钢的合金化基础
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在钢中碳化物相对稳定性的顺序如下：
Hf > Zr > Ti > Ta > Nb > V > W > Mo > Cr > Mn > Fe > Co > Ni
强碳化物形成元素它所形成的碳化物比较稳定，其 溶解温度较高，溶解速度较慢，析出和聚集长大速度 也较低； 弱碳化物形成元素的碳化物稳定性较差，很 容易溶解和析出，并有较大的聚集长大速度。
特点：1.这些碳化物是中强碳化物形成元素形成的碳化 物；
型 2. rc/rMe >0.59 引起点阵畸变，形成复杂点阵类
（3）渗碳体（正交点阵） M3C型： Fe3C，（FeCr）3C，（FeMn）3C等
特点：当合金元素含量很少时，合金元素将不能形成自 己特有的 碳化物，只能置换渗碳体中的Fe原子，称 为合金渗碳体。
硼、锆、铌、钽、硫属于此类合金元素。
铁素体形成元素易优先分布于铁素体中。
合金元素改变奥氏体区的位置
随Cr含量增加，SE 向左上移，SG向左 上移，使γ区逐渐缩 小。
• 缩小A相区的元素 （Cr，W，Mo，V， Ti，Si等）使S点左 移，A3线上升；
铬对奥氏体相区的影响
合金元素对特征点S、E的影响
奥氏体形成元素使A1、 A3点下移，使得奥氏 体温度下降；铁素体 形成元素使A1、A3点 上移，热处理时加热 温度应该提高。
1.1.2 按与C相互作用（亲和力大小）分类
• 非碳化物形成元素 Ni，Cu，Si，Al，P等
• 碳化物形成元素
Hf，Zr，Ti，Ta，Nb，Cr，W，Mn，Fe
最强
中强
弱
1.1.3 按对奥氏体层错能的影响分类
2．硫（S）和磷（P） S：在固态铁中的溶解度极小， S和Fe能形成FeS，并易于形成低熔
点共晶。发生热脆 (裂)。 P：可固溶于α-铁，但剧烈地降低钢的韧性，特别是低温韧性，称为
冷脆。磷可以提高钢在大气中的抗腐蚀性能。
S和P是有害杂质，但可以改善钢的切削加工性能。
一、碳钢中的常存杂质（3）
3．氮（N）、氢（H）、氧（O） N：在α-铁中可溶解，含过饱和N的钢经受冷变形后析出氮
所有合金元素都使S点左移， 使得共析含C量降低，意味着 钢中的碳含量不到0.77%就 发生共析转变。如4Cr13就 已经是共析钢；合金元素使 E点左移，使得奥氏体中最 大含C量降低，使得钢中碳 含量不到2％就出现莱氏体。 如W18Cr4V（0.7～0.8％ 含碳量）。
对临界点A1、A3与温度的影响
• 提高奥氏体层错能元素 Ni，Cu，C等
• 降低奥氏体层错能元素 Mn，Cr，Ru（钌），Ir（铱）等
（1）层错能的概念：晶体中形成层错时增加的能量。 （2）奥氏体层错能对钢的组织和性能的影响。一般
认为层错能越低，越有利于位错扩展和形成位错， 使滑移困难，导致钢的加工硬化趋势增大。 层错能对钢的力学性能、相变影响很大
3.明显的金属特性（虽然可能含有50～60％的碳原子） 4. 可以溶入金属原子，呈置换或固溶体形式，如V4C3 5. 硬度高，熔点高
2.2.3 碳化物类型
（2）复杂碳化物 M6C型： Fe2Mo4C，Fe4Mo2C等（复杂立方点阵） M7C3型：Cr7C3等（复杂六方点阵） M2方3C点6型阵：）Cr23C6，Fe21Mo2C6，Fe21W2C6等（复杂立
这些合金元素使A3 温度下降，A4温度 上升，即扩大了γ 相区。
包括以下两种情况：
1.开启γ相区的元素 锰、镍、钴属于此类合金元素。 2.扩展γ相区的元素 碳、氮、铜、锌、金属于此类合金元素。
奥氏体形成元素易优先分布于奥氏体中
合金元素改变奥氏体区的位置
1.对A相区的影响
随Mn含量增加，SE 向左下移，SG向左 下移，使γ区逐渐 增大。
2.2.4 碳化物特点
•碳化物对其他元素的溶解能力
Fe3C能溶入大量的合金元素，如，淬火钢在回火的初 级阶段所形成的Fe3C，其成分大体与钢的成分相同， 但在提高回火温度和回火时间后，会溶入大量的合金元 素，如：Cr在Fe3C中可溶入25％，Mn则无限互溶； (FeCr)3C, (FeMn)3C, Mn3C
2.1.2 置换固溶体的形成规律
• 合金元素的溶解规律 决定合金元素在置换固溶体中的溶解条件有三个： ●晶体点阵---溶剂与溶质的点阵相同 ●原子尺寸---rMe-rFe / rFe <8% 无限固溶
（ 原子半径差的比） 8~10% 有限溶解 >15% 很难溶解
●电化学因素，也叫电子结构，即在元素周期表中的 位置与铁相差多远
• 扩大A相区元素 （Ni，Mn，Co）使 E，S点左移，A3线 下降。
锰对奥氏体相区的影响
E G
S
二、缩小奥氏体(γ)区元素 （铁素体形成元素）
即铁素体(α)稳定 化元素。这些合金元
素使A3温度上升， A4温度下降，即缩 小了γ相区。
包括以下两种情况： 1.封闭γ相区的元素 钒、钛、钨、钼、铝、磷、铬、硅属于此类合金元素。 2.缩小γ相区的元素
强碳化物形成元素Ti，Nb，V等几乎不溶于Fe3C
2.3 合金元素在晶界的偏聚
钢的溶质原子在晶界的浓度大大超过在基体中 的平均浓度的现象，称为晶界偏聚或晶界内吸附。
2.3.1 晶界内吸附产生的原因和特点 •产生原因 晶界原子排列疏松，置换式和间隙式溶质原子处 于晶界处产生的畸变能比在晶内产生的要小的 多，这种畸变能的差异导致晶界内吸附，使晶内 溶质向晶界迁移，使体系能量降低，从而形成亚 稳状态。
2.1.3 间隙固溶体的形成规律
□ 形成间隙固溶体 ①对α-Fe，间隙原子优先占据的位置是八面体间隙。 ②对γ-Fe，间隙原子优先占据的位置是八面体或四面 体间隙。 ③间隙原子的溶解度随间隙原子尺寸的减小而增加， 即按B、C、N、O、H的顺序而增加
•间隙固溶体的形成条件 r溶剂 / r溶质< 0.59% 才能形成间隙固溶体
1.锰（ Mn ）和硅（ Si ） 炼钢过程中随脱氧剂或者由生铁残存而进入钢中的。
Mn：在碳钢中的含量一般小于0.8%。可固溶，也可形成高熔点 MnS（1600℃）夹杂物。 MnS在高温下具有一定的塑性，不会使 钢发生热脆，加工后硫化锰呈条状沿轧向分布。
Si：在钢中的含量通常小于0.5%。可固溶，也可形成SiO2夹杂物。 Mn和Si是有益杂质，但夹杂物MnS、SiO2将使钢的疲劳强度和塑、 韧性下降。
碳化物的稳定性越高，可使得钢在高温时效或服役时 不会发生明显的基体中固溶的合金元素向碳化物中扩 散和再分配.
2．合金元素与碳的相互作用
（1）形成碳化物
碳化物形成元素：Fe、Mn、Cr、W、Mo、V、 Nb、Ti、Zr等。碳化物是钢中主要的强化相。
非碳化物形成元素：Ni、Si、Co、Al、Cu、N、 P、S等，与碳不能形成碳化物，但可固溶于Fe形 成固溶体，或形成其它化合物，如氮化物等。
化物—机械时效或应变时效。N可以与钒、钛、铌等形成 稳定的氮化物，有细化晶粒和沉淀强化。 H：在钢中和应力的联合作用将引起金属材料产生氢脆。 O：在钢中形成硅酸盐2MnO•SiO2、MnO•SiO2或复合氧化 物MgO•Al2O3、MnO•Al2O3。 N、H、O是有害杂质。
一、扩大奥氏体(γ)区元素 （奥氏体形成元素）
晶界内吸附的形成和扩散需要一定的时间，时间越长，Cg越 大。
2.3.2 晶界内吸附对钢性能的影响
□ 能在钢中产生内吸附的元素 Zr，Ni，Mn，Re，P，B，Sb，As，Bi，C，N
其中，B最强烈 □ 晶界内吸附在金属材料中的应用 晶界内吸附对金属材料组织、性能有很大影响，如高 温晶界强化，晶界脆性断裂，晶间腐蚀以及B钢淬透 性等。
钢的合金化基础
第一章 钢中的合金元素
• 微合金化钢：合金钢中加入的合金元素种
类多（如Ti、V、B、Re、Nb），但含量低 （<0.1%），但显著地影响钢的组织与性能， 这类钢称为微合金化钢。
• 合金钢种类：根据合金元素含量分：
低合金钢—合金元素含量<5%
中合金钢--
5~10%
高合金钢--
>10%
一、碳钢中的常存杂质（1）
2.2.3 碳化物类型
（1）简单点阵类型 MC型： TiC，ZrC，NbC，VC，TaC，WC等（面心点阵 M2C型：W2C，Mo2C，Ta2C（密排六方点阵）
特点：1.这些碳化物是强碳化物形成元素及中强碳化物形成元素（Cr 除外)形成的碳化物；
2. rc/rMe<0.59 碳原子半径小于金属元素间隙半径，所形 成的碳化物可保持金属的点阵，Ｃ只占据金属的间隙位置。
2.4.4 AlN 钢中常见的非金属相，密排
2.3.2 晶界内吸附对钢性能的影响
•晶界内吸附对B钢淬透性的影响 如50B钢，B从晶粒向晶界偏析，增加了体积应力， 使奥氏体的稳定性增加，推迟了奥氏体的分解，提高 了钢的淬透性。830℃时淬透性最好， 950℃时淬透 性降低,1000℃时,B在晶内与晶界处的浓度一样，淬 透性消失。
•B提高耐热钢的晶界强度 在高温合金中，经常加入B、Zr元素，它们在晶界偏
2.2 碳化物
□ 形成强化相（化合物相）－形成碳化物、氮化物、金属间化合物： M3C，MC，M2C，M6C，M7C3，M23C6，Ni3Al，Ni3Ti，Fe2W等
一般认为，非碳化物形成元素易于溶于F和A中，而碳化物形成元素易 于形成碳化物或溶于碳化物中。
碳化物形成规律
TiC
VC
V2C
Cr23C6 Mn3C
2.2.4 碳化物特点
•硬度
高硬度，其形成碳化物的倾向越强，则碳化物硬 度越高。
•稳定性
形成碳化物能力越强的元素，其熔点越高，稳定性 越高。
稳定性排序：（弱－强） M3C，M7C3，M6C， M2C，MC 碳化物稳定性越高，熔点高，溶入A中的温度越高， 自马氏体中析出的温度越高，聚集长大的倾向越小。
晶界内吸附的特点
（1）溶质原子的最大溶解度越小，晶界内吸附倾向越大， 如：B在铁中的溶解度很小，其晶界内吸附的倾向很大
（2）晶界溶解度和温度有一定关系---热力学
Cg=C1exp(E/RT) Cg：晶界溶质原子浓度 C1：晶内溶质原子浓度
E：结合强度
温度（T）越高，Cg越小。 （3）晶界内吸附与时间的关系-C3 Mn23C6
Mn7C3
ZrC
NbC Nb2C
Mo2C MoC
HfC
TaC Ta2C
W2C WC
都是过渡族元素，在周期表中位于Fe的左侧
2.2.2 碳化物的稳定性
碳化物在钢中的相对稳定性取决于合金元素与碳的 亲和力的大小，即取决于合金元素d层电子数。金属 元素的d层电子数越少，它与碳的亲和力就越大，所 析出的碳化物在钢中就越稳定。
另外，第一、二类回火脆性都与晶界内吸附有关。
晶界内吸附对钢的高温回火脆性影响
• 定义:合金钢（40Cr）淬火+高温回火时, 在550 – 650℃缓慢冷却时出现的脆性。 • 产生原因：杂质元素:O、S、N、P、B、Sn、As、
Sb、Bi等在晶界偏聚，降低晶间结合力。（沿晶 断裂）
• 消除方法：（1）根据内吸附特征 （2）合金化（加Mo、W 0.3-0.5%wt） （3）提高纯度（真空熔炼、电渣重熔）
2.4 形成非金属相（非金属夹杂）
2.4.2 形成硫化物 常见：MnS，FeS 特点：有较高的塑性，热加工时 沿加工方向呈带状、纤维状或线 状分布。
2.4.3 形成硅酸盐 □易变形的：
MnO.SiO2 （与硫化物相似） • 不易变形的
Al2O3.SiO2 （与氧化物相似）
钢中的MnS夹杂
2.4 形成非金属相（非金属夹杂）
聚，填充了晶界处空位，使晶界对扩散有利的空位大 大减少，提高了高温合金的蠕变抗力。
2.4 形成非金属相（非金属夹杂）
2.4.1 形成氧化物 • 简单氧化物
FeO，MnO，TiO2，SiO2， Al2O3，Cr2O3等 • 复杂氧化物 MgO，Al2O3，MnO，Al2O3 钢中氧化物夹杂
*特点：性脆，易断裂，一般无塑性。 因此，氧化物在钢材锻扎后，沿加工方向呈链状分布
第二章 合金钢中的相组成 － 合金元素在钢中的存在 形式
2.1 铁基固溶体 2.1.1 形成铁基置换固溶体 ①Ni、Co和Mn形成以γ-Fe为基的无限固溶体， Cr和V形成以α-Fe为基的无限固溶体。 ②Mo和W只能形成较宽溶解度的有限固溶体。如αFe(Mo)和α-Fe(W)等。 ③Ti、Nb、Ta）只能形成具有较窄溶解度的有限固溶 体；Zr、Hf、Pb在Fe具有很小的溶解度。
Hf > Zr > Ti > Ta > Nb > V > W > Mo > Cr > Mn > Fe > Co > Ni
强碳化物形成元素它所形成的碳化物比较稳定，其 溶解温度较高，溶解速度较慢，析出和聚集长大速度 也较低； 弱碳化物形成元素的碳化物稳定性较差，很 容易溶解和析出，并有较大的聚集长大速度。
特点：1.这些碳化物是中强碳化物形成元素形成的碳化 物；
型 2. rc/rMe >0.59 引起点阵畸变，形成复杂点阵类
（3）渗碳体（正交点阵） M3C型： Fe3C，（FeCr）3C，（FeMn）3C等
特点：当合金元素含量很少时，合金元素将不能形成自 己特有的 碳化物，只能置换渗碳体中的Fe原子，称 为合金渗碳体。
硼、锆、铌、钽、硫属于此类合金元素。
铁素体形成元素易优先分布于铁素体中。
合金元素改变奥氏体区的位置
随Cr含量增加，SE 向左上移，SG向左 上移，使γ区逐渐缩 小。
• 缩小A相区的元素 （Cr，W，Mo，V， Ti，Si等）使S点左 移，A3线上升；
铬对奥氏体相区的影响
合金元素对特征点S、E的影响
奥氏体形成元素使A1、 A3点下移，使得奥氏 体温度下降；铁素体 形成元素使A1、A3点 上移，热处理时加热 温度应该提高。
1.1.2 按与C相互作用（亲和力大小）分类
• 非碳化物形成元素 Ni，Cu，Si，Al，P等
• 碳化物形成元素
Hf，Zr，Ti，Ta，Nb，Cr，W，Mn，Fe
最强
中强
弱
1.1.3 按对奥氏体层错能的影响分类
2．硫（S）和磷（P） S：在固态铁中的溶解度极小， S和Fe能形成FeS，并易于形成低熔
点共晶。发生热脆 (裂)。 P：可固溶于α-铁，但剧烈地降低钢的韧性，特别是低温韧性，称为
冷脆。磷可以提高钢在大气中的抗腐蚀性能。
S和P是有害杂质，但可以改善钢的切削加工性能。
一、碳钢中的常存杂质（3）
3．氮（N）、氢（H）、氧（O） N：在α-铁中可溶解，含过饱和N的钢经受冷变形后析出氮
所有合金元素都使S点左移， 使得共析含C量降低，意味着 钢中的碳含量不到0.77%就 发生共析转变。如4Cr13就 已经是共析钢；合金元素使 E点左移，使得奥氏体中最 大含C量降低，使得钢中碳 含量不到2％就出现莱氏体。 如W18Cr4V（0.7～0.8％ 含碳量）。
对临界点A1、A3与温度的影响
• 提高奥氏体层错能元素 Ni，Cu，C等
• 降低奥氏体层错能元素 Mn，Cr，Ru（钌），Ir（铱）等
（1）层错能的概念：晶体中形成层错时增加的能量。 （2）奥氏体层错能对钢的组织和性能的影响。一般
认为层错能越低，越有利于位错扩展和形成位错， 使滑移困难，导致钢的加工硬化趋势增大。 层错能对钢的力学性能、相变影响很大
3.明显的金属特性（虽然可能含有50～60％的碳原子） 4. 可以溶入金属原子，呈置换或固溶体形式，如V4C3 5. 硬度高，熔点高
2.2.3 碳化物类型
（2）复杂碳化物 M6C型： Fe2Mo4C，Fe4Mo2C等（复杂立方点阵） M7C3型：Cr7C3等（复杂六方点阵） M2方3C点6型阵：）Cr23C6，Fe21Mo2C6，Fe21W2C6等（复杂立
这些合金元素使A3 温度下降，A4温度 上升，即扩大了γ 相区。
包括以下两种情况：
1.开启γ相区的元素 锰、镍、钴属于此类合金元素。 2.扩展γ相区的元素 碳、氮、铜、锌、金属于此类合金元素。
奥氏体形成元素易优先分布于奥氏体中
合金元素改变奥氏体区的位置
1.对A相区的影响
随Mn含量增加，SE 向左下移，SG向左 下移，使γ区逐渐 增大。
2.2.4 碳化物特点
•碳化物对其他元素的溶解能力
Fe3C能溶入大量的合金元素，如，淬火钢在回火的初 级阶段所形成的Fe3C，其成分大体与钢的成分相同， 但在提高回火温度和回火时间后，会溶入大量的合金元 素，如：Cr在Fe3C中可溶入25％，Mn则无限互溶； (FeCr)3C, (FeMn)3C, Mn3C
2.1.2 置换固溶体的形成规律
• 合金元素的溶解规律 决定合金元素在置换固溶体中的溶解条件有三个： ●晶体点阵---溶剂与溶质的点阵相同 ●原子尺寸---rMe-rFe / rFe <8% 无限固溶
（ 原子半径差的比） 8~10% 有限溶解 >15% 很难溶解
●电化学因素，也叫电子结构，即在元素周期表中的 位置与铁相差多远
• 扩大A相区元素 （Ni，Mn，Co）使 E，S点左移，A3线 下降。
锰对奥氏体相区的影响
E G
S
二、缩小奥氏体(γ)区元素 （铁素体形成元素）
即铁素体(α)稳定 化元素。这些合金元
素使A3温度上升， A4温度下降，即缩 小了γ相区。
包括以下两种情况： 1.封闭γ相区的元素 钒、钛、钨、钼、铝、磷、铬、硅属于此类合金元素。 2.缩小γ相区的元素
强碳化物形成元素Ti，Nb，V等几乎不溶于Fe3C
2.3 合金元素在晶界的偏聚
钢的溶质原子在晶界的浓度大大超过在基体中 的平均浓度的现象，称为晶界偏聚或晶界内吸附。
2.3.1 晶界内吸附产生的原因和特点 •产生原因 晶界原子排列疏松，置换式和间隙式溶质原子处 于晶界处产生的畸变能比在晶内产生的要小的 多，这种畸变能的差异导致晶界内吸附，使晶内 溶质向晶界迁移，使体系能量降低，从而形成亚 稳状态。
2.1.3 间隙固溶体的形成规律
□ 形成间隙固溶体 ①对α-Fe，间隙原子优先占据的位置是八面体间隙。 ②对γ-Fe，间隙原子优先占据的位置是八面体或四面 体间隙。 ③间隙原子的溶解度随间隙原子尺寸的减小而增加， 即按B、C、N、O、H的顺序而增加
•间隙固溶体的形成条件 r溶剂 / r溶质< 0.59% 才能形成间隙固溶体
1.锰（ Mn ）和硅（ Si ） 炼钢过程中随脱氧剂或者由生铁残存而进入钢中的。
Mn：在碳钢中的含量一般小于0.8%。可固溶，也可形成高熔点 MnS（1600℃）夹杂物。 MnS在高温下具有一定的塑性，不会使 钢发生热脆，加工后硫化锰呈条状沿轧向分布。
Si：在钢中的含量通常小于0.5%。可固溶，也可形成SiO2夹杂物。 Mn和Si是有益杂质，但夹杂物MnS、SiO2将使钢的疲劳强度和塑、 韧性下降。
碳化物的稳定性越高，可使得钢在高温时效或服役时 不会发生明显的基体中固溶的合金元素向碳化物中扩 散和再分配.
2．合金元素与碳的相互作用
（1）形成碳化物
碳化物形成元素：Fe、Mn、Cr、W、Mo、V、 Nb、Ti、Zr等。碳化物是钢中主要的强化相。
非碳化物形成元素：Ni、Si、Co、Al、Cu、N、 P、S等，与碳不能形成碳化物，但可固溶于Fe形 成固溶体，或形成其它化合物，如氮化物等。
化物—机械时效或应变时效。N可以与钒、钛、铌等形成 稳定的氮化物，有细化晶粒和沉淀强化。 H：在钢中和应力的联合作用将引起金属材料产生氢脆。 O：在钢中形成硅酸盐2MnO•SiO2、MnO•SiO2或复合氧化 物MgO•Al2O3、MnO•Al2O3。 N、H、O是有害杂质。
一、扩大奥氏体(γ)区元素 （奥氏体形成元素）
晶界内吸附的形成和扩散需要一定的时间，时间越长，Cg越 大。
2.3.2 晶界内吸附对钢性能的影响
□ 能在钢中产生内吸附的元素 Zr，Ni，Mn，Re，P，B，Sb，As，Bi，C，N
其中，B最强烈 □ 晶界内吸附在金属材料中的应用 晶界内吸附对金属材料组织、性能有很大影响，如高 温晶界强化，晶界脆性断裂，晶间腐蚀以及B钢淬透 性等。
钢的合金化基础
第一章 钢中的合金元素
• 微合金化钢：合金钢中加入的合金元素种
类多（如Ti、V、B、Re、Nb），但含量低 （<0.1%），但显著地影响钢的组织与性能， 这类钢称为微合金化钢。
• 合金钢种类：根据合金元素含量分：
低合金钢—合金元素含量<5%
中合金钢--
5~10%
高合金钢--
>10%
一、碳钢中的常存杂质（1）
2.2.3 碳化物类型
（1）简单点阵类型 MC型： TiC，ZrC，NbC，VC，TaC，WC等（面心点阵 M2C型：W2C，Mo2C，Ta2C（密排六方点阵）
特点：1.这些碳化物是强碳化物形成元素及中强碳化物形成元素（Cr 除外)形成的碳化物；
2. rc/rMe<0.59 碳原子半径小于金属元素间隙半径，所形 成的碳化物可保持金属的点阵，Ｃ只占据金属的间隙位置。
2.4.4 AlN 钢中常见的非金属相，密排
2.3.2 晶界内吸附对钢性能的影响
•晶界内吸附对B钢淬透性的影响 如50B钢，B从晶粒向晶界偏析，增加了体积应力， 使奥氏体的稳定性增加，推迟了奥氏体的分解，提高 了钢的淬透性。830℃时淬透性最好， 950℃时淬透 性降低,1000℃时,B在晶内与晶界处的浓度一样，淬 透性消失。
•B提高耐热钢的晶界强度 在高温合金中，经常加入B、Zr元素，它们在晶界偏
2.2 碳化物
□ 形成强化相（化合物相）－形成碳化物、氮化物、金属间化合物： M3C，MC，M2C，M6C，M7C3，M23C6，Ni3Al，Ni3Ti，Fe2W等
一般认为，非碳化物形成元素易于溶于F和A中，而碳化物形成元素易 于形成碳化物或溶于碳化物中。
碳化物形成规律
TiC
VC
V2C
Cr23C6 Mn3C
2.2.4 碳化物特点
•硬度
高硬度，其形成碳化物的倾向越强，则碳化物硬 度越高。
•稳定性
形成碳化物能力越强的元素，其熔点越高，稳定性 越高。
稳定性排序：（弱－强） M3C，M7C3，M6C， M2C，MC 碳化物稳定性越高，熔点高，溶入A中的温度越高， 自马氏体中析出的温度越高，聚集长大的倾向越小。
晶界内吸附的特点
（1）溶质原子的最大溶解度越小，晶界内吸附倾向越大， 如：B在铁中的溶解度很小，其晶界内吸附的倾向很大
（2）晶界溶解度和温度有一定关系---热力学
Cg=C1exp(E/RT) Cg：晶界溶质原子浓度 C1：晶内溶质原子浓度
E：结合强度
温度（T）越高，Cg越小。 （3）晶界内吸附与时间的关系-C3 Mn23C6
Mn7C3
ZrC
NbC Nb2C
Mo2C MoC
HfC
TaC Ta2C
W2C WC
都是过渡族元素，在周期表中位于Fe的左侧
2.2.2 碳化物的稳定性
碳化物在钢中的相对稳定性取决于合金元素与碳的 亲和力的大小，即取决于合金元素d层电子数。金属 元素的d层电子数越少，它与碳的亲和力就越大，所 析出的碳化物在钢中就越稳定。
另外，第一、二类回火脆性都与晶界内吸附有关。
晶界内吸附对钢的高温回火脆性影响
• 定义:合金钢（40Cr）淬火+高温回火时, 在550 – 650℃缓慢冷却时出现的脆性。 • 产生原因：杂质元素:O、S、N、P、B、Sn、As、
Sb、Bi等在晶界偏聚，降低晶间结合力。（沿晶 断裂）
• 消除方法：（1）根据内吸附特征 （2）合金化（加Mo、W 0.3-0.5%wt） （3）提高纯度（真空熔炼、电渣重熔）
2.4 形成非金属相（非金属夹杂）
2.4.2 形成硫化物 常见：MnS，FeS 特点：有较高的塑性，热加工时 沿加工方向呈带状、纤维状或线 状分布。
2.4.3 形成硅酸盐 □易变形的：
MnO.SiO2 （与硫化物相似） • 不易变形的
Al2O3.SiO2 （与氧化物相似）
钢中的MnS夹杂
2.4 形成非金属相（非金属夹杂）
聚，填充了晶界处空位，使晶界对扩散有利的空位大 大减少，提高了高温合金的蠕变抗力。
2.4 形成非金属相（非金属夹杂）
2.4.1 形成氧化物 • 简单氧化物
FeO，MnO，TiO2，SiO2， Al2O3，Cr2O3等 • 复杂氧化物 MgO，Al2O3，MnO，Al2O3 钢中氧化物夹杂
*特点：性脆，易断裂，一般无塑性。 因此，氧化物在钢材锻扎后，沿加工方向呈链状分布
第二章 合金钢中的相组成 － 合金元素在钢中的存在 形式
2.1 铁基固溶体 2.1.1 形成铁基置换固溶体 ①Ni、Co和Mn形成以γ-Fe为基的无限固溶体， Cr和V形成以α-Fe为基的无限固溶体。 ②Mo和W只能形成较宽溶解度的有限固溶体。如αFe(Mo)和α-Fe(W)等。 ③Ti、Nb、Ta）只能形成具有较窄溶解度的有限固溶 体；Zr、Hf、Pb在Fe具有很小的溶解度。