第三章 钢中的合金元素.ppt

Chapter3钢铁中的合金元素,Steelmakingflowlines,Chapter3钢铁中的合金元素,SteelFinishingflowlines,Chapter3钢铁中的合金元素,第一节基本概念合金元素：是指特别添加到钢中为了保证获得所要求的组织结构、物理、化学和机械性能的化学元素。合金钢：是指为了提高某些性能而添加入合金元素的钢。杂质：由冶炼时原材料以及冶炼方法、工艺操作而带入的化学元素。低合金钢：一般指合金元素总含量小于或等于5%的钢。中合金钢：一般指合金元素总含量在510%范围内的钢。高合金钢：一般指合金元素总含量超过10%的钢。微合金钢：合金元素(如V,Nb,Ti,Zr,B)含量小于或等于0.1%，而能显著影响组织和性能的钢。,钢中常用的合金元素见如下的元素周期表,第二节合金元素的分类及铁基二元相图的类型一合金元素的分类：铁族金属Co和Ni难熔金属熔点高于铁的金属，包括W、Mo、Nb、V、Cr。轻金属最常用的是Ti、Mg和Al。稀土金属La、Ce、Nd等稀土元素。按照合金元素与碳的亲和力的大小分为：碳化物形成元素：Ti、Zr、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn。非碳化物形成元素：Cu、Ni、Co、Si、Al,二、铁基二元相图的类型合金元素可以改变铁的同素异晶转变温度A3和A4，从而改变FeMe二元相图的类型。合金元素对铁的二元相图的影响，主要可以区分为扩大和缩小相区两类，这两类又可以进一步划分为两个次类。1相稳定化元素使A3降低，A4升高，在较宽的温度范围内，促使奥氏体形成，即扩大了相区。根据程度的不同，可以分为：,（1）开启相区，如下图所示：相及相分别处于被封闭的区域内。当合金元素超过某一限量后，可以在室温得到稳定的相。Ni和Mn可使铁的转变抑制到较低的温度，故由区淬火到室温较易获得亚稳的奥氏体组织。Ni和Mn是不锈钢中常用作获得奥氏体的元素。,（2）扩展相区，如图所示：虽然相区随着合金元素的加入而被扩大了，但是由于受到合金元素固溶度的影响而不能完全开启。C和N是这种类型的最重要的元素；Cu、Zn和Au具有相同的影响。,2相稳定化元素，使A4温度下降，A3温度升高，在较宽的成分范围内，促使铁素体形成，即缩小相区。根据程度的不同，可以分为：,（1）封闭相区许多元素限制Fe的形成，使相图中区缩小到一个很小的面积，形成相圈，如右图所示。从图中可以看出相和相连成一片。Si、Al和强碳化物形成元素Ti、V、Mo、W、Cr均属于这类元素。,（2）缩小相区。由于受到固溶度的限制，这类合金元素不能使区完全封闭，故称为缩小相区元素。B、Nb、Zr、Ta是这一类中的典型元素。,小结：合金元素是否为扩大相区元素的条件：1.本身为面心立方点阵；2.与Fe的电负性相近；3.与Fe的原子尺寸相近。以第四周期为例：,以Cr为界：3d层电子数5时，合金元素为缩小相区元素；3d层电子数5时，合金元素为扩大相区元素。至于Cr是否为扩大相区元素，视其含量而定，Cr的质量分数小于7.5%时使A3下降，大于7.5%时使A3上升。,综上所述，可将合金元素分为奥氏体形成元素和铁素体形成元素两大类对生产实际有重要的指导意义。通过控制钢中合金元素的种类和含量，使钢在室温下获得单相组织。如发展奥氏体钢时，需要往钢中加入Ni、Mn、N等奥氏体形成元素；欲发展铁素体钢时，需要往钢中加入大量的Cr、Si、Al、Mo、Ti等铁素体形成元素。,第三节合金元素对钢的临界点FeC相图的影响合金元素对FeC相图的影响可归纳如下：,1改变奥氏体的位置Ni、Co、Mn以及其它扩大相区的元素，均使共析点左移而GS线下沉，如图所示。,Cr、W、Mo、V、Ti、Si以及其它缩小相区的元素，均使三元系中的相区逐渐呈劈形，如图所示：,由图可知，大多数元素均使ES线左移，E点（C2.11%的点）左移，意味着钢中含碳量不到2.11%就会出现共晶莱氏体。,2改变共析温度Ni、Mn等扩大相区的元素，使共析点（S点）左移，GS下沉，使得A1和A3温度同时降低。Cr、W、Mo、V、Ti、Si以及其它缩小相区的元素，使相区呈劈形，且共析点（S点）左移，使得A1和A3温度同时升高。因此，合金元素对共析温度的影响基本与对铁的同素异晶转变温度的影响相一致，如图所示：,3改变共析体含量所有合金元素均使共析点左移，说明在钢中C不到0.77%时，钢就会变为过共析而析出二次渗碳体，从而降低了共析体中的含碳量。这样，合金钢加热至略高于A1时，所得到的奥氏体的含碳量总比碳钢低。由此可见，判断一个合金钢是亚共析还是过共析应根据FeCX三元相图来进行分析。合金元素对共析体含碳量的影响如下图所示：,第四节合金钢的分类与编号一、钢的分类1、按用途分类(1)工程构件用钢：这类钢主要用于制备建筑、车辆、造船、桥梁、石油、化工、电站、国防等部门的工程构件。(2)机器零件用钢：这类钢主要用于制造机器零件，如轴、轴承、齿轮、弹簧等。(3)工模具用钢：这类钢主要用于制作量具、刃具、模具。,(4)特殊性能钢：这类钢主要包括抗氧化钢、热强钢、不锈钢、耐酸钢、耐磨钢、耐寒钢、无磁钢、易削钢等。2.按金相组织分类：(1)按平衡状态组织分类：亚共析钢、共析钢、过共析钢和莱氏体钢；(2)按正火组织分类：珠光体钢、贝氏体钢、马氏体钢、奥氏体钢；3.按钢材质量分类：主要区别在于钢中S、P杂质含量多少，可分为：普通质量钢、优质钢、特级优质钢等。,二、钢的编号方法我国现行的钢铁材料，采用汉字牌号和汉语拼音字母牌号同时并用，与化学符号、阿拉伯数字相结合的编号方法。1.普通碳素钢例如：Q215，Q235，Q275。其牌号由“屈”或“Q”(代表屈服点汉字)；屈服点数值组成。2.优质碳素结构钢(1)优质碳素结构钢的平均含碳量用万分之几表示：例如：平均含碳量为0.1%的钢表示为10。(2)含锰量较高的优质碳素钢，应将锰元素标出。例如：平均含碳量为0.5%,锰含量0.7-1.0%表示为50锰或50Mn。,(3)专门用途的优质碳素钢，在钢号之尾附加用途符号。例如：含碳为0.2%的锅炉钢表示为20锅或20g；含碳为0.3%的桥梁钢表示为30桥或30q。3.碳素工具钢（1）含碳量以千分之几表示；(2)以“碳”字或字母“T”代表碳素工具钢；(3)含锰量较高(0.4%0.6%Mn)的，应将锰元素标出；(4)优质碳素工具钢在末尾加“A”字。例如：T8A表示含碳量为0.8%的优质碳素工具钢；T8Mn表示含碳量为0.8%,含锰量为0.40.6%的碳素工具钢；T10表示含碳量为1%的碳素工具钢。,4.合金钢(1)碳含量一般以平均含碳量的万分之几表示(与优质碳素结构钢相同)，平均含碳量为0.50%，写为50；不锈钢、合金工具钢、轴承钢、模具钢一般以平均含碳量的千分之几表示；高速钢、部分轴承钢、耐热钢和碳含量大于等于1的钢,一般不标碳含量。,(2)合金元素含量除铬轴承钢和低铬工具钢外，合金元素一律按以下原则表示其含量：（