《金屬材料學(xué)》全冊(cè)配套完整教學(xué)課件3

1、金屬材料學(xué)全冊(cè)配套金屬材料學(xué)全冊(cè)配套完整教學(xué)課件完整教學(xué)課件3Chapter 1 金屬材料的合金化原理金屬材料的合金化原理第一部分第一部分 Chapter 1 金屬材料的合金化原理金屬材料的合金化原理 1.1 碳鋼概論碳鋼概論1.2 鋼的合金化原理鋼的合金化原理1.3 合金鋼的分類(lèi)、牌號(hào)合金鋼的分類(lèi)、牌號(hào)1.4 有色金屬材料的分類(lèi)及合金化特點(diǎn)有色金屬材料的分類(lèi)及合金化特點(diǎn)主主要要內(nèi)內(nèi)容容碳鋼中的常存雜質(zhì)碳鋼中的常存雜質(zhì)碳鋼的分類(lèi)碳鋼的分類(lèi)碳鋼的用途碳鋼的用途Me在鋼中的存在形式在鋼中的存在形式Me與鐵和碳的相互作用與鐵和碳的相互作用Me對(duì)對(duì)Fe-Fe3C相圖的影響相圖的影響Me對(duì)鋼的熱處理的影

2、響對(duì)鋼的熱處理的影響Me對(duì)鋼的性能的影響對(duì)鋼的性能的影響重點(diǎn)及基本要求重點(diǎn)及基本要求1.了解了解碳鋼中的常存元素及其影響，重點(diǎn)掌握碳鋼中的常存元素及其影響，重點(diǎn)掌握碳鋼的分類(lèi)碳鋼的分類(lèi)與應(yīng)用與應(yīng)用2.第二節(jié)是第二節(jié)是本章重點(diǎn)本章重點(diǎn)。要求。要求全面全面掌握掌握合金元素合金元素對(duì)鋼的組織、熱處理及性能的影響規(guī)律，掌對(duì)鋼的組織、熱處理及性能的影響規(guī)律，掌握合金元素的加入對(duì)鋼的基本強(qiáng)化機(jī)制的影握合金元素的加入對(duì)鋼的基本強(qiáng)化機(jī)制的影響。響。難點(diǎn)難點(diǎn)是合金元素對(duì)鋼中基本合金相結(jié)構(gòu)是合金元素對(duì)鋼中基本合金相結(jié)構(gòu)的影響的影響3.掌握掌握合金鋼的分類(lèi)、牌號(hào)合金鋼的分類(lèi)、牌號(hào)4.了解了解有色金屬材料的分類(lèi)，掌握

3、強(qiáng)化有色金有色金屬材料的分類(lèi)，掌握強(qiáng)化有色金屬合金的基本途徑。屬合金的基本途徑。Chapter 1 金屬材料的合金化原理金屬材料的合金化原理 Steelmaking flowlinesChapter 1 金屬材料的合金化原理金屬材料的合金化原理 1.1 碳鋼概論碳鋼概論1.1 碳鋼概論碳鋼概論Steel Finishing flowlinesChapter 1 金屬材料的合金化原理金屬材料的合金化原理 1.1 碳鋼概論碳鋼概論一、碳鋼中的常存雜質(zhì)一、碳鋼中的常存雜質(zhì)-錳和硅（錳和硅（1）1.錳（錳（ Mn ）和硅（）和硅（ Si ）是煉鋼過(guò)程中隨脫氧是煉鋼過(guò)程中隨脫氧劑或者由生鐵殘存而進(jìn)入鋼中

4、的。劑或者由生鐵殘存而進(jìn)入鋼中的。 Mn在碳鋼中的含量一般小于在碳鋼中的含量一般小于0.8%?？晒倘埽?。可固溶，也可形成高熔點(diǎn)也可形成高熔點(diǎn)MnS（1600）夾雜物夾雜物。 MnS在高溫下具有一定的塑性，不會(huì)使鋼發(fā)在高溫下具有一定的塑性，不會(huì)使鋼發(fā)生熱脆，加工后硫化錳呈條狀沿軋向分布。生熱脆，加工后硫化錳呈條狀沿軋向分布。 Si在鋼中的含量通常小于在鋼中的含量通常小于0.5%?？晒倘?，也可?？晒倘?，也可形成形成SiO2夾雜物。夾雜物。夾雜物夾雜物MnS、SiO2將使鋼的疲勞強(qiáng)度和塑、韌將使鋼的疲勞強(qiáng)度和塑、韌性下降。性下降。1.1 碳鋼概論碳鋼概論Chapter 1 金屬材料的合金化原理金屬材

5、料的合金化原理 一、碳鋼中的常存雜質(zhì)一、碳鋼中的常存雜質(zhì)-硫和磷（硫和磷（2） 2硫（硫（S）和磷（和磷（P）的影響的影響S是煉鋼時(shí)不能除盡的有害雜質(zhì)。在固態(tài)鐵中的是煉鋼時(shí)不能除盡的有害雜質(zhì)。在固態(tài)鐵中的溶解度極小。溶解度極小。 S和和Fe能形成能形成FeS，并易于形成并易于形成低熔點(diǎn)共晶。低熔點(diǎn)共晶。發(fā)生發(fā)生熱脆熱脆 (裂裂)。P也是在煉鋼過(guò)程中不能除盡的元素。磷可固溶也是在煉鋼過(guò)程中不能除盡的元素。磷可固溶于于-鐵。但劇烈地降低鋼的韌性，特別是低溫鐵。但劇烈地降低鋼的韌性，特別是低溫韌性，稱為韌性，稱為冷脆冷脆。磷可以提高鋼在大氣中的磷可以提高鋼在大氣中的抗腐蝕性能?？垢g性能。S和和P還

6、可以改善鋼的切削加工性能。還可以改善鋼的切削加工性能。 1.1 碳鋼概論碳鋼概論Chapter 1 金屬材料的合金化原理金屬材料的合金化原理 一、碳鋼中的常存雜質(zhì)氮一、碳鋼中的常存雜質(zhì)氮、氫氫、氧（氧（3）3氮（氮（N）、）、氫（氫（H）、）、氧（氧（O）的影響的影響N在在-鐵中鐵中 可溶解，含可溶解，含過(guò)飽和過(guò)飽和N的鋼的鋼經(jīng)受冷變形經(jīng)受冷變形后析出氮化物后析出氮化物機(jī)械時(shí)效或應(yīng)變時(shí)效。機(jī)械時(shí)效或應(yīng)變時(shí)效。N可以可以與釩、鈦、鈮等形成穩(wěn)定的氮化物，有細(xì)化晶與釩、鈦、鈮等形成穩(wěn)定的氮化物，有細(xì)化晶粒和沉淀強(qiáng)化。粒和沉淀強(qiáng)化。 H在鋼中和應(yīng)力的聯(lián)合作用將引起金屬材料產(chǎn)生在鋼中和應(yīng)力的聯(lián)合作用將引

7、起金屬材料產(chǎn)生氫脆。氫脆。O在鋼中形成硅酸鹽在鋼中形成硅酸鹽2MnOSiO2、MnOSiO2或或復(fù)合氧化物復(fù)合氧化物MgOAl2O3、MnOAl2O3。1.1 碳鋼概論碳鋼概論Chapter 1 金屬材料的合金化原理金屬材料的合金化原理 二、碳鋼的分類(lèi)（二、碳鋼的分類(lèi)（1）400 C1400 C1200 C1000 C800 C600 C1600 CFe1% C2% C3% C4% C5% C6% C6.70% CLgadSteelCast Iron1按鋼中碳含量的多少分類(lèi)按鋼中碳含量的多少分類(lèi)（1）復(fù)習(xí)鐵碳合金按）復(fù)習(xí)鐵碳合金按Fe-Fe3C相圖分類(lèi)相圖分類(lèi)亞共析鋼：亞共析鋼： 0.0218

8、%wc0.77%共共 析析 鋼：鋼： wc =0.77%過(guò)共析鋼：過(guò)共析鋼： 0.77%wc2.11%1.1 碳鋼概論碳鋼概論Chapter 1 金屬材料的合金化原理金屬材料的合金化原理 （2）按鋼中碳含量的多少，）按鋼中碳含量的多少，碳鋼通?？煞譃樘间撏ǔ？煞譃榈吞间摚旱吞间摚?wc 0.25%中碳鋼：中碳鋼：0.25%wc0.6%高碳鋼：高碳鋼： wc0.6% 2按鋼的質(zhì)量（品質(zhì)），碳鋼可分為按鋼的質(zhì)量（品質(zhì)），碳鋼可分為 （1）普通碳素鋼：）普通碳素鋼：wS0.05%，wP0.045%。 （2）優(yōu)質(zhì)碳素鋼：）優(yōu)質(zhì)碳素鋼：wS0.035%， wP0.035%。 （3）高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素鋼：）高級(jí)

9、優(yōu)質(zhì)碳素鋼：wS0.02%， wP0.03%。 （4）特級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素鋼：）特級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素鋼：wS0.015%， wP0.025%。 1.1 碳鋼概論碳鋼概論二、碳鋼的分類(lèi)（二、碳鋼的分類(lèi)（2）Chapter 1 金屬材料的合金化原理金屬材料的合金化原理 3按鋼的用途分類(lèi)，碳鋼可分為按鋼的用途分類(lèi)，碳鋼可分為 （1）碳素結(jié)構(gòu)鋼：）碳素結(jié)構(gòu)鋼：主要用于各種工程構(gòu)件，主要用于各種工程構(gòu)件，如橋梁、船舶、建筑構(gòu)件等。也可用于不太如橋梁、船舶、建筑構(gòu)件等。也可用于不太重要的機(jī)件。重要的機(jī)件。 （2）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：主要用于制造各種機(jī)主要用于制造各種機(jī)器零件，如軸、齒輪、彈簧、連桿等。器零件

10、，如軸、齒輪、彈簧、連桿等。 （3）碳素工具鋼：）碳素工具鋼：主要用于制造各種工具，主要用于制造各種工具，如刃具、模具、量具等。如刃具、模具、量具等。 （4）一般工程用鑄造碳素鋼：）一般工程用鑄造碳素鋼：主要用于制造主要用于制造形狀復(fù)雜且需一定強(qiáng)度、塑性和韌性零件。形狀復(fù)雜且需一定強(qiáng)度、塑性和韌性零件。1.1 碳鋼概論碳鋼概論二、碳鋼的分類(lèi)（二、碳鋼的分類(lèi)（3）Chapter 1 金屬材料的合金化原理金屬材料的合金化原理 4按鋼冶煉時(shí)的脫氧程度分類(lèi)，可分為按鋼冶煉時(shí)的脫氧程度分類(lèi)，可分為 （1）沸騰鋼：）沸騰鋼：是指脫氧不徹底的鋼，代號(hào)是指脫氧不徹底的鋼，代號(hào)為為F。 （2）鎮(zhèn)靜鋼：鎮(zhèn)靜鋼：是

11、指脫氧徹底的鋼，代號(hào)為是指脫氧徹底的鋼，代號(hào)為Z。 （3）半鎮(zhèn)靜鋼：半鎮(zhèn)靜鋼：是指脫氧程度介于沸騰鋼是指脫氧程度介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間，代號(hào)為和鎮(zhèn)靜鋼之間，代號(hào)為b。 （4）特殊鎮(zhèn)靜鋼：特殊鎮(zhèn)靜鋼：是指進(jìn)行特殊脫氧的鋼，是指進(jìn)行特殊脫氧的鋼，代號(hào)為代號(hào)為T(mén)Z。 1.1 碳鋼概論碳鋼概論二、碳鋼的分類(lèi)（二、碳鋼的分類(lèi)（4）Chapter 1 金屬材料的合金化原理金屬材料的合金化原理 1-普通碳素結(jié)構(gòu)鋼普通碳素結(jié)構(gòu)鋼（1）主要用于一般工程結(jié)構(gòu)和普通零件）主要用于一般工程結(jié)構(gòu)和普通零件，它通，它通常軋制成鋼板、鋼帶、鋼管、盤(pán)條、型鋼、棒常軋制成鋼板、鋼帶、鋼管、盤(pán)條、型鋼、棒鋼或各種型材（圓鋼、方鋼

12、、工字鋼、鋼筋鋼或各種型材（圓鋼、方鋼、工字鋼、鋼筋等），可供焊接、鉚接、栓接等結(jié)構(gòu)件使用。等），可供焊接、鉚接、栓接等結(jié)構(gòu)件使用。應(yīng)用量很大（鋼總產(chǎn)量的應(yīng)用量很大（鋼總產(chǎn)量的70%以上）。以上）。（2）熱軋后空冷）熱軋后空冷是這類(lèi)鋼通常的是這類(lèi)鋼通常的供貨狀態(tài)供貨狀態(tài)。用。用戶一般不需要再進(jìn)行熱處理而是直接使用。戶一般不需要再進(jìn)行熱處理而是直接使用。wC =0.06%0.38%，當(dāng)質(zhì)量等級(jí)為，當(dāng)質(zhì)量等級(jí)為“A”、“B”時(shí)，時(shí)，在保證力學(xué)性能的要求下，化學(xué)成分可根據(jù)需在保證力學(xué)性能的要求下，化學(xué)成分可根據(jù)需方要求作適當(dāng)調(diào)整。方要求作適當(dāng)調(diào)整。三、碳鋼的用途（三、碳鋼的用途（1-普通碳素結(jié)構(gòu)鋼普

13、通碳素結(jié)構(gòu)鋼 ）1.1 碳鋼概論碳鋼概論Chapter 1 金屬材料的合金化原理金屬材料的合金化原理 （3）普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)表示方法）普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)表示方法牌號(hào)表示方法牌號(hào)表示方法是由代表屈服點(diǎn)的字母（是由代表屈服點(diǎn)的字母（Q）、）、屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)（屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)（A、B、C、D）及脫氧方法符號(hào)（及脫氧方法符號(hào)（F、b、Z、TZ）等四個(gè)部等四個(gè)部分按順序組成。分按順序組成。標(biāo)志符號(hào)標(biāo)志符號(hào)Q來(lái)源于屈服點(diǎn)的漢語(yǔ)拼音字頭來(lái)源于屈服點(diǎn)的漢語(yǔ)拼音字頭Q；屈服點(diǎn)數(shù)值屈服點(diǎn)數(shù)值共分共分195、215、235、255、275五個(gè)強(qiáng)度等級(jí)；五個(gè)強(qiáng)度等級(jí)；1.1 碳鋼概論碳鋼概論三

14、、碳鋼的用途（三、碳鋼的用途（1-普通碳素結(jié)構(gòu)鋼普通碳素結(jié)構(gòu)鋼 ）Chapter 1 金屬材料的合金化原理金屬材料的合金化原理 等級(jí)符號(hào)等級(jí)符號(hào)是指這類(lèi)鋼所獨(dú)用的質(zhì)量等級(jí)符號(hào)，是指這類(lèi)鋼所獨(dú)用的質(zhì)量等級(jí)符號(hào)，也按也按S、P雜質(zhì)多少來(lái)分，以雜質(zhì)多少來(lái)分，以A、B、C、D四個(gè)四個(gè)符號(hào)代表四個(gè)等級(jí)，其中：符號(hào)代表四個(gè)等級(jí)，其中：l A級(jí)級(jí)wS0.05%, wP0.045%，l B級(jí)級(jí)wS0.045%, wP0.045%，l C級(jí)級(jí)wS0.04%, wP0.04%，l D級(jí)級(jí)wS0.035%, wP0.035%。 其中質(zhì)量等級(jí)最高的是其中質(zhì)量等級(jí)最高的是D級(jí)，達(dá)到了碳素結(jié)構(gòu)鋼的優(yōu)質(zhì)級(jí)，級(jí)，達(dá)到了碳素結(jié)

15、構(gòu)鋼的優(yōu)質(zhì)級(jí)，A、B、C三個(gè)等級(jí)均屬于普通級(jí)范圍。三個(gè)等級(jí)均屬于普通級(jí)范圍。脫氧方法符號(hào)脫氧方法符號(hào)在鎮(zhèn)靜鋼和特殊鎮(zhèn)靜鋼的牌號(hào)在鎮(zhèn)靜鋼和特殊鎮(zhèn)靜鋼的牌號(hào)中可省略。中可省略。 1.1 碳鋼概論碳鋼概論三、碳鋼的用途（三、碳鋼的用途（1-普通碳素結(jié)構(gòu)鋼普通碳素結(jié)構(gòu)鋼 ）Chapter 1 金屬材料的合金化原理金屬材料的合金化原理 1.1 碳鋼概論碳鋼概論三、碳鋼的用途（三、碳鋼的用途（1-普通碳素結(jié)構(gòu)鋼普通碳素結(jié)構(gòu)鋼 ）（4）典型牌號(hào)、性能與用途（表典型牌號(hào)、性能與用途（表1-1）Q195、Q215鋼含碳量很低，強(qiáng)度不高，但具有良鋼含碳量很低，強(qiáng)度不高，但具有良好的塑性、韌性和焊接性能，常用作鐵釘

16、、鐵絲、好的塑性、韌性和焊接性能，常用作鐵釘、鐵絲、鋼窗及各種薄板等強(qiáng)度要求不高的工件。鋼窗及各種薄板等強(qiáng)度要求不高的工件。Q235A、Q255A用于農(nóng)機(jī)具中的拉桿、小軸、鏈用于農(nóng)機(jī)具中的拉桿、小軸、鏈等。也用于建筑鋼筋、鋼板、型鋼等；等。也用于建筑鋼筋、鋼板、型鋼等；Q235B、Q255B用作建筑工程中質(zhì)量要求較高的焊接結(jié)構(gòu)件，用作建筑工程中質(zhì)量要求較高的焊接結(jié)構(gòu)件，機(jī)械中一般的轉(zhuǎn)動(dòng)軸、吊鉤、自行車(chē)架等；機(jī)械中一般的轉(zhuǎn)動(dòng)軸、吊鉤、自行車(chē)架等；Q235C、Q235D質(zhì)量較好，可作一些重要的焊接結(jié)構(gòu)件及機(jī)質(zhì)量較好，可作一些重要的焊接結(jié)構(gòu)件及機(jī)件。件。Q255、Q275鋼強(qiáng)度較高，其中鋼強(qiáng)度較高，

17、其中Q275屬于中碳鋼，屬于中碳鋼，可用作制造摩擦離合器、剎車(chē)鋼帶等?？捎米髦圃炷Σ岭x合器、剎車(chē)鋼帶等。Chapter 1 金屬材料的合金化原理金屬材料的合金化原理 2-優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（1）用于較為重要的機(jī)件）用于較為重要的機(jī)件，可以通過(guò)各種熱處理調(diào)整零，可以通過(guò)各種熱處理調(diào)整零件的力學(xué)性能。件的力學(xué)性能。（2）供貨狀態(tài)）供貨狀態(tài)可以是熱軋后空冷，也可以是退火、正火可以是熱軋后空冷，也可以是退火、正火等狀態(tài)，一般隨用戶需要而定。等狀態(tài)，一般隨用戶需要而定。（3）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)一般用兩位數(shù)字表示。這兩一般用兩位數(shù)字表示。這兩位數(shù)字表示鋼中平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

18、的萬(wàn)倍。這類(lèi)鋼中位數(shù)字表示鋼中平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬(wàn)倍。這類(lèi)鋼中硫、磷等有害雜質(zhì)含量相對(duì)較低，夾雜物也較少，化硫、磷等有害雜質(zhì)含量相對(duì)較低，夾雜物也較少，化學(xué)成分控制較嚴(yán)格，質(zhì)量比普通碳素結(jié)構(gòu)鋼好。學(xué)成分控制較嚴(yán)格，質(zhì)量比普通碳素結(jié)構(gòu)鋼好。1.1 碳鋼概論碳鋼概論三、碳鋼的用途（三、碳鋼的用途（2-優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼）Chapter 1 金屬材料的合金化原理金屬材料的合金化原理 1.1 碳鋼概論碳鋼概論三、碳鋼的用途（三、碳鋼的用途（2-優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼中有三個(gè)鋼號(hào)是沸騰鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼中有三個(gè)鋼號(hào)是沸騰鋼，它，它們是們是08F、10F、15F。半鎮(zhèn)靜鋼標(biāo)半

19、鎮(zhèn)靜鋼標(biāo)“b”，鎮(zhèn)靜鎮(zhèn)靜鋼一般不標(biāo)符號(hào)。鋼一般不標(biāo)符號(hào)。高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼在牌號(hào)后加符號(hào)在牌號(hào)后加符號(hào)“A”，特級(jí)碳素結(jié)構(gòu)鋼加符號(hào)特級(jí)碳素結(jié)構(gòu)鋼加符號(hào)“E”。專(zhuān)用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼專(zhuān)用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼還要在牌號(hào)的頭部（或還要在牌號(hào)的頭部（或尾部）加上代表產(chǎn)品用途的符號(hào)，例如平均碳尾部）加上代表產(chǎn)品用途的符號(hào)，例如平均碳含量為含量為0.2%的鍋爐用鋼，其牌號(hào)表示為的鍋爐用鋼，其牌號(hào)表示為“20g”等。等。Chapter 1 金屬材料的合金化原理金屬材料的合金化原理 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼按含錳量的不同，分優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼按含錳量的不同，分為普通含錳量和較高含錳量?jī)山M。為普通含錳量和較高含錳量?jī)?/p>

20、組。含含錳量較高的一組在其數(shù)字的尾部加錳量較高的一組在其數(shù)字的尾部加“Mn”，如如15Mn 、45Mn等。等。注意：注意：這類(lèi)鋼仍屬于優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，這類(lèi)鋼仍屬于優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，不要和低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼混淆。不要和低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼混淆。三、碳鋼的用途（三、碳鋼的用途（2-優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼）1.1 碳鋼概論碳鋼概論Chapter 1 金屬材料的合金化原理金屬材料的合金化原理 1.1 碳鋼概論碳鋼概論（4）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼共有）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼共有31個(gè)鋼號(hào)（表個(gè)鋼號(hào)（表1-2）。）。08F鋼鋼的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低、塑性好，強(qiáng)度較低。的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低、塑性好，強(qiáng)度較低。可用于各種冷變形加工成

21、型件?？捎糜诟鞣N冷變形加工成型件。1025等鋼的焊接和冷沖壓性很好，可用來(lái)制等鋼的焊接和冷沖壓性很好，可用來(lái)制造標(biāo)準(zhǔn)件、軸套、容器等。也可以經(jīng)熱處理制造標(biāo)準(zhǔn)件、軸套、容器等。也可以經(jīng)熱處理制造表面硬度高、心部有較高的強(qiáng)度和韌性的耐造表面硬度高、心部有較高的強(qiáng)度和韌性的耐磨損、耐沖擊的零件。如齒輪、凸輪、銷(xiāo)軸、磨損、耐沖擊的零件。如齒輪、凸輪、銷(xiāo)軸、摩擦片、水泥釘?shù)?。摩擦片、水泥釘?shù)?。三、碳鋼的用途（三、碳鋼的用途?-優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼）Chapter 1 金屬材料的合金化原理金屬材料的合金化原理 1.1 碳鋼概論碳鋼概論三、碳鋼的用途（三、碳鋼的用途（2-優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)

22、鋼）45等的中碳鋼通過(guò)適當(dāng)熱處理可獲得良好的等的中碳鋼通過(guò)適當(dāng)熱處理可獲得良好的綜合力學(xué)性能的機(jī)件及表面耐磨、心部韌性好綜合力學(xué)性能的機(jī)件及表面耐磨、心部韌性好的零件。如傳動(dòng)軸、發(fā)動(dòng)機(jī)連桿、機(jī)床齒輪等。的零件。如傳動(dòng)軸、發(fā)動(dòng)機(jī)連桿、機(jī)床齒輪等。高碳碳素結(jié)構(gòu)鋼高碳碳素結(jié)構(gòu)鋼經(jīng)適當(dāng)熱處理后可獲得高的經(jīng)適當(dāng)熱處理后可獲得高的e和屈強(qiáng)比以及足夠的韌性和耐磨性?？芍圃旌颓鼜?qiáng)比以及足夠的韌性和耐磨性。可制造小線徑的彈簧、重鋼軌、軋輥、鐵鍬、鋼絲繩小線徑的彈簧、重鋼軌、軋輥、鐵鍬、鋼絲繩等。等。Chapter 1 金屬材料的合金化原理金屬材料的合金化原理 3-碳素工具鋼碳素工具鋼（1）主要用于）主要用于制作

23、各種小型工具。可進(jìn)行淬火、制作各種小型工具?？蛇M(jìn)行淬火、低溫回火處理獲得高的硬度和高耐磨性。可分低溫回火處理獲得高的硬度和高耐磨性?？煞譃閮?yōu)質(zhì)碳素工具鋼（簡(jiǎn)稱碳素工具鋼，其為優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼（簡(jiǎn)稱碳素工具鋼，其wS0.03%，wP0.035%）和高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具和高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼（鋼（wS0.02%，wP0.03%）兩類(lèi)。兩類(lèi)。（2）牌號(hào)）牌號(hào)一般用標(biāo)志性符號(hào)一般用標(biāo)志性符號(hào)“T”（碳字的漢語(yǔ)碳字的漢語(yǔ)拼音字頭拼音字頭）加上碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千倍表示。如加上碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千倍表示。如T10，T12等。一般優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼不加質(zhì)量等。一般優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼不加質(zhì)量等級(jí)符號(hào)，而高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼則在其數(shù)字等

24、級(jí)符號(hào)，而高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼則在其數(shù)字后面再加上后面再加上“A”字，如字，如T8A，T12等。等。1.1 碳鋼概論碳鋼概論三、碳鋼的用途（三、碳鋼的用途（3-碳素工具鋼碳素工具鋼）Chapter 1 金屬材料的合金化原理金屬材料的合金化原理 1.1 碳鋼概論碳鋼概論三、碳鋼的用途（三、碳鋼的用途（3-碳素工具鋼碳素工具鋼）（3）含錳碳素工具鋼中錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可擴(kuò)）含錳碳素工具鋼中錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可擴(kuò)大到大到0.6%，這時(shí)，在牌號(hào)的尾部標(biāo)以，這時(shí)，在牌號(hào)的尾部標(biāo)以Mn，如如T8Mn，T8MnA。（4）典型的碳素工具鋼（表典型的碳素工具鋼（表1-3）T7、T8適合于制造承受一定沖擊而要求適合于制造承受一

25、定沖擊而要求韌性較高的刃具，如木工用斧、鉗工用鑿韌性較高的刃具，如木工用斧、鉗工用鑿子等，淬火、低溫回火后的硬度為子等，淬火、低溫回火后的硬度為4854HRC（工作部分）；工作部分）；Chapter 1 金屬材料的合金化原理金屬材料的合金化原理 T9、T10、T11鋼用于制造沖擊較小而要求鋼用于制造沖擊較小而要求高硬度與耐磨的刃具，如小鉆頭、絲錐、手鋸高硬度與耐磨的刃具，如小鉆頭、絲錐、手鋸條等，淬火、低溫回火后的硬度為條等，淬火、低溫回火后的硬度為6062HRC，T10A鋼還可用于制造一些形狀簡(jiǎn)單、工作負(fù)鋼還可用于制造一些形狀簡(jiǎn)單、工作負(fù)荷不大的冷作模具、量具；荷不大的冷作模具、量具；T12

26、、T13鋼硬度及耐磨性最高，但韌性最鋼硬度及耐磨性最高，但韌性最差，用于制造不承受沖擊的刃具，如銼刀、鏟差，用于制造不承受沖擊的刃具，如銼刀、鏟刮刀等，淬火、低溫回火后的硬度為刮刀等，淬火、低溫回火后的硬度為6265 HRC。 T12A也可用于制造量具。也可用于制造量具。T7T12、T7AT12A還可用于形狀簡(jiǎn)單的塑還可用于形狀簡(jiǎn)單的塑料模具。料模具。三、碳鋼的用途（三、碳鋼的用途（3-碳素工具鋼碳素工具鋼）1.1 碳鋼概論碳鋼概論Chapter 1 金屬材料的合金化原理金屬材料的合金化原理 （1）主要用于）主要用于鑄鐵保證不了其塑性，且形狀復(fù)鑄鐵保證不了其塑性，且形狀復(fù)雜，不便于用鍛壓制成的

27、毛坯零件。其碳含雜，不便于用鍛壓制成的毛坯零件。其碳含量一般小于量一般小于0.65%。（2）牌號(hào)）牌號(hào)用標(biāo)志性符號(hào)用標(biāo)志性符號(hào)“ZG”（鑄鋼這兩個(gè)字鑄鋼這兩個(gè)字的漢語(yǔ)拼音字頭的漢語(yǔ)拼音字頭）加上最低屈服點(diǎn)值加上最低屈服點(diǎn)值-最低抗最低抗拉強(qiáng)度值表示。如拉強(qiáng)度值表示。如ZG340-640表示其屈服強(qiáng)度表示其屈服強(qiáng)度不小于不小于340MPa，抗拉強(qiáng)度不低于抗拉強(qiáng)度不低于640MPa的的鑄鋼。鑄鋼。（3）典型的碳素鑄鋼（表）典型的碳素鑄鋼（表1-4）1.1 碳鋼概論碳鋼概論三、碳鋼的用途（三、碳鋼的用途（4-一般工程用鑄造碳素鋼一般工程用鑄造碳素鋼）Chapter 1 金屬材料的合金化原理金屬材料的

28、合金化原理 （4）其他類(lèi)型的鑄鋼件還有：）其他類(lèi)型的鑄鋼件還有：焊接結(jié)構(gòu)用碳素鑄鋼件焊接結(jié)構(gòu)用碳素鑄鋼件（GB/T7659-1987），），如如ZG230-450H；低合金鑄鋼件低合金鑄鋼件（GB/T14408-1993），），如如ZGD535-720；耐熱鑄鋼件耐熱鑄鋼件（GB/T8492-1987），），如如ZG40Cr30Ni20；不銹耐酸鋼鑄件不銹耐酸鋼鑄件（GB2100-1980），），如如ZG1Cr18Ni9Ti；中、高強(qiáng)度不銹鋼鑄件中、高強(qiáng)度不銹鋼鑄件（GB6967-1986），），如如ZG10Cr13Ni1Mo等。等。 三、碳鋼的用途（三、碳鋼的用途（4-一般工程用鑄造碳素鋼一

29、般工程用鑄造碳素鋼）1.1 碳鋼概論碳鋼概論Chapter 1 金屬材料的合金化原理金屬材料的合金化原理 1形成鐵基固溶體形成鐵基固溶體 （1）形成鐵基置換固溶體形成鐵基置換固溶體（Hume-Rothery定律）定律）Ni、Co、Mn、Cr、V等元素可與等元素可與Fe形成無(wú)限固溶體。形成無(wú)限固溶體。其中其中Ni、Co和和Mn形成以形成以-Fe為基的無(wú)限固溶體，為基的無(wú)限固溶體，Cr和和V形成以形成以-Fe為基的無(wú)限固溶體。為基的無(wú)限固溶體。Mo和和W只能形成較寬溶解度的有限固溶體。如只能形成較寬溶解度的有限固溶體。如-Fe(Mo)和和-Fe(W)等。等。Ti、Nb、Ta）只能形成具有較窄溶解度

30、的有限固溶只能形成具有較窄溶解度的有限固溶體；體；Zr、Hf、Pb在在Fe具有很小的溶解度。具有很小的溶解度。 1.2 鋼的合金化原理鋼的合金化原理1.2 鋼的合金化原理鋼的合金化原理一、合金元素的存在形式（一、合金元素的存在形式（1 -形成鐵基固溶體形成鐵基固溶體 ）Chapter 1 金屬材料的合金化原理金屬材料的合金化原理 （2）形成鐵基間隙固溶體形成鐵基間隙固溶體（Hgg定則）定則）對(duì)對(duì)-Fe，間隙原子優(yōu)先占據(jù)的位置是八面體間隙原子優(yōu)先占據(jù)的位置是八面體間隙。間隙。 對(duì)對(duì)-Fe，間隙原子優(yōu)先占據(jù)的位置是八面體間隙原子優(yōu)先占據(jù)的位置是八面體或四面體間隙。或四面體間隙。間隙原子的溶解度隨間

31、隙原子尺寸的減小而間隙原子的溶解度隨間隙原子尺寸的減小而增加，即按增加，即按B、C、N、O、H的順序而增加。的順序而增加。1.2 鋼的合金化原理鋼的合金化原理一、合金元素的存在形式（一、合金元素的存在形式（1 -形成鐵基固溶體形成鐵基固溶體 ） Chapter 1 金屬材料的合金化原理金屬材料的合金化原理 2形成合金滲碳體形成合金滲碳體（與氮化物）（與氮化物） （1）合金滲碳體（碳化物）合金滲碳體（碳化物） 、氮化物和碳、氮、氮化物和碳、氮化物間隙化合物相，是鋼中的基本強(qiáng)化相?；镩g隙化合物相，是鋼中的基本強(qiáng)化相。（2）過(guò)渡族金屬與碳、氮的親和力、碳化物和）過(guò)渡族金屬與碳、氮的親和力、碳化物和

32、氮化物的強(qiáng)度（或穩(wěn)定性）按下列規(guī)律遞減：氮化物的強(qiáng)度（或穩(wěn)定性）按下列規(guī)律遞減：Hf、Zr、Ti、Ta、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe1.2 鋼的合金化原理鋼的合金化原理一、合金元素的存在形式（一、合金元素的存在形式（2 -形成合金滲碳體形成合金滲碳體） Chapter 1 金屬材料的合金化原理金屬材料的合金化原理 其中其中 、族金屬的碳化物與氮化物具有族金屬的碳化物與氮化物具有簡(jiǎn)單的簡(jiǎn)單的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，如，如TiC、VC、TiN、TaC等；等； 、金屬的碳化物與氮化物具有金屬的碳化物與氮化物具有復(fù)雜復(fù)雜的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，如，如Cr7C3、Cr23C6、W2C、Mo2C、(W、M

33、o、Fe)6C等。等。（3）在鋼中，鐵的碳化物與合金碳化物相比，）在鋼中，鐵的碳化物與合金碳化物相比，是最不穩(wěn)定的。滲碳體中是最不穩(wěn)定的。滲碳體中Fe的原子可以被若的原子可以被若干合金元素的原子所取代。如干合金元素的原子所取代。如(Fe,Mn)3C、(Fe,Cr)23C等。等。 一、合金元素的存在形式（一、合金元素的存在形式（2 -形成合金滲碳體形成合金滲碳體） Chapter 1 金屬材料的合金化原理金屬材料的合金化原理 3形成金屬間化合物形成金屬間化合物（1）金屬化合物的類(lèi)型通常分為正常價(jià)化合物、）金屬化合物的類(lèi)型通常分為正常價(jià)化合物、電子化合物及間隙化合物三類(lèi)。金屬間化合電子化合物及間隙

34、化合物三類(lèi)。金屬間化合物通常僅指電子化合物。物通常僅指電子化合物。（2）在奧氏體不銹鋼、馬氏體時(shí)效鋼及許多高）在奧氏體不銹鋼、馬氏體時(shí)效鋼及許多高溫合金中較為重要的金屬間化合物是溫合金中較為重要的金屬間化合物是(Cr46Fe54)、(TiFe2)、(Cr21Mo17Fe62)、 (Co7Mo6)、 P(Cr18Ni40Mo42)、R(Cr18Co51Mo31)、 Ni3(Al,Ti)、Ni3(Al,Nb)、(TiAl3)、(TiAl)、 NiAl、NiTi、FeAl、2(Ti3Al)等。等。 1.2 鋼的合金化原理鋼的合金化原理一、合金元素的存在形式（一、合金元素的存在形式（3 -形成金屬間化

35、合物形成金屬間化合物） Chapter 1 金屬材料的合金化原理金屬材料的合金化原理 4形成非金屬相（非碳化合物）及非晶體相形成非金屬相（非碳化合物）及非晶體相（1）鋼中的非金屬相有：）鋼中的非金屬相有：FeO、MnO、TiO2、SiO2、Al2O3、Cr2O3、MgOAl2O3、MnOAl2O3、MnS、FeS、2MnOSiO2、CaOSiO2等。非金屬等。非金屬夾雜物一般都是有害的。夾雜物一般都是有害的。（2）AlN和一些稀土氧化物彌散質(zhì)點(diǎn)可用來(lái)強(qiáng)化和一些稀土氧化物彌散質(zhì)點(diǎn)可用來(lái)強(qiáng)化鋼或其它有色金屬合金。鋼或其它有色金屬合金。（3）在特殊條件下（如快速冷卻凝固），可使某）在特殊條件下（如快

36、速冷卻凝固），可使某些金屬或合金形成非晶體相結(jié)構(gòu)。鋼中非晶體相些金屬或合金形成非晶體相結(jié)構(gòu)。鋼中非晶體相的作用目前仍缺乏較詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)和理論依據(jù)。的作用目前仍缺乏較詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)和理論依據(jù)。 1.2 鋼的合金化原理鋼的合金化原理一、合金元素的存在形式（一、合金元素的存在形式（4 -形成非金屬相形成非金屬相） Chapter 1 金屬材料的合金化原理金屬材料的合金化原理 二、合金元素與鐵和碳的相互作用二、合金元素與鐵和碳的相互作用及其對(duì)及其對(duì)層錯(cuò)能的影響（層錯(cuò)能的影響（1 -合金元素與鐵的相互作用合金元素與鐵的相互作用）1合金元素與鐵的相互作用合金元素與鐵的相互作用（1）相穩(wěn)定化元素相穩(wěn)定化元素 相穩(wěn)

37、定化元素使相穩(wěn)定化元素使A3降低，降低，A4升高，在較升高，在較寬的成分范圍內(nèi)，促使奧氏體形成，即擴(kuò)大了寬的成分范圍內(nèi)，促使奧氏體形成，即擴(kuò)大了相區(qū)。根據(jù)相區(qū)。根據(jù)Fe-Me相圖的不同相圖的不同，可分為：可分為：開(kāi)啟開(kāi)啟相區(qū)相區(qū)(無(wú)限擴(kuò)大無(wú)限擴(kuò)大相區(qū)相區(qū))（圖圖1-1） 這類(lèi)合金元素主要有這類(lèi)合金元素主要有Mn、Ni、Co等。如果加入足夠量的等。如果加入足夠量的Ni或或Mn，可完全使體心立方的可完全使體心立方的相從相圖上消失，相從相圖上消失，相保持到室相保持到室溫（即溫（即A1點(diǎn)降低），故而由點(diǎn)降低），故而由相區(qū)淬火到室溫較易獲得亞穩(wěn)相區(qū)淬火到室溫較易獲得亞穩(wěn)的奧氏體組織，它們是不銹鋼中常用作

38、獲得奧氏體的元素。的奧氏體組織，它們是不銹鋼中常用作獲得奧氏體的元素。1.2 鋼的合金化原理鋼的合金化原理Chapter 1 金屬材料的合金化原理金屬材料的合金化原理 圖圖1-1 擴(kuò)大擴(kuò)大相區(qū)并與相區(qū)并與-Fe無(wú)限互溶的無(wú)限互溶的Fe-Me相圖相圖(a)及及Fe-Ni相圖相圖(b)Chapter 1 金屬材料的合金化原理金屬材料的合金化原理 1.2 鋼的合金化原理鋼的合金化原理擴(kuò)展擴(kuò)展相區(qū)相區(qū)(有限擴(kuò)大有限擴(kuò)大相區(qū)相區(qū))（圖圖1-2） 雖然雖然相區(qū)也隨合金元素的加入而擴(kuò)大，但由于合金元素相區(qū)也隨合金元素的加入而擴(kuò)大，但由于合金元素與與-Fe和和-Fe均形成有限固溶體，并且也使均形成有限固溶體，

39、并且也使A3（GS線）線）降低，降低，A4（JN線）升高，但最終不能使線）升高，但最終不能使相區(qū)完全開(kāi)啟。相區(qū)完全開(kāi)啟。 這類(lèi)合金元素主要有這類(lèi)合金元素主要有C、N、Cu、Zn、Au等。等。相區(qū)借相區(qū)借助助C及及N而擴(kuò)展，當(dāng)而擴(kuò)展，當(dāng)C含量在含量在02.11%（重量）范圍內(nèi)，（重量）范圍內(nèi)，均可以獲得均勻化的固溶體（奧氏體），這構(gòu)成了鋼的均可以獲得均勻化的固溶體（奧氏體），這構(gòu)成了鋼的整個(gè)熱處理的基礎(chǔ)整個(gè)熱處理的基礎(chǔ)。 1.2 鋼的合金化原理鋼的合金化原理二、合金元素與鐵和碳的相互作用二、合金元素與鐵和碳的相互作用及其對(duì)及其對(duì)層錯(cuò)能的影響（層錯(cuò)能的影響（1 -合金元素與鐵的相互作用合金元素與鐵

40、的相互作用）Chapter 1 金屬材料的合金化原理金屬材料的合金化原理 圖圖1-2 擴(kuò)大擴(kuò)大相區(qū)并與相區(qū)并與-Fe有限互溶的有限互溶的Fe-Me相圖相圖(a)及及Fe-C相圖相圖(b)Chapter 1 金屬材料的合金化原理金屬材料的合金化原理 1.2 鋼的合金化原理鋼的合金化原理（2）相穩(wěn)定化元素相穩(wěn)定化元素 合金元素使合金元素使A4降低，降低，A3升升高高，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-Me相圖的不同，可分相圖的不同，可分為：為：封閉封閉相區(qū)相區(qū)(無(wú)限擴(kuò)大無(wú)限擴(kuò)大相區(qū)相區(qū))（圖（圖1-3）當(dāng)合金元素達(dá)到某

41、一含量時(shí)，當(dāng)合金元素達(dá)到某一含量時(shí)，A3與與A4重合，其重合，其結(jié)果使結(jié)果使相與相與相區(qū)連成一片。當(dāng)合金元素超過(guò)相區(qū)連成一片。當(dāng)合金元素超過(guò)一定含量時(shí)，合金不再有一定含量時(shí)，合金不再有-相變，與相變，與-Fe形成形成無(wú)限固溶體（這類(lèi)合金不能用正常的熱處理制無(wú)限固溶體（這類(lèi)合金不能用正常的熱處理制度）。度）。1.2 鋼的合金化原理鋼的合金化原理二、合金元素與鐵和碳的相互作用二、合金元素與鐵和碳的相互作用及其對(duì)及其對(duì)層錯(cuò)能的影響（層錯(cuò)能的影響（1 -合金元素與鐵的相互作用合金元素與鐵的相互作用）Chapter 1 金屬材料的合金化原理金屬材料的合金化原理 圖圖1-3 封閉封閉相區(qū)并與相區(qū)并與-Fe

42、無(wú)限互溶的無(wú)限互溶的Fe-Me相圖相圖(a)及及Fe-Cr相圖相圖(b)Chapter 1 金屬材料的合金化原理金屬材料的合金化原理 1.2 鋼的合金化原理鋼的合金化原理這類(lèi)合金元素有：這類(lèi)合金元素有：Si、Al 和強(qiáng)碳化物形成元和強(qiáng)碳化物形成元素素Cr、W、Mo、V、Ti及及P、Be等。但應(yīng)該指等。但應(yīng)該指出，含出，含Cr量小于量小于7%時(shí)，時(shí)，A3下降；含下降；含Cr量大于量大于7%時(shí)，時(shí)，A3才上升。才上升?？s小縮小相區(qū)相區(qū)(但不能使但不能使相區(qū)封閉相區(qū)封閉)（圖（圖1-4）合金元素使合金元素使A3升高，升高，A4下降，使下降，使相區(qū)縮小相區(qū)縮小但不能使其完全封閉。但不能使其完全封閉。這

43、類(lèi)合金元素有：這類(lèi)合金元素有：B、Nb、Zr、Ta等。等。 二、合金元素與鐵和碳的相互作用二、合金元素與鐵和碳的相互作用及其對(duì)及其對(duì)層錯(cuò)能的影響（層錯(cuò)能的影響（1 -合金元素與鐵的相互作用合金元素與鐵的相互作用）Chapter 1 金屬材料的合金化原理金屬材料的合金化原理 1.2 鋼的合金化原理鋼的合金化原理圖圖1-4 縮小縮小相區(qū)的相區(qū)的Fe-Me相圖相圖(a)及及Fe-Nb相圖相圖(b)1.2 鋼的合金化原理鋼的合金化原理Chapter 1 金屬材料的合金化原理金屬材料的合金化原理 1.2 鋼的合金化原理鋼的合金化原理二、合金元素與鐵和碳的相互作用二、合金元素與鐵和碳的相互作用及其對(duì)及其對(duì)

44、層錯(cuò)能的影響（層錯(cuò)能的影響（1 -合金元素與鐵的相互作用合金元素與鐵的相互作用）Chapter 1 金屬材料的合金化原理金屬材料的合金化原理 綜上所述，可將合金元素分為奧氏體形成元綜上所述，可將合金元素分為奧氏體形成元素和鐵素體的形成元素兩大類(lèi)對(duì)生產(chǎn)實(shí)際有素和鐵素體的形成元素兩大類(lèi)對(duì)生產(chǎn)實(shí)際有重要的指導(dǎo)意義。通過(guò)控制鋼中合金元素的重要的指導(dǎo)意義。通過(guò)控制鋼中合金元素的種類(lèi)和含量，使鋼在室溫下獲得單相組織。種類(lèi)和含量，使鋼在室溫下獲得單相組織。如發(fā)展奧氏體鋼時(shí)，需要往鋼中加入如發(fā)展奧氏體鋼時(shí)，需要往鋼中加入Ni、Mn、N等奧氏體形成元素；欲發(fā)展鐵素體鋼等奧氏體形成元素；欲發(fā)展鐵素體鋼時(shí)，需要往鋼

45、中加入大量的時(shí)，需要往鋼中加入大量的Cr、Si、Al、Mo、Ti等鐵素體形成元素等鐵素體形成元素。2合金元素與碳的相互作用合金元素與碳的相互作用（1）形成碳化物形成碳化物規(guī)律性規(guī)律性（按強(qiáng)弱分類(lèi)）（按強(qiáng)弱分類(lèi)）:l碳化物形成元素碳化物形成元素包括包括Fe、Mn、Cr、W、Mo、V、Nb、Ti、Zr等。碳化物是鋼中主要的強(qiáng)化相。等。碳化物是鋼中主要的強(qiáng)化相。碳化物形成元素均位于碳化物形成元素均位于Fe的左側(cè)。的左側(cè)。l非碳化物形成元素非碳化物形成元素包括包括Ni、Si、Co、Al、Cu、N、P、S等，與碳不能形成碳化物，但可固溶于等，與碳不能形成碳化物，但可固溶于Fe形成固溶體，或形成其它化合物

46、，如氮化物等。形成固溶體，或形成其它化合物，如氮化物等。非碳化物形成元素均處于周期表非碳化物形成元素均處于周期表Fe的右側(cè)。的右側(cè)。1.2 鋼的合金化原理鋼的合金化原理二、合金元素與鐵和碳的相互作用二、合金元素與鐵和碳的相互作用及其對(duì)及其對(duì)層錯(cuò)能的影響（層錯(cuò)能的影響（2 -合金元素與碳的相互作用合金元素與碳的相互作用）Chapter 1 金屬材料的合金化原理金屬材料的合金化原理 規(guī)律性規(guī)律性（按晶格類(lèi)型分類(lèi)）（按晶格類(lèi)型分類(lèi)）l當(dāng)當(dāng)rc/rMe 0.59時(shí)時(shí)，碳與合金元素形成一種復(fù)雜碳與合金元素形成一種復(fù)雜點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的碳化物。點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的碳化物。Cr、Mn、Fe屬于這類(lèi)元素，屬于這類(lèi)元素，它們形成

47、下列形式的碳化物：它們形成下列形式的碳化物：Cr23C6、Cr7C3、Fe3C。l當(dāng)當(dāng)rc/rMe 0.59時(shí)時(shí)，形成簡(jiǎn)單點(diǎn)陣的碳化物（間形成簡(jiǎn)單點(diǎn)陣的碳化物（間隙相）。隙相）。Mo、W、V、Ti、Nb、Ta、Zr均屬于均屬于此類(lèi)元素，它們形成的碳化物是：此類(lèi)元素，它們形成的碳化物是：MeX型（型（WC、VC、TiC、NbC、TaC、ZrC）和和Me2X型型（W2C、Mo2C、Ta2C）。）。1.2 鋼的合金化原理鋼的合金化原理二、合金元素與鐵和碳的相互作用二、合金元素與鐵和碳的相互作用及其對(duì)及其對(duì)層錯(cuò)能的影響（層錯(cuò)能的影響（2 -合金元素與碳的相互作用合金元素與碳的相互作用）Chapter

48、1 金屬材料的合金化原理金屬材料的合金化原理 碳化物的特性碳化物的特性 l硬度大、熔點(diǎn)高（可高達(dá)硬度大、熔點(diǎn)高（可高達(dá)3000），分解），分解溫度高（可達(dá)溫度高（可達(dá)1200）；）；l間隙相碳化物雖然含有間隙相碳化物雖然含有50% 60%的非金的非金屬原子，但仍具有明顯的金屬特性；屬原子，但仍具有明顯的金屬特性；l可以溶入各類(lèi)金屬原子，呈缺位溶入固溶可以溶入各類(lèi)金屬原子，呈缺位溶入固溶體形式，在合金鋼中常遇到這類(lèi)碳化物。體形式，在合金鋼中常遇到這類(lèi)碳化物。如：如：Fe3W3C、Fe4W2C、Fe3Mo3C等。等。 二、合金元素與鐵和碳的相互作用二、合金元素與鐵和碳的相互作用及其對(duì)及其對(duì)層錯(cuò)能的

49、影響（層錯(cuò)能的影響（2 -合金元素與碳的相互作用合金元素與碳的相互作用）Chapter 1 金屬材料的合金化原理金屬材料的合金化原理 1.2 鋼的合金化原理鋼的合金化原理（2）Me對(duì)固溶體中碳活度及擴(kuò)散系數(shù)的影響對(duì)固溶體中碳活度及擴(kuò)散系數(shù)的影響合金元素對(duì)碳在固溶體中活度的影響合金元素對(duì)碳在固溶體中活度的影響主要表主要表現(xiàn)在存在于固溶體中的合金元素，會(huì)改變金現(xiàn)在存在于固溶體中的合金元素，會(huì)改變金屬原子與碳的結(jié)合力或結(jié)合強(qiáng)度。屬原子與碳的結(jié)合力或結(jié)合強(qiáng)度。l碳化物形成元素碳化物形成元素增加固溶體中碳與合金元素增加固溶體中碳與合金元素之間的結(jié)合力，降低其活度。之間的結(jié)合力，降低其活度。l非碳化物形成

50、元素非碳化物形成元素，相反將，相反將“推開(kāi)推開(kāi)”碳原子，碳原子，提高其活動(dòng)性，即增加碳的活度，同時(shí)將出提高其活動(dòng)性，即增加碳的活度，同時(shí)將出現(xiàn)碳從固溶體中析出的傾向。（現(xiàn)碳從固溶體中析出的傾向。（圖圖1-5） 1.2 鋼的合金化原理鋼的合金化原理二、合金元素與鐵和碳的相互作用二、合金元素與鐵和碳的相互作用及其對(duì)及其對(duì)層錯(cuò)能的影響（層錯(cuò)能的影響（2 -合金元素與碳的相互作用合金元素與碳的相互作用）Chapter 1 金屬材料的合金化原理金屬材料的合金化原理 在研究碳化物、氮化在研究碳化物、氮化物和碳、氮化合物在物和碳、氮化合物在奧氏體中的溶解和冷奧氏體中的溶解和冷卻時(shí)它們從固溶體中卻時(shí)它們從固溶

51、體中的析出，以及熱處理的析出，以及熱處理過(guò)程中元素在各相間過(guò)程中元素在各相間的再分配這些問(wèn)題時(shí)，的再分配這些問(wèn)題時(shí)，合金元素對(duì)碳在奧氏合金元素對(duì)碳在奧氏體中的活度具有很重體中的活度具有很重大的意義。大的意義。 圖圖1-5 合金元素的摩爾原子濃度對(duì)合金元素的摩爾原子濃度對(duì)1000時(shí)碳在奧氏體中的相對(duì)活度系數(shù)時(shí)碳在奧氏體中的相對(duì)活度系數(shù)Cf的影響的影響 Chapter 1 金屬材料的合金化原理金屬材料的合金化原理 1.2 鋼的合金化原理鋼的合金化原理Me對(duì)對(duì)C在在A中的擴(kuò)散激活能和擴(kuò)散系數(shù)的影響中的擴(kuò)散激活能和擴(kuò)散系數(shù)的影響主要表現(xiàn)在碳在主要表現(xiàn)在碳在A和和F中擴(kuò)散，中擴(kuò)散， Me本身在本身在A和

52、和F中的擴(kuò)散、中的擴(kuò)散、 Me對(duì)碳在對(duì)碳在A和和F中擴(kuò)散以及中擴(kuò)散以及Me對(duì)對(duì)鐵的自擴(kuò)散的影響等。（圖鐵的自擴(kuò)散的影響等。（圖1-6）l碳化物形成元素碳化物形成元素如如Cr、Mo和和W等降低等降低C的活的活度，即提高了度，即提高了C在在A中結(jié)合力，因而使擴(kuò)散激中結(jié)合力，因而使擴(kuò)散激活能升高擴(kuò)散系數(shù)下降?；钅苌邤U(kuò)散系數(shù)下降。l非碳化物形成元素非碳化物形成元素如如Ni、Co等提高等提高C的活度，的活度，即降低了即降低了C在在A中的結(jié)合力，因而使擴(kuò)散激活中的結(jié)合力，因而使擴(kuò)散激活能下降，擴(kuò)散系數(shù)升高。能下降，擴(kuò)散系數(shù)升高。1.2 鋼的合金化原理鋼的合金化原理二、合金元素與鐵和碳的相互作用二、合金元

53、素與鐵和碳的相互作用及其對(duì)及其對(duì)層錯(cuò)能的影響（層錯(cuò)能的影響（2 -合金元素與碳的相互作用合金元素與碳的相互作用）Chapter 1 金屬材料的合金化原理金屬材料的合金化原理 圖圖1-6 合金元素對(duì)合金元素對(duì)C在奧氏體中的擴(kuò)散激活能和擴(kuò)散系數(shù)的影響在奧氏體中的擴(kuò)散激活能和擴(kuò)散系數(shù)的影響 Chapter 1 金屬材料的合金化原理金屬材料的合金化原理 1.2 鋼的合金化原理鋼的合金化原理需要指出的是需要指出的是Si是個(gè)例外是個(gè)例外，它能升高擴(kuò)，它能升高擴(kuò)散激活能，降低擴(kuò)散系數(shù)，造成這個(gè)例散激活能，降低擴(kuò)散系數(shù)，造成這個(gè)例外的原因，則是由于外的原因，則是由于Si雖提高雖提高C的活度，的活度，但同時(shí)降低

54、了但同時(shí)降低了Fe原子的活動(dòng)性，即增加原子的活動(dòng)性，即增加了了Fe在固溶體中的結(jié)合能，因而得到與在固溶體中的結(jié)合能，因而得到與Ni、Co相反的結(jié)果。相反的結(jié)果。Chapter 1 金屬材料的合金化原理金屬材料的合金化原理 1.2 鋼的合金化原理鋼的合金化原理二、合金元素與鐵和碳的相互作用二、合金元素與鐵和碳的相互作用及其對(duì)及其對(duì)層錯(cuò)能的影響（層錯(cuò)能的影響（2 -合金元素與碳的相互作用合金元素與碳的相互作用）總之，合金元素與碳的相互作用具有重總之，合金元素與碳的相互作用具有重大的實(shí)際意義大的實(shí)際意義: :它關(guān)系到所形成的碳化物的種類(lèi)、性質(zhì)和在它關(guān)系到所形成的碳化物的種類(lèi)、性質(zhì)和在鋼中的分布鋼中的

55、分布。而所有這些都會(huì)直接影響到鋼。而所有這些都會(huì)直接影響到鋼的性能，如鋼的強(qiáng)度、硬度、耐磨性、塑性、的性能，如鋼的強(qiáng)度、硬度、耐磨性、塑性、韌性、紅硬性和某些特殊性能。同時(shí)對(duì)鋼的韌性、紅硬性和某些特殊性能。同時(shí)對(duì)鋼的熱處理亦有較大的影響，如奧氏體化溫度和熱處理亦有較大的影響，如奧氏體化溫度和時(shí)間，奧氏體晶粒的長(zhǎng)大等。時(shí)間，奧氏體晶粒的長(zhǎng)大等。1.2 鋼的合金化原理鋼的合金化原理二、合金元素與鐵和碳的相互作用二、合金元素與鐵和碳的相互作用及其對(duì)及其對(duì)層錯(cuò)能的影響（層錯(cuò)能的影響（2 -合金元素與碳的相互作用合金元素與碳的相互作用）Chapter 1 金屬材料的合金化原理金屬材料的合金化原理 由于合

56、金元素與碳有著不同的親和力，對(duì)由于合金元素與碳有著不同的親和力，對(duì)相變過(guò)程中碳的擴(kuò)散速度亦有較大影響；相變過(guò)程中碳的擴(kuò)散速度亦有較大影響；強(qiáng)碳化物形成元素阻礙碳的擴(kuò)散，降低碳強(qiáng)碳化物形成元素阻礙碳的擴(kuò)散，降低碳原子的擴(kuò)散速度；弱碳化物形成元素原子的擴(kuò)散速度；弱碳化物形成元素Mn以以及大多數(shù)非碳化物形成元素則無(wú)此作用，及大多數(shù)非碳化物形成元素則無(wú)此作用，甚至某些元素如甚至某些元素如Co還有增大碳原子擴(kuò)散的還有增大碳原子擴(kuò)散的作用。因而合金元素與碳的作用對(duì)鋼的相作用。因而合金元素與碳的作用對(duì)鋼的相變有重要影響。變有重要影響。 二、合金元素與鐵和碳的相互作用二、合金元素與鐵和碳的相互作用及其對(duì)及其對(duì)

57、層錯(cuò)能的影響（層錯(cuò)能的影響（2 -合金元素與碳的相互作用合金元素與碳的相互作用）Chapter 1 金屬材料的合金化原理金屬材料的合金化原理 1.2 鋼的合金化原理鋼的合金化原理3合金元素對(duì)奧氏體層錯(cuò)能的影響合金元素對(duì)奧氏體層錯(cuò)能的影響（1）層錯(cuò)能的概念）層錯(cuò)能的概念：晶體中形成層錯(cuò)時(shí)增加：晶體中形成層錯(cuò)時(shí)增加的能量。的能量。（2）奧氏體層錯(cuò)能對(duì)鋼的組織和性能的影響）奧氏體層錯(cuò)能對(duì)鋼的組織和性能的影響。一般認(rèn)為層錯(cuò)能越低，越有利于位錯(cuò)擴(kuò)展一般認(rèn)為層錯(cuò)能越低，越有利于位錯(cuò)擴(kuò)展和形成位錯(cuò)，使滑移困難，導(dǎo)致鋼的加工和形成位錯(cuò)，使滑移困難，導(dǎo)致鋼的加工硬化趨勢(shì)增大。硬化趨勢(shì)增大。1.2 鋼的合金化原理

58、鋼的合金化原理二、合金元素與鐵和碳的相互作用二、合金元素與鐵和碳的相互作用及其對(duì)及其對(duì)層錯(cuò)能的影響（層錯(cuò)能的影響（3 -合金元素對(duì)奧氏體層錯(cuò)能的影響合金元素對(duì)奧氏體層錯(cuò)能的影響）Chapter 1 金屬材料的合金化原理金屬材料的合金化原理 例如高例如高M(jìn)n鋼和高鋼和高Ni鋼都是奧氏體型鋼，鋼都是奧氏體型鋼，但加工硬化趨勢(shì)相差很大。但加工硬化趨勢(shì)相差很大。l高高Ni鋼易于變形加工，鋼易于變形加工， Ni、Cu和和C等元等元素使奧氏體層錯(cuò)能提高。素使奧氏體層錯(cuò)能提高。l高高M(jìn)n鋼則難于變形加工，鋼則難于變形加工， Mn、Cr、Ru和和Ir則降低奧氏體的層錯(cuò)能。則降低奧氏體的層錯(cuò)能。Chapter

59、1 金屬材料的合金化原理金屬材料的合金化原理 1.2 鋼的合金化原理鋼的合金化原理二、合金元素與鐵和碳的相互作用二、合金元素與鐵和碳的相互作用及其對(duì)及其對(duì)層錯(cuò)能的影響（層錯(cuò)能的影響（3 -合金元素對(duì)奧氏體層錯(cuò)能的影響合金元素對(duì)奧氏體層錯(cuò)能的影響）三、合金元素對(duì)三、合金元素對(duì)Fe-Fe3C相圖的影響相圖的影響（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）1合金元素對(duì)奧氏體、鐵素體區(qū)存在范圍的合金元素對(duì)奧氏體、鐵素體區(qū)存在范圍的影響影響擴(kuò)大擴(kuò)大相區(qū)的合金元素相區(qū)的合金元素(如如Ni、Co、Mn等等)均均擴(kuò)大鐵碳相圖中奧氏體存在的區(qū)域。擴(kuò)大鐵碳相圖中奧氏體

60、存在的區(qū)域。l其中完全擴(kuò)大其中完全擴(kuò)大相區(qū)的合金元素相區(qū)的合金元素Ni或或Mn的含的含量較多時(shí)，可使鋼在室溫下得到單相奧氏體量較多時(shí)，可使鋼在室溫下得到單相奧氏體組織，例如組織，例如1Cr18Ni9高鎳奧氏體不銹鋼和高鎳奧氏體不銹鋼和ZGMn13高錳耐磨鋼等。高錳耐磨鋼等。1.2 鋼的合金化原理鋼的合金化原理Chapter 1 金屬材料的合金化原理金屬材料的合金化原理 圖圖1-7 合金元素合金元素Mn對(duì)對(duì)Fe-Fe3C相圖中奧氏體區(qū)的影響（相圖中奧氏體區(qū)的影響（a）Chapter 1 金屬材料的合金化原理金屬材料的合金化原理 1.2 鋼的合金化原理鋼的合金化原理縮小縮小相區(qū)的合金元素相區(qū)的合金