1.钢铁中的合金元素

Chapter 1 钢铁中的合金元素 几个基本概念 合金元素 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 杂质 冶炼时由原材料以及冶炼方法 工艺操作而带入的化学元素 碳钢 含碳量在 0 0218 2 11 范围内的铁碳合金 合金钢 在碳钢基础上加入一定量合金元素的钢 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 5 10 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 1 1 碳钢概论 一 碳钢中的常存杂质 1 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 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 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 3 氮 N 氢 H 氧 O N 在 铁中可溶解 含过饱和 N 的钢经受冷变形后析出氮化物 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 二 碳钢的分类 1 1 按钢中的碳含量 1 按 Fe Fe3C 相图分类 亚共析钢 0 0218 wc 0 77 共析钢 wc 0 77 过共析钢 0 77 wc 2 11 2 按钢中碳含量的多少分类 低碳钢 wc 0 25 中碳钢 0 25 wc 0 6 高碳钢 wc 0 6 2 按钢的质量 品质 碳钢可分为 1 普通碳素钢 wS 0 05 wP 0 045 2 优质碳素钢 wS 0 035 wP 0 035 3 高级优质碳素钢 wS 0 02 wP 0 03 4 特级优质碳素钢 wS 0 015 wP 0 025 3 按钢的用途分类 碳钢可分为 1 碳素结构钢 主要用于各种工程构件 如桥梁 船舶 建筑构件等 也可用于不太 重要的机件 2 优质碳素结构钢 主要用于制造各种机器零件 如轴 齿轮 弹簧 连杆等 3 碳素工具钢 主要用于制造各种工具 如刃具 模具 量具等 4 一般工程用铸造碳素钢 主要用于制造形状复杂且需一定强度 塑性和韧性零件 4 按钢冶炼时的脱氧程度分类 可分为 1 沸腾钢 指脱氧不彻底的钢 代号为 F 2 镇静钢 指脱氧彻底的钢 代号为 Z 3 半镇静钢 指脱氧程度介于沸腾钢和镇 静钢之间 代号为 b 4 特殊镇静钢 指进行特殊脱氧的钢 代号为 TZ 三 碳钢的用途 1 1 普通碳素结构钢 1 主要用于一般工程结构和普通零件 它通常轧制成钢板 钢带 钢管 盘条 型钢 棒钢或各种型材 圆钢 方钢 工字钢 钢筋等 可供焊接 铆接 栓接等结构件使用 应用量很大 钢总产量的 70 以上 2 热轧后空冷是这类钢通常的供货状态 用户一般不需要再进行热处理而是直接使用 wC 0 06 0 38 当质量等级为 A B 时 在保证力学性能的要求下 化学成分可 根据需方要求作适当调整 3 普通碳素结构钢的牌号表示方法 由代表屈服点的字母 Q 屈服点数值 质量 等级符号 A B C D 及脱氧方法符号 F b Z TZ 等四个部分按顺序组成 屈服点数值共分 195 215 235 255 275 五个强度等级 等级符号是指这类钢所独用的质量等级符号 也按 S P 杂质多少来分 以 A B C D 四个符号代表四个等级 其中 A 级 wS 0 05 wP 0 045 B 级 wS 0 045 wP 0 045 C 级 wS 0 04 wP 0 04 D 级 wS 0 035 wP 0 035 其中质量等 级最高的是 D 级 达到了碳素结构钢的优质级 A B C 三个等级均属于普通级范围 脱氧方法符号在镇静钢和特殊镇静钢的牌号中可省略 4 典型牌号 性能与用途 表 1 1 Q195 Q215 含碳量很低 强度不高 但具有良好的塑性 韧性和焊接性能 常用作铁钉 铁丝 钢窗及各种薄板等强度要求不高的工件 Q235A Q255A 用于农机具中的拉杆 小轴 链等 也用于建筑钢筋 钢板 型钢等 Q235B Q255B 用作建筑工程中质量要求较高的焊接结构件 机械中一般的转动轴 吊 钩 自行车架等 Q235C Q235D 质量较好 可作一些重要的焊接结构件及机件 Q255 Q275 强度较高 其中 Q275 属于中碳钢 可用作制造摩擦离合器 刹车钢带等 Chapter 1 钢铁中的合金元素 2 优质碳素结构钢 1 用于较为重要的机械零件 可以通过各种热处理调整零件的力学性能 2 供货状态可以是热轧后空冷 也可以是退火 正火等状态 一般随用户需要而定 3 牌号一般用两位数字表示 这两位数字表示钢中平均碳的质量分数的万倍 如 20 钢 45 钢 优质碳素结构钢中有三个钢号是沸腾钢 它们是 08F 10F 15F 半镇静钢标 b 镇 静钢一般不标符号 高级优质碳素结构钢在牌号后加符号 A 特级碳素结构钢加符号 E 专用优质碳素结构钢还要在牌号的头部 或尾部 加上代表产品用途的符号 例如平均 碳含量为 0 2 的锅炉用钢 其牌号表示为 20g 等 优质碳素结构钢按含锰量的不同 分为普通含锰量和较高含锰量两组 含锰量较高的一组在其数字的尾部加 Mn 如 15Mn 45Mn 等 注意 这类钢仍属于优质碳素结构钢 不要和低合金高强度结构钢混淆 4 优质碳素结构钢共有 31 个钢号 表 1 2 08F 钢 碳的质量分数低 塑性好 强度较低 可用于各种冷变形加工成型件 10 25 等钢 焊接和冷冲压性很好 可用来制造标准件 轴套 容器等 也可以经热处理 制造表面硬度高 心部有较高的强度和韧性的耐磨损 耐冲击的零件 如齿轮 凸轮 销 轴 摩擦片 水泥钉等 45 等中碳钢 通过适当热处理可获得良好的综合力学性能 可用于如传动轴 发动机连 杆 机床齿轮等机械零件 高碳碳素结构钢 经适当热处理后可获得高的弹性极限和屈强比以及足够的韧性和耐磨 性 可制造小线径的弹簧 重钢轨 轧辊 铁锹 钢丝绳等 3 碳素工具钢 1 主要用于制作各种小型工具 可进行淬火 低温回火处理获得高的硬度和高耐磨性 可分为优质碳素工具钢和高级优质碳素工具钢两类 2 牌号一般用标志性符号 T 碳字的汉语拼音字头 加上碳的质量分数的千倍表示 如 T10 T12 等 一般优质碳素工具钢不加质量等级符号 而高级优质碳素工具钢则在其 数字后面再加上 A 字 如 T8A T12 等 3 含锰碳素工具钢中锰的质量分数可扩大到 0 6 这时 在牌号的尾部标以 Mn 如 T8Mn T8MnA 4 典型的碳素工具钢 表 1 3 T7 T8 适合于制造承受一定冲击而要求韧性较高的刃具 如木工用斧 钳工用凿子等 淬火 低温回火后的硬度为 48 54HRC 工作部分 T9 T10 T11 钢 用于制造冲击较小而要求高硬度与耐磨的刃具 如小钻头 丝锥 手 锯条等 淬火 低温回火后的硬度为 60 62HRC T10A 钢还可用于制造一些形状简单 工 作负荷不大的冷作模具 量具 T12 T13 钢 硬度及耐磨性最高 但韧性最差 用于制 造不承受冲击的刃具 如锉刀 铲刮刀等 淬火 低温回火后的硬度为 62 65 HRC T12A 也可用于制造量具 T7 T12 T7A T12A 还可用于形状简单的塑料模具 4 一般工程用铸造碳素钢 1 主要用于铸铁保证不了其塑性 且形状复杂 不便于用锻压制成的毛坯零件 其碳含 量一般小于 0 65 2 牌号用符号 ZG 铸钢这两个字的汉语拼音字头 加上最低屈服点值 最低抗拉强 度值表示 如 ZG340 640 表示其屈服强度不小于 340MPa 抗拉强度不低于 640MPa 的铸 钢 3 典型的碳素铸钢 表 1 4 1 2 钢的合金化原理 1 形成铁基固溶体 1 形成铁基置换固溶体 Ni Co Mn Cr V 等元素可与 Fe 形成无限固溶体 其中 Ni Co 和 Mn 形成以 Fe 为基的无限固溶体 Cr 和 V 形成以 Fe 为基的无限固溶体 Mo 和 W 只能形成较宽溶解度的有限固溶体 如 Fe Mo 和 Fe W 等 Ti Nb Ta 只能形成具有较窄溶解度的有限固溶体 Zr Hf Pb 在 Fe 具有很小的溶度 2 形成铁基间隙固溶体 对 Fe 间隙原子优先占据的位置是八面体间隙 对 Fe 间隙原子优先占据的位置是八面体或四面体间隙 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 2 形成合金渗碳体或碳化物 1 合金渗碳体 碳化物 Fe Mn 3C 氮化物和碳 氮化物间隙化合物相 是钢中的 基本强化相 Fe Mn 3C TiN Ti C N 等 2 过渡族金属与碳 氮的亲和力 碳化物和氮化物的强度 或稳定性 按下列规律递减 Hf Zr Ti Ta Nb V W Mo Cr Mn Fe 其中 族金属的碳化物与氮化物具有简单的点阵结构 如 TiC VC TiN TaC 等 金属的碳化物与氮化物具有复杂的点阵结构 如 Cr7C3 Cr23C6 W2C Mo2C W Mo Fe 6C 等 在钢中 铁的碳化物与合金碳化物 相比 是最不稳定的 渗碳体中 Fe 的原子可以被若干合金元素的原子所取代 如 Fe Mn 3C Fe Cr 23C 等 3 形成金属间化合物 1 金属化合物的类型通常分为正常价化合物 电子化合物及间隙化合物三类 金属间化 合物通常仅指电子化合物 2 在奥氏体不锈钢 马氏体时效钢及许多高温合金中较为重要的金属间化合物是 Cr46Fe54 TiFe2 Cr21Mo17Fe62 Co7Mo6 P Cr18Ni40Mo42 R Cr18Co51Mo31 Ni3 Al Ti Ni3 Al Nb TiAl3 TiAl NiAl NiTi FeAl 2 Ti3Al 等 4 形成非金属相 非碳化合物 及非晶体相 1 钢中的非金属相有 FeO MnO TiO2 SiO2 Al2O3 Cr2O3 MgO Al2O3 MnO Al2O3 MnS FeS 2 MnO SiO2 CaO SiO2 等 非金属夹杂物一般都是有害的 2 AlN 和一些稀土氧化物弥散质点可用来强化钢或其它有色金属合金 3 在特殊条件下 如快速冷却凝固 可使某些金属或合金形成非晶体相结构 钢中非 晶体相的作用目前仍缺乏较详细的实验和理论依据 二 合金元素与铁和碳的相互作用及其对 层错能的影响 1 合金元素与铁的相互作用 1 相稳定化元素 奥氏体形成元素 使 A3 降低 A4 升高 在较宽的成分范围内 促使奥氏体形成 即扩大了 相区 根 据 Fe Me 相图的不同 可分为 开启 相区 无限扩大 相区 扩展 相区 有限扩 大 相区 开启 相区 无限扩大 相区 图 1 1 这类合金元素主要有 Mn Ni Co 等 如果 加入足够量的 Ni 或 Mn 可完全使体心立方的 相从相图上消失 相保持到室温 故 而由 相区淬火到室温较易获得亚稳的奥氏体组织 它们是不锈钢中常用作获得奥氏体的 元素 扩展 相区 有限扩大 相区 图 1 2 虽然 相区也随合金元素的加入而扩大 但由于合金元素与 Fe 和 Fe 均形成有限固 溶体 并且也使 A3 GS 线 降低 A4 JN 线 升高 但最终不能使 相区完全开启 这类合金元素主要有 C N Cu Zn Au 等 相区借助 C 及 N 而扩展 当 C 含量在 0 2 11 重量 范围内 均可以获得均匀化的固溶体 奥氏体 这构成了钢的整个热处 理的基础 2 相稳定化元素 铁素体形成元素 合金元素使 A4 降低 A3 升高 在较宽的成 分范围内 促使铁素体形成 即缩小了 相区 根据 Fe Me 相图的不同 可分为 封闭 相区 无限扩大 相区 缩小 相区 不能使 相区封闭 封闭 相区 无限扩大 相区 图 1 3 当合金元素达到某一含量时 A3 与 A4 重合 其结果使 相与 相区连成一片 当合金元素超过一定含量时 合金不再有 相变 与 Fe 形成无限固溶体 这类合金不能用正常的热处理制度 这类合金元素有 Si Al 和强碳化物形成元素 Cr W Mo V Ti P 及 Be 等 但应该指出 含 Cr 量小于 7 时 A3 下降 含 Cr 量大于 7 时 A3 才上升 缩小 相区 不能使 相区封闭 合金元素使 A3 升高 A4 下降 使相区缩小 但 不能使其完全封闭 如图 1 4 这类合金元素有 B Nb Zr Ta 等 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 碳化物形成元素均位于 Fe 的左侧 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 非碳化物形成元素均处于周期表 Fe 的右侧 碳化物的晶体结构 当 rc rMe 0 59 时 碳与合金元素形成一种复杂点阵结构的碳化物 Cr Mn Fe 属于这类 元素 它们形成下列形式的碳化物 Cr23C6 Cr7C3 Fe3C 当 rc rMe 0 59 时 形成简单点阵的碳化物 间隙相 Mo W V Ti Nb Ta Zr 均 属于此类元素 它们形成的碳化物是 MeX 型 WC VC TiC NbC TaC ZrC 和 Me2X 型 W2C Mo2C Ta2C 碳化物的特性 硬度大 熔点高 可高达 3000 分解温度高 可达 1200 间隙相碳化物虽然含有 50 60 的非金属原子 但仍具有明显的金属特性 可以溶入各类金属原子 呈缺位溶入固溶体形式 在合金钢中常遇到这类碳化物 如 Fe3W3C Fe4W2C Fe3Mo3C 等 2 Me 对固溶体中碳活度及扩散系数的影响 合金元素对碳在固溶体中活度的影响主要表现在存在于固溶体中的合金元素 会改变金属 原子与碳的结合力或结合强度 碳化物形成元素增加固溶体中碳与合金元素之间的结合力 降低其活度 非碳化物形成元素 相反将 推开 碳原子 提高其活动性 即增加碳的活度 同时将出 现碳从固溶体中析出的倾向 图 1 5 在研究碳化物 氮化物和碳 氮化合物在奥氏体中的溶解和冷却时它们从固溶体中的析出 以及热处理过程中元素在各相间的再分配这些问题时 合金元素对碳在奥氏体中的活度具 有很重大的意义 Me 对 C 在 A 中的扩散激活能和扩散系数的影响 碳化物形成元素 如 Cr Mo 和 W 等降低 C 的活度 即提高了 C 在 A 中结合力 因而使 扩散激活能升高扩散系数下降 非碳化物形成元素 如 Ni Co 等提高 C 的活度 即降低了 C 在 A 中的结合力 因而使扩 散激活能下降 扩散系数升高 需要指出的是 Si 是个例外 它能升高扩散激活能 降低扩散系数 造成这个例外的原因 则是由于 Si 虽提高 C 的活度 但同时降低了 Fe 原子的活动性 即增加了 Fe 在固溶体中的 结合能 因而得到与 Ni Co 相反的结果 总之 合金元素与碳的相互作用具有重大的实际意义 它关系到所形成的碳化物的种类 性质和在钢中的分布 而所有这些都会直接影响到钢的 性能 如钢的强度 硬度 耐磨性 塑性 韧性 红硬性和某些特殊性能 同时对钢的热 处理亦有较大的影响 如奥氏体化温度和时间 奥氏体晶粒的长大等 3 合金元素对奥氏体层错能的影响 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 形成层错 使滑移困难 导致钢的加工硬化趋势增大 例如高 Mn 钢和高 Ni 钢都是奥氏体型钢 但加工硬化趋势相差很大 高 Ni 钢易于变形加工 Ni Cu 和 C 等元素使奥氏体层错能提高 高 Mn 钢则难于变形加工 Mn Cr Ru 和 Ir 则降低奥氏体的层错能 三 合金元素对 Fe Fe3C 相图的影响 1 1 合金元素对奥氏体 铁素体区存在范围的影响 扩大 相区的合金元素 如 Ni Co Mn 等 均扩大铁碳相图中奥氏体存在的区域 其中完全扩大 相区的合金元素 Ni 或 Mn 的含量较多时 可使钢在室温下得到单相奥氏 体组织 例如 1Cr18Ni9 高镍奥氏体不锈钢和 ZGMn13 高锰耐磨钢等 缩小 相区的合金元素 如 Cr W Mo V Ti Si 等 均缩小铁碳相图中奥氏体存在的区 域 其中完全封闭 相区的合金元素 例如 Cr Ti Si 等 超过一定含量后 可使钢在 包括室温在内的广大范围内获得单相铁素体组织 例如 1Cr17Ti 高铬铁素体不锈钢等 Cr 对 Fe Fe3C 相图中 A 区的影响如图 1 7 b 2 合金元素对 Fe Fe3C 相图共析点 S 的影响 Me 对共析转变温度的影响 扩大 相区的元素使铁碳合金相图的共析转变温度下降 缩小 相区的元素使铁碳合金相图的共析转变温度上升 Me 对共析点 S 成分的影响 几乎所有合金元素都使 S 点 图 1 9 降低 尤其以强碳 化物形成元素的作用最为强烈 共晶点 E 的碳含量也随合金元素增加而降低 四 合金元素对钢的热处理的影响 1 1 Me 对钢加热时奥氏体形成过程的影响 合金元素的加入改变了临界点的温度 S 点的位置和碳在奥氏体中的溶解度 使奥氏体形 成的温度条件和碳浓度条件发生了变化 由于奥氏体的形成是一个扩散过程 合金元素原子不仅本身扩散困难 而且还将影响铁和 碳原子的扩散 从而影响奥氏体化过程 奥氏体形成过程 奥氏体的形核 奥氏体的长大 渗碳体的溶解 奥氏体成分均匀化 1 Me 对奥氏体形成速度的影响 奥氏体的形成速度取决于奥氏体晶核的形成和长大 两者都与碳的扩散有关 非碳化物形成元素 Co 和 Ni 等提高碳在奥氏体中的扩散速度 增大奥氏体的形成速度 Si Al Mn 等对碳在奥氏体中的扩散速度影响较小 故对奥氏体的形成速度影响不大 强碳化物形成元素 Cr Mo W V 等与碳的亲和力较大 显著妨碍碳在奥氏体中的扩散 大大减慢了奥氏体的形成速度 碳化物的分解 奥氏体形成后 还残留有一些稳定性各不相同的碳化物 稳定性高的碳化 物 要求其分解并溶入奥氏体中 必须提高加热温度 甚至超过其平衡临界点几十或几百 度 奥氏体的成分均匀化 由于碳化物的不断溶入 不均匀程度更加严重 要使奥氏体成分均 匀化 碳和合金元素均需扩散 由于合金元素的扩散很缓慢 因此对合金钢应采取较高的加热温度和较长的保温时间 以 得到比较均匀的奥氏体 从而充分发挥合金元素的作用 但对需要具有较多未溶碳化物 的合金工具钢 则不应采用过高的加热温度和过长的保温时间 2 Me 对奥氏体晶粒长大倾向的影响 合金元素形成的碳化物在高温下越稳定 越不易溶入奥氏体中 能阻碍晶界长大 显著细 化晶粒 按照对晶粒长大作用的影响 合金元素可分为 Ti V Zr Nb 等强烈阻止奥氏体晶粒长大 Al 在钢中易形成高熔点 AlN Al2O3 细质 点 也能强烈阻止晶粒长大 W Mo Cr 等阻碍奥氏体晶粒长大的作用中等 Ni Si Cu Co 等阻碍奥氏体晶粒长大的作用轻微 Mn P B 则有助于奥氏体的 晶粒长大 Mn 钢有较强烈的过热倾向 其加热温度不应过高 保温时间应较短 2 Me 对钢的过冷奥氏体分解转变的影响 主要表现在合金元素可以使钢的 C 曲线发生显 著变化 具体可以分为以下几个方面 对高温转变 珠光体转变 的影响 对中温转变 贝氏体转变 的影响 对低温转变 马氏体转变 的影响 1 对高温转变 珠光体转变 的影响 除 Co 外 几乎所有的合金元素使 C 曲线右移 即增大过冷奥氏体的稳定性 推迟珠光体 型的转变 C 曲线右移的结果 降低了钢的临界冷却速度 提高了钢的淬透性 Me 的加入对钢还有固溶强化的作用 合金元素只有当淬火加热溶入奥氏体中时 才能起 到提高淬透性的作用 如果淬火加热温度不高 保温时间较短 Cr Mo W V 等强碳 化物未溶解时 非但不能提高淬透性 反而会由于未溶碳化物粒子能成为珠光体转变的核 心 使淬透性下降 两种或多种合金元素同时加入对淬透性的影响要比两单个元素影响 的总和强得多 例如铬锰钢 铬镍钢等 合金钢采用多元少量合金化原则 可最有效地发 挥各种合金元素提高钢的淬透性的作用 合金元素的加入推迟珠光体型转变的同时还可在连续冷却过程中得到贝氏体型组织的钢 2 对中温转变 贝氏体转变 的影响 合金元素对贝氏体转变的作用是通过对 转变和碳原子的扩散的影响而起作用 首先表现在对贝氏体转变上限温度 BS 点的影响 碳 锰 镍 铬 钼 钒 钛等元素都 降低 BS 点 使得在贝氏体和珠光体转变温度之间出现过冷奥氏体的中温稳定区 形成两 个转变的 C 曲线 合金元素还改变贝氏体转变动力学过程 增长转变孕育期 减慢长大 速度 碳 硅 锰 镍 铬的作用较强 钨 钼 钒 钛的作用较小 3 对低温转变 马氏体转变 的影响 合金元素的作用表现在对马氏体点 Ms Mf 温度的影响 并影响钢中残留奥氏体含量及马氏 体的精细结构 除 Co Al 以外 绝大多数合金元素都使 Ms 和 Mf 下降 图 1 15 Ms 和 Mf 点的下降 使得室温下将保留更多的残留奥氏体量 图 1 16 合金钢中高的残余奥氏体含量对钢的性能产生很大影响 残余奥氏体量过高 有时达 30 40 时 钢的硬度降低 疲劳抗力下降 对于奥氏体不锈钢 为了要在室温下或零温度下 Ms 点远低于室温或零下 获得稳定的 单相奥氏体组织 必须加入大量奥氏体形成元素 通常是加入镍 锰 铬 碳 氮等元素 对于合金结构钢 为了降低残余奥氏体量 需要进行附加的处理 冷处理就是将淬火后的钢件在负温下继续冷却 使残余奥氏体转变为马氏体的工艺 如生 产上采用干冰与酒精混合可获得 70 的低温 多次回火过程中残余奥氏体发生合金碳化物的析出 降低了残余奥氏体中的合金成分 使 残余奥氏体的 Ms Mf 点升高 而在回火后的冷却过程中 转变为马氏体或贝氏体 称为 二次淬火 从而使残余奥氏体量减少 合金元素还影响马氏体的形态和马氏体的亚结构 当 Ms 点温度较高时 由于滑移的 临界分切应力较低 在 Ms 点以下形成位错结构的马氏体 在 Ms 点温度较低时 孪生分 切应力低于滑移临界分切应力 则马氏体相变以孪生形成孪晶结构的马氏体 3 合金元素对淬火钢的回火转变过程的影响 主要表现在提高钢的回火稳定性 即钢对回火时发生软化过程的抵抗能力 使回火过程各 个阶段的转变速度大大减慢 将其推向更高的温度 具体为 1 Me 对马氏体分解的影 响 2 Me 对残余奥氏体转变的影响 3 Me 对碳化物的形成 聚集和长大的影响 4 Me 对铁素体回复再结晶的影响 5 Me 对回火脆性的影响 五 合金元素对钢性能的影响 加入 Me 的主要目的 使钢具有更优异的 使用性能 1 力学性能 强度 塑性 韧性 2 耐腐蚀性 耐热性 耐腐蚀性 耐热性 热强 性 抗氧化性 工艺性能 铸造性能 锻压性能 焊接性能 热处理性能 切削性 能 1 3 合金钢的分类与牌号 一 合金钢的分类 1 按化学成分分类 1 按钢中所含合金元素的种类分 可分为 锰钢 铬钢 硅钢 硅锰钢 铬锰钛钢等 2 按钢中合金元素总质量分数分 可分为 低合金钢 中合金钢和高合金钢 2 按钢的用途分类 1 合金结构钢 工程构件用钢 低合金高强度结构钢 和机械制 造用钢 合金渗碳钢 合金调质钢 合金弹簧钢 滚动轴承钢和超高强度钢 2 合金工具钢 刃具钢 低合金刃具钢和高速钢 量具钢和模具钢 冷作模具钢和热 作模具钢 3 特殊性能钢 抗氧化钢 不锈钢 耐热钢 耐磨钢和易削钢等 3 按金相组织分类 1 按退火后的组织分 亚共析钢 共析钢 过共析钢 莱氏体钢 2 按正火后的组织分 铁素体钢 珠光体钢 贝氏体钢 马氏体钢和奥氏体钢 4 按冶金质量分类 1 普通低合金钢 2 优质低合金钢 3 高级优质合金钢 4 特高级优质合金钢 二 合金钢的牌号 1 合金结构钢 1 工程构件用钢 低合金高强度结构钢 由代表屈服点的汉语拼音字母 Q 屈服 点数值 质量等级符号 A B C D E 等三个部分按顺序排列组成 如 Q390A 专用工程构件结构钢 在牌号的头部 或尾部 标注出代表产品用途的符号 例如表示 压力容器用钢牌号表示为 Q345R 焊接气瓶用钢牌号表示为 Q295HP 锅炉用钢牌号 表示为 Q390g 桥梁用钢表示为 Q420q 等等 2 机器零件制造用钢 由三部分组成 即由 二位数字 元素符号 数字 组成 前 面的两位数字表示钢