成元素：
在γ-Fe中有较大的溶解度,且能稳定γ相；如 Mn, Ni, Co, C, N, Cu；
❖ 铁素体形成元素：
在α-Fe中有较大的溶解度，且能稳定α相。如：V，Nb, Ti 等。
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❖ 按照M对Fe-M影响:
扩大γ相区 使A3降低，A4升高。一般为奥氏体形成元素
缩小γ相区： 使A3升高，A4降低。一般为铁素体形成元素
➢ 回火脆性：当P，As，Sn，Bi，Sb在晶界发生偏聚 时----晶界脆性；
➢ 淬透性：钢中加微量B时，大大提高钢的淬透性； ➢ 晶界强化：耐热钢中加入B，Zr等，提高晶界强度； ➢ 晶界迁移与晶界扩散 ➢ 晶间腐蚀 ➢ 优先成核：相变时晶体缺陷处优先成核。
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3. 为什么会产生晶界内吸附？
晶界层内原子排列比较稀疏，溶质原子处在晶界层产生 的畸变能比处在晶内产生的畸变能要小得多，这种畸变 能之差产生晶界内吸附；
封闭γ相区示意图
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2）缩小γ相区：Zr, Nb, Ta, B, S, Ce 等。
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3. 生产中的意义
可以利用M扩大和缩小γ相区作用，获得单相组织，具 有特殊性能，在耐蚀钢和耐热钢中应用广泛。
合金元素对相图的影响，可以预测合金钢的组织与性能。
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三. M对Fe - C相图的影响
1. 改变了奥氏体区的位置
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2. 杂质元素
由冶炼时所用原材料以及冶炼方法和工艺操作等所带入钢 中的化学元素。
注意:
同一元素既可能作为合金元素又可能杂质，若属于前者， 则决定钢的组织与性能；若属于后者，则影响钢的质量。
如：当H，S，P等元素在钢中一般都为杂质元素，但当 其作为合金元素时：H—储氢合金； S—易切削钢；P—耐磨 钢。