1、111-211-2合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用一、一、合金元素在钢中的分布合金元素在钢中的分布二、二、合金元素与铁合金元素与铁、碳的相互作用碳的相互作用三、三、合金元素对相变的影响合金元素对相变的影响四、四、合金元素对钢的性能的影响合金元素对钢的性能的影响2（化学成分）（化学成分）引言引言工业用钢工业用钢碳碳 钢钢合金钢合金钢性能相比？性能相比？成分、组织结构、工艺成分、组织结构、工艺性能性能四面体模型四面体模型碳钢中加入合金元素，不仅改变了化碳钢中加入合金元素，不仅改变了化学成分，同时也改变了组织结构、工学成分，同时也改变了组织结构、工艺艺思考：思考：合金元素如何影响？合金元素如
2、何影响？组织组织相变（结构）相变（结构）如何影响成分？如何影响成分？改变改变改变性能改变性能3一、合金元素在钢中的分布一、合金元素在钢中的分布钢中常用的合金元素？钢中常用的合金元素？Mn;Cr;Mo;V;Si;Ni;W;Ti;Nb;Zr;Al;Co;B;RE合金元素合金元素在钢中的存在形式：在钢中的存在形式：1）溶入基体（）溶入基体（F;A;M）中）中,以固溶体的溶质形式存在于合金以固溶体的溶质形式存在于合金中中2）形成强化相，以第二相的形式存在于合金）形成强化相，以第二相的形式存在于合金中中F？A？M？合金渗碳体合金渗碳体特殊碳化物特殊碳化物金属间化合物金属间化合物43）形成非金属夹杂物，存
3、在于合金）形成非金属夹杂物，存在于合金中中4）游离状态存在于合金）游离状态存在于合金中中合金元素合金元素+ONS氧化物氧化物氮化物氮化物硫化物硫化物既不溶于基体既不溶于基体中，也不形成化合物中，也不形成化合物Pb、Cu一、合金元素在钢中的分布一、合金元素在钢中的分布5一、合金元素在钢中的分布一、合金元素在钢中的分布具体到某个合金元素，究竟以什么形式存在？具体到某个合金元素，究竟以什么形式存在？主要取决于元素本身的特性，主要取决于元素本身的特性，或者说它与或者说它与Fe和和C的相互作用的相互作用共有四种存在形式：共有四种存在形式：溶质、强化相、非金属夹杂、游离状态溶质、强化相、非金属夹杂、游离状
4、态6二、二、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（一）与（一）与Fe的相互作用的相互作用Fe的同素异晶转变的同素异晶转变FeFeFe9121394A3A4A1A2=768/770 A3A4形成形成FeC合金后，构成了合金后，构成了FeC合金相图合金相图7二、二、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合金元素溶入合金元素溶入FeC合金基体后，会产生哪些影响？合金基体后，会产生哪些影响？A4A38二、合金元素与铁和碳的相互作用二、合金元素与铁和碳的相互作用L+L+L+A3A4熔点熔点1.无限扩大无限扩大A区，区，与与Fe形成无限固溶体形成无限固溶体与与Fe形成有限固溶
5、体形成有限固溶体A3A4Mn、Ni、Co等等当合金元素的含量足够大时，当合金元素的含量足够大时，合金在室温下为合金在室温下为A固溶体单相固溶体单相92.有限扩大有限扩大A区，区，与与Fe形成有限固溶体形成有限固溶体与与Fe形成有限固溶体形成有限固溶体A3A4C、N、Cu、Zn等等A4A3A10二、合金元素与铁和碳的相互作用二、合金元素与铁和碳的相互作用L+L+()A3A4熔点熔点3.无限扩大无限扩大F区，封闭区，封闭A区区与与Fe形成无限固溶体形成无限固溶体A3A4Si;Cr;P；V；Al；Be等等两点重合两点重合无无FeFe11二、合金元素与铁和碳的相互作用二、合金元素与铁和碳的相互作用4.
6、缩小缩小A区，但不封闭区，但不封闭A区区A3A4B;Nb;Zr等等A4A3A125.封闭封闭A相区，有限扩大相区，有限扩大F相区相区二、合金元素与铁和碳的相互作用二、合金元素与铁和碳的相互作用A3A4各种合金元素对铁的同素异晶转变的影响是不同的。各种合金元素对铁的同素异晶转变的影响是不同的。合金元素合金元素A形成元素形成元素:F形成元素形成元素:扩大扩大A区的元素：区的元素：Mn、Ni、N等等扩大扩大F区的元素：区的元素：Cr、Si、Al、Ti等等13二、合金元素与铁和碳的相互作用二、合金元素与铁和碳的相互作用（二）与（二）与C的相互作用的相互作用非碳化物形成元素非碳化物形成元素碳化物形成元素
7、碳化物形成元素弱碳化物形成元素弱碳化物形成元素强碳化物形成元素强碳化物形成元素Ni、Si、Co、Al、Cu 等等Mn;Fe 等等Ti;Zr;V;Nb等等中强碳化物形成元素中强碳化物形成元素W;Cr;Mo 等等（亲和力）（亲和力）14二、合金元素与铁和碳的相互作用二、合金元素与铁和碳的相互作用碳化物碳化物间隙碳化物间隙碳化物间隙相间隙相Cr23C6、Fe3C、Mn3CTiC、wC、VC（特殊碳化物）（特殊碳化物）rC/rM 0.59rC/rM 0.59熔点高，硬度高，稳定性高熔点高，硬度高，稳定性高rC/rM多元碳化物多元碳化物 Fe4MO2C、Fe21W2C615二、合金元素与铁和碳的相互作用
8、二、合金元素与铁和碳的相互作用 碳化物（与碳原子形成的化合物）碳化物（与碳原子形成的化合物）溶质（溶于基体），改变临界点溶质（溶于基体），改变临界点改变相图改变相图影响相变影响相变钢中的重要钢中的重要组成相组成相其类型、数其类型、数量、大小、量、大小、形态及分布形态及分布对钢的性能对钢的性能有显著影响有显著影响16三、三、合金元素对相变的影响合金元素对相变的影响（一）合金元素对（一）合金元素对Fe-C相图的影响相图的影响（二）合金元素对钢加热转变的影响（二）合金元素对钢加热转变的影响（三）合金元素对（三）合金元素对A冷却转变的影响冷却转变的影响（四）合金元素对淬火钢回火转变的影响（四）合金元素
9、对淬火钢回火转变的影响17三、三、合金元素对相变的影响合金元素对相变的影响（一）合金元素对（一）合金元素对Fe-C相图的影响相图的影响1.对对A区的影响区的影响 Mn、Cr的影响的影响18三、三、合金元素对相变的影响合金元素对相变的影响（一）合金元素对（一）合金元素对Fe-C相图的影响相图的影响2.对共析温度的影响对共析温度的影响A3A1A3A1缩小缩小A区区扩大扩大A区区19三、三、合金元素对相变的影响合金元素对相变的影响（一）合金元素对（一）合金元素对Fe-C相图的影响相图的影响3.对共析点位置的影响对共析点位置的影响图图11-5S、E点左移点左移20三、三、合金元素对相变的影响合金元素对
10、相变的影响（二）合金元素对钢加热转变的影响（二）合金元素对钢加热转变的影响碳钢加热转变的目的：碳钢加热转变的目的：获得均匀的获得均匀的A合金钢加热转变的目的：合金钢加热转变的目的：获得均匀的获得均匀的A使尽可能多的合金元素溶入使尽可能多的合金元素溶入A中提高淬透性中提高淬透性合金元素对合金元素对A形成速度的影响形成速度的影响温度高、时间长温度高、时间长21三、三、合金元素对相变的影响合金元素对相变的影响（三）合金元素对（三）合金元素对A冷却转变的影响冷却转变的影响1.合金元素对合金元素对P转变的影响转变的影响2.合金元素对合金元素对B转变的影响转变的影响3.合金元素对合金元素对M转变的影响转变
11、的影响扩大扩大A区，增强区，增强A稳定性，使稳定性，使C曲线右移，曲线右移，Ms线下移线下移提高钢的淬透性提高钢的淬透性碳钢的不足之一碳钢的不足之一对对C曲的影响曲的影响222）非碳化物形成元素非碳化物形成元素Ni、Si和弱碳化物形成和弱碳化物形成Mn，只，只使使C-曲线右移，不改变其形状曲线右移，不改变其形状3）强碳化物形成元素强碳化物形成元素Cr、Mo、W、V、Ti 不但使不但使C-曲线右移，还要改变其形状曲线右移，还要改变其形状4）也有使也有使C-曲线左移的合金元素曲线左移的合金元素 合金元素的影响对合金元素的影响对C曲线的影响曲线的影响1）除了除了Co和和Al（2.5%）以外的所有合金
12、元素，）以外的所有合金元素，都使都使C-曲线右移，其中影响程度的强弱不同曲线右移，其中影响程度的强弱不同Al231.合金元素对合金元素对P转变的影响：推迟转变的影响：推迟 P转变时，碳及合金元素需要在转变时，碳及合金元素需要在F和和Fe3C之间进行重新之间进行重新分配，由于合金元素的扩散速度慢，并且使碳的扩分配，由于合金元素的扩散速度慢，并且使碳的扩散减慢，因此散减慢，因此P的形核困难，降低转变速度；的形核困难，降低转变速度；扩大扩大A区的元素区的元素Mn等均降低过冷等均降低过冷A的转变温度，从而的转变温度，从而影响到碳与合金元素的扩散速度，阻止影响到碳与合金元素的扩散速度，阻止A向向P转变；
13、转变；微量微量B元素在晶界上吸附，并形成共格硼相元素在晶界上吸附，并形成共格硼相（M23C3B3），显著阻止），显著阻止F的形核，从而增加了过的形核，从而增加了过冷冷A的稳定性。的稳定性。两种或多种合金元素的作用强于单一元素的作用。两种或多种合金元素的作用强于单一元素的作用。242.合金元素对合金元素对B转变的影响转变的影响:推迟推迟 由于转变温度进一步降低，铁和合金元素几乎不由于转变温度进一步降低，铁和合金元素几乎不能进行扩散，唯有碳原子可进行短距离的扩散，因能进行扩散，唯有碳原子可进行短距离的扩散，因此合金元素对此合金元素对B转变的影响主要体现在对转变的影响主要体现在对AF转变转变速度和对
14、碳的扩散速度。速度和对碳的扩散速度。Mn、Cr、Ni等显著减慢等显著减慢B转变，因为降低转变，因为降低AF转变温转变温度，度，Mn和和Ni还阻止碳的扩散。还阻止碳的扩散。Si 对对B转变具有阻止作用；转变具有阻止作用；强碳化物形成元素强碳化物形成元素对对B转变具有延缓作用；转变具有延缓作用；253.合金元素对合金元素对M转变的影响转变的影响 除了除了Co和和Al之外，大多数固溶于之外，大多数固溶于A中的合金元素中的合金元素均使均使Ms、Mf温度下降，使钢淬火后的残余温度下降，使钢淬火后的残余A量增加。其中碳的作用最强烈，其次是量增加。其中碳的作用最强烈，其次是Mn、Cr、Ni；再次为；再次为M
15、o、W、Si。26三、三、合金元素对相变的影响合金元素对相变的影响（四）合金元素对淬火钢回火转变的影响（四）合金元素对淬火钢回火转变的影响M中碳的偏聚中碳的偏聚M的分解的分解A 的转变的转变碳化物的转变碳化物的转变Fe3C的聚集长大和的聚集长大和相再结晶相再结晶推迟或减慢推迟或减慢27三、三、合金元素对相变的影响合金元素对相变的影响 回火稳定性回火稳定性：钢对回火时发生软化过程的抵抗能力：钢对回火时发生软化过程的抵抗能力 二次淬火（二次硬化）二次淬火（二次硬化）：残余：残余A在回火过程中由于在回火过程中由于合金元素的作用析出碳化物，而使合金元素的作用析出碳化物，而使Ms点升高，再点升高，再继续冷却时转变为继续冷却时转变为M，从而使钢的硬度有所升高的，从而使钢的硬度有所升高的现象。现象。2个概念：个概念：
