第六章 合金钢(alloy steel)

② Cr、Mn 强烈推迟贝氏体转变 ③ Ni含量较多时，珠光体转变的孕育期很长， C曲线只有贝氏体转变曲线，而珠光体转变 曲线不出现。 ④ 稳定碳化物形成元素的含量与碳含量的比值 较高的钢，3Cr13、4Cr13过冷奥氏体等温状 变曲线上只有珠光体转变曲线。
除Co和Al以外，大多数合金元素不同程度 地降低Ms，并增加残余A’的含量。
d、 对A晶粒度的作用：Al、Ti、Nb、V、Zr 能
形成微细的碳化物质点，且熔点很高，能强
烈地抑制奥氏体晶粒长大（高温下）。W、
Mo、Cr有一定的阻碍作用，而 C、Mn、P
则促进奥氏体晶粒长大（降低Fe原子间的结
合力）。
7、合金元素对过冷奥氏体（C曲线）转 变的影响
除Co以外，其它合金元素溶入奥氏体，都 增大其稳定性，使C曲线右移。 ① 碳化物形成元素（Ti、Nb、V、W、Mo）含量 较多时，使C曲线形状发生改变，强烈推迟珠 光体转变，而对贝氏体转变推迟较小；同时升 高珠光体转变的温度，降低贝氏体转变温度， 出现两组C曲线。
8、合金元素对回火转变的影响
合金元素使淬火钢在回火过程中，组织 分解和转变速度减缓，增加了回火抗力，提 高回火稳定性，从而使合金钢的硬度回火后 下降程度减轻。某些碳化物形成元素，甚至 出现回火时二次硬化现象。
4、 合金元素改变钢的相变温度
当合金元素加入碳素钢之后，会对相变临 界点产生影响，反映到Fe-Fe3C相图上: a、扩大γ相区元素（Ni、Mn、Cu、Co、N）
这些合金元素会使A3下降，A4上升，使γ相
区扩大，这种作用与合金元素的含量有关。随着
合金含量的增加，会把γ相区扩大到一定范围，
其中Ni、Mn 随着含量的增加，会把γ相区扩大
5、不能满足某些特殊性能要求
如：耐低温、高磁性、无磁性等。
碳钢的冷脆性转变温度较高，-20 ~ -30℃，
故碳钢的使用温度应≥-20℃。
因此发展合金钢成为必然，二十一世 纪结构材料的重要发展方向之一就是利用 新技术、新工艺改造传统材料——微合金 化高强钢，低合金超高强钢。
二、合金元素的作用 1、 合金元素固溶于铁素体 合金元素固溶于铁素体后，会使α-Fe 晶格产生畸变——固溶强化，使铁素体强 度提高。
6、合金元素对钢加热时组织转变的影响
a、非碳化物形成元素（Ni、Cu）可以降低 碳在奥氏体中的扩散激活能，加速碳的 扩散，对P→A转变有加速作用。 b、 强碳化物形成元素（Ti、V、Nb、W ） 增加碳在奥氏体中的扩散激活能，减缓 碳的扩散，对P→A转变有阻碍作用。
c、 由于强碳化物形成元素使奥氏体成分难以均 匀化，提高淬火温度或延长保温时间可使奥 氏体成分均匀化（C曲线右移），这也是提高 合金钢淬透性的有效方法。
共析点右移表明，在含碳量相同的 条件下，合金钢组织中铁素体含量比碳 钢多。
由于组织中存在硬而脆的碳化物，铁素体含 量会保证塑、韧性，而强度、硬度仍较高。 无论共析点S左移还是右移，表明合金钢 的含碳量不能和碳钢一样以2.11%为上限。 有些合金钢，含碳量很高，但由于有相当 数量的铁素体存在，其塑性、韧性仍然较高。 如：我国的Cr12W，2.3%C 美国的D6、D7，2.35%C
如：45最大淬透直径15mm，加入1.8% Mn 后可达60 mm。
3、合金元素形成碳化物、金属化合物
合金渗碳体:（Fe-Cr）3C、（Fe-W）3C
复杂碳化物: （Cr-Fe）23C6 、Fe4W2C、VC、
MoC、NbC、TiC、AlN、SiO2、 TiO2、TiN、Al2O3。
这些化合物都是硬而脆的强化相，具有相 当高的热稳定性。在钢中呈弥散分布时，可以 显著的强化钢，且可以抑制高温奥氏体晶粒长 大，细化晶粒，减少（降低）或消除钢的热敏 感性，提高回火抗力。
5、 合金元素改变共析点的位置
合金元素在改变相变温度的同时，也改 变共析温度和共析成分，反映在Fe-Fe3C相图 上，共析点的位置发生改变。
a、 当合金元素为非碳化物形成元素 Si、Ni、Cu 或弱碳化物形成元素Mn时
合金元素溶于奥氏体，排挤出部分碳原子，
这部分被排挤出的碳原子必然参与共析反应，使
第六章 合金钢（alloy steel）
第一节 概论 合金钢是在碳ຫໍສະໝຸດ Baidu钢中添加一些 合金元素而炼制的一类钢，以改善 碳素钢的性能。
为什么要发展合金钢？
因为碳钢不能满足要求。
一、碳素钢的缺陷 1、综合机械性能差 虽然碳素钢的强度、硬度随着含碳量的增加 而提高，但塑性、韧性却随之下降，不能在同一 成分中得到配合完善的综合机械性能。
共析点S 的含碳量下降，即向左移动。随着
合金元素含量增加，共析点的含碳量越来越低，
如：Ni 含量为13%时，共析点S含碳量只有0.30%。
共析点左移表明，在含碳量相同的条 件下，合金钢的珠光体组织比碳钢多，因 而强度高。
b、 当合金元素为碳化物形成元素时，由于这些 元素与碳形成稳定的碳化物，因而这部分碳 被固定，不参与共析反应，故共析点S右移。
2、热稳定性差
碳钢在使用温度超过 200℃后，软化变形， 机械性能（强度、韧性）急剧下降，不能用于 高温场合。
3、耐腐蚀性差
碳钢在大多数介质中的耐腐蚀性很差，尤 其对酸几乎没有任何抵御能力。 珠光体：大量的腐蚀电池
4、淬透性差
碳钢不能用于制作大截面尺寸的重要零 件。淬火时，急冷易变形、开裂；缓冷，又 淬不上火或淬透层很浅。
到室温，即在室温下就能获得无磁性奥氏体钢。 如：13% Mn的 Mn13，9% Ni的 0Cr18Ni9。
b、扩大α相区（缩小封闭γ相区）的元素 Si、Cr、Mo、W、V、Ti、Al 等使临界点A3
上升，A4下降，有的元素还能使A3、A4重合，不
出现γ相。 如：17-28%Cr、Cr17、Cr25、Cr28，从室温 到熔点都不出现γ相，而是单一的α相。
当合金元素配比适当时，在提高强度的同 时，并不降低塑性，且有的合金元素（Cr、Ni） 含量较低时：Cr<2%，Ni<5%，就既能提高强
度，又增加塑、韧性。
2、合金元素溶于奥氏体
合金元素溶于奥氏体，除一定程度上起固 溶强化，提高钢的强度作用外，最重要的是增
加了奥氏体的稳定性，使C曲线显著右移， 故合金钢的淬透性很好。