第5章 鋼的合金化

1、1 本本 章章 主主 要要 內(nèi)內(nèi) 容容 1.11.1合金元素在鋼中的存在形式合金元素在鋼中的存在形式 1.21.2合金元素與鐵的相互作用合金元素與鐵的相互作用 1.31.3合金元素對(duì)合金元素對(duì)Fe-FeFe-Fe3 3C C相圖的影響相圖的影響 1.41.4合金元素對(duì)鋼的組織轉(zhuǎn)變的影響合金元素對(duì)鋼的組織轉(zhuǎn)變的影響 1.51.5合金元素對(duì)鋼強(qiáng)韌性的影響合金元素對(duì)鋼強(qiáng)韌性的影響 第第5 5章章 鋼的合金化鋼的合金化 n 在鋼鐵中加入合金元素能改變材料的工在鋼鐵中加入合金元素能改變材料的工 藝性能和使用性能。藝性能和使用性能。 n 在在使用性能方面使用性能方面，有高的強(qiáng)、韌性的配，有高的強(qiáng)、韌性的配

2、 合，或高的低溫韌性，或高溫下有高的蠕變合，或高的低溫韌性，或高溫下有高的蠕變 強(qiáng)度、硬度及抗氧化性或具有良好的耐蝕性強(qiáng)度、硬度及抗氧化性或具有良好的耐蝕性 。 n 在在工藝性能方面工藝性能方面，有良好的熱塑性、冷，有良好的熱塑性、冷 變形性、切削加工性、淬透性、焊接性等。變形性、切削加工性、淬透性、焊接性等。 n 這主要是由于合金元素加入后改變了鋼這主要是由于合金元素加入后改變了鋼 的工藝過程和組織結(jié)構(gòu)，的工藝過程和組織結(jié)構(gòu)，鋼中所含元素不同鋼中所含元素不同 ，其組織和性能也不同，其組織和性能也不同。 3 5.15.1合金元素在鋼中的存在形式合金元素在鋼中的存在形式 1 1）鋼中常用的合金元

3、素）鋼中常用的合金元素 4 2 2）合金元素在鋼中的存在形式）合金元素在鋼中的存在形式 （1 1）溶于溶于FeFe的基體的基體（奧氏體、鐵素體、馬氏體）（奧氏體、鐵素體、馬氏體） 中，形成中，形成FeFe基的置換固溶體或間隙固溶體，合金元基的置換固溶體或間隙固溶體，合金元 素處于替換位置或間隙位置。素處于替換位置或間隙位置。 （2 2）與與C C或或N N形成各種合金滲碳體、特殊碳化物形成各種合金滲碳體、特殊碳化物 或氮化物或氮化物，是鋼的主要強(qiáng)化相。，是鋼的主要強(qiáng)化相。 （3 3）合金元素之間或與）合金元素之間或與FeFe形成形成金屬間化合物金屬間化合物， 常在高合金鋼中出現(xiàn)。常在高合金鋼中

4、出現(xiàn)。 （4 4）形成各類）形成各類非金屬夾雜物非金屬夾雜物（如與氧、氮、硫（如與氧、氮、硫 相互作用形成氧化物、硫化物及氮化物等）相互作用形成氧化物、硫化物及氮化物等） 5 n（5 5）有些元素如鉛（）有些元素如鉛（PbPb）既不溶于鐵，也）既不溶于鐵，也 不形成化合物，而是以不形成化合物，而是以游離狀態(tài)存在游離狀態(tài)存在，碳，碳 有時(shí)也以游離狀態(tài)（石墨）存在。有時(shí)也以游離狀態(tài)（石墨）存在。 n（6 6）有些合金元素與晶界等晶體缺陷相互）有些合金元素與晶界等晶體缺陷相互 作用，發(fā)生內(nèi)吸附現(xiàn)象，作用，發(fā)生內(nèi)吸附現(xiàn)象，偏聚于晶界等缺偏聚于晶界等缺 陷處陷處，如，如ZrZr、W W、TiTi、V V

5、、NbNb、RERE等元素原等元素原 子半徑都比子半徑都比FeFe大的多，都有強(qiáng)烈的內(nèi)吸附大的多，都有強(qiáng)烈的內(nèi)吸附 現(xiàn)象?，F(xiàn)象。 6 為什么合金元素會(huì)出現(xiàn)偏聚現(xiàn)象呢？為什么合金元素會(huì)出現(xiàn)偏聚現(xiàn)象呢？ 晶體缺陷處原子排列疏松、不規(guī)則，溶質(zhì)原晶體缺陷處原子排列疏松、不規(guī)則，溶質(zhì)原 子存在于此處，可以使系統(tǒng)的子存在于此處，可以使系統(tǒng)的自由能降低自由能降低，偏聚，偏聚 是一個(gè)自發(fā)過程，其驅(qū)動(dòng)力是溶質(zhì)原子在缺陷和是一個(gè)自發(fā)過程，其驅(qū)動(dòng)力是溶質(zhì)原子在缺陷和 晶內(nèi)分布的畸變能之差。晶內(nèi)分布的畸變能之差。 7 5.2 5.2 合金元素與鐵的相互作用合金元素與鐵的相互作用 1 1）合金元素與鐵的相互作用）合金元

6、素與鐵的相互作用 純鐵具有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，加入合金元素后，構(gòu)純鐵具有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，加入合金元素后，構(gòu) 成成Fe-MeFe-Me二元合金，二元合金，相圖相圖變復(fù)雜。變復(fù)雜。 分為奧氏體形成元素和鐵素體形成元素兩大類，分為奧氏體形成元素和鐵素體形成元素兩大類， 即即相穩(wěn)定化元素和相穩(wěn)定化元素和相穩(wěn)定化元素相穩(wěn)定化元素。 8 （1 1）相穩(wěn)定化元素相穩(wěn)定化元素 相穩(wěn)定化元素使相穩(wěn)定化元素使FeFe的的A A3 3溫度降低，溫度降低，A A4 4溫溫 度升高度升高，在較寬的成分范圍內(nèi)，促使奧氏體形，在較寬的成分范圍內(nèi)，促使奧氏體形 成，即擴(kuò)大了成，即擴(kuò)大了相區(qū)。根據(jù)相區(qū)。根據(jù)Fe-MeFe-Me相圖的不

7、同，相圖的不同， 可分為：可分為： 合金元素開啟合金元素開啟相區(qū)（即無限擴(kuò)大相區(qū)（即無限擴(kuò)大相區(qū)）相區(qū)） 合金元素?cái)U(kuò)展合金元素?cái)U(kuò)展相區(qū)（即有限擴(kuò)大相區(qū)（即有限擴(kuò)大相區(qū)）相區(qū)） 9 這類合金元素與這類合金元素與- - FeFe無限互溶無限互溶，主要有，主要有MnMn、 NiNi、CoCo等。等。 如果加入足夠量的如果加入足夠量的NiNi或或 MnMn，可完全使體心立方的，可完全使體心立方的 相區(qū)從相圖上消失，相區(qū)從相圖上消失，相區(qū)相區(qū) 保持到室溫，故而由保持到室溫，故而由相區(qū)相區(qū) 淬火到室溫較易獲得亞穩(wěn)的淬火到室溫較易獲得亞穩(wěn)的 奧氏體組織，在不銹鋼中常奧氏體組織，在不銹鋼中常 用作獲得奧氏體組

8、織。用作獲得奧氏體組織。 合金元素開啟合金元素開啟相區(qū)（即無限擴(kuò)大相區(qū)（即無限擴(kuò)大相區(qū)）相區(qū)） 10 合金元素?cái)U(kuò)展合金元素?cái)U(kuò)展相區(qū)（即有限擴(kuò)大相區(qū)（即有限擴(kuò)大相區(qū)）相區(qū)） 這類合金元素與這類合金元素與-Fe有有 限互溶限互溶，主要有主要有C C、N N、 CuCu、ZnZn、AuAu等。等。 擴(kuò)大擴(kuò)大相區(qū)，使相區(qū)，使A A3 3溫度（溫度（GSGS 線）降低，線）降低，A A4 4溫度（溫度（JNJN線）線） 升高，最終不能使升高，最終不能使相區(qū)完相區(qū)完 全開啟。全開啟。 C C、N N與與FeFe形成間隙固溶體。形成間隙固溶體。 當(dāng)當(dāng)C C含量在含量在0 02.11%2.11%（wt%wt%

9、） 范圍內(nèi)，獲得均勻的固溶體，范圍內(nèi)，獲得均勻的固溶體， -鋼熱處理的基礎(chǔ)。鋼熱處理的基礎(chǔ)。 11 （2 2）相穩(wěn)定化元素相穩(wěn)定化元素 這類合金元素使這類合金元素使FeFe的的A A4 4溫度降低，溫度降低，A A3 3溫度溫度 升高升高，在較寬的成分范圍內(nèi)，促使鐵素體形成，在較寬的成分范圍內(nèi)，促使鐵素體形成， 即縮小了即縮小了相區(qū)。根據(jù)相區(qū)。根據(jù)Fe-MeFe-Me相圖的不同，可分相圖的不同，可分 為：為： 合金元素封閉合金元素封閉相區(qū)（即無限擴(kuò)大相區(qū)（即無限擴(kuò)大相區(qū)）相區(qū)） 合金元素縮小合金元素縮小相區(qū)相區(qū) ( (不能使不能使相區(qū)封閉相區(qū)封閉) ) 12 合金元素封閉合金元素封閉相區(qū)（既無

10、限擴(kuò)大相區(qū)（既無限擴(kuò)大相區(qū)）相區(qū)） 這類合金元素有這類合金元素有Si、Al和和 強(qiáng)碳化物形成元素強(qiáng)碳化物形成元素Cr、W、 Mo、V、Ti及及P、Be等等。 合金元素與合金元素與-Fe形成無限固溶形成無限固溶 體，而與體，而與-Fe形成有限固溶體，形成有限固溶體， 當(dāng)合金元素達(dá)到某一含量時(shí)，當(dāng)合金元素達(dá)到某一含量時(shí)， A3溫度與溫度與A4溫度重合溫度重合，即合，即合 金元素超過一定含量時(shí)，金元素超過一定含量時(shí)，合金合金 不再有不再有相變相變。 當(dāng)當(dāng)Cr、V含量足夠大時(shí)，含量足夠大時(shí)，F(xiàn)e- Cr合金、合金、Fe-V合金在高溫、合金在高溫、 低溫均為鐵素體組織。低溫均為鐵素體組織。 13 合金元

11、素縮小合金元素縮小相區(qū)相區(qū)( (但不能使但不能使相區(qū)封閉相區(qū)封閉) ) 這類合金元素有這類合金元素有B B、NbNb、 ZrZr、TaTa等。等。 這類合金元素與封閉這類合金元素與封閉 相區(qū)的合金元素類似，相區(qū)的合金元素類似， 使使A A3 3升高，升高，A A4 4下降，但由下降，但由 于出現(xiàn)了金屬間化合物于出現(xiàn)了金屬間化合物 使使相區(qū)縮小，但不能相區(qū)縮小，但不能 使其完全封閉。使其完全封閉。 14 綜上所述，將合金元素分為綜上所述，將合金元素分為奧氏體形成元素奧氏體形成元素 和鐵素體形成元素和鐵素體形成元素兩大類對(duì)生產(chǎn)實(shí)際有重要的指兩大類對(duì)生產(chǎn)實(shí)際有重要的指 導(dǎo)意義。導(dǎo)意義。 通過控制鋼中

12、合金元素的種類和含量，使鋼通過控制鋼中合金元素的種類和含量，使鋼 在室溫下獲得單相組織。如發(fā)展在室溫下獲得單相組織。如發(fā)展奧氏體鋼奧氏體鋼時(shí)，需時(shí)，需 要在鋼中加入要在鋼中加入NiNi、MnMn、N N等奧氏體形成元素；欲等奧氏體形成元素；欲 發(fā)展發(fā)展鐵素體鋼鐵素體鋼時(shí)，需要在鋼中加入時(shí)，需要在鋼中加入CrCr、SiSi、AlAl、 MoMo、TiTi等鐵素體形成元素。等鐵素體形成元素。 15 5.3 5.3 合金元素對(duì)合金元素對(duì)Fe-FeFe-Fe3 3C C相圖的影響相圖的影響 （1 1）合金元素對(duì)奧氏體、鐵素體區(qū)存在范圍的影響）合金元素對(duì)奧氏體、鐵素體區(qū)存在范圍的影響 擴(kuò)大擴(kuò)大相區(qū)相區(qū)的

13、合金元素的合金元素 （如（如NiNi、CoCo、MnMn等）均可以等）均可以 擴(kuò)大擴(kuò)大Fe-FeFe-Fe3 3C C相圖中的相圖中的NJESGNJESG 區(qū)域。區(qū)域。使使E E，S S點(diǎn)左移，點(diǎn)左移，A3A3線線 下降。下降。 完全擴(kuò)大完全擴(kuò)大相區(qū)的合金相區(qū)的合金 元素元素NiNi或或MnMn的含量較多時(shí)，的含量較多時(shí)， 可使鋼在室溫下可使鋼在室溫下得到單相奧得到單相奧 氏體組織氏體組織，例如，例如1Cr18Ni91Cr18Ni9鋼鋼 和和ZGMn13ZGMn13鋼等。鋼等。 MnMn對(duì)對(duì)Fe-Fe3CFe-Fe3C相圖中奧氏體區(qū)的影響相圖中奧氏體區(qū)的影響 16 縮小縮小相區(qū)的合金元素相區(qū)的

14、合金元素 （如（如CrCr、W W、MoMo、V V、TiTi、SiSi 等）均縮小等）均縮小Fe-FeFe-Fe3 3C C相圖中奧相圖中奧 氏體存在的區(qū)域，即氏體存在的區(qū)域，即縮小縮小Fe-Fe- FeFe3 3C C相圖中的相圖中的NJESGNJESG區(qū)域。區(qū)域。使使 E E，S S點(diǎn)左移，點(diǎn)左移，A3A3線上升；線上升； 其中其中完全封閉完全封閉相區(qū)的相區(qū)的 合金元素合金元素（例如（例如CrCr、TiTi、SiSi 等）超過一定含量后，可使等）超過一定含量后，可使 鋼在很大范圍內(nèi)獲得鋼在很大范圍內(nèi)獲得單相鐵單相鐵 素體組織素體組織，例如，例如1Cr17Ti1Cr17Ti高鉻高鉻 鐵素體

15、不銹鋼等。鐵素體不銹鋼等。 W(Cr)W(Cr)對(duì)對(duì)Fe-Fe3CFe-Fe3C相圖中奧氏體區(qū)的影響相圖中奧氏體區(qū)的影響 17 （2 2）合金元素對(duì)）合金元素對(duì)Fe-Fe3CFe-Fe3C相圖相圖E,SE,S點(diǎn)的影響點(diǎn)的影響 幾乎所有合金元素都使幾乎所有合金元素都使S 點(diǎn)左移，點(diǎn)左移，使得共析含使得共析含C量降低，量降低， 意味著鋼中的碳含量不到意味著鋼中的碳含量不到 0.77%就發(fā)生共析轉(zhuǎn)變。如就發(fā)生共析轉(zhuǎn)變。如 4Cr13就已經(jīng)是共析鋼；就已經(jīng)是共析鋼； 合金元素使合金元素使E點(diǎn)左移，點(diǎn)左移，使使 得奧氏體中最大含得奧氏體中最大含C量降低，量降低， 使得鋼中碳含量不到使得鋼中碳含量不到2就

16、出就出 現(xiàn)萊氏體。如現(xiàn)萊氏體。如W18Cr4V （0.70.8含碳量）。含碳量）。 合金元素對(duì)共析碳含量的影響合金元素對(duì)共析碳含量的影響 （3 3）合金元素對(duì)臨界點(diǎn)合金元素對(duì)臨界點(diǎn)A A1 1、A A3 3與溫度的影響與溫度的影響 n奧氏體形成元素使奧氏體形成元素使A1、 A3點(diǎn)下移，使得點(diǎn)下移，使得奧氏體奧氏體 溫度下降溫度下降； n鐵素體形成元素使鐵素體形成元素使A1、 A3點(diǎn)上移，使得點(diǎn)上移，使得奧氏體奧氏體 溫度上升溫度上升，熱處理時(shí)加熱處理時(shí)加 熱溫度應(yīng)該提高熱溫度應(yīng)該提高。 合金元素對(duì)共析溫度的影響合金元素對(duì)共析溫度的影響 19 幾乎所有的合金元素都使幾乎所有的合金元素都使共析點(diǎn)碳

17、含量降低共析點(diǎn)碳含量降低。 合金元素對(duì)共晶點(diǎn)合金元素對(duì)共晶點(diǎn)C C點(diǎn)的影響也有類似點(diǎn)的影響也有類似的規(guī)律，且的規(guī)律，且 強(qiáng)碳化物形成元素的作用最為強(qiáng)烈。強(qiáng)碳化物形成元素的作用最為強(qiáng)烈。 要判斷一個(gè)合金鋼是亞共析鋼還是過共析鋼，要判斷一個(gè)合金鋼是亞共析鋼還是過共析鋼， 而應(yīng)根據(jù)而應(yīng)根據(jù)Fe-C-MeFe-C-Me三元相圖和多元鐵基合金系相圖三元相圖和多元鐵基合金系相圖 來進(jìn)行分析。來進(jìn)行分析。 20 5.4 5.4 合金元素對(duì)鋼的組織轉(zhuǎn)變的影響合金元素對(duì)鋼的組織轉(zhuǎn)變的影響 加熱加熱(奧氏體化奧氏體化) 冷卻冷卻(奧氏體分解奧氏體分解) 本節(jié)主要講授內(nèi)容：本節(jié)主要講授內(nèi)容： 奧氏體形成過程奧氏體形

18、成過程 奧氏體的形核奧氏體的形核 奧氏體的長(zhǎng)大奧氏體的長(zhǎng)大 滲碳體的溶解滲碳體的溶解 奧氏體成分均勻化奧氏體成分均勻化 5.4.1 合金元素對(duì)鋼加熱轉(zhuǎn)變的影響合金元素對(duì)鋼加熱轉(zhuǎn)變的影響 1）合金元素對(duì)）合金元素對(duì)A形成速度的影響形成速度的影響 n合金元素的加入，改變了合金元素的加入，改變了A形成溫度形成溫度A1，A3和和 Acm及相變點(diǎn)的位置，從而影響了及相變點(diǎn)的位置，從而影響了A形成速度；形成速度； nA的形成速度取決于奧氏體的形核和長(zhǎng)大，這都的形成速度取決于奧氏體的形核和長(zhǎng)大，這都 和和C的擴(kuò)散有關(guān)，合金元素的加入改變了碳的擴(kuò)的擴(kuò)散有關(guān)，合金元素的加入改變了碳的擴(kuò) 散速度，所以影響了散速度

19、，所以影響了A的形成速度。的形成速度。 (1)Co,Ni 提高提高C的擴(kuò)散，增大的擴(kuò)散，增大A形成速度；形成速度； (2)Si,Al,Mn影響不大；影響不大； (3)碳化物形成元素碳化物形成元素Cr，Mo，W，Ti，V等阻礙碳的等阻礙碳的 擴(kuò)散，阻礙擴(kuò)散，阻礙A形成。形成。 2）合金元素對(duì)殘余碳化物溶解的影響）合金元素對(duì)殘余碳化物溶解的影響 合金鋼中，當(dāng)合金鋼中，當(dāng)F全部轉(zhuǎn)變?yōu)槿哭D(zhuǎn)變?yōu)锳后，還有相當(dāng)一部后，還有相當(dāng)一部 分碳化物被保留下來，為了增強(qiáng)分碳化物被保留下來，為了增強(qiáng)A的合金化程的合金化程 度，充分發(fā)揮合金元素的作用，應(yīng)使殘余碳化度，充分發(fā)揮合金元素的作用，應(yīng)使殘余碳化 物充分溶解到

20、物充分溶解到A中。中。 由于合金元素的作用造成的擴(kuò)散困難和合金碳由于合金元素的作用造成的擴(kuò)散困難和合金碳 化物的穩(wěn)定性高，要使殘余碳化物分解并溶于化物的穩(wěn)定性高，要使殘余碳化物分解并溶于 A中，需要提高加熱溫度。中，需要提高加熱溫度。如：高速鋼的淬火如：高速鋼的淬火 溫度溫度12501280，而共析溫度只有，而共析溫度只有820， 就是希望碳化物充分溶解。就是希望碳化物充分溶解。 3）合金元素對(duì)）合金元素對(duì)A均勻化的影響均勻化的影響 n 奧氏體化過程中，由于碳化物的不斷溶解，奧氏體化過程中，由于碳化物的不斷溶解， 奧氏體成分很不均勻，為使成分均勻，合金元奧氏體成分很不均勻，為使成分均勻，合金元

21、 素和素和C都要擴(kuò)散。都要擴(kuò)散。 n合金元素?cái)U(kuò)散速度較合金元素?cái)U(kuò)散速度較C的擴(kuò)散速度慢的多，只的擴(kuò)散速度慢的多，只 是碳擴(kuò)散的千分之幾或萬分之幾。所以合金鋼是碳擴(kuò)散的千分之幾或萬分之幾。所以合金鋼 奧氏體化時(shí)間較長(zhǎng)。這就是合金鋼在生產(chǎn)中加奧氏體化時(shí)間較長(zhǎng)。這就是合金鋼在生產(chǎn)中加 熱保溫時(shí)間較長(zhǎng)的原因。熱保溫時(shí)間較長(zhǎng)的原因。 4）合金元素對(duì)奧氏體晶粒長(zhǎng)大的影響合金元素對(duì)奧氏體晶粒長(zhǎng)大的影響 C促進(jìn)促進(jìn)A晶粒長(zhǎng)大；晶粒長(zhǎng)大； n強(qiáng)碳化物形成元素強(qiáng)烈阻礙強(qiáng)碳化物形成元素強(qiáng)烈阻礙A晶粒長(zhǎng)大；晶粒長(zhǎng)大； n中強(qiáng)碳化物形成元素可阻礙，但效果不如強(qiáng)碳中強(qiáng)碳化物形成元素可阻礙，但效果不如強(qiáng)碳 化物；化物； n

22、Ni，Co，Cu作用不明顯；作用不明顯； nAl，Si含量少時(shí)，以夾雜物形式存在，可阻止含量少時(shí)，以夾雜物形式存在，可阻止A 晶粒長(zhǎng)大，當(dāng)大量以合金元素加入，促進(jìn)晶粒長(zhǎng)大，當(dāng)大量以合金元素加入，促進(jìn)A晶粒晶粒 長(zhǎng)大；長(zhǎng)大； n當(dāng)鋼中當(dāng)鋼中C含量中等以上時(shí)，含量中等以上時(shí)，Mn可促進(jìn)長(zhǎng)大，在可促進(jìn)長(zhǎng)大，在 低碳含量時(shí)，低碳含量時(shí)，Mn可細(xì)化晶?？杉?xì)化晶粒 26 5.4.2 合金元素對(duì)鋼的過冷合金元素對(duì)鋼的過冷A分解的影響分解的影響 過冷奧氏體在冷卻時(shí)可能發(fā)生三過冷奧氏體在冷卻時(shí)可能發(fā)生三 種轉(zhuǎn)變種轉(zhuǎn)變: 高溫的珠光體轉(zhuǎn)變高溫的珠光體轉(zhuǎn)變; 中溫的中溫的 貝氏體轉(zhuǎn)變貝氏體轉(zhuǎn)變; 低溫的馬氏體轉(zhuǎn)變。

23、低溫的馬氏體轉(zhuǎn)變。 1）對(duì)過冷）對(duì)過冷A穩(wěn)定性的影響穩(wěn)定性的影響 非碳化物形成元素非碳化物形成元素Ni， Si，Cu等加入鋼中，等加入鋼中， 仍保持仍保持C曲線形狀，但曲線形狀，但 使使C曲線右移；曲線右移； 碳化物形成元素碳化物形成元素Cr， Mo，W，V不僅使不僅使C 曲線右移，而且改變曲線右移，而且改變 其形狀，出現(xiàn)兩個(gè)鼻其形狀，出現(xiàn)兩個(gè)鼻 溫，使珠光體和貝氏溫，使珠光體和貝氏 體轉(zhuǎn)變區(qū)分開；體轉(zhuǎn)變區(qū)分開； Co使使C曲線左移。曲線左移。 2）對(duì)珠光體轉(zhuǎn)變的影響）對(duì)珠光體轉(zhuǎn)變的影響 對(duì)對(duì)P轉(zhuǎn)變速度的影響轉(zhuǎn)變速度的影響 除除Co以外，均使以外，均使P轉(zhuǎn)變曲線右移，即推遲轉(zhuǎn)變曲線右移，即推遲

24、P轉(zhuǎn)變；轉(zhuǎn)變； n對(duì)珠光體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)的影響對(duì)珠光體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)的影響 （1）凡是擴(kuò)大）凡是擴(kuò)大相區(qū)的元素，相區(qū)的元素，Ni，Mn，Cu等，等， 降低降低A1，使，使P轉(zhuǎn)變溫區(qū)向較低溫度；轉(zhuǎn)變溫區(qū)向較低溫度； （2）凡是縮?。┓彩强s小相區(qū)的元素，提高相區(qū)的元素，提高A1使使P轉(zhuǎn)變溫轉(zhuǎn)變溫 度升高度升高 2）對(duì)珠光體轉(zhuǎn)變的影響）對(duì)珠光體轉(zhuǎn)變的影響 n對(duì)珠光體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的碳化物類型的影響對(duì)珠光體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的碳化物類型的影響 （1）碳鋼的珠光體（）碳鋼的珠光體（FFe3C），碳化物為），碳化物為Fe3C； （2）強(qiáng)碳化物形成元素，將形成）強(qiáng)碳化物形成元素，將形成MC，如，如TiC，NbC， VC等等 （3）

25、中強(qiáng)碳化物形成元素）中強(qiáng)碳化物形成元素 高溫區(qū)高溫區(qū)，且合金達(dá)到一定含量，形成，且合金達(dá)到一定含量，形成M23C6或或M3C，如，如 Cr/C5%，形成，形成Cr23C6，而，而Cr/C4%，形成，形成Cr3C； 低溫區(qū)低溫區(qū)，主要為，主要為Fe3C，因?yàn)闇囟鹊?，元素?cái)U(kuò)散困難。，因?yàn)闇囟鹊?，元素?cái)U(kuò)散困難。 3）對(duì)貝氏體相變的影響對(duì)貝氏體相變的影響 特點(diǎn)：貝氏體轉(zhuǎn)變溫區(qū)較低，合金元素與特點(diǎn)：貝氏體轉(zhuǎn)變溫區(qū)較低，合金元素與FeFe原子原子 幾乎不能進(jìn)行擴(kuò)散，只有幾乎不能進(jìn)行擴(kuò)散，只有C C原子能進(jìn)行短距離的擴(kuò)原子能進(jìn)行短距離的擴(kuò) 散，脫溶析出碳化物。因此合金元素對(duì)散，脫溶析出碳化物。因此合金元素對(duì)

26、B B轉(zhuǎn)變的影轉(zhuǎn)變的影 響，主要取決于：響，主要取決于： n合金元素對(duì)合金元素對(duì) 轉(zhuǎn)變速度的影響轉(zhuǎn)變速度的影響 n合金元素對(duì)合金元素對(duì)C擴(kuò)散速度的影響擴(kuò)散速度的影響 3）對(duì)貝氏體相變的影響）對(duì)貝氏體相變的影響 n合金元素合金元素Cr，Ni，Mn能降低能降低F(A與與F的自由能差），減少的自由能差），減少 相變驅(qū)動(dòng)力，減慢相變驅(qū)動(dòng)力，減慢A分解，降低了分解，降低了B的轉(zhuǎn)變速度，推遲其轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)變速度，推遲其轉(zhuǎn) 變。變。Cr，Mn又是碳化物形成元素，阻礙又是碳化物形成元素，阻礙C原子的擴(kuò)散。原子的擴(kuò)散。 nMo，W對(duì)對(duì)F影響不大，但是影響不大，但是F形成元素，提高形成元素，提高A1，即提高，即提高 了

27、了 轉(zhuǎn)變溫度，也就是提高了轉(zhuǎn)變溫度，也就是提高了P的轉(zhuǎn)變溫度，又是碳化的轉(zhuǎn)變溫度，又是碳化 物形成元素，降低物形成元素，降低C的擴(kuò)散，降低了的擴(kuò)散，降低了B的轉(zhuǎn)變溫度，所以將的轉(zhuǎn)變溫度，所以將 P，B轉(zhuǎn)變溫區(qū)分開，形成兩個(gè)鼻溫。轉(zhuǎn)變溫區(qū)分開，形成兩個(gè)鼻溫。 nSi，對(duì)，對(duì)B有推遲作用，原因是強(qiáng)烈提高有推遲作用，原因是強(qiáng)烈提高Fe的結(jié)合力，阻礙的結(jié)合力，阻礙C 原子從原子從Fe中脫溶。中脫溶。 nCo，Al能提高能提高F，同時(shí)提高，同時(shí)提高C的擴(kuò)散速度，加速的擴(kuò)散速度，加速B形成。形成。 4）對(duì)馬氏體相變的影響）對(duì)馬氏體相變的影響 主要是對(duì)主要是對(duì)M轉(zhuǎn)變溫度的影響，即轉(zhuǎn)變溫度的影響，即MsMf點(diǎn)

28、的影響點(diǎn)的影響 除除Co，Al外，大多數(shù)合金外，大多數(shù)合金 元素固溶在元素固溶在A中，均使中，均使Ms 點(diǎn)下降，增加殘余點(diǎn)下降，增加殘余A的含的含 量，其中量，其中C的影響最強(qiáng)烈。的影響最強(qiáng)烈。 順序：順序：C，Mn，Cr，Ni， Mo，Si，W 合金元素對(duì)合金元素對(duì)1.0%C碳鋼碳鋼 Ms點(diǎn)的影響點(diǎn)的影響 合金元素對(duì)合金元素對(duì)1.0%C碳鋼碳鋼1150 淬火后殘余奧氏體含量的影響淬火后殘余奧氏體含量的影響 lMMs s和和MMf f點(diǎn)的下降，使得室溫下將保留更多的殘留奧氏體量點(diǎn)的下降，使得室溫下將保留更多的殘留奧氏體量 33 5.5 5.5 合金元素對(duì)鋼強(qiáng)韌性的影響合金元素對(duì)鋼強(qiáng)韌性的影響

29、5.5.15.5.1合金元素對(duì)鋼度的影響合金元素對(duì)鋼度的影響 鋼中加入合金元素可以通過以下四種方式提鋼中加入合金元素可以通過以下四種方式提 高強(qiáng)度：高強(qiáng)度：固溶強(qiáng)化、晶界強(qiáng)化、第二相強(qiáng)化、位固溶強(qiáng)化、晶界強(qiáng)化、第二相強(qiáng)化、位 錯(cuò)強(qiáng)化錯(cuò)強(qiáng)化。通過對(duì)這四種強(qiáng)化方式單獨(dú)或綜合運(yùn)用，。通過對(duì)這四種強(qiáng)化方式單獨(dú)或綜合運(yùn)用， 便可以有效地提高鋼的強(qiáng)度。便可以有效地提高鋼的強(qiáng)度。 鋼強(qiáng)化的鋼強(qiáng)化的本質(zhì)就是采用各種途徑增加位錯(cuò)運(yùn)本質(zhì)就是采用各種途徑增加位錯(cuò)運(yùn) 動(dòng)的阻力，動(dòng)的阻力，從而提高鋼的塑性變形抗力，在宏觀從而提高鋼的塑性變形抗力，在宏觀 上就提高鋼的強(qiáng)度。上就提高鋼的強(qiáng)度。 1 1）固溶強(qiáng)化）固溶強(qiáng)化

30、n合金元素的固溶強(qiáng)化合金元素的固溶強(qiáng)化是指溶質(zhì)原子溶入基體金屬中形是指溶質(zhì)原子溶入基體金屬中形 成固溶體所引起的強(qiáng)化。成固溶體所引起的強(qiáng)化。 強(qiáng)化機(jī)制強(qiáng)化機(jī)制為：由于為：由于溶質(zhì)原子溶質(zhì)原子與基體金屬原子大小不同，與基體金屬原子大小不同， 因而使基體的晶格發(fā)生畸變，造成一個(gè)彈性應(yīng)力場(chǎng)。此因而使基體的晶格發(fā)生畸變，造成一個(gè)彈性應(yīng)力場(chǎng)。此 應(yīng)力場(chǎng)與位錯(cuò)本身的彈性應(yīng)力場(chǎng)交互作用，應(yīng)力場(chǎng)與位錯(cuò)本身的彈性應(yīng)力場(chǎng)交互作用，增大了位錯(cuò)增大了位錯(cuò) 運(yùn)動(dòng)的阻力，運(yùn)動(dòng)的阻力，從而導(dǎo)致強(qiáng)化。從而導(dǎo)致強(qiáng)化。 固溶強(qiáng)化包括：固溶強(qiáng)化包括： 間隙固溶強(qiáng)化間隙固溶強(qiáng)化(強(qiáng)化效果非常顯著）強(qiáng)化效果非常顯著） 置換固溶強(qiáng)化置換

31、固溶強(qiáng)化 各合金元素的固溶強(qiáng)化效果可以疊加，其效果是非常顯著各合金元素的固溶強(qiáng)化效果可以疊加，其效果是非常顯著. n固溶強(qiáng)化對(duì)塑性、韌性的影響較大，強(qiáng)化效果越大，損固溶強(qiáng)化對(duì)塑性、韌性的影響較大，強(qiáng)化效果越大，損 害越嚴(yán)重。害越嚴(yán)重。 間隙溶質(zhì)原子的強(qiáng)化效應(yīng)間隙溶質(zhì)原子的強(qiáng)化效應(yīng)遠(yuǎn)比置換式溶質(zhì)原子強(qiáng)遠(yuǎn)比置換式溶質(zhì)原子強(qiáng) 烈，其強(qiáng)化作用相差烈，其強(qiáng)化作用相差10100倍，因此，間隙原子倍，因此，間隙原子 如如C、N是鋼中重要的強(qiáng)化元素。是鋼中重要的強(qiáng)化元素。 為了提高強(qiáng)化效果，通常利用相變的方法，造成過飽和為了提高強(qiáng)化效果，通常利用相變的方法，造成過飽和 固溶體，如馬氏體是固溶體，如馬氏體是C固

32、溶在固溶在Fe中的過飽和固溶體，中的過飽和固溶體， 使使C的間隙強(qiáng)化效果得到充分發(fā)揮。的間隙強(qiáng)化效果得到充分發(fā)揮。 l置換式溶質(zhì)原子的固溶強(qiáng)化效果置換式溶質(zhì)原子的固溶強(qiáng)化效果在工程用鋼中不在工程用鋼中不 可忽視。能與鐵形成置換式固溶體的合金元素很可忽視。能與鐵形成置換式固溶體的合金元素很 多，如多，如Mn、Si、Cr、Ni、Mo、W等。這些合金等。這些合金 元素往往在鋼中同時(shí)存在，強(qiáng)化作用可以疊加，元素往往在鋼中同時(shí)存在，強(qiáng)化作用可以疊加， 使總的強(qiáng)化效果增大，尤其是使總的強(qiáng)化效果增大，尤其是Si、Mn的強(qiáng)化作用的強(qiáng)化作用 更大。更大。 2）晶界強(qiáng)化）晶界強(qiáng)化 晶界特性及晶粒大小對(duì)鋼強(qiáng)度的影響

33、晶界特性及晶粒大小對(duì)鋼強(qiáng)度的影響 HallPetch公式： 其中: d晶粒直徑； 0為在單晶體中位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的摩擦力（常數(shù)）； Ks晶界障礙強(qiáng)度系數(shù)。 可見，影響s的因素有2個(gè)：Ks和d。 Ks s ; d s 這就是晶界強(qiáng)化的理論基礎(chǔ) 2 1 0 dks s 37 一方面，晶界的存在，使得晶界處產(chǎn)生彈性變形不協(xié)調(diào)和一方面，晶界的存在，使得晶界處產(chǎn)生彈性變形不協(xié)調(diào)和 塑性變形不協(xié)調(diào)，在晶界處誘發(fā)應(yīng)力集中，以維持兩晶粒塑性變形不協(xié)調(diào)，在晶界處誘發(fā)應(yīng)力集中，以維持兩晶粒 在晶界處的連續(xù)性，其結(jié)果是在晶界附近引起二次滑移，在晶界處的連續(xù)性，其結(jié)果是在晶界附近引起二次滑移， 使位錯(cuò)迅速增值，在晶界上造成位

34、錯(cuò)塞積，使位錯(cuò)迅速增值，在晶界上造成位錯(cuò)塞積，形成加工硬化形成加工硬化 微區(qū)，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)微區(qū)，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。 另一方面，由于晶界存在，使滑移位錯(cuò)難以直接穿越晶界，另一方面，由于晶界存在，使滑移位錯(cuò)難以直接穿越晶界， 從而從而破壞了滑移系統(tǒng)的連續(xù)性，阻礙了位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)破壞了滑移系統(tǒng)的連續(xù)性，阻礙了位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)。 晶粒越細(xì)小，晶界數(shù)量越多，其強(qiáng)化效果就越好晶粒越細(xì)小，晶界數(shù)量越多，其強(qiáng)化效果就越好。 n晶粒越細(xì)，造成裂紋所需的應(yīng)力集中越難，裂紋擴(kuò)展所晶粒越細(xì)，造成裂紋所需的應(yīng)力集中越難，裂紋擴(kuò)展所 消耗的能量越高，而且晶界越多，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的作用消耗的能量越高，而且晶界越多，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的作用 越大

35、。越大。細(xì)化晶粒同時(shí)也可增加鋼的韌性。細(xì)化晶粒同時(shí)也可增加鋼的韌性。 晶界強(qiáng)化的機(jī)制是：晶界強(qiáng)化的機(jī)制是： 38 利用晶界強(qiáng)化的主要途徑：利用晶界強(qiáng)化的主要途徑： （1 1）利用合金元素來改變晶界的特性，提高利用合金元素來改變晶界的特性，提高KsKs值值。鋼。鋼 中加入表面活性元素如中加入表面活性元素如C C、N N、NiNi和和SiSi等，以便在等，以便在-Fe-Fe 晶界上偏聚，提高晶界阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的能力；晶界上偏聚，提高晶界阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的能力； （2 2）鋼中加入鋼中加入AlAl、NbNb、V V、TiTi等元素等元素，形成難熔的第二，形成難熔的第二 相質(zhì)點(diǎn)，阻礙奧氏體晶界移動(dòng)，間接細(xì)化

36、鐵素體或馬氏相質(zhì)點(diǎn)，阻礙奧氏體晶界移動(dòng)，間接細(xì)化鐵素體或馬氏 體的晶粒。體的晶粒。 （3 3）用熱處理方法用熱處理方法，如正火、反復(fù)快速奧氏體化及控，如正火、反復(fù)快速奧氏體化及控 制軋制、控制冷卻等工藝措施，也可以細(xì)化晶粒。制軋制、控制冷卻等工藝措施，也可以細(xì)化晶粒。 3）第二相強(qiáng)化）第二相強(qiáng)化 o 第二相粒子可以有效地阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)著的位錯(cuò)遇第二相粒子可以有效地阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)著的位錯(cuò)遇 到滑移面上的第二相粒子時(shí)，有兩種方式：切過和繞過到滑移面上的第二相粒子時(shí)，有兩種方式：切過和繞過 o 位錯(cuò)切過第二相粒子：位錯(cuò)切過第二相粒子：第二相粒子的特點(diǎn)是第二相粒子的特點(diǎn)是可變形可變形，并，并

37、與與母相具有共格母相具有共格關(guān)系，這種強(qiáng)化方式與淬火時(shí)效密切相關(guān)，關(guān)系，這種強(qiáng)化方式與淬火時(shí)效密切相關(guān)， 故有故有沉淀強(qiáng)化沉淀強(qiáng)化之稱。之稱。 沉淀強(qiáng)化沉淀強(qiáng)化的基本途徑是合金化加淬火時(shí)效。合金化的目的是的基本途徑是合金化加淬火時(shí)效。合金化的目的是 為造成理想的沉淀相提供成分條件。例如在馬氏體時(shí)效鋼中為造成理想的沉淀相提供成分條件。例如在馬氏體時(shí)效鋼中 加入加入Ti和和Mo，形成，形成NiTi、Ni3Mo理想的強(qiáng)化相，以獲得理想的強(qiáng)化相，以獲得 良好的沉淀強(qiáng)化效果。良好的沉淀強(qiáng)化效果。 （b）Al-Li合金中位錯(cuò)切割合金中位錯(cuò)切割A(yù)l3Li相的電鏡照片相的電鏡照片（a）位錯(cuò)切割第二相粒子的機(jī)制

38、）位錯(cuò)切割第二相粒子的機(jī)制 可變形微粒的強(qiáng)化作用（位錯(cuò)切過機(jī)制）可變形微粒的強(qiáng)化作用（位錯(cuò)切過機(jī)制） l位錯(cuò)繞過第二相粒子粒子：位錯(cuò)繞過第二相粒子粒子：第二相粒子第二相粒子不參與變不參與變 形形，與基體有，與基體有非共格非共格關(guān)系。當(dāng)位錯(cuò)遇到第二相粒子時(shí)關(guān)系。當(dāng)位錯(cuò)遇到第二相粒子時(shí) ，只能繞過并留下位錯(cuò)圈，第二相粒子是人為加入的，只能繞過并留下位錯(cuò)圈，第二相粒子是人為加入的 ，不溶于基體，故有，不溶于基體，故有彌散強(qiáng)化彌散強(qiáng)化之稱。之稱。這樣的滑移變這樣的滑移變 形繼續(xù)進(jìn)行，這一過程要消耗額外的能量，故需要提形繼續(xù)進(jìn)行，這一過程要消耗額外的能量，故需要提 高外加應(yīng)力，所以造成強(qiáng)化。高外加應(yīng)力，

39、所以造成強(qiáng)化。 l彌散強(qiáng)化彌散強(qiáng)化是鋼中常見的強(qiáng)化機(jī)制。例如，淬火回火鋼是鋼中常見的強(qiáng)化機(jī)制。例如，淬火回火鋼 及球化退火鋼都是利用碳化物作彌散強(qiáng)化相。這時(shí)合及球化退火鋼都是利用碳化物作彌散強(qiáng)化相。這時(shí)合 金元素的主要作用在于在高溫回火條件下，使碳化物金元素的主要作用在于在高溫回火條件下，使碳化物 呈細(xì)小均勻彌散分布。呈細(xì)小均勻彌散分布。 不可變形微粒的強(qiáng)化作用不可變形微粒的強(qiáng)化作用奧羅萬機(jī)制（位錯(cuò)繞過機(jī)制）奧羅萬機(jī)制（位錯(cuò)繞過機(jī)制） （a）位錯(cuò)繞過第二相粒子的機(jī)制）位錯(cuò)繞過第二相粒子的機(jī)制（b）Ni合金中位錯(cuò)繞過合金中位錯(cuò)繞過Ni3Ai相的電鏡照片相的電鏡照片 第二相強(qiáng)化的影響因素第二相強(qiáng)化

40、的影響因素: 第二相粒子的大小，數(shù)量，分布，性能都影響強(qiáng)化效果。第二相粒子的大小，數(shù)量，分布，性能都影響強(qiáng)化效果。 n第二相的間距越小強(qiáng)化效果越好；第二相的間距越小強(qiáng)化效果越好； n第二相彌散度越大強(qiáng)化效果越好；第二相彌散度越大強(qiáng)化效果越好； n第二相粒子體積分?jǐn)?shù)越大強(qiáng)化效果越好。第二相粒子體積分?jǐn)?shù)越大強(qiáng)化效果越好。 沉淀強(qiáng)化效果大于彌散強(qiáng)化。沉淀強(qiáng)化效果大于彌散強(qiáng)化。 n第二相通常人工加入，現(xiàn)在發(fā)展到通過時(shí)效方式得到。第二相通常人工加入，現(xiàn)在發(fā)展到通過時(shí)效方式得到。 |總之，第二相強(qiáng)化機(jī)制不僅要考慮第二相的總之，第二相強(qiáng)化機(jī)制不僅要考慮第二相的大小大小、數(shù)量數(shù)量 、形態(tài)形態(tài)、分布分布等方面的

41、影響，而且還要考慮第二相的等方面的影響，而且還要考慮第二相的性性 質(zhì)質(zhì)。這除了涉及到。這除了涉及到熱處理參數(shù)熱處理參數(shù)的直接影響外，還涉及到的直接影響外，還涉及到 合金元素合金元素的影響。的影響。 |合金元素的作用主要是為形成所需要的第二相粒子提供合金元素的作用主要是為形成所需要的第二相粒子提供 成分條件成分條件。 位錯(cuò)強(qiáng)化位錯(cuò)強(qiáng)化金屬中位錯(cuò)密度提高，則位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)金屬中位錯(cuò)密度提高，則位錯(cuò)運(yùn)動(dòng) 時(shí)易于發(fā)生相互交割，形成割階，引起位錯(cuò)纏結(jié)時(shí)易于發(fā)生相互交割，形成割階，引起位錯(cuò)纏結(jié) ，因此造成位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的障礙，給繼續(xù)塑性變形造，因此造成位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的障礙，給繼續(xù)塑性變形造 成困難，從而提高了鋼的強(qiáng)度。成困

42、難，從而提高了鋼的強(qiáng)度。 4）位錯(cuò)強(qiáng)化）位錯(cuò)強(qiáng)化 細(xì)化晶粒細(xì)化晶粒。通過增加晶界數(shù)量，使晶界附近因變形不協(xié)調(diào)。通過增加晶界數(shù)量，使晶界附近因變形不協(xié)調(diào) 而誘發(fā)幾何上需要的位錯(cuò)。為此，而誘發(fā)幾何上需要的位錯(cuò)。為此，宜向鋼中加入細(xì)化晶粒宜向鋼中加入細(xì)化晶粒 的合金元素的合金元素。 形成第二相粒子形成第二相粒子。當(dāng)位錯(cuò)遇到第二相粒子時(shí)，希望位錯(cuò)繞。當(dāng)位錯(cuò)遇到第二相粒子時(shí)，希望位錯(cuò)繞 過第二相粒子而留下位錯(cuò)圈，使位錯(cuò)數(shù)量迅速增多。為此過第二相粒子而留下位錯(cuò)圈，使位錯(cuò)數(shù)量迅速增多。為此 ，宜向鋼中加入強(qiáng)碳化物形成元素宜向鋼中加入強(qiáng)碳化物形成元素。 促進(jìn)淬火效應(yīng)促進(jìn)淬火效應(yīng)。淬火后希望獲得板條馬氏體，造成

43、位錯(cuò)型。淬火后希望獲得板條馬氏體，造成位錯(cuò)型 亞結(jié)構(gòu)。為此，亞結(jié)構(gòu)。為此，宜向鋼中加入提高淬透性的合金元素宜向鋼中加入提高淬透性的合金元素。 降低層錯(cuò)能降低層錯(cuò)能。通過降低層錯(cuò)能，使位錯(cuò)易于擴(kuò)展和形成層。通過降低層錯(cuò)能，使位錯(cuò)易于擴(kuò)展和形成層 錯(cuò)，增加位錯(cuò)交互作用，防止交叉滑移。為此，錯(cuò)，增加位錯(cuò)交互作用，防止交叉滑移。為此，宜向鋼中宜向鋼中 加入降低層錯(cuò)能的合金元素形成第二相粒子加入降低層錯(cuò)能的合金元素形成第二相粒子。 利用位錯(cuò)強(qiáng)化的途徑利用位錯(cuò)強(qiáng)化的途徑 鋼淬火形成馬氏體。馬氏體中溶有過飽和的碳鋼淬火形成馬氏體。馬氏體中溶有過飽和的碳 和合金元素，產(chǎn)生很強(qiáng)的和合金元素，產(chǎn)生很強(qiáng)的固溶強(qiáng)化效

44、應(yīng)固溶強(qiáng)化效應(yīng)； 馬氏體形成時(shí)產(chǎn)生高密度位錯(cuò)，馬氏體形成時(shí)產(chǎn)生高密度位錯(cuò)，位錯(cuò)強(qiáng)化效應(yīng)位錯(cuò)強(qiáng)化效應(yīng) 很大很大； 附：鋼淬火回火提高強(qiáng)度的機(jī)制附：鋼淬火回火提高強(qiáng)度的機(jī)制 提高鋼強(qiáng)度最重要的方法是淬火和隨后的回火提高鋼強(qiáng)度最重要的方法是淬火和隨后的回火 奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體時(shí)，形成許多極細(xì)小的奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體時(shí)，形成許多極細(xì)小的 、取向不同的馬氏體束，產(chǎn)生、取向不同的馬氏體束，產(chǎn)生細(xì)晶強(qiáng)化效應(yīng)細(xì)晶強(qiáng)化效應(yīng) 。 淬火后回火，馬氏體中析出細(xì)碳化物粒子，淬火后回火，馬氏體中析出細(xì)碳化物粒子， 間隙固溶強(qiáng)化效應(yīng)大大減小，但產(chǎn)生強(qiáng)烈的間隙固溶強(qiáng)化效應(yīng)大大減小，但產(chǎn)生強(qiáng)烈的 析出強(qiáng)化效應(yīng)析出強(qiáng)化效應(yīng)。 |由

45、此可知，馬氏體強(qiáng)化充分而合理地利用了由此可知，馬氏體強(qiáng)化充分而合理地利用了 全部四種強(qiáng)化機(jī)制，是鋼的最經(jīng)濟(jì)和最有效全部四種強(qiáng)化機(jī)制，是鋼的最經(jīng)濟(jì)和最有效 的強(qiáng)化方法。的強(qiáng)化方法。 附：鋼淬火回火提高強(qiáng)度的機(jī)制附：鋼淬火回火提高強(qiáng)度的機(jī)制 49 5.5.2合金元素對(duì)鋼塑性的影響合金元素對(duì)鋼塑性的影響 在在-Fe-Fe中固溶合金元素時(shí)，一般都使鋼的塑性下降。中固溶合金元素時(shí)，一般都使鋼的塑性下降。 少量的少量的TiTi、V V、NbNb等元素可以固定間隙原子等元素可以固定間隙原子C C和和N N，使，使 之不向位錯(cuò)偏聚，位錯(cuò)的可動(dòng)性提高，從而改善鋼的塑之不向位錯(cuò)偏聚，位錯(cuò)的可動(dòng)性提高，從而改善鋼的

46、塑 性。性。 合金元素形成的第二相顆粒的性質(zhì)、尺寸、形狀、合金元素形成的第二相顆粒的性質(zhì)、尺寸、形狀、 數(shù)量和分布特點(diǎn)也會(huì)影響鋼的塑性。數(shù)量和分布特點(diǎn)也會(huì)影響鋼的塑性。 某些合金元素細(xì)化晶粒，使某些合金元素細(xì)化晶粒，使應(yīng)力集中減弱，推遲孔應(yīng)力集中減弱，推遲孔 洞或微裂紋的形成，洞或微裂紋的形成，從而提高鋼的塑性。從而提高鋼的塑性。 50 2 2）合金元素對(duì)鋼的韌性的影響及其改善途徑）合金元素對(duì)鋼的韌性的影響及其改善途徑 （1 1）影響韌性的因素）影響韌性的因素 除了細(xì)化晶粒強(qiáng)化以外，其他的強(qiáng)化途徑都會(huì)不除了細(xì)化晶粒強(qiáng)化以外，其他的強(qiáng)化途徑都會(huì)不 同程度地降低塑性和韌性，如圖同程度地降低塑性和韌

47、性，如圖1.221.22。 圖圖1.231.23為強(qiáng)化方式對(duì)脆性轉(zhuǎn)化溫度的影響。除細(xì)為強(qiáng)化方式對(duì)脆性轉(zhuǎn)化溫度的影響。除細(xì) 化晶粒外，其他強(qiáng)化都提高脆性轉(zhuǎn)化溫度，危害最大化晶粒外，其他強(qiáng)化都提高脆性轉(zhuǎn)化溫度，危害最大 的是間隙固溶強(qiáng)化；彌散沉淀強(qiáng)化降低塑性和韌性較的是間隙固溶強(qiáng)化；彌散沉淀強(qiáng)化降低塑性和韌性較 小，而對(duì)強(qiáng)度貢獻(xiàn)較大，所以是一個(gè)較為有效的強(qiáng)化小，而對(duì)強(qiáng)度貢獻(xiàn)較大，所以是一個(gè)較為有效的強(qiáng)化 途徑。途徑。 51 回火溫度與鋼強(qiáng)化機(jī)制的關(guān)系回火溫度與鋼強(qiáng)化機(jī)制的關(guān)系 強(qiáng)化方式對(duì)脆性轉(zhuǎn)化溫度強(qiáng)化方式對(duì)脆性轉(zhuǎn)化溫度TkTk的影響的影響 2 2）合金元素對(duì)鋼的韌性的影響及其改善途徑）合金元素對(duì)

48、鋼的韌性的影響及其改善途徑 （1 1）影響韌性的因素）影響韌性的因素 52 2 2）合金元素對(duì)鋼的韌性的影響及其改善途徑）合金元素對(duì)鋼的韌性的影響及其改善途徑 （1 1）影響韌性的因素）影響韌性的因素 置換原子置換原子NiNi能提高鋼基體的韌性；能提高鋼基體的韌性；MnMn含量較少時(shí)也含量較少時(shí)也 有效果；其他常用元素都降低鋼的韌性，如圖有效果；其他常用元素都降低鋼的韌性，如圖1.241.24所示。所示。 細(xì)化晶粒提高了鋼的強(qiáng)度，又大大降低了鋼的韌脆細(xì)化晶粒提高了鋼的強(qiáng)度，又大大降低了鋼的韌脆 轉(zhuǎn)變溫度轉(zhuǎn)變溫度TkTk。如圖。如圖1.251.25所示，所示， 碳化物或其他脆性相可以自身開裂或與基體脫開，碳化物或其他脆性相可以自身開裂或與基體脫開， 有可能成為裂紋源，所以能降低鋼的韌性。鋼中的碳化有可能成為裂紋源，所以能降低鋼的韌性。鋼中的碳化 物應(yīng)盡可能細(xì)小、均勻、圓整且要適量。物應(yīng)盡可能細(xì)小、均勻、圓整且要適量。 53 2 2）合金元素對(duì)鋼的韌性的影響及其改善途徑）合金元素對(duì)鋼的韌性的影響及其改善途徑 （1 1）影響韌性的因素）影響韌性的因素 合金元素（合金元素（w%w%）對(duì)）對(duì) 晶粒度對(duì)強(qiáng)度和脆性轉(zhuǎn)化溫鐵晶粒度對(duì)強(qiáng)度和脆性轉(zhuǎn)化溫鐵 素體韌性的影響素體韌性的影響 度度TkTk的影響的影響 54 2 2）合金元素對(duì)鋼的韌性的影響及其改善途徑）合金元素對(duì)鋼的韌性的影響及其改善途