第二节-钢中合金元素的作用综述.ppt

第二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Fe(Me),2、合金渗碳体(Fe,Me)3C,3、合金碳化物TiC、NbC、WC、VC、Cr7C3、MoC,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，Ti、Nb、V：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。,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。,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,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。,1Cr17Ti0Cr13为单相F体,2、对铁碳相图中S点、E点的影响,3、对共析转变温度A1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。使共晶转变点E左移钢中出现Ld。,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。,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。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。,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,2、合金元素对过冷奥氏体转变的影响,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。,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,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。,合金元素对马氏体转变的影响,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,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。,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：快冷；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）,六、结构钢中常用的合金元素及其作用,