第一 合金化原理
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Cr、V与α-Fe原子半径接近, 即△Ra小， 与α-Fe无限互溶；
W、Mo、Ti、Nb―△Ra大， 故形成有限固溶体；
C、N原子半径小，与Fe形成间隙固溶体， fcc结构间隙尺寸大(八面体0.52A,四-0.28A) ， bcc间隙尺寸小,
C、N在γ－Fe中溶解度大，故扩大γ相区；
Cu(29)与γ－Fe(26)点阵相同， Ra相近，周期表中位置相邻， 应与γ－Fe无限互溶， 但实际上Cu在γ－Fe溶解度很小 (尽管Cu扩大γ相区)
四、合金元素与碳的相互作用： 一部分Me～C＝C化物； 一部分不能，这与Me的电子结构有关； 1.非碳化物形成元素
有: Si、Al、Cu、Ni、Co、N、P、S等, Co、Ni－有独立碳化物,
但稳定性比Fe3C小, 故不会出现。 Si、Al－有强的石墨化作用, 促进C扩散－Gr Cu、Ni、Co－也促进石墨化.
2.碳化物形成元素 属过渡族, 其d壳层电子未填满程度比铁高；
且未填满电子数目越多， 形成C化物趋势越强，C化物越稳定，
按碳化物稳定程度, 由强到弱的顺序: Ti－Zr－Nb－V－Mo－W－Cr－Mn－Fe
可根据碳化物熔点高低比较其稳定性。表1.1
表1－1 钢中常见碳化物的结构与性能.
金属 Fe Mn Cr V Mo
三、合金元素与铁的相互作用 1、γ相稳定化元素－即奥氏体形成元素， (1)能无限扩大γ相区的元素(见图1.1) ―Ni、Mn、Co等.
使γ相区扩展， －A3点降低, －A4点升高, A3点：
α→γ，910℃； A4点：
γ→δ，1390℃；
与α-Fe有限互溶, 与γ-Fe无限互溶；
(2)能有限扩大γ相区的元素(见图1.2) －C、N、Cu等； －合金元素使A3点降低, A4点升高；
与γ-Fe有限互溶；与 α-Fe有限互溶； 其中：
C、N～Fe 间隙型固溶体,
Cu～Fe 置换型固溶体；
2.α相稳定化元素－即铁素体形成元素 (1)能封闭γ相区的元素(见图1.3) Me使A3点上升，
A4点下降,
一定含量时, A3与A4重合, γ相区封wenku.baidu.com;
没有α→γ相变, 与α-Fe无限互溶；
固溶于钢中的F、A、M； 可以是置换型, 间隙型；可有限互溶、无限互溶； (2)与钢中的碳形成碳化物或金属间化合物： －渗碳体Fe－C化合物；
Me与Fe－C形成＝合金渗碳体； －Me－Fe形成金属间化合物；
碳化物、金属间化合物＝强化相；
(3)形成非金属夹杂物 Me～O、N、S形成氧化物、氮化物、硫化物;
且炼钢中废钢比例较大； 实际中的问题？
残留元素对钢的影响 有益作用：
提高淬透性(Cr、Ni)；固溶强化(Cr、Mn)； 不利影响：大多数情况下不利；
如Cr、Ni、Cu对焊接性、冷变形性能不利； 所以，对优质钢材规定了残留元素最高含量.
钢中的气体： 冶炼时，钢中有微量气体O、N、H，
碳钢－冶炼方便，容易塑性加工，价格低廉， 经热处理后－性能改善， 使用量占钢产量的80～90%；
S、P－由原料带入, 炼钢时去除不净； 其它元素－由冶炼原料带入：
如：矿石、废钢、溶剂， 例如:大冶铁矿含Cu—钢中含Cu%偏高；
攀枝花含V、Ti－磁铁矿—钢中V、Ti量较多；
－相同成分碳钢—我国主要含Si、Mn、S、P； －国外钢除上述元素外，
还含Cr、Ni、Cu等残留元素； －国外钢大量使用Cr、Ni,
原子 半径比
―这说明有些影响因素还尚未了解。
Si、Al也是比较特殊的合金元素。
利用Me缩小、扩大γ相区的作用, 可以获得铁素体钢和奥氏体钢.
例如： 钢中加入Cr可得到铁素体钢, 加入Ni、Mn等可得到奥氏体钢.
但在多元合金中，可能出现相反的情况， 如Cr是铁素体形成元素, 但在18－8不锈钢中， Cr反而能促进奥氏体的形成；
—欧美国家：用Ni较多； —前苏联： 用Cr较多； －我国：用Mn、W较多，而Cr、Ni较少，
现在情况有所改变。 分类：低合金钢≤5%Me；中合金钢5～10%Me；
高合金钢＞10%Me，但没有严格的界限。
1.2 合金元素与铁和碳的相互作用 一、合金元素在钢中的存在形式
概括起来有四种存在形式: (1)形成固溶体：
点阵类型Latice、 Me原子半径大小Ra、 原子电子结构及相互作用(电化学作用)等
共同作用的结果。
Ni、Mn、Co―γ形成元素， 原子半径与γ-Fe的差△Ra很小, 化学性质接近(在元素表中位置靠近), 晶体点阵相同(fcc结构), 与γ-Fe无限互溶, 扩大γ相区 ;
Cr、Mo、W、V、Ti、Nb ―bcc结构，与α－Fe相同,
这类元素有： Cr、Mo、W、V、Ti、 Si、P、Al、Be等. 但Cr大于7%时,
A3点才上升, 小于7%时, A3点下降, 特殊情况.
(2)能缩小γ相区的元素(见图1.4). Me使A3点上升,
A4点下降,
使γ相区缩小, 但不封闭γ相区；
此类元素有： Nb、B、 Zr、Ta(钽)等；
有关说明： 关于Me～Fe相互作用没有一全面的理论解释。 一般认为，这与Me的
－但在耐腐蚀、耐热、耐磨等方面不足， 高强度、大截面机械零件无法满足要求， 需加入合金元素改善性能。
合金钢－为提高钢的某些性能， 而加入适量合金元素的钢；
有二层含义： 为提高某些性能；有意识、有目的加入。
钢中常用合金元素： Si、Mn、Cr、Ni、W、Mo、V、Ti、Nb、 Al、Cu、Co、N、B、稀土元素。
还可形成硅酸盐；统称―非金属夹杂物. (4)以自由状态存在 Pb、Cu、Be(铍)等不溶于Fe、或溶解度极低,
也不与C形成C化物， 而以游离状态存在于钢中, C可以石墨态的形式存在.
－其中(1)(2)是Me的主要存在方式。
二、合金元素的分类 1、与铁相互作用： 奥氏体形成元素, Mn、Ni、C、N、Cu、Co等; 铁素体形成元素, Cr、Mo、W、V、Ti、Si、Al等 2、与碳作用： 碳化物形成元素, Cr、Mo、W、V、Ti、Nb等 ; 非碳化物形成元素, Ni、Si、Al、Cu、P等. 3、奥氏体层错能 提高奥氏体层错能－Ni、Cu、C; 降低A层错能－Mn、Cr等
W、Mo、Ti、Nb―△Ra大， 故形成有限固溶体；
C、N原子半径小，与Fe形成间隙固溶体， fcc结构间隙尺寸大(八面体0.52A,四-0.28A) ， bcc间隙尺寸小,
C、N在γ－Fe中溶解度大，故扩大γ相区；
Cu(29)与γ－Fe(26)点阵相同， Ra相近，周期表中位置相邻， 应与γ－Fe无限互溶， 但实际上Cu在γ－Fe溶解度很小 (尽管Cu扩大γ相区)
四、合金元素与碳的相互作用： 一部分Me～C＝C化物； 一部分不能，这与Me的电子结构有关； 1.非碳化物形成元素
有: Si、Al、Cu、Ni、Co、N、P、S等, Co、Ni－有独立碳化物,
但稳定性比Fe3C小, 故不会出现。 Si、Al－有强的石墨化作用, 促进C扩散－Gr Cu、Ni、Co－也促进石墨化.
2.碳化物形成元素 属过渡族, 其d壳层电子未填满程度比铁高；
且未填满电子数目越多， 形成C化物趋势越强，C化物越稳定，
按碳化物稳定程度, 由强到弱的顺序: Ti－Zr－Nb－V－Mo－W－Cr－Mn－Fe
可根据碳化物熔点高低比较其稳定性。表1.1
表1－1 钢中常见碳化物的结构与性能.
金属 Fe Mn Cr V Mo
三、合金元素与铁的相互作用 1、γ相稳定化元素－即奥氏体形成元素， (1)能无限扩大γ相区的元素(见图1.1) ―Ni、Mn、Co等.
使γ相区扩展， －A3点降低, －A4点升高, A3点：
α→γ，910℃； A4点：
γ→δ，1390℃；
与α-Fe有限互溶, 与γ-Fe无限互溶；
(2)能有限扩大γ相区的元素(见图1.2) －C、N、Cu等； －合金元素使A3点降低, A4点升高；
与γ-Fe有限互溶；与 α-Fe有限互溶； 其中：
C、N～Fe 间隙型固溶体,
Cu～Fe 置换型固溶体；
2.α相稳定化元素－即铁素体形成元素 (1)能封闭γ相区的元素(见图1.3) Me使A3点上升，
A4点下降,
一定含量时, A3与A4重合, γ相区封wenku.baidu.com;
没有α→γ相变, 与α-Fe无限互溶；
固溶于钢中的F、A、M； 可以是置换型, 间隙型；可有限互溶、无限互溶； (2)与钢中的碳形成碳化物或金属间化合物： －渗碳体Fe－C化合物；
Me与Fe－C形成＝合金渗碳体； －Me－Fe形成金属间化合物；
碳化物、金属间化合物＝强化相；
(3)形成非金属夹杂物 Me～O、N、S形成氧化物、氮化物、硫化物;
且炼钢中废钢比例较大； 实际中的问题？
残留元素对钢的影响 有益作用：
提高淬透性(Cr、Ni)；固溶强化(Cr、Mn)； 不利影响：大多数情况下不利；
如Cr、Ni、Cu对焊接性、冷变形性能不利； 所以，对优质钢材规定了残留元素最高含量.
钢中的气体： 冶炼时，钢中有微量气体O、N、H，
碳钢－冶炼方便，容易塑性加工，价格低廉， 经热处理后－性能改善， 使用量占钢产量的80～90%；
S、P－由原料带入, 炼钢时去除不净； 其它元素－由冶炼原料带入：
如：矿石、废钢、溶剂， 例如:大冶铁矿含Cu—钢中含Cu%偏高；
攀枝花含V、Ti－磁铁矿—钢中V、Ti量较多；
－相同成分碳钢—我国主要含Si、Mn、S、P； －国外钢除上述元素外，
还含Cr、Ni、Cu等残留元素； －国外钢大量使用Cr、Ni,
原子 半径比
―这说明有些影响因素还尚未了解。
Si、Al也是比较特殊的合金元素。
利用Me缩小、扩大γ相区的作用, 可以获得铁素体钢和奥氏体钢.
例如： 钢中加入Cr可得到铁素体钢, 加入Ni、Mn等可得到奥氏体钢.
但在多元合金中，可能出现相反的情况， 如Cr是铁素体形成元素, 但在18－8不锈钢中， Cr反而能促进奥氏体的形成；
—欧美国家：用Ni较多； —前苏联： 用Cr较多； －我国：用Mn、W较多，而Cr、Ni较少，
现在情况有所改变。 分类：低合金钢≤5%Me；中合金钢5～10%Me；
高合金钢＞10%Me，但没有严格的界限。
1.2 合金元素与铁和碳的相互作用 一、合金元素在钢中的存在形式
概括起来有四种存在形式: (1)形成固溶体：
点阵类型Latice、 Me原子半径大小Ra、 原子电子结构及相互作用(电化学作用)等
共同作用的结果。
Ni、Mn、Co―γ形成元素， 原子半径与γ-Fe的差△Ra很小, 化学性质接近(在元素表中位置靠近), 晶体点阵相同(fcc结构), 与γ-Fe无限互溶, 扩大γ相区 ;
Cr、Mo、W、V、Ti、Nb ―bcc结构，与α－Fe相同,
这类元素有： Cr、Mo、W、V、Ti、 Si、P、Al、Be等. 但Cr大于7%时,
A3点才上升, 小于7%时, A3点下降, 特殊情况.
(2)能缩小γ相区的元素(见图1.4). Me使A3点上升,
A4点下降,
使γ相区缩小, 但不封闭γ相区；
此类元素有： Nb、B、 Zr、Ta(钽)等；
有关说明： 关于Me～Fe相互作用没有一全面的理论解释。 一般认为，这与Me的
－但在耐腐蚀、耐热、耐磨等方面不足， 高强度、大截面机械零件无法满足要求， 需加入合金元素改善性能。
合金钢－为提高钢的某些性能， 而加入适量合金元素的钢；
有二层含义： 为提高某些性能；有意识、有目的加入。
钢中常用合金元素： Si、Mn、Cr、Ni、W、Mo、V、Ti、Nb、 Al、Cu、Co、N、B、稀土元素。
还可形成硅酸盐；统称―非金属夹杂物. (4)以自由状态存在 Pb、Cu、Be(铍)等不溶于Fe、或溶解度极低,
也不与C形成C化物， 而以游离状态存在于钢中, C可以石墨态的形式存在.
－其中(1)(2)是Me的主要存在方式。
二、合金元素的分类 1、与铁相互作用： 奥氏体形成元素, Mn、Ni、C、N、Cu、Co等; 铁素体形成元素, Cr、Mo、W、V、Ti、Si、Al等 2、与碳作用： 碳化物形成元素, Cr、Mo、W、V、Ti、Nb等 ; 非碳化物形成元素, Ni、Si、Al、Cu、P等. 3、奥氏体层错能 提高奥氏体层错能－Ni、Cu、C; 降低A层错能－Mn、Cr等