第2章金属材料组织-5-清华大学-工程材料.ppt

2.5? 钢的合金化? ? ☆ 老师提示：重点内容 2.5.1 合金元素与铁、碳的作用  合金元素主要以三种形式存在钢中： 溶于铁中，形成固溶体； 与碳化合，形成碳化物； 形成金属间化合物。? 1.扩大γ相区的元素（奥氏体稳定化元素） Mn、Ni、Co、C、N、Cu等,? 使A4点(δ γ转变点)上升, A3点(γ α转变点)下降, 扩大γ相范围。 一、溶于铁中  溶入奥氏体中, 形成合金奥氏体、 溶入铁素体中，形成合金铁素体??? Ni、Mn等加入到一定量后，使γ相区扩大到室温，称完全扩大γ相区元素。 C、N、Cu等，γ相区不能扩大到室温，称为部分扩大γ相区的元素。 (a)Fe-Cu相图 (b)Fe-Mn相图 扩大A相区的相图 2.缩小γ相区元素（铁素体稳定化元素）? Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si、B、Nb、Zr 使A3点上升, A4点下降(铬除外, 铬质量分数小于7%时, A3点下降; 大于7%后,A3点迅速上升), 缩小γ相区存在的范围, 使铁素体区扩大。 Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si等：完全封闭γ相区的元素 B、Nb、Zr等：部分缩小γ相区的元素。 (a) Fe-Nb相图 ? (b) Fe-Cr相图 缩小γ-相区的相图 二、形成碳化物  合金元素按与钢中碳的亲和力的大小, 分为：碳化物形成元素、非碳化物形成元素 ●碳化物形成元素：Zr、Ti、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn等(按碳化物的稳定性程度由强到弱排列) 固溶于基体相中:F(Mn)、A(Cr) 形成合金渗碳体:(Fe、Cr)3C 形成合金碳化物：Cr7C3、VC、WC? ●非碳化物形成元素：Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B等。都溶于铁素体和奥氏体中。 2.5.2 合金元素对Fe-Fe3C相图的影响  Mn、Ni、Co、C、N、Cu扩大Fe-Fe3C相图中的γ相区，使S点下降； Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si等缩小Fe-Fe3C相图中的γ相区，使S点上升。 合金元素使共析反应在一个温度范围内进行。 几乎所有的合金元素都使S点和E点左移, 强碳化物形成元素作用强烈。 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。 如1Cr18Ni9奥氏体不锈钢 ZGMn13高锰钢 Cr、Ti、Si等超过一定含量时, 可使钢在室温获得单相铁素体组织。 如1Cr17Ti高铬铁素体不锈钢 ?2.5.3 合金元素对钢热处理的影响  一、合金元素对加热时相变的影响 ? 　 1. 对奥氏体形成速度的影响 ●Cr、Mo、W、V等强碳化物形成元素与碳形成难溶于奥氏体的合金碳化物, 显著减慢奥氏体形成速度； ●Co、Ni等部分非碳化物形成元素, 因增大碳的扩散速度, 使奥氏体的形成速度加快； ●Al、Si、Mn等合金元素对奥氏体形成速度影响不大。 2. 对奥氏体晶粒大小的影响 ●强烈阻碍晶粒长大的元素：V、Ti、Nb、Zr等； ●中等阻碍晶粒长大的元素：W、Mo、Cr等； ●对晶粒长大影响不大的元素：Si、Ni、Cu等； ●促进晶粒长大的元素：Mn、P等。 二、合金元素对过冷奥氏体分解转变的影响  ●对淬透性影响 除Co外, 几乎所有合金元素都增大过冷奥氏体的稳定性, 推迟珠光体类型组织的转变, 使C曲线右移, 即提高钢的淬透性。 常用提高淬透性的元素： Mo、Mn、Cr、Ni、Si、B等。 两种或多种合金元素同时加入( 铬锰、铬镍), 比单个元素对淬透性的影响要强得多。 老师提示 加入的合金元素, 只有溶于奥氏体时, 才能提高淬透性。如果未完全溶解, 则碳化物会成为珠光体的核心, 反而降低钢的淬透性。 合金元素对过冷A等温转变曲线的影响 ●对残余奥氏体量的影响 除Co、Al外, 多数合金元素都使Ms和Mf点下降。 作用大小的次序：Mn、Cr、Ni、Mo、W、Si。Mn的作用最强, Si影响很小。 Ms和Mf点的下降, 使淬火后钢中残余奥氏体量增多。 残余奥氏体量过多时，进行冷处理(冷至Mf点以下), 转变为马