钢合金化概论

钢合金化概论1.1

Me和Fe基二元相图一、钢中的Me

1、杂质元素（impurity-element）常存杂质

冶炼残余，由脱氧剂带入。Mn、Si、Al；S、P难清除。隐存杂质偶存杂质

生产过程中形成，微量元素O、H、N等。

与炼钢时的矿石、废钢有关，如Cu、Sn、Pb、Cr等。第2页,共94页，2024年2月25日，星期天

热脆性——S——FeS(低熔点989℃)；？

冷脆性——P——Fe3P（硬脆）；？氢脆——H——白点。2、合金元素（alloying-element）为合金化目的加入，其加入量有一定范围的元素称为合金元素。钢中常用合金元素：Si、Mn、Cr、Ni、W、Mo、V、Ti等。第3页,共94页，2024年2月25日，星期天二、Me和Fe的作用

纯Fe→

Fe-C相图的变化特点。Me和Fe的作用：1、γ稳定化元素使A3↓，A4↑，γ区扩大a)与γ区无限固溶——

Ni、Mn、Co开启γ区——

量大时，室温为γ相；b)与γ区有限固溶

——

C、N、Cu

——

扩大γ区。第4页,共94页，2024年2月25日，星期天（相关内容复习：）第5页,共94页，2024年2月25日，星期天ANG纯铁的冷却曲线Fe-Fe3C相图（局部）第6页,共94页，2024年2月25日，星期天第7页,共94页，2024年2月25日，星期天第8页,共94页，2024年2月25日，星期天Vc第9页,共94页，2024年2月25日，星期天板状马氏体①马氏体变温形成，与t保无关；②马氏体转变不完全性，钢中常存在残余A（性能下降）,常要求淬火T接近Mf“冷处理”.③马氏体性能与含碳量有关

非扩散型（Fe和C均不扩散）C在α-Fe中的过饱和固溶体（bcc）240～-50M片（针）状马氏体马氏体板状：低碳钢中，F和Fe2.4C的复相组织。片状：高碳钢中，复相组织。F饱和+Fe2.4C350～240B下下贝氏体羽毛状：在平行密排的过饱和F板条间，不均匀分布短杆（片状）Fe3C,脆性大，工业上不应用半扩散型（只有C扩散）F饱和+Fe3C550～350B上上贝氏体贝氏体间距：0.03～0.08μm，2000×600～550T屈氏体间距：0.25~0.08μm，1000×650～600S索氏体片层间距：0.25～1.9μm，500×扩散型（Fe和C均扩散）F+Fe3CA1～650P珠光体珠光体特征转变类型相组成转变温度/℃符号组织名称注：w（c）≥1.0％时形成片状马氏体，HRC：64～66；w（c）≤0.2％时形成板状马氏体，HRC：30～50。第10页,共94页，2024年2月25日，星期天奥氏体的形成过程

奥氏体形核→奥氏晶核长大→残余渗碳体的溶解→奥氏体均匀化第11页,共94页，2024年2月25日，星期天2、α稳定化元素使A3↑，A4↓，γ区缩小a)完全封闭γ区—Cr、V、W、Mo、TiCr、V与α-Fe完全互溶，量大时→α相?W、Mo、Ti等部分溶解b)缩小γ区——Nb等。稳定γ相——A形成元素，稳定α相——A形成元素。第12页,共94页，2024年2月25日，星期天(a)Ni，Mn，Co

(b)C，N，Cu

(c)Cr，V

(d)Nb,B等

图1合金元素和Fe的作用状态

第13页,共94页，2024年2月25日，星期天1.2Me对Fe-C相图的影响一、对S、E点的影响

A形成元素均使S、E点向左下方移动，F形成元素使S、E点向左上方移动。S点左移—意味着共析C量减小；E点左移—意味着出现莱氏体的C量降低。合金元素对共析温度的影响

合金元素对共析碳量的影响

第14页,共94页，2024年2月25日，星期天二、对临界点的影响

A形成元素Ni、Mn等使A1（A3）线向下移动；F形成元素Cr、Si等使A1（A3）线向上移动三、对γ-Fe区的影响

A形成元素Ni、Mn等使γ-Fe区扩大→钢在室温下也为A体—奥氏体钢；F形成元素Cr、Si等使γ-Fe区缩小→钢在高温下仍为F体—铁素体钢。第15页,共94页，2024年2月25日，星期天

铬对钢γ区的影响锰对钢γ区的影响

第16页,共94页，2024年2月25日，星期天1.3铁基固溶体一、置换固溶体

合金元素在铁点阵中的固溶情况

MeTiVCrMnCoNiCuCN溶解度αFe~7(1340℃)无限无限~376100.20.020.1γFe0.68~1.412.8*无限无限无限8.52.062.8注：有些元素的固溶度与C量有关

不同元素的固溶情况是不同的。为什么?简单地说：这与合金元素在元素周期表中的位置有关。第17页,共94页，2024年2月25日，星期天

常用合金元素点阵结构、电子结构和原子半径第四周期TiVCrMnFeCoNiCu点阵结构bccbccbccbcc或fccfcc/hcpfccfcc电子结构235567810原子半径/nm0.1450.1360.1280.1310.1270.1260.1240.128ΔR，%14.27.10.83.1—0.82.40.8注：1、电子结构是3d层电子数；2、原子半径是配位数12的数值

第18页,共94页，2024年2月25日，星期天（1）Ni、Mn、Co与γ-Fe的点阵结构、原子半径和电子结构相似——无限固溶；（2）Cr、V与α-Fe的点阵结构、原子半径和电子结构相似——无限固溶；（3）Cu和γ-Fe点阵结构、原子半径相近，但电子结构差别大——有限固溶；（4）原子半径对溶解度影响：ΔR≤±8%，可以形成无限固溶；≤±15%，形成有限固溶；>±15%，溶解度极小。结论第19页,共94页，2024年2月25日，星期天合金元素的固溶规律，即Hume-Rothery规律

决定组元在置换固溶体中的溶解度因素是点阵结构、原子半径和电子因素，无限固溶必须使这些因素相同或相似.第20页,共94页，2024年2月25日，星期天

①有限固溶C、N、B、O等

②溶解度溶剂金属点阵结构：同一溶剂金属不同点阵结构，溶解度是不同的——

如γ-Fe与α-Fe。溶质原子大小：r↓，溶解度↑。N溶解度比C大:RN=0.071nm，RC=0.077nm。

③间隙位置优先占据有利间隙位置——畸变为最小。间隙位置总是没有被填满——

最小自由能原理。

二、间隙固溶体第21页,共94页，2024年2月25日，星期天1.4碳（氮）化物(K)

一、钢中常见的碳化物

K类型、大小、形状和分布对钢的性能有很重要的作用。

非K形成元素：Ni、Si、Al、Cu等

K形成元素：Ti、Nb、V；W、Mo、Cr；Mn、Fe（由强到弱排列）第22页,共94页，2024年2月25日，星期天钢中常见的K类型有：

M3C：渗碳体，正交点阵；

M7C3：例Cr7C3，复杂六方；

M23C6：例Cr23C6，复杂立方；

M2C：例Mo2C、W2C。密排六方；

MC：例VC、TiC，简单面心立方点阵；

M6C：不是一种金属K。复杂六方点阵。K也有空位存在；可形成复合K,如(Cr,Fe,Mo，…)7C3

第23页,共94页，2024年2月25日，星期天复杂点阵结构：M23C6、M7C3、M3C。特点：硬度、熔点较低，稳定性较差；简单点阵结构：M2C、MC。又称间隙相。特点：硬度高，熔点高，稳定性好。

M6C型不属于金属型的碳化物,复杂结构，性能特点接近简单点阵结构。第24页,共94页，2024年2月25日，星期天1、K类型

K类型与Me的原子半径有关。各元素的rc/rMe的值如下：

MeFeMnCrVMoWTiNbrc/rMe0.610.600.610.570.560.550.530.53

二、K形成的一般规律第25页,共94页，2024年2月25日，星期天

rc/rMe>0.59

—复杂点阵结构，如Cr、Mn、Fe，形成Cr7C3、Cr23C6、Fe3C、Mn3C等形式的K；

rc/rMe<0.59

—简单结构相，如Mo、W、V、Ti等，形成VC等MC型，W2C等M2C型。

Me量少时，形成复合K，如（Cr,M）23C6型。第26页,共94页，2024年2月25日，星期天2、相似者相溶

完全互溶：原子尺寸、电化学因素均相似。如Fe3C，Mn3C→(Fe,Mn)3C；TiC~VC。

有限溶解：一般K都能溶解其它元素，形成复合K如Fe3C中可溶入一定量的Cr、W、V等.最大值为<20%Cr，<2%W，<0.5%V；MC型不溶入Fe，但可溶入少量W、Mo。

溶入强者,使K稳定性↑;溶入弱者,使K稳定性↓第27页,共94页，2024年2月25日，星期天3、强者先，依次成

K形成元素中，强者优先与C结合，随C↑，依次形成K。如：在含Cr、W钢中，随C↑，依次形成M6C，Cr23C6，Cr7C3,Fe3C。如果钢中C量有限，则弱的K形成元素溶入固溶体。如：在低碳含Cr、V的钢中，大部分Cr都在基体固溶体中。第28页,共94页，2024年2月25日，星期天4、NM/NC比值决定了K类型

形成什么K主要决定于当时的NM/NC比值(固溶体中合金元素和碳的原子数比值)

退火态:在Cr钢中，随NM/NC↑，先后形成顺序为：M3C→M7C3→M23C6。

回火态:基体中的NM/NC↑，则析出的K中NM/NC也↑。如W钢回火时，析出顺序为：Fe21W2C6→WC→Fe4W2C→W2C，NW/NC是不断↑。第29页,共94页，2024年2月25日，星期天5、强者稳，溶解难，析出难，聚集长大也是难

MC型在1000℃以上才开始溶解；回火时，在500~700℃才析出，并且不易长大，产生“二次硬化”效果。这在高合金钢中是很重要的强化方法。第30页,共94页，2024年2月25日，星期天1.5Me在钢中的存在形式

一、Me在不同状态下的分布

1、退火、正火态

非K形成元素基本上固溶于基体中，而K形成元素视C和本身量多少而定。优先形成K，余量溶入基体。

2、淬火态

Me分布与淬火工艺有关。溶入A体的元素淬火后存在于M、B中或AR中；未溶者仍在K中。

3、回火态

低回:Me不重新分布；>400℃，Me开始重新分布。非K形成元素仍在基体中，K形成元素逐步进入析出的K中，其程度决定于回火温度和时间。第31页,共94页，2024年2月25日，星期天二、Me的偏聚（Segregation）

偏聚现象

Me偏聚→缺陷处>

基体平均这种现象也称为内吸附或偏聚现象。

偏聚现象对钢的组织和性能产生了较大影响，如晶界扩散、晶界断裂、晶界腐蚀、相变形核等都与此有关.

Me+⊥：溶质原子在刃型位错处吸附，形成Cottrell气团；Me+≡：溶质原子在层错处吸附形成铃木气团；Me+◎：溶质原子在螺位错吸附形成Snoek气团.第32页,共94页，2024年2月25日，星期天偏聚机理

溶质原子在缺陷处偏聚，使系统自由能↓，符合自然界最小自由能原理。结构学：缺陷处原子排列疏松，不规则，溶质原子容易存在；能量学：原子在缺陷处偏聚，使系统自由能↓，符合自然界最小自由能原理。（在没有强制外力作用下，事物总是朝着↓能量的方向发生。即使暂时不发生，也存在潜在的趋势。热力学：该过程是自发进行的，其驱动力是溶质原子在缺陷和晶内处的畸变能之差。第33页,共94页，2024年2月25日，星期天影响因素

缺陷处溶质浓度

温度T：T↓，内吸附强烈；

时间t：偏聚需要原子扩散→需要一定时间；

缺陷本身：缺陷越混乱，E↑，吸附也越强烈;

其它元素：①间接作用:优先吸附问题,B与C②直接作用:影响吸附元素D

,

Mn↑DP，使P扩散加快，促进了钢的回火脆性；

Mo则相反，是消除或减轻回火脆性的有效元素。

点阵类型：bcc点阵内吸附较fcc强烈第34页,共94页，2024年2月25日，星期天1.6合金钢的加热A化

一、K在A中的溶解规律

基本规律

1）K稳定性越好，溶解度就越小；

2）温度↓，溶解度↓，→沉淀析出；

3）K稳定差的先溶解

;

4）A中有弱K形成元素，则会↓C活度ac，→↑K的溶解；非K形成元素（如Ni）则相反,↑ac，↓K的溶解。如：较多Mn的存在使VC的溶解温度从1100℃降至900℃。第35页,共94页，2024年2月25日，星期天

碳（氮）化物在奥氏体中的溶解度与加热温度的关系

第36页,共94页，2024年2月25日，星期天二、A体均匀化

A体刚形成时，C和Me的分布是不均匀的.

合金钢加热均匀化与碳钢相比有什么区别?三、A体晶粒长大

1）Ti、Nb、V强碳化物形成元素强烈↓↓A，W、Mo↓A晶粒长大；2）C、N、B、P↑A晶粒长大（在A晶界偏聚，↓晶界Fe自扩散Q）；3）Ni、Co、Cu等非K形成元素作用不大。第37页,共94页，2024年2月25日，星期天1.7过冷A体的分解

一、过冷A体的稳定性

过冷A体稳定性实际上有两个意义：孕育期和相变速度。孕育期的物理本质是新相形核的难易程度，转变速度主要涉及新相晶粒的长大。1）Ni、Si和Mn，大致保持C钢的“C”线形状，使“C”线向右作不同程度的移动；2）Co不改变“C”线，但使“C”线左移；3）K形成元素，使“C”线右移，且改变形状。Me不同作用，使“C”曲线出现不同形状，大致有五种。第38页,共94页，2024年2月25日，星期天“C”曲线五种形状第39页,共94页，2024年2月25日，星期天

常用合金元素对奥氏体等温转变曲线的影响(上左)强K形成元素(上右)中、弱K形成元素(下左)非K形成元素第40页,共94页，2024年2月25日，星期天二、过冷A体的P、B转变

P转变：需要C和Me都扩散；

Me都不同程度推迟P转变（使转变曲线右移），影响顺序：Mo、W、Mn、Cr、Ni、Si。

贝氏体转变：C原子作短程扩散，Me几乎没有扩散。Me增长孕育期，减慢长大速度。影响顺序：Mn、Cr、Ni、Si，而W、Mo等影响很小。三、Me对Ms的影响

各种Me对Ms位置的影响程度是不同的。

第41页,共94页，2024年2月25日，星期天思考题：

W、Mo等元素对贝氏体转变影响不大，而对珠光体转变的推迟作用大，如何理解?对一般结构钢的成分设计时，要考虑其MS点不能太低，为什么?第42页,共94页，2024年2月25日，星期天1.8

合金钢的回火转变

一、M分解

低温回火：C和Me扩散较困难，Me影响不大中温以上：Me活动能力增强，对M分解产生不同程度影响:

1）Ni、Mn的影响很小；2）K形成元素阻止M分解，其程度与它们与C的亲和力大小有关。这些Me↓ac，阻止了渗碳体的析出长大；第43页,共94页，2024年2月25日，星期天正火是将钢加热到Ac3（或Accm）以上适当温度（30~50℃），保温后在空气中冷却得到珠光体类组织的热处理工艺。回火是将淬火钢在A1以下温度加热，使其转变为稳定的回火组织，并以适当的方式冷却到室温的工艺过程。减少和消除淬火应力。低温回火（150～250℃）回火马氏体，高硬度、高强度、良好耐磨性，提高了韧性。中温回火（350～500℃）回火屈氏体，高弹性极限，高强度硬度，良好塑性和韧性。高温回火（500～650℃）回火索氏体，淬火+高温回火—调质处理，优良综合机械性能。第44页,共94页，2024年2月25日，星期天3）Si比较特殊：<300℃时强烈延缓M分解Si和Fe的结合力>Fe和C的结合力,↑ac

↓ε-FeXC的形核、长大Si能溶于ε，不溶于Fe3C，Si要从ε中出去↓ε-FeXC→Fe3C

效果:含2%Si能使M分解温度从260℃提高到350℃以上第45页,共94页，2024年2月25日，星期天4）合金钢回火时M中含C量变化规律基本规律

①渗碳体形成开始温度与合金化无关

②含非碳化物形成元素（Si除外）的合金钢（线2）和C钢（线1）规律相同；

③在相同回火温度Tt下，合金钢马氏体中含C量要比C钢的高，如图中的C3>C1，2；

④不同合金中，马氏体中析出特殊碳化物的温度TK是不同的，线3的下降幅度也是是不同的。第46页,共94页，2024年2月25日，星期天

回火时马氏体中C量的变化

线1-C钢;线2-含非碳化物形成元素（Si除外）的合金钢;线3-含碳化物形成元素的合金钢

第47页,共94页，2024年2月25日，星期天二、回火时K的形成

各元素明显开始扩散的温度为：MeSiMnCrMoW\VT,℃>300>350>400~500>500>500~5501）K长大聚集温度：M3C型，350~400℃；其它K，450~600℃；2）K成分变化和类型转变K转变ε-FeXC→Fe3C→M3C→亚稳特殊K→特殊KT,℃<150150~400400~500>500

能否形成特殊K，取决于:①Me性质、NM/NC比值；②T和t。第48页,共94页，2024年2月25日，星期天

钒钢（0.3C,2.1V）在1250℃淬火不同温度回火2h，碳化物成分、结构和硬度的变化第49页,共94页，2024年2月25日，星期天3）特殊K的形成原位析出：αM→α0+M3CMXCY(M7C3,M23C6)异位析出：αM→αP+M3Cα0+MXCY(MC,M2C)特殊K析出→二次硬化，直接析出→贡献最大第50页,共94页，2024年2月25日，星期天三、回火脆性

1、第1类回火脆性（低温回火脆性）

脆性特征

①不可逆；②与回火后冷速无关；③晶界脆断。产生原因Me作用

①200-350℃

Fe3C薄膜在原A体晶界形成；②杂质元素P、S、Bi等偏聚晶界，↓晶界强度。

Mn、Cr、Ni↑脆性；Mo、Ti、V、Al改善脆性；Si推迟脆性温度区.第51页,共94页，2024年2月25日，星期天2、第2类回火脆性（高温回火脆性450-650℃

）

脆性特征

①可逆；（Cr-Ni钢大炮）②回火后慢冷产生，快冷抑制；③晶界脆断.产生原因

①杂质Sb、S、As或N、P等偏聚晶界；②形成网状或片状化合物,↓晶界强度。高于回脆温度，杂质扩散离开晶界或化合物分解；快冷抑制杂质元素扩散。Me作用

N、O、P、S、As、Bi、Sn等是脆化剂；Mn、Ni与杂质元素共偏聚，是促进剂；Cr促进其它元素偏聚，助偏剂；Mo、W、Ti抑制其它元素偏聚，清除剂第52页,共94页，2024年2月25日，星期天Me对相图的影响Me与C的作用Me在材料处理各过程中的行为表现加热冷却回火温度时间一方面要清楚材料处理各过程的演化规律;另一方面要掌握Me在各过程中的作用和影响.为理解Me的作用→要了解钢的基本强化机理.第53页,共94页，2024年2月25日，星期天1.9

Me对钢强韧化的作用

一、Me对钢强化的形式及其机理

强化本质：各种强化途径↑塑变抗力↑位错运动阻力

↑钢强度固溶强化、位错强化、细晶强化、第二相弥散强化第54页,共94页，2024年2月25日，星期天表达式

Ki为系数，Ci为固溶度。对于C、N等间隙原子，n=0.33~2.0；对于Mo、Si、Mn等置换式原子：n=0.5~1.0机理效果提高强度，降低塑韧性

原子固溶→晶格发生畸变

→产生弹性应力场，与位错交互作用→↑位错运动阻力1、固溶强化第55页,共94页，2024年2月25日，星期天

合金元素对低碳铁素体强度和塑性的影响Si、Mn的固溶强化效应大，但Si>1.1%，Mn>1.8%时，钢的塑韧性将有较大的下降。C、N固溶强化效应最大。

第56页,共94页，2024年2月25日，星期天

合金元素对Cr18Ni9型不锈钢的强化效应Ⅰ-间隙元素，Ⅱ-F形成元素，Ⅲ-A形成元素第57页,共94页，2024年2月25日，星期天2、位错强化

表达式机理

Kd为系数位错密度ρ↑→↑↑位错交割、缠结，→有效地阻止了位错运动→↑钢强度。对bcc晶体，位错强化效果较好?效果

在强化的同时，同样也降低了伸长率，提高了韧脆转变温度TK第58页,共94页，2024年2月25日，星期天3、细晶强化表达式机理晶粒越细→晶界、亚晶界越多→

有效阻止位错运动，产生位错塞积强化。效果

↑钢的强度，又↑塑性和韧度这是最理想的强化途径.

著名的Hall-petch公式式中，d为晶粒直径，Kg为系数第59页,共94页，2024年2月25日，星期天

晶界处位错塞积现象第60页,共94页，2024年2月25日，星期天4、第二相强化表达式机理粒子间距

微粒第二相钉扎位错运动→强化效果主要有切割机制和绕过机制。在钢中主要是绕过机制。两种情况：回火时弥散沉淀析出强化，淬火时残留第二相强化。效果有效提高强度，但稍降低塑韧性。钢强度表达式第61页,共94页，2024年2月25日，星期天位错被质点障碍物所挡住第62页,共94页，2024年2月25日，星期天在低碳结构钢中各种强化效果示意图第63页,共94页，2024年2月25日，星期天二、合金钢强化的有效性

最终强化有效性取决于强化和弱化的综合结果。1、强化的有效性

强化:弥散析出ΔσP>|-ΔσS|硬度峰值弱化:M分解ΔσP<|-ΔσS|弱化缓慢第64页,共94页，2024年2月25日，星期天

图强化和弱化的演变1-M分解；2-弥散析出；3-综合效应

第65页,共94页，2024年2月25日，星期天2、Me对强化有效性的影响

强化有效性取决于形成弥散相的Me及其量。

Me量↑→弥散相量↑(有足够的C)→二次硬化↑

例：含0.1~0.15%C钢，需0.1~0.2%V；0.08~0.12%Nb；2.5~3.0%Cr强化≥弱化Me最小浓度临界值K类型含C量第66页,共94页，2024年2月25日，星期天

图

V对40钢回火硬度的作用不同含C量的V钢，如产生二次硬化，V的临界浓度是不同的，为什么?第67页,共94页，2024年2月25日，星期天对结构钢，细晶强化和沉淀强化贡献最大。合金钢与C钢的强韧性差异，主要不在于Me本身的强化作用，而在于Me对钢相变过程的影响，并且Me的良好作用，只有在进行合适的热处理条件下才能充分得到发挥。需要充分理解第68页,共94页，2024年2月25日，星期天三、Me对钢韧性的影响

1、影响韧性的因素

强化因素

一般情况，钢强度↑→塑韧↓,称为强韧性转变矛盾。除细化组织强化外，其它强化因素都会程度不同地↓韧性。危害最大是间隙固溶；沉淀强化较小,但对强化贡献较大。合金元素

Ni↑韧性；Mn在少量时也有效果；其它常用元素都在不同程度上↓韧性第69页,共94页，2024年2月25日，星期天晶粒度

细晶既↑σS，又↓↓TK（韧脆转变温度）,即↑韧性

→

最佳组织因素。第二相

K↓韧性。K小、匀、圆、适量

→

工艺努力方向。

杂质往往是形变断裂的孔洞形成核心，→提高钢的冶金质量是必须的。杂质第70页,共94页，2024年2月25日，星期天

合金元素对铁素体冲击韧度的影响

晶粒大小对强度、韧脆转变温度TK的影响第71页,共94页，2024年2月25日，星期天20MnSi钢不同晶粒度的低温冲击性能第72页,共94页，2024年2月25日，星期天2、提高钢韧度的合金化途径

1）细化晶粒、组织——如Ti、V、Mo；2）↑回火稳定性——如强K形成元素；3）改善基体韧度——Ni；4）细化K——适量Cr、V，使K小而匀；5）降低或消除钢的回火脆性——W、Mo；

6）在保证强度水平下，适当↓含C量.↑冶金质量。

第73页,共94页，2024年2月25日，星期天思考题：

有些零件为什么要经过调质处理，而不直接用正火态?第74页,共94页，2024年2月25日，星期天1.10Me对钢工艺性的影响

一、冷成形性

冷成型性包括：深冲、拉延、弯曲等。

冷作硬化率是在冷变形过程中，材料变硬变脆程度的表征参量。冷作硬化率高，材料的冷成型性差。P、Si、C等元素↑↑冷作硬化率。需要冷成型的材料应严格控制P、N量，尽可能↓Si、C等量。第75页,共94页，2024年2月25日，星期天二、热压力加工性

热压力加工有锻造、轧制、拉拔等。

Me溶入基体→产生畸变,↑热变形抗力→热压力加工性能↓。如Mo、W、Cr、V等元素影响较大。C和Me量较多时，形成共晶K，热压力加工性更差。

合金钢的热压力加工性能比碳钢差。高速钢等高合金钢的热压力加工难度是较大的.第76页,共94页，2024年2月25日，星期天三、切削加工性

不同情况侧重点不同，如粗加工，主要考虑速度；精加工主要考虑表面粗糙度。

C钢硬度在170~230HB，切削性能最好.对组织来说，P:F=1:1较佳。不同含C量的钢要得到较好的切削性，其预处理是不同的：对C钢:<0.1%C,宜淬火；<0.5%C,宜正火；<0.8%C,宜退火；>0.8%C,宜球化退火第77页,共94页，2024年2月25日，星期天思考题：为什么钢的切屑是连续的，而铸铁的切屑是碎片状断开的?第78页,共94页，2024年2月25日，星期天四、材料的热处理工艺性钢号合金元素质量分数含量

/%P转变孕育期

/秒35CrCr+Ni=1.341235CrMoCr+Mo=1.383540CrNiMoCr+Mo+Ni=3.25500淬透性

一般是指淬火时获得M的能力.合金元素复合作用大,不是简单加和.第79页,共94页，2024年2月25日，星期天在结构钢中，↑M淬透性作用显著的元素从大到小排列：（B）、Mn、Mo、Cr、Si、Ni。淬透性好的作用

可以使工件得到均匀而良好的力学性能，满足技术要求；

在淬火时，可选用较缓和的冷却介质，以减小工件的变形与开裂倾向第80页,共94页，2024年2月25日，星期天+Mo→能有效↓P转变，但不能完全↓先共析F的析出↑B淬透性

+B→偏聚晶界→有效抑制先共析F的析出0.40%C析出5%F（600℃）

0.14%Mo0.35%Mo0.60%Mo

1∶2∶4P开始转变时间

1∶3∶36贝氏体淬透性合金化基本元素是0.5%Mo+微量B。第81页,共94页，2024年2月25日，星期天淬硬性

理想淬火条件下,形成M能达到的最高硬度.淬硬性主要与钢的含碳量有关。变形开裂倾向

热应力→变形;组织应力→开裂;附加应力较复杂.影响因素比较复杂,要综合分析.采用分级淬火、等温淬火或双液淬火可降低应力，减小变形开裂倾向。采用调质、球化退火等预先热处理也可减小零件的变形。

第82页,共94页，2024年2月25日，星期天过热敏感性和氧化脱碳倾向

奥氏体晶粒急剧长大的敏感性,→含Mn钢大.如40Mn2、50Mn2、35SiMn、65Mn等。

氧化和脱碳往往伴随产生.→Si.含硅钢氧化脱碳倾向较大，如9SiCr、42SiMn、60Si2Mn、30CrMnSi等。脱碳会降低钢的硬度、耐磨性和疲劳强度，脱碳对于工具、轴承、弹簧等零件是极其有害的.第83页,共94页，2024年2月25日，星期天回火稳定性(热稳定性)

合金钢回火稳定性要比碳钢好.同样回火硬度,合金钢的回火温度高,时间也可长些,应力消除也大些;同样塑韧性,合金钢的强度比碳钢高.回火脆性(前面已介绍)第84页,共94页，2024年2月25日，星期天

钢的编号方法自学第85页,共94页，2024年2月25日，星期天1.8金属材料的环境协调性设计

目前世界上金属材料及其合金的种类大约有三千多种。→材料的废弃物再生循环很困难

可再生循环设计已成为钢铁材料设计的一个重要原则。传统的思路和方法应该更新。应该发展少品种、泛用途、多目的的标准合金系列。所以就出现了通用合金和简单合金的概念。第86页,共94页，2024年2月25日，星期天1.8.1

通用合金与简单合金

通用合金

又称为泛用性合金。这种通用合金能满足通用性能，合金在具体用途中的性能要求则可以通过不同的热处理等方法来实现。Fe-Cr-Ni、Fe-Cr-Mn