第二章钢中的相组成.ppt

第二章 合金钢中相组成 §2.1 铁基固溶体 一、铁基置换固溶体的形成规律 二、间隙固溶体的形成规律 1、溶质原子的溶解度规律 2、溶质原子的位置 §2.2 碳化物与氮化物 一、碳化物与氮化物的一般规律 2、钢中碳化物和氮化物的结构性规律 二、各类碳化物 e，渗碳体（正交点阵） M3C型： Fe3C，(FeCr)3C，(FeMn)3C等，单胞原子数16， 对碳化物和氮化物的补充说明： 合金元素与钢中碳相互作用的实际意义 直接影响钢的性能 强度、硬度、耐磨性、塑性、韧性、红硬性、耐蚀性、热处理过程中奥氏体稳定性和奥氏体晶粒大小等。 合金元素与碳的亲和力不同，对钢的相变过程和碳扩散有重大影响。碳化物形成元素阻碍碳的扩散，降低碳原子扩散速度，弱碳化物形成元素Mn以及大多非碳化物形成元素则无此作用，而促进碳的扩散（Co特别显著）。 §2.3 金属间化合物 §2.4 非金属夹杂 1、简单氧化物 FeO，MnO，TiO2，SiO2，Al2O3，Cr2O3等 2、复杂氧化物 MgO与Al2O3；MnO与Al2O3 常见：MnS，FeS 特点：有较高的塑性，热加工时 沿加工方向呈带状、纤维状或线 状分布。 四、AlN相 AlN 钢中常见的非金属相，密排六 方，具有高稳定性，但是钢的温度 高于1100℃可溶入基体，故可做强 化相 。 2.5 合金元素在晶界的偏聚 定义：钢的溶质原子在晶界的浓度大大超过在基体中的平均浓度的现象，称为晶界偏聚或晶界内吸附。 （1）结构学 溶质原子的最大溶解度越小，晶界内吸附倾向越大，如B在铁中的溶解度很小，其晶界内吸附的倾向很大 二、 晶界内吸附对钢性能的影响 晶界内吸附对钢的高温回火脆性影响 定义:合金钢（40Cr）淬火+高温回火时, 在550 – 650℃缓慢冷却时出现的脆性。(第二类回火脆性） 产生原因：杂质元素:O、S、N、P、B、Sn、As、 Sb、Bi等在晶界偏聚，降低晶间结合力。（沿晶断裂） 消除方法：（1）根据内吸附特征 （2）合金化（加Mo、W 0.3-0.5%wt） （3）提高纯度（真空熔炼、电渣重熔） 晶界内吸附对钢性能的影响 晶界内吸附对B钢淬透性的影响 如50B钢，B从晶粒向晶界偏析，增加了体积应力，使奥氏体的稳定性增加，推迟了奥氏体的分解，提高了钢的淬透性。 B提高耐热钢的晶界强度 在高温合金中，经常加入B、Zr元素，它们在晶界偏聚，填充了晶界处空位，使晶界对扩散有利的空位大大减少，提高了高温合金的蠕变抗力。 * 材料学—西安理工大学材料学院 第二章 合金钢中的相组成 问题：钢中可能存在的相有哪些？ 钢中可能存在的相 铁素体 奥氏体 马氏体 Fe3C TiC、W2C、Cr7C3 TiN、CrN η、σ、μ 氧化物、硫化物、硒化物等 铁基固溶体 §2.1 碳化物和氮化物 §2.2 中间相 §2.3 非金属夹杂 §2.4 问题：钢中的固溶体有哪些？ 按基体的不同 γ基（奥氏体基体） α基（铁素体基体） 按溶质原子所处的位置 置换式固溶体 （原子处于Fe的阵点位置） 间隙式固溶体 （原子处于Fe的点阵间隙位置） 元素在置换式固溶体中的溶解条件： 点阵类型：点阵相同，溶解度大 尺寸因素：原子半径越接近，溶解度大 rMe-rFe / rFe 8% 无限固溶 8~10% 有限溶解 15% 很难溶解 电子结构：即在元素周期表中的 位置与铁相差多远 与其在周期表中的位置有关 Po Bi Pd Ti Hg Au Pt Ir Os Re W Ta Hf La Te Sb Sn In Cd Ag Pd Rh Ru Tc Mo Nb Zr Y Se As Ge Ga Zn Cu Ni Co Fe Mn Cr V Ti Se S P Si Al ⅡB　 ⅠB　 ⅧB ⅦB　 ⅥB　 ⅤB　 ⅣB　 ⅢB　 ①、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γ-Fe为基的无限固溶体，Cr和V形 成以α-Fe为基的无限固溶体。 ②、Mo和W只能形成较宽溶解度的有限固溶体。如 α-Fe(Mo)和α-Fe(W)等。 ③、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具有很小的溶解度。 解决两个问题： 溶质原子的溶解度 溶质原子的位置 四面体间隙还是八面体间隙 a、间隙固溶体都是有限固溶体，它保持着溶剂金