工程结构钢的合金化原理

一、工程结构钢的合金化原理

1、低碳：由于低温韧性、焊接性和冷成型性能的要求高，其碳质量分数一般不超过0.25％。

2、加入以锰为主的合金元素，起固溶强化作用，提高钢的强度和韧性。

3、加入铌、钛或钒等辅加元素，起弥散强化作用，提高钢的强度和韧性。

4、加入少量铜（＜0.4％）和磷（0.1％左右）等，可提高抗腐蚀性能。

二、调质钢合金化特点

1、中碳，碳质量分数一般在0.25％～0.50％之间，以0.4％居多。碳量过低，不易淬硬，回火后强度不够；碳量过高则韧性不够。

2、加入提高淬透性的元素，如Cr、Mn、Ni、Si、B等。

3、加入防止第二类回火脆性的元素，如Mo、W等。

三、轴承钢的合金化特点

1、高碳，为了保证轴承钢的高硬度、高耐磨性和高强度，碳质量分数应较高，一般为0.95％～1.10％。

2、铬为基本合金元素，铬含量为0.40％～1.65％。铬能提高淬透性，并与基体金属形成合金渗碳体（Fe，Cr）3C，呈细密、均匀分布，从而提高钢的耐磨性，特别是疲劳强度。

3、加入硅、锰、钒等提高淬透性

四、渗碳钢的合金化特点

（1）碳质量分数一般在0.10％～0.25％之间，以保证零件心部有足够的塑性和韧性。

（2）加入提高淬透性的合金元素，常加入Cr、Ni、Mn等，以提高经热处理后心部的强度和韧性。Cr还能细化碳化物、提高渗碳层的耐磨性，Ni则对渗碳层和心部的韧性非常有利。

（3）加入阻碍奥氏体晶粒长大的元素，主要加入少量强碳化物形成元素Ti、V、W、Mo等，形成稳定的合金碳化物。除了能阻止渗碳时奥氏体晶粒长大外，还能增加渗碳层硬度，提高耐磨性。

五、氮化钢的合金化特点

1、低碳

2、铬、钼、锰可使钢获得足够的淬透性。

3、钼及钒能使钢在500~580℃之间长时间保温时保持强度。为了防止或减轻钢发生回火脆化，往往须要在氮化钢中加入0.2～0.5％钼。

六、弹簧钢的合金化特点

1、中、高碳。一般为0.50％～0.70％。碳质量分数过低，强度不足。碳质量分数过高时，塑性、韧性降低，疲劳抗力也下降。

2、加入以Si、Mn为主的提高淬透性的元素。

七、耐磨钢的合金化特点

1、高碳：保证钢的耐磨性和强度。其碳质量分数不超过1.4％。

2、高锰：提高钢的加工硬化率及良好的韧性。

3、一定量的硅：硅可改善钢水的流动性，并起固溶强化的作用。

八、高速钢的合金化主要特点

1、工作温度可达500~600℃，有很高的热硬性（593℃HRC＞55）。

3、高碳（0.70~1.10％C），保证硬度和耐磨性。

4、加入较多的钨、钼、钒、铬等元素。钨、钼、可产生“二次硬化”以保证热硬性，同时较多的碳化物可显著地提高耐磨性。

九、热作模具钢的合金化特点

1、中碳（0.30~0.50％C）范围

2、加入铬、硅、锰等提高淬透性，铬和硅还能提高抗氧化和抗烧蚀性。

3、镍可提高钢的韧性，并与铬、钼一起提高耐热疲劳性能。

4、钨、钼、钒可产生二次硬化效果，钼还能防止第二类回火脆性、提高高温硬度和回火稳定性。

十、马氏体时效钢的合金化原理

1、保证钢实现由单相奥氏体转变为马氏体，如加入镍；

2、为了使马氏体基体具有充分的沉淀强化能力、加入钼、钛、钴、铝、铌等。

十一、低合金工具钢的合金化特点

（1）工作温度低于300℃。

（2）高碳（0.90~1.10％C）：保证高硬度与高耐磨性；

（3）加入铬、硅、锰、钒等元素提高淬透性和回火稳定性。

一、为什么渗碳和氮化处理后能提高零件疲劳强度和耐磨性的原因

答：因为钢在渗碳后表面的碳含量增加，在淬火时部分析出碳化物，形成高硬度质点，这样表面机体硬，表面又有搞硬度质点，所以疲劳强度和耐磨性都有所提高。

（1）在表面形成高硬度的γ′-（Fe4N）和ε-（Fe3-2N）层；

（2）渗入的氮原子与氮化物形成元素形成弥散的合金氮化物，提高表面氮化层的强度和硬度。

（3）表面渗入氮原子后体积膨胀，因而在表面产生了残留压应力，能抵消外力作用产生的张应力，减少表面疲劳裂纹的产生。

二、提高耐热钢抗氧化性和热强性的方法

1、加入合金元素降低氧化膜中的扩散。如Ni

2、加入合金元素形成致密稳定的合金氧化膜层，提高氧化膜的稳定性。

3、提高合金基体的原子间结合力，固溶强化基体（W、Mo、Cr）。

4、强化晶界

5、沉淀强化

6、获得奥氏体基体(不发生相变) 。如Ni、Mn 的作用

三、铝合金中的沉淀强化相应满足以下的基本条件：

（1）沉淀强化相是硬度高的质点；

（2）沉淀相在铝基固溶体中高温下有较大的溶解度，随温度降低，其溶解度急剧减小，能析出较大体积分数的沉淀相；

（3）在时效过程中，沉淀相具有一系列介稳相，并且是弥散分布，与基体形成共格，在周围基体中产生较大的共格应变区。