合金元素对钢的影响
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
V 、Ti、Nb、Zr ：是强碳化物形成元素。
☆与C的亲和力强的合金元素形成的特殊碳化物
稳定性好，具有高熔点、高硬度、高耐磨性和
Biblioteka Baidu
不易分解等特点。
☆碳化物的稳定性越高，热处理加热时，碳化物的溶解
及奥氏体的均匀化越困难。同样在冷却及回火过程中
碳化物的析出及其聚集长大也越困难。
a
3
2.形成合金固溶体
凡是溶入铁素体的合金元素均起固溶强化作 用，即，使钢的强度和硬度提高、韧性降低。
Cr、W、Mo、V、Ti、Al、Si等
元素的加入会使奥氏体相区缩 小，特别是Cr、 Si含量高时将 限制A体区，甚至完全消失。
1Cr17Ti
0Cr13 为单相F 体
a
7
2、对铁碳相图中S点、E点的影响
所有的合金元素都使S点左移，而大部分合金 元素均使E点左移，因此，含碳量相同的碳钢 和合金钢具有不同的显微组织。 使共析转变点S左移 → 钢中P%↑，强度增 加。
22
a
17
3、增大回火脆性
回火脆性：在某些温度区间回火时，钢的硬度显著下 降的现象。
消除方法：①快冷；②加入 Mo 或 W
合金钢的强化机制：
合金F 的固溶强化 M位错强化 细晶强化（F、M晶粒度，P片间距↓） 弥散强化（也称第二相（沉淀）强化）
a
19
六、结构钢中常用的合金元素及其作用
主加元素：Cr、Ni、Si、Mn 辅加元素：W、Mo、V、Ti、B
第三节 合金元素对钢的影响
为什么要加入合金元素？
一、碳钢的局限性 1.淬透性低 2.强度和屈强比低 3.高温强度差 4.不能满足特殊性能的要求
合金元素能起什么作用呢？
二、合金元素对钢中基本相的影响
1、合金固溶体 2、合金渗碳体
3、合金碳化物
α—Fe(Me) (Fe,Me)3C TiC 、NbC 、 WC 、 VC 、
4、非金属夹杂 MnS, MnO, SiO2 , Al2O3 5、Cu , Pb 以游离状态存在
合金元素在钢中的存在形式取决于：
1、合金元素本身的性质
2、合金元素的含量以及碳的含量
3、热处理条件（加热温度、冷却条件）
1.形成合金碳化物
☆ Mn：弱碳化物形成元素， Cr、Mo、W：属于中强碳化物形成元素，
☆ Co、Ni等部分非碳化物形成元素能增大C的扩散速 度，使奥氏体形成速度加快。
☆ Al、Si、Mn等合金元素对奥氏体形成速度影响不大。
⑵对奥氏体晶粒大小的影响
➢除Co、Ni以外，绝大多数合金元素，特别是强 碳化物形成元素由于形成合金渗碳体和特殊碳化 物，更难溶入奥氏体中，并且阻碍奥氏体晶界的 移动和奥氏体晶粒的长大，起到细化晶粒的作用。 ➢V、Ti、Nb、Zr强烈阻碍A体晶粒长大 ➢W、Cr、Mo中等阻碍A体晶粒长大 ➢Mn、B促进A体晶粒长大
合金元素对VK影响的示意图
合金元素对C 曲线影响示意图
⑵合金元素对马氏体转变的影响
★Si基本不影响Ms、Mf点，除Co、Al外，多数 合金元素使Ms、Mf点下降，导致残余奥氏体增加。
合金元素对Ms点的影响
合金元素对残余奥氏体量的影响 （含1.0％的钢在1150℃淬火）
五、合金元素对回火转变的影响
使共晶转变点E 左移 → 钢中出现Ld ' 。
3、对共析转变温度A1的影响 扩大A相区的元素使铁碳合金相图中共析转变 温度A1下降；缩小A相区的元素则使其上升， 并都使共析反应在一个温度范围内进行。
a
9
四、合金元素对钢热处理的影响
1、合金元素对加热时相变的影响
⑴对奥氏体形成速度的影响
☆ Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr等强碳化物形成元素与 C的亲和力强，形成难溶于奥氏体的合金碳化物，显著 阻碍C的扩散，大大减慢奥氏体形成速度。为了加速碳 化物的溶解和奥氏体成分的均匀化，必须提高加热温度 并保温更长时间。
1、提高回火稳定性
回火稳定性：淬火钢在回火时硬度下降快慢的性质。 原因：（1）推迟马氏体的分解和残余奥氏体的转变 (即在较高温度才开始分解和转变)
（2）提高铁素体的再结晶温度 提高回火稳定性作用较强的合金元素有：
V、Si、Mo、W、Ni、Co等。
2、产生二次硬化
二次硬化：淬火钢在回火时 随着回火温度的升高，硬度 不下降反而升高的现象。
总结
Mo 、Cr 、Mn、B强淬透， Ni、Si二者稍落后。
V、Ti、Nb、Zr强细化 W、 Cr 、 Mo也稍落后
Mn、B促使它长大 W 、Mo消除高回脆
a
21
重点要求
1. 合金元素在钢中的作用， 合金元素对钢的热处理、机械性能的影响。
2. 回火稳定性、回火脆性、弥散硬化、 二次硬化等概念。
a
合金元素对F体断面收缩率的影响
a
5
三、合金元素对铁碳合金相图的影响
1、对奥氏体相区的影响 （1）扩大A区 Ni、Mn、Co、C、N、Cu等元素的加入会使奥氏体相 区扩大，特别是Ni、Mn的影响更大
室温下
1Cr18Ni9 为单相A体不锈钢
高锰钢 Mn13 水韧处理后获 得单一的A体
（2）缩小A区
2、合金元素对过冷奥氏体转变的影响
⑴合金元素对C曲线的影响
★除Co外，几乎所有合金元素溶入奥氏体后都增大过冷奥 氏体的稳定性，使C曲线右移，即提高钢的淬透性。 Mo、Mn、W、Cr、Ni、Si、Al对淬透性作用依次由强到弱。 ★ 对C曲线形状的影响
注意：
★加入合金元素，只有完全溶入奥氏体才能提高淬透性。 ★两种或多种合金元素同时加入对淬透性的影响，比单一元 素的影响强得多。
☆与C的亲和力强的合金元素形成的特殊碳化物
稳定性好，具有高熔点、高硬度、高耐磨性和
Biblioteka Baidu
不易分解等特点。
☆碳化物的稳定性越高，热处理加热时，碳化物的溶解
及奥氏体的均匀化越困难。同样在冷却及回火过程中
碳化物的析出及其聚集长大也越困难。
a
3
2.形成合金固溶体
凡是溶入铁素体的合金元素均起固溶强化作 用，即，使钢的强度和硬度提高、韧性降低。
Cr、W、Mo、V、Ti、Al、Si等
元素的加入会使奥氏体相区缩 小，特别是Cr、 Si含量高时将 限制A体区，甚至完全消失。
1Cr17Ti
0Cr13 为单相F 体
a
7
2、对铁碳相图中S点、E点的影响
所有的合金元素都使S点左移，而大部分合金 元素均使E点左移，因此，含碳量相同的碳钢 和合金钢具有不同的显微组织。 使共析转变点S左移 → 钢中P%↑，强度增 加。
22
a
17
3、增大回火脆性
回火脆性：在某些温度区间回火时，钢的硬度显著下 降的现象。
消除方法：①快冷；②加入 Mo 或 W
合金钢的强化机制：
合金F 的固溶强化 M位错强化 细晶强化（F、M晶粒度，P片间距↓） 弥散强化（也称第二相（沉淀）强化）
a
19
六、结构钢中常用的合金元素及其作用
主加元素：Cr、Ni、Si、Mn 辅加元素：W、Mo、V、Ti、B
第三节 合金元素对钢的影响
为什么要加入合金元素？
一、碳钢的局限性 1.淬透性低 2.强度和屈强比低 3.高温强度差 4.不能满足特殊性能的要求
合金元素能起什么作用呢？
二、合金元素对钢中基本相的影响
1、合金固溶体 2、合金渗碳体
3、合金碳化物
α—Fe(Me) (Fe,Me)3C TiC 、NbC 、 WC 、 VC 、
4、非金属夹杂 MnS, MnO, SiO2 , Al2O3 5、Cu , Pb 以游离状态存在
合金元素在钢中的存在形式取决于：
1、合金元素本身的性质
2、合金元素的含量以及碳的含量
3、热处理条件（加热温度、冷却条件）
1.形成合金碳化物
☆ Mn：弱碳化物形成元素， Cr、Mo、W：属于中强碳化物形成元素，
☆ Co、Ni等部分非碳化物形成元素能增大C的扩散速 度，使奥氏体形成速度加快。
☆ Al、Si、Mn等合金元素对奥氏体形成速度影响不大。
⑵对奥氏体晶粒大小的影响
➢除Co、Ni以外，绝大多数合金元素，特别是强 碳化物形成元素由于形成合金渗碳体和特殊碳化 物，更难溶入奥氏体中，并且阻碍奥氏体晶界的 移动和奥氏体晶粒的长大，起到细化晶粒的作用。 ➢V、Ti、Nb、Zr强烈阻碍A体晶粒长大 ➢W、Cr、Mo中等阻碍A体晶粒长大 ➢Mn、B促进A体晶粒长大
合金元素对VK影响的示意图
合金元素对C 曲线影响示意图
⑵合金元素对马氏体转变的影响
★Si基本不影响Ms、Mf点，除Co、Al外，多数 合金元素使Ms、Mf点下降，导致残余奥氏体增加。
合金元素对Ms点的影响
合金元素对残余奥氏体量的影响 （含1.0％的钢在1150℃淬火）
五、合金元素对回火转变的影响
使共晶转变点E 左移 → 钢中出现Ld ' 。
3、对共析转变温度A1的影响 扩大A相区的元素使铁碳合金相图中共析转变 温度A1下降；缩小A相区的元素则使其上升， 并都使共析反应在一个温度范围内进行。
a
9
四、合金元素对钢热处理的影响
1、合金元素对加热时相变的影响
⑴对奥氏体形成速度的影响
☆ Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr等强碳化物形成元素与 C的亲和力强，形成难溶于奥氏体的合金碳化物，显著 阻碍C的扩散，大大减慢奥氏体形成速度。为了加速碳 化物的溶解和奥氏体成分的均匀化，必须提高加热温度 并保温更长时间。
1、提高回火稳定性
回火稳定性：淬火钢在回火时硬度下降快慢的性质。 原因：（1）推迟马氏体的分解和残余奥氏体的转变 (即在较高温度才开始分解和转变)
（2）提高铁素体的再结晶温度 提高回火稳定性作用较强的合金元素有：
V、Si、Mo、W、Ni、Co等。
2、产生二次硬化
二次硬化：淬火钢在回火时 随着回火温度的升高，硬度 不下降反而升高的现象。
总结
Mo 、Cr 、Mn、B强淬透， Ni、Si二者稍落后。
V、Ti、Nb、Zr强细化 W、 Cr 、 Mo也稍落后
Mn、B促使它长大 W 、Mo消除高回脆
a
21
重点要求
1. 合金元素在钢中的作用， 合金元素对钢的热处理、机械性能的影响。
2. 回火稳定性、回火脆性、弥散硬化、 二次硬化等概念。
a
合金元素对F体断面收缩率的影响
a
5
三、合金元素对铁碳合金相图的影响
1、对奥氏体相区的影响 （1）扩大A区 Ni、Mn、Co、C、N、Cu等元素的加入会使奥氏体相 区扩大，特别是Ni、Mn的影响更大
室温下
1Cr18Ni9 为单相A体不锈钢
高锰钢 Mn13 水韧处理后获 得单一的A体
（2）缩小A区
2、合金元素对过冷奥氏体转变的影响
⑴合金元素对C曲线的影响
★除Co外，几乎所有合金元素溶入奥氏体后都增大过冷奥 氏体的稳定性，使C曲线右移，即提高钢的淬透性。 Mo、Mn、W、Cr、Ni、Si、Al对淬透性作用依次由强到弱。 ★ 对C曲线形状的影响
注意：
★加入合金元素，只有完全溶入奥氏体才能提高淬透性。 ★两种或多种合金元素同时加入对淬透性的影响，比单一元 素的影响强得多。