机械工程材料第五章

1、第五章第五章 钢的合金化钢的合金化 为了改善钢的性能，在碳钢的基础上特意地加入为了改善钢的性能，在碳钢的基础上特意地加入一种或几种合金元素所形成的钢。它具有较好机一种或几种合金元素所形成的钢。它具有较好机械性能（如强度、塑性、淬透性、冲击韧性等）械性能（如强度、塑性、淬透性、冲击韧性等）和特殊性能（耐磨性、耐腐蚀性、耐高温性、电和特殊性能（耐磨性、耐腐蚀性、耐高温性、电磁性等），但价格高。磁性等），但价格高。 2、形成强化相、形成强化相-合金渗碳体或合金碳化物合金渗碳体或合金碳化物 3、形成非金属夹杂物、形成非金属夹杂物 ,与与O、N、S等作用形成等作用形成氧化物、氮化物和硫化物氧化物、氮化物

2、和硫化物 4、以游离状态存在、以游离状态存在 ，例如：Pb、Cu、石墨等。常用的合金元素有：常用的合金元素有：铬铬(Cr)、镍、镍(Ni)、锰、锰(Mn)、硅、硅(Si)、钨钨(W)、钼、钼(Mo)、钒、钒(V)、钛、钛(Ti)、钴、钴(Co)、铝、铝(Al)、铜、铜(Cu)、铌、铌(Nb)、锆、锆(Zr)、硼、硼(B)、稀土（、稀土（Re）等。）等。 5.1、合金元素在钢中的存在形式、合金元素在钢中的存在形式 1、形成固溶体合金铁素体。、形成固溶体合金铁素体。溶于铁素体、奥氏体、溶于铁素体、奥氏体、马氏体中形成固溶体马氏体中形成固溶体 表中字体颜色为表中字体颜色为绿色绿色或或深蓝色深蓝色的元

3、素为钢中常见合金的元素为钢中常见合金元素；元素； 字体颜色为深蓝色的元素为钢中常见碳化物合字体颜色为深蓝色的元素为钢中常见碳化物合金元素。金元素。 RnAtPoBiPdTiHgAuPtIrOsReWTaHfLaBaCsXeITeSbSnInCdAgPdRhRuTcMoNbZrYSrPbKrBrSeAsGeGaZnNiCoFeMnCrVTiSeCaKArClSPSiAlBBBBBBBBMgNaNeFONCBBeLiHeAAAAAAH0 ARnAtPoBiPdTiHgAuPtIrOsReWTaHfLaBaCsXeITeSbSnInCdAgPdRhRuTcMoNbZrYSrPbKrBrSeAsGeG

4、aZnCuCuNiCoFeMnCrVTiSeCaKArClSPSiAlBBBBBBBBMgNaNeFONCBBeLiHeAAAAAAH0 A5.2 合金元素与铁和碳的相互作用合金元素与铁和碳的相互作用5.2.15.2.1合金元素与铁的作用（合金元素与铁构成的相图合金元素与铁的作用（合金元素与铁构成的相图类型）类型）一一相稳定化元素相稳定化元素 相稳定化元素使相稳定化元素使A3A3降低，降低，A4A4升升高，在较宽的成分范围内，促使奥氏体形成，即扩大高，在较宽的成分范围内，促使奥氏体形成，即扩大了了相区。相区。 1.1.无限扩大无限扩大奥氏体区奥氏体区 合金元素与合金元素与-Fe-Fe形成无限固

5、溶体形成无限固溶体, ,与与-Fe-Fe形成有形成有限固溶体。使限固溶体。使A3A3点降低，点降低，A4A4点升高。点升高。MnMn、 NiNi、 CoCo。2.2.有限扩大有限扩大奥氏体区奥氏体区 合金元素与合金元素与-Fe -Fe 和和-Fe-Fe均形成有限固溶体。均形成有限固溶体。使使A3A3点降低，点降低，A4A4点升高。点升高。C C、N N、CuCu、ZnZn等。等。图图3-1 3-1 铁铁- -镍相图（开启镍相图（开启相区相区 ） 图图3-2 3-2 铁铁- -碳相图（扩展碳相图（扩展相区相区 ） 1. 1. 封闭封闭区区、无限扩大、无限扩大区区 合金元素使合金元素使A A3 3

6、点上升，点上升，A A4 4点下降，点下降，某一点时重合，某一点时重合，区封闭，超过此含区封闭，超过此含量，则合金不再有量，则合金不再有 相变，与相变，与-Fe -Fe 形成无限固溶体。形成无限固溶体。CrCr、 W W、 MoMo、 V V、TiTi、 SiSi、 P P、 AlAl、BeBe等。等。二二相稳定化元素相稳定化元素 合金元素使合金元素使A4降低，降低，A3升高，在较宽的成分范围内，促使铁素体形成，升高，在较宽的成分范围内，促使铁素体形成，即缩小了即缩小了相区。相区。 2. 2. 缩小缩小区区，但不使，但不使区封闭型区封闭型 合金元素使合金元素使A A3 3上升，上升，A A4

7、4下降。下降。B B、NbNb、TiTi、ZrZr、TaTa等。等。 合金元素分为两类：合金元素分为两类： 扩大奥氏体区的元素成为奥氏体形成元素，扩大奥氏体区的元素成为奥氏体形成元素， MnMn、 NiNi、CoCo、C C、N N、CuCu、ZnZn等；等； 缩小奥氏体区的元素称为铁素体形成元素，缩小奥氏体区的元素称为铁素体形成元素，CrCr、 MoMo、 Ti Ti 、 SiSi、AlAl等。等。图图3-3 3-3 铁铁- -铬相图（封闭铬相图（封闭相区）相区）图图3-4 3-4 铁铁- -铌相图（缩小铌相图（缩小相区）相区）合金元素合金元素溶入铁素体溶入铁素体以固溶体的溶质形式存在：以固

8、溶体的溶质形式存在：l主要是非碳化物形成元素主要是非碳化物形成元素Si、Co、Al、Cu等以等以此种形式存在；此种形式存在；l产生产生固溶强化固溶强化作用；作用；合金元素溶于铁素体合金元素溶于铁素体时引起晶格畸变，合时引起晶格畸变，合金元素含量越多，金元素含量越多，铁素体晶格畸变越严铁素体晶格畸变越严重，其硬度、强度越高重，其硬度、强度越高。Ni、Cr特殊，特殊，含量少时，铁素体韧性升高；含量少时，铁素体韧性升高；含量多时，铁素体韧性下降含量多时，铁素体韧性下降三合金元素对铁素体机械性能的影响 5.2.2 5.2.2合金元素与碳的作用合金元素与碳的作用 两大类两大类： 1.1.非碳化物形成元素

9、非碳化物形成元素 NiNi、SiSi、CoCo、AlAl、CuCu等，以溶于等，以溶于-Fe -Fe 和和-Fe-Fe中存在，形成中存在，形成非金属夹杂物和金属间化合物非金属夹杂物和金属间化合物，如如Al2O3、AlN、SiO2、FeSi、Ni3Al等。等。Si含量含量大时使渗碳体分解析出石墨。大时使渗碳体分解析出石墨。 2. 2. 碳化物形成元素（次碳化物形成元素（次d d电子层不满）电子层不满） TiTi、 ZrZr、 NbNb、 V V、 W W、 MoMo、CrCr、MnMn、FeFe等，等，一部分一部分溶入奥氏体和铁素体溶入奥氏体和铁素体中，另一部分与碳中，另一部分与碳形成形成碳化物

10、碳化物。 碳化物形成元素在周期表中都是碳化物形成元素在周期表中都是位于位于铁元素的左边的过渡族金属元素铁元素的左边的过渡族金属元素, ,它们都有它们都有一个未填满的一个未填满的d d电子亚层电子亚层, ,当当形成碳化物时形成碳化物时, ,碳原子首先将其价电子碳原子首先将其价电子填入金属原子未填满的填入金属原子未填满的d d电子亚层电子亚层, ,使使形成的碳化物具有形成的碳化物具有金属键金属键结合的性质结合的性质, ,金属原子的金属原子的d d电子亚层愈不满电子亚层愈不满( (周期表周期表中中, ,在铁左边离铁愈远在铁左边离铁愈远),),则其则其与碳的亲与碳的亲和力愈强和力愈强, ,形成碳化物的

11、能力愈大形成碳化物的能力愈大, ,愈愈稳定稳定, ,而且不易分解。而且不易分解。(1) (1) TiTi、ZrZr、 Nb Nb 、 V V缺碳时，才以原子态溶入固溶体。缺碳时，才以原子态溶入固溶体。（强）（强）特殊的碳化物如特殊的碳化物如NbC、TiC、ZrC等，等， (2) (2) W W、MoMo、CrCr含量少时，形成合金渗碳体。含量少时，形成合金渗碳体。如如: (Fe、Cr)3C、(Fe、Mo)3C、 (Fe、W)3C 含量多时，含量多时，反之反之形成特殊碳化物。（中强）形成特殊碳化物。（中强）Cr7C3、MoC、WC、(3) (3) MnMn少量溶入渗碳体少量溶入渗碳体- -合金渗

12、碳体合金渗碳体, ,大部分大部分仍溶于仍溶于奥氏体奥氏体和铁素体中。和铁素体中。（弱）（弱）溶于碳钢中原有的相中；形成新类型的特殊碳化物1.溶于基体中形成合金溶于基体中形成合金 F 或合金或合金 渗碳体渗碳体 。2.与碳作用形成合金碳化物。与碳作用形成合金碳化物。3.单独形成特殊碳化物单独形成特殊碳化物 。合金元素溶入渗碳体中合金元素溶入渗碳体中置换置换Fe3C中的中的Fe原子原子 合金渗碳体；合金渗碳体；(Cr、W、Mo、V、Nb);硬度增，提高耐磨性，加热时难硬度增，提高耐磨性，加热时难溶于奥氏体溶于奥氏体单独形成特殊碳化物单独形成特殊碳化物 合金元素与碳化合合金元素与碳化合 特殊碳化物，

13、特殊碳化物，结构简单、结构简单、熔点高、硬度高、稳定性高，熔点高、硬度高、稳定性高，当以细小的质点当以细小的质点分布在固溶体基体上时，可以起到分布在固溶体基体上时，可以起到弥散强化弥散强化作作用。用。 NbC、TiC、VC5.3 5.3 合金元素对合金元素对Fe-CFe-C相图的影响相图的影响 1. 1.对奥氏体相区的影响对奥氏体相区的影响 Mn Mn、NiNi、CoCo均使均使S S点左移、点左移、A A3 3线下降；线下降； CrCr、W W、MoMo、V V、TiTi、SiSi使使A A3 3线上升；线上升； 大多数元素均使大多数元素均使ESES线左移，线左移，E E点左移，点左移，意味

14、着钢中含碳量小于意味着钢中含碳量小于2.11%2.11%时就出现共晶时就出现共晶莱氏体，莱氏体，高速钢、奥氏体钢、莱氏体钢。高速钢、奥氏体钢、莱氏体钢。例如：例如：W18Cr4V的铸态组织中已出现了莱氏体；的铸态组织中已出现了莱氏体； 2. 2. 对对共析温度共析温度和和共析点共析点位置的影响位置的影响 扩大扩大区的元素降低区的元素降低A3A3和和A1A1，使，使S S点左移点左移，缩小，缩小区元素升高区元素升高A3A3和和A1A1，使使S S点左移点左移。即含碳量小于。即含碳量小于0.77%0.77%时，时，就析出二次渗碳体。如就析出二次渗碳体。如4Cr134Cr13钢钢( (马氏马氏体不锈

15、钢，就是过共析钢）。体不锈钢，就是过共析钢）。图图 合金元素对合金元素对 S S 点成分的影响点成分的影响总结：总结： 当含当含MnMn、NiNi较高的钢，因扩大奥氏体相区有可能将较高的钢，因扩大奥氏体相区有可能将A A3 3降至室温降至室温以下，此时钢在室温下保持奥氏体组织，叫做奥氏体钢；以下，此时钢在室温下保持奥氏体组织，叫做奥氏体钢；例如：例如：Mn13(Mn13(耐磨钢耐磨钢) )、1Cr18Ni91Cr18Ni9（不锈钢）；如（不锈钢）；如P122P122图图7-17-1； 当含当含CrCr较高的钢，因缩小奥氏体相区有可能在室温下只有铁素较高的钢，因缩小奥氏体相区有可能在室温下只有铁

16、素体存在而成为铁素体钢；体存在而成为铁素体钢；例如：例如：Cr17Cr17（铁素体型不锈钢）；如（铁素体型不锈钢）；如P122P122图图7-27-2； 由于所有的合金元素均使由于所有的合金元素均使S S点左移，这就意味着钢中的含碳量点左移，这就意味着钢中的含碳量不足不足0.77%0.77%时，钢就变为过共析钢而析出时，钢就变为过共析钢而析出FeFe3 3C C； 例如：例如：4Cr134Cr13（马氏体型不锈钢）就是过共析钢；（马氏体型不锈钢）就是过共析钢； 5.4 合金元素对钢相变的影响合金元素对钢相变的影响 合金元素对奥氏体的形成、过冷奥氏体的分解、淬火马氏体合金元素对奥氏体的形成、过冷

17、奥氏体的分解、淬火马氏体回火转变三个基本相变过程都有影响。回火转变三个基本相变过程都有影响。 5.4.1合金元素对加热时奥氏体形成过程的影响：合金元素对加热时奥氏体形成过程的影响： （1 ）改变奥氏体形成的速度）改变奥氏体形成的速度 加速加速奥氏体形成速度：非碳化物形成元素奥氏体形成速度：非碳化物形成元素Co、Ni等等 减慢减慢奥氏体形成速度：强碳化物形成元素奥氏体形成速度：强碳化物形成元素Cr、Mo、W、V等，等， 不影响奥氏体形成速度：不影响奥氏体形成速度：Al， Si， Mn等等 。 （2）热处理时对奥氏体的晶粒长大的影响）热处理时对奥氏体的晶粒长大的影响 强烈阻止晶粒长大：强烈阻止晶粒

18、长大： V V， TiTi， NbNb， ZrZr 强碳化物形成强碳化物形成元素元素中等影响：中等影响： W W，MoMo，Cr Cr 影响不大：影响不大： CoCo， NiNi， CuCu促进晶粒长大：促进晶粒长大： C C，N,BN,B， P PAl,SiAl,Si含量少时，以夹杂物形式存在，可阻止含量少时，以夹杂物形式存在，可阻止A A晶粒长大，晶粒长大，当以合金元素大量加入时，促进当以合金元素大量加入时，促进A A晶粒长大。晶粒长大。钢中的钢中的C C含量为中等以上时，含量为中等以上时，MnMn可促进长大，在碳含量较可促进长大，在碳含量较低时，低时，MnMn可细化晶粒可细化晶粒一般合金

19、钢的热处理加热温度较碳钢的高，但晶粒细小一般合金钢的热处理加热温度较碳钢的高，但晶粒细小（3）对奥氏体形成温度的影响）对奥氏体形成温度的影响 合金钢需较高温度和保温时间5.4.2合金元素对合金元素对过冷奥氏体转变过程过冷奥氏体转变过程的影响：的影响： 除除Co以外，大多数合金元素的加入（溶入奥氏以外，大多数合金元素的加入（溶入奥氏体中）均体中）均使使C曲线右移曲线右移，提高过冷奥氏体的稳，提高过冷奥氏体的稳定性，定性， Vk从而提高了钢的淬透性；从而提高了钢的淬透性； 一些碳化物形成元素还使一些碳化物形成元素还使C曲线的形状发生改曲线的形状发生改变；变； 除除Co，Al外，所有的合金元素都使外

20、，所有的合金元素都使 Ms、Mf 点点下降，淬火后残余下降，淬火后残余A量量, 硬度硬度 提高钢的淬透性。最常采用的是：提高钢的淬透性。最常采用的是：Cr，Mn，Si，Ni，B5.4.2合金元素对合金元素对过冷奥氏体转变过程过冷奥氏体转变过程的影响：的影响： 除除Co以外，大多数合金元素的加入（溶入奥氏以外，大多数合金元素的加入（溶入奥氏体中）均体中）均使使C曲线右移曲线右移，提高过冷奥氏体的稳，提高过冷奥氏体的稳定性，定性， Vk从而提高了钢的淬透性；从而提高了钢的淬透性； 一些碳化物形成元素还使一些碳化物形成元素还使C曲线的形状发生改曲线的形状发生改变；变； 除除Co，Al外，所有的合金元

21、素都使外，所有的合金元素都使 Ms、Mf 点点下降，淬火后残余下降，淬火后残余A量量, 硬度硬度 提高钢的淬透性。最常采用的是：提高钢的淬透性。最常采用的是：Cr，Mn，Si，Ni，B合金元素对珠光体转变的影响合金元素对珠光体转变的影响 除了除了Co、Al外均外均推迟推迟奥氏体向珠光体的转变。奥氏体向珠光体的转变。合金元素溶入奥氏体中，就或多或少地推迟珠光体转变，提高淬透性。多种元素的共同合金元素溶入奥氏体中，就或多或少地推迟珠光体转变，提高淬透性。多种元素的共同作用比单一元素的作用大的多。作用比单一元素的作用大的多。合金元素对贝氏体转变的影响合金元素对贝氏体转变的影响 合金元素对贝氏体转变的

22、影响主要体现在对合金元素对贝氏体转变的影响主要体现在对转变速度和碳扩散速度转变速度和碳扩散速度的影响。的影响。 Cr Cr、MnMn、NiNi降低降低转变温度，减少奥氏转变温度，减少奥氏体与铁素体的自由能差，减少了相变体与铁素体的自由能差，减少了相变驱动力驱动力，且且CrCr与与MnMn还阻碍碳的扩散，因此还阻碍碳的扩散，因此推迟推迟贝氏体贝氏体的转变。的转变。 SiSi强烈地阻止贝氏体转变（原因：强烈强烈地阻止贝氏体转变（原因：强烈地阻止过饱和铁素体的脱溶）。地阻止过饱和铁素体的脱溶）。 W W、MoMo、V V、TiTi不同于不同于MnMn、NiNi，使，使转变温度升高，增大转变驱动转变温

23、度升高，增大转变驱动力，但降低碳的扩散速度，因此推迟力，但降低碳的扩散速度，因此推迟贝氏体转变，但作用较贝氏体转变，但作用较小小。 含有含有W W、MoMo、V V、TiTi的钢贝氏体转变的钢贝氏体转变的孕育期短，铁素体的孕育期短，铁素体- -珠光体转变的孕珠光体转变的孕育期长，空冷时容易得到贝氏体组织，育期长，空冷时容易得到贝氏体组织，如如12Cr1MoV12Cr1MoV钢。钢。合金元素对马氏体转变的影响合金元素对马氏体转变的影响 除除CoCo、AlAl以外，溶入奥氏体中的合以外，溶入奥氏体中的合金元素均使金元素均使MsMs点点下降，碳的作用最大，下降，碳的作用最大，其次是其次是MnMn、C

24、rCr、NiNi、MoMo、W W、SiSi。多种元。多种元素共存时，作用更大。素共存时，作用更大。5.4.3合金元素对合金元素对回火转变回火转变的影响：的影响：1. 提高钢的回火稳定性：提高钢的回火稳定性：回火稳定性回火稳定性：表示钢对于回火时发生软化过程的抵抗能表示钢对于回火时发生软化过程的抵抗能力；力； M 分解、碳化物长大、残余分解、碳化物长大、残余A转变、转变、F再结晶被推迟到再结晶被推迟到较高的温度才发生。较高的温度才发生。 回火温度相同时，合金钢中析出的碳化物更细小，其强回火温度相同时，合金钢中析出的碳化物更细小，其强度更高。度更高。 合金钢在相同的回火温度下比含碳量相同的碳钢具

25、有更合金钢在相同的回火温度下比含碳量相同的碳钢具有更高硬度，高硬度， 回火稳定性越高的钢，在较高温度下的强度或硬度也回火稳定性越高的钢，在较高温度下的强度或硬度也越高；越高； 在达到相同强度条件下，回火稳定性高的钢，可在更在达到相同强度条件下，回火稳定性高的钢，可在更高温度下回火。高温度下回火。-合金钢综合力学性能比碳钢好。合金钢综合力学性能比碳钢好。 提高钢的回火稳定性作用较强的合金元素有：提高钢的回火稳定性作用较强的合金元素有：V，Si，Mo，W，Cr，Ni，Mn,Co1. 1. 对马氏体分解的影响对马氏体分解的影响 合金元素对马氏体分解的第一阶合金元素对马氏体分解的第一阶段（两相式分解）

26、没影响；碳化物形成段（两相式分解）没影响；碳化物形成元素元素V V、NbNb、CrCr、MoMo、W W等使马氏体分解等使马氏体分解的第二阶段减慢，原因的第二阶段减慢，原因: :需碳原子长距需碳原子长距离的扩散离的扩散.。碳从马氏体中。碳从马氏体中析出温度析出温度升高升高。非碳化物形成元素影响不大。非碳化物形成元素影响不大。 Si Si的作用比较独特。的作用比较独特。 回火温度低时，回火温度低时，SiSi不扩散，马氏不扩散，马氏体和体和-碳化物中含碳化物中含SiSi量相等。由于量相等。由于FeFe3 3C C中不溶中不溶SiSi，所以，所以-碳化物转化为碳化物转化为FeFe3 3C C时必须把

27、时必须把SiSi扩散出来，但扩散出来，但SiSi的扩的扩散比碳慢，因此可以显著地减慢马氏散比碳慢，因此可以显著地减慢马氏体的分解，使得马氏体的分解温度升体的分解，使得马氏体的分解温度升高。高。 2. 2. 对残余奥氏体转变的影响对残余奥氏体转变的影响 残余奥氏体残余奥氏体C-C-曲线的孕育期较过冷奥氏体曲线的孕育期较过冷奥氏体的显著缩的显著缩短短。合金元素使过冷奥氏体和残余奥。合金元素使过冷奥氏体和残余奥氏体的氏体的C-C-曲线上出现一个中温稳定区。曲线上出现一个中温稳定区。 CrCr、MnMn等可使奥氏体的分解温度显著升高。等可使奥氏体的分解温度显著升高。 在含有在含有W W、MoMo、V

28、V等元素的高合金钢，由于等元素的高合金钢，由于500600回火中碳化物的析出，使回火中碳化物的析出，使残余残余A中中Me% ，MsMs点高于室温，点高于室温，随后随后冷却时转变为冷却时转变为残残余余A M马氏体，硬度升高马氏体，硬度升高二次淬火或二二次淬火或二次硬化。次硬化。 当钢中含当钢中含Cr、W、Mo、V、Ti等超过一定量时，回火后等超过一定量时，回火后的硬度随回火温度的升高不是单调的降低，而是在某的硬度随回火温度的升高不是单调的降低，而是在某一温度范围回火后一温度范围回火后硬度硬度反而增加，并反而增加，并在在一定温度一定温度（500600）达到峰值）达到峰值。 二次硬化二次硬化：在一定

29、回火温度下硬度出现峰值的现象。：在一定回火温度下硬度出现峰值的现象。 回火温度较高时析出细小、高硬度的合金碳化物，如回火温度较高时析出细小、高硬度的合金碳化物，如MoMo2C C，使硬度反而提高。（韧性也大大，使硬度反而提高。（韧性也大大 ） 二次淬火二次淬火 500600回火时析出合金碳化物回火时析出合金碳化物残余残余A中中Me% Ms、Mf ，随后冷却时残余，随后冷却时残余A M硬度升高硬度升高 二次淬火：二次淬火：在高合金钢中回火冷却时残余奥氏体转变在高合金钢中回火冷却时残余奥氏体转变为马氏体，而导致硬度升高的现象为马氏体，而导致硬度升高的现象。 3. 3. 对碳化物的形成、聚集和长对碳

30、化物的形成、聚集和长大的影响大的影响 合金元素对合金元素对-碳化物的形成碳化物的形成没没有有影响。随回火温度的升高，影响。随回火温度的升高，260260转化为转化为FeFe3 3C C，合金元素中唯，合金元素中唯有有SiSi、AlAl强烈地推迟这一转变到强烈地推迟这一转变到350350。CrCr的作用比的作用比SiSi、AlAl的弱。的弱。 随回火温度的升高，合金元素进行明随回火温度的升高，合金元素进行明显的扩散，在显的扩散，在相和相和FeFe3 3C C中重新分配：碳中重新分配：碳化物形成元素形成合金渗碳体，非碳化物化物形成元素形成合金渗碳体，非碳化物形成元素离开渗碳体。同时，渗碳体聚集形成

31、元素离开渗碳体。同时，渗碳体聚集长大，长大，NiNi对聚集长大无影响，而对聚集长大无影响，而SiSi、V V、W W、MoMo、CrCr对其起对其起阻碍阻碍作用。作用。 4. 4.对铁素体回复再结晶的影响对铁素体回复再结晶的影响 大部分合金元素均大部分合金元素均延缓延缓铁素体的回复再铁素体的回复再结晶过程，结晶过程，CoCo、MoMo、W W、CrCr、V V显著提高显著提高相相的再结晶温度，的再结晶温度，SiSi、MnMn影响次之，影响次之，NiNi的影响的影响不大，含不大，含Cr+Mo+W=1-2%Cr+Mo+W=1-2%，可将再结晶温度由，可将再结晶温度由500500提高到提高到6506

32、50。 5. 5. 对回火脆性的影响对回火脆性的影响 不能用热处理和合金化的方法消除不能用热处理和合金化的方法消除第一类回火脆性，但第一类回火脆性，但SiSi、MnMn等元素可将等元素可将脆化温度提高到脆化温度提高到350-370 350-370 。NiNi、CrCr、MnMn增加第二类回火脆性，而增加第二类回火脆性，而MoMo、W W抑制抑制和减轻回火脆性。和减轻回火脆性。四、合金元素对钢强韧性的影响四、合金元素对钢强韧性的影响 合金元素的作用合金元素的作用提高强度又要保证有足够韧性。提高强度又要保证有足够韧性。 强度强度塑变抗力，韧性塑变抗力，韧性可靠性，一对矛盾。可靠性，一对矛盾。 合金

33、元素对组织、使用性能、工艺性能也有影响。合金元素对组织、使用性能、工艺性能也有影响。 （一）强化途径（一）强化途径设法增大位错运动的阻力。设法增大位错运动的阻力。 1.1.固溶强化固溶强化 间隙原子的强化作用比置换原子大间隙原子的强化作用比置换原子大10-10010-100倍，如倍，如C C，但溶解度有限。置换原子中但溶解度有限。置换原子中SiSi，MnMn作用较大，应用广泛。作用较大，应用广泛。浓度越高，强度，硬度升高，而塑性和韧性下降。浓度越高，强度，硬度升高，而塑性和韧性下降。应限量应用。应限量应用。 2. 2.晶界强化晶界强化 可以提高钢的强度，且可以提高钢的塑可以提高钢的强度，且可以

34、提高钢的塑性和韧性。性和韧性。霍尔霍尔- -配奇公式。合金元素中配奇公式。合金元素中AlAl、TiTi、V V、ZrZr、NbNb等形成难溶的第二相粒子，等形成难溶的第二相粒子，细小、分散，阻碍奥氏体晶粒长大，强化。细小、分散，阻碍奥氏体晶粒长大，强化。 3.3.第二相强化第二相强化 可以阻碍位错运动。位错运动遇到第二可以阻碍位错运动。位错运动遇到第二相粒子消耗额外的能量，造成强化。粒子越相粒子消耗额外的能量，造成强化。粒子越细小，弥散，间距越小，效果越好。例如：细小，弥散，间距越小，效果越好。例如：碳化物颗粒。碳化物颗粒。 第二相粒子对钢的塑性有危害作用第二相粒子对钢的塑性有危害作用。 原因

35、：原因： 1.1.孔坑的萌生与第二相粒子有关。孔坑的萌生与第二相粒子有关。2.2.塑塑性还与第二相粒子的性还与第二相粒子的分布有关分布有关，沿晶界分布，沿晶界分布最有害；最有害；3.3.与第二相粒子的与第二相粒子的形状有关形状有关，球状，球状危害最小；危害最小；4.4.与第二相粒子的与第二相粒子的种类有关种类有关，硫，硫化物和氧化物不利，碳化物危害较小。化物和氧化物不利，碳化物危害较小。 当用第二相粒子强化时应采用如下的当用第二相粒子强化时应采用如下的方法改善钢的塑性方法改善钢的塑性 （1 1）控制碳化物的尺寸、数量、形状和）控制碳化物的尺寸、数量、形状和分布，如高温回火。分布，如高温回火。

36、（2 2）减少夹杂物并加入）减少夹杂物并加入CaCa、ZrZr、RERE等与等与硫形成难溶的球状硫化物。硫形成难溶的球状硫化物。 （3 3）将片状珠光体改为粒状珠光体）将片状珠光体改为粒状珠光体 4. 4.位错强化位错强化 位错密度越高，运动时易相互交割，形成位错密度越高，运动时易相互交割，形成割阶，缠结，塑变困难，提高强度。割阶，缠结，塑变困难，提高强度。 =Gb=Gb1/2 1/2 位错密度与变形度有关。位错密度与变形度有关。 合金元素的作用是在塑变时使位错增殖，合金元素的作用是在塑变时使位错增殖，合金元素细化晶粒，形成第二相和固溶体，增合金元素细化晶粒，形成第二相和固溶体，增加位错密度。

37、加位错密度。 塑变和相变均可以增加位错密度（马氏体塑变和相变均可以增加位错密度（马氏体相变）相变） （二）韧化途径（二）韧化途径 韧性是指材料对韧性是指材料对断裂的抗力断裂的抗力，是可靠，是可靠性的度量，用冲击韧性性的度量，用冲击韧性k k、断裂韧性、断裂韧性K KICIC和脆性转化温度和脆性转化温度t tc c等表示。等表示。 钢材的韧化，意味着减小脆化。钢材的韧化，意味着减小脆化。 按上述强化方式进行强化，除按上述强化方式进行强化，除细晶细晶强强化以外，一般均会发生脆化，导致韧化以外，一般均会发生脆化，导致韧性破断的冲击值和断裂韧性值下降。性破断的冲击值和断裂韧性值下降。因此，寻求高强度而

38、同时有高韧性的因此，寻求高强度而同时有高韧性的材料，是重要的研究任务。材料，是重要的研究任务。 金属的金属的断裂断裂有：微孔积聚型断裂、解理断裂和有：微孔积聚型断裂、解理断裂和沿晶断裂。沿晶断裂。 改善和提高韧性的途径如下：改善和提高韧性的途径如下： 1.1.提高微孔聚集型断裂抗力的途径：提高微孔聚集型断裂抗力的途径： 有宏观塑性断裂和脆性断裂，表现形式均有宏观塑性断裂和脆性断裂，表现形式均为孔坑型。为孔坑型。 （1 1）尽量减少钢中第二相的数量；）尽量减少钢中第二相的数量； （2 2）提高基体组织的塑性）提高基体组织的塑性- -固溶元素少；固溶元素少； （3 3）提高组织的均匀性）提高组织的

39、均匀性- -减小应力集中。减小应力集中。 2. 2.提高解理断裂抗力的途径提高解理断裂抗力的途径 特征特征- -冷脆性。冷脆性。(t(tc c表示表示) )。 由解理断裂的微观机理知：晶粒越细小，裂由解理断裂的微观机理知：晶粒越细小，裂纹形成和扩展的阻力越大。有效的方法：纹形成和扩展的阻力越大。有效的方法：（1 1）是细化晶粒；）是细化晶粒；（2 2）加入）加入NiNi元素（降低元素（降低t tc c ）；）；（3 3）用面心立方组织代替体心立方。）用面心立方组织代替体心立方。 3.3.提高沿晶断裂抗力的途径提高沿晶断裂抗力的途径 例如例如: :回火脆性、过热、过烧等。回火脆性、过热、过烧等。 原因：原因： 一是：一是：P P、AsAs、SbSb、SnSn等溶质原子沿晶界偏聚，等溶质原子沿晶界偏聚，晶界弱化裂纹易于扩展；晶界弱化裂纹易于扩展； 二是：第二相沿晶界分布（二是：第二相沿晶界分布（MnSMnS、FeFe3 3C C）使裂纹）使裂纹易于在晶界上形成。易于在晶界上形成。 防止方法防止方法 （1 1）加入）加入MoMo、W W等抑制晶界的偏聚；等抑制晶界的偏聚； （2 2）减少钢中）减少钢中S S的含量，也可加入稀土元素，形的含量，也可加入稀土元