鋼的合金化概論

1、材料工程學(xué)院材料工程學(xué)院Nanjing Institute of Technology鋼的合金化鋼的合金化概論概論材料工程學(xué)院材料工程學(xué)院Nanjing Institute of Technology緒論緒論鋼的合金化概論鋼的合金化概論工程結(jié)構(gòu)鋼工程結(jié)構(gòu)鋼機(jī)器零件用鋼機(jī)器零件用鋼工模具鋼工模具鋼不銹鋼不銹鋼耐熱鋼與耐熱合金耐熱鋼與耐熱合金鑄鐵鑄鐵鋁合金鋁合金銅合金銅合金鈦合金鈦合金鎂合金鎂合金材料工程學(xué)院材料工程學(xué)院Nanjing Institute of Technology 鋼中合金元素及其與鐵和碳的作用 合金元素在鋼中的分布和偏聚 合金元素對鋼相變的影響 合金元素對鋼強(qiáng)韌化的影響 合金元

2、素對鋼工藝性的影響 鋼的冶金質(zhì)量材料工程學(xué)院材料工程學(xué)院Nanjing Institute of Technology雜質(zhì)元素雜質(zhì)元素（無意帶入）（無意帶入） 常存元素（脫氧劑Mn、Si、Al；S、P） 隱存元素（O、H、N）生產(chǎn)過程引入 偶存元素（Cu、Sn、Pb、Ni、Cr）礦石合金元素合金元素（有意加入）（有意加入） 合金元素總量10%高合金鋼Si, Mn, Cr, Ni, W, Mo, V, Ti, Nb, Al, Cu, B熱脆冷脆氫脆鋼中的元素材料工程學(xué)院材料工程學(xué)院Nanjing Institute of TechnologyA1（PSK）A3（SGSG）Acm（SESE）杠桿原

3、理杠桿原理A4材料工程學(xué)院材料工程學(xué)院Nanjing Institute of Technology鋼中合金元素的分類（一）合金元素和Fe的關(guān)系（1）穩(wěn)定化元素穩(wěn)定化元素使A3，A4 ，區(qū)擴(kuò)大i）與）與區(qū)無限固溶區(qū)無限固溶 Ni、Mn、Co 量大時，量大時， 室溫為室溫為相相ii）與）與區(qū)有限固溶區(qū)有限固溶 C、N、Cu 擴(kuò)大擴(kuò)大區(qū)區(qū)（鐵基二元相圖）Ni, Mn, CoC, N, Cu材料工程學(xué)院材料工程學(xué)院Nanjing Institute of Technology（2）穩(wěn)定化元素穩(wěn)定化元素 使A3，A4 ，區(qū)縮小封閉封閉區(qū)區(qū) （1）Cr、V（與（與-Fe完全互溶），完全互溶）， 量大時高

4、溫仍然為量大時高溫仍然為相相（2）W、Mo、Ti， 相封閉但有限溶解相封閉但有限溶解縮小縮小區(qū)區(qū) B、 Nb、Zr等等穩(wěn)定穩(wěn)定相相 A形成元素形成元素穩(wěn)定穩(wěn)定相相 F形成元素形成元素Cr, VMo, W, TiB, Nb, Zr材料工程學(xué)院材料工程學(xué)院Nanjing Institute of Technology鋼中合金元素的分類（二）合金元素和C的關(guān)系非碳化物形成元素 Ni, Cu, Si, Al, P碳化物形成元素Cr, Mo, W, B, Ti, Zr, Nb 與與C的親和力由強(qiáng)到弱：的親和力由強(qiáng)到弱：Ti,Zr,Nb,V,Mo,W,Cr,Mn,Fe,Ni,Si,Co,Al(固溶固溶)

5、材料工程學(xué)院材料工程學(xué)院Nanjing Institute of Technology富含Ta的碳化物富含Hf的碳化物NbCCr23C6材料工程學(xué)院材料工程學(xué)院Nanjing Institute of Technologya)Me的d層電子愈少，與C的親和力（電負(fù)性）愈強(qiáng)，形成的碳化物也愈穩(wěn)定；b) 碳化物的生成熱越大，其穩(wěn)定性越高；c) rc/rme0.59 ：復(fù)雜點陣結(jié)構(gòu)的碳化物M23C6、M7C3、M3C（Cr23C6、Cr7C3、Fe3C）d）可形成復(fù)合碳化物，即多元碳化物碳化物形成規(guī)律材料工程學(xué)院材料工程學(xué)院Nanjing Institute of Technology 復(fù)雜點陣結(jié)構(gòu)

6、：復(fù)雜點陣結(jié)構(gòu)：M23C6 、M7C3 、M3C 特點：硬度特點：硬度、熔點較低，穩(wěn)定性較差；熔點較低，穩(wěn)定性較差； 簡單點陣結(jié)構(gòu)：簡單點陣結(jié)構(gòu)：M2C、MC 特點：硬度高，熔點高，穩(wěn)定性好特點：硬度高，熔點高，穩(wěn)定性好 M6C型型復(fù)雜結(jié)構(gòu)，性能特點復(fù)雜結(jié)構(gòu)，性能特點 接近簡單點陣結(jié)構(gòu)接近簡單點陣結(jié)構(gòu)材料工程學(xué)院材料工程學(xué)院Nanjing Institute of Technology溶入較強(qiáng)的碳化物形成元素，碳化物的穩(wěn)定性越好，聚集長大越難，例如MC型碳化物一般在加熱溫度1000以上才溶解，回火時到500700才析出；強(qiáng)碳化物形成元素優(yōu)先與C結(jié)合，例如在含W、Cr的鋼中，形成碳化物的順序為W

7、6C、Cr23C6、Cr7C3、Fe3C 碳化物之間的相互溶解碳化物特性材料工程學(xué)院材料工程學(xué)院Nanjing Institute of Technology碳化物對鋼的性能影響取決于碳化物的形貌、分布、尺寸提高強(qiáng)度（細(xì)化晶粒、彌散強(qiáng)化）提高抗蠕變能力（釘扎晶界）p降低沖擊性能（晶界處成膜）p內(nèi)部裂紋源（大塊尖角碳化物）材料工程學(xué)院材料工程學(xué)院Nanjing Institute of Technology鋼中合金元素的分類（三）合金元素對Fe-C相圖的影響Cr元素影響材料工程學(xué)院材料工程學(xué)院Nanjing Institute of Technology 鐵碳錳相圖Mn元素影響材料工程學(xué)院材料工

8、程學(xué)院Nanjing Institute of Technology對對S、E點的影響點的影響 A形成元素均使形成元素均使S、E點向點向左下方左下方移動，移動， F形成元素使形成元素使S、E點向點向左上方左上方移動。移動。 S點左移點左移意味著共析意味著共析C量減小量減小 ； E點左移點左移意味著出現(xiàn)萊氏體的意味著出現(xiàn)萊氏體的C量降低量降低 。材料工程學(xué)院材料工程學(xué)院Nanjing Institute of Technology 鋼中合金元素及其與鐵和碳的作用 合金元素在鋼中的分布和偏聚 合金元素對鋼相變的影響 合金元素對鋼強(qiáng)韌化的影響 合金元素對鋼工藝性的影響 鋼的冶金質(zhì)量材料工程學(xué)院材料工

9、程學(xué)院Nanjing Institute of Technology形成非金屬夾雜溶入固溶體形成化合物自由存在鋼中的Al2O3夾雜一、合金元素分布形式一、合金元素分布形式材料工程學(xué)院材料工程學(xué)院Nanjing Institute of Technology偏聚偏聚現(xiàn)象現(xiàn)象Me偏聚偏聚 缺陷處濃度缺陷處濃度 基體平均濃度基體平均濃度 也稱為吸附現(xiàn)象也稱為吸附現(xiàn)象 偏聚現(xiàn)象對鋼的組織和性能產(chǎn)生了較大影響，偏聚現(xiàn)象對鋼的組織和性能產(chǎn)生了較大影響，如晶界擴(kuò)散、晶界斷裂、晶界腐蝕、相變形核等如晶界擴(kuò)散、晶界斷裂、晶界腐蝕、相變形核等都與此有關(guān)（都與此有關(guān)（有利有弊有利有弊） Me+：溶質(zhì)原子在刃型位錯處

10、吸附，形成柯氏氣團(tuán)；溶質(zhì)原子在刃型位錯處吸附，形成柯氏氣團(tuán)； Me+ ：溶質(zhì)原子在層錯處吸附形成鈴木氣團(tuán)；溶質(zhì)原子在層錯處吸附形成鈴木氣團(tuán)； Me+ ：溶質(zhì)原子在螺位錯吸附形成溶質(zhì)原子在螺位錯吸附形成Snoek氣團(tuán)氣團(tuán).二、合金元素的偏聚二、合金元素的偏聚晶界、亞晶界、相界、位錯、空位晶界、亞晶界、相界、位錯、空位材料工程學(xué)院材料工程學(xué)院Nanjing Institute of Technology偏聚偏聚機(jī)理機(jī)理 溶質(zhì)原子在缺陷處偏聚，使系統(tǒng)自由能，符合自然界最小自由能原理；結(jié)構(gòu)學(xué)結(jié)構(gòu)學(xué)：缺陷處原子排列疏松，不規(guī)則，溶質(zhì)原：缺陷處原子排列疏松，不規(guī)則，溶質(zhì)原 子容易存在；子容易存在；能量學(xué)能

11、量學(xué)：原子在缺陷處偏聚，使系統(tǒng)自由能：原子在缺陷處偏聚，使系統(tǒng)自由能， 符合自然界最小自由能原理。（在沒有強(qiáng)制外符合自然界最小自由能原理。（在沒有強(qiáng)制外 力作用下，事物總是朝著力作用下，事物總是朝著能量的方向發(fā)生；能量的方向發(fā)生； 即使暫時不發(fā)生，也存在潛在的趨勢；）即使暫時不發(fā)生，也存在潛在的趨勢；）熱力學(xué)熱力學(xué)：該過程是自發(fā)進(jìn)行的，其驅(qū)動力是溶質(zhì)：該過程是自發(fā)進(jìn)行的，其驅(qū)動力是溶質(zhì) 原子在缺陷和晶內(nèi)處的畸變能之差；原子在缺陷和晶內(nèi)處的畸變能之差；材料工程學(xué)院材料工程學(xué)院Nanjing Institute of TechnologyRTECCexp0影響影響因素因素 缺陷處缺陷處溶質(zhì)濃度溶質(zhì)

12、濃度 溫度溫度T ：T，內(nèi)吸附強(qiáng)烈（內(nèi)吸附強(qiáng)烈（E隨隨T升高而降低升高而降低）；）； 時間時間t：偏聚需要原子擴(kuò)散偏聚需要原子擴(kuò)散需要一定時間需要一定時間； 缺陷本身：缺陷越混亂，缺陷本身：缺陷越混亂，E，吸附也越強(qiáng)烈，吸附也越強(qiáng)烈; 其它元素：間接作用其它元素：間接作用 : 優(yōu)先吸附問題優(yōu)先吸附問題 , B與與C 直接作用直接作用: 影響吸附元素影響吸附元素D , MnDP，使，使P擴(kuò)散加快，促進(jìn)了鋼的回火脆性；擴(kuò)散加快，促進(jìn)了鋼的回火脆性； Mo則相反，是消除或減輕回火脆性的有效元素。則相反，是消除或減輕回火脆性的有效元素。 點陣類型：點陣類型：bcc點陣內(nèi)吸附較點陣內(nèi)吸附較fcc強(qiáng)烈（間

13、隙型）強(qiáng)烈（間隙型）材料工程學(xué)院材料工程學(xué)院Nanjing Institute of Technology 鋼中合金元素及其與鐵和碳的作用 合金元素在鋼中的分布和偏聚 合金元素對鋼相變的影響合金鋼的加熱奧氏體化過冷合金奧氏體的分解合金鋼的回火轉(zhuǎn)變 合金元素對鋼強(qiáng)韌化的影響 合金元素對鋼工藝性的影響 鋼的冶金質(zhì)量材料工程學(xué)院材料工程學(xué)院Nanjing Institute of Technology擴(kuò)散思想的建立： 擴(kuò)散系數(shù)D 擴(kuò)散激活能 Q 高濃度低濃度（活度）材料工程學(xué)院材料工程學(xué)院Nanjing Institute of Technology在一般的加熱速度下，高于AC1溫度，奧氏體通過碳化

14、物溶解、到的多型性轉(zhuǎn)變形成的 依賴于：碳化物溶解、碳和鐵原子擴(kuò)散鋼的加熱轉(zhuǎn)變合金元素的作用：（1）碳化物的溶解規(guī)律（2）奧氏體形成規(guī)律（3）奧氏體晶粒長大規(guī)律材料工程學(xué)院材料工程學(xué)院Nanjing Institute of Technology1 碳化物在A中的溶解規(guī)律 基基本本規(guī)規(guī)律律 1）K穩(wěn)定性越好，溶解度就越小；穩(wěn)定性越好，溶解度就越小； 2）溫度）溫度，溶解度，溶解度， 沉淀析出；沉淀析出； 3）K穩(wěn)定差的先溶解穩(wěn)定差的先溶解 ; 4）A中有弱中有弱K形成元素，則會形成元素，則會C 活度活度ac ，K的溶解；的溶解；非非K形成元素（如形成元素（如Ni）則相則相 反反,ac，K的溶解。

15、的溶解。如：較多如：較多Mn的存在使的存在使VC的溶解溫度從的溶解溫度從1100降至降至900合金元素對鋼相變的影響（一）合金元素對鋼加熱轉(zhuǎn)變的影響 材料工程學(xué)院材料工程學(xué)院Nanjing Institute of Technology2 合金元素對奧氏體形成的影響p 在一般的加熱速度下，高于AC1溫度，奧氏體通過碳化物溶解及到的多型性轉(zhuǎn)變形成的。依賴于：碳化物溶解、碳和鐵原子（合金元素）擴(kuò)散p 強(qiáng)碳化物形成元素：形成的碳化物不易溶解，提高C在奧氏體中的擴(kuò)散激活能，阻礙奧氏體形成；p 非碳化物形成元素：降低C的擴(kuò)散激活能，加速奧氏體形成材料工程學(xué)院材料工程學(xué)院Nanjing Institute

16、 of Technology3 合金元素對奧氏體晶粒長大的影響pTi、V、Zr、Nb等強(qiáng)K形成元素：強(qiáng)烈阻礙奧氏體晶粒長大細(xì)化（殘余碳化物機(jī)械釘扎、固溶元素降低Fe的自擴(kuò)散系數(shù)）pW、Mo、Cr：阻礙作用中等pNi、Co、Cu等非K形成元素：作用微弱pC、N、B、P：促進(jìn)奧氏體晶粒長大材料工程學(xué)院材料工程學(xué)院Nanjing Institute of Technology合金元素對鋼相變的影響（二）合金元素對過冷奧氏體分解的影響 1 合金元素對過冷奧氏體的穩(wěn)定性影響1）Ni、Si和Mn，大致保持C鋼的“C”線形狀，使“C”線向右作不同程度的移動；2） Co不改變“C”線，但使“C”線左移；3）K

17、形成元素，使“C”線右移，且改變形狀。 Me不同作用，使“C”曲線出現(xiàn)不同形狀，大致 有五種。 過冷A體穩(wěn)定性實際上有兩個意義：孕育期、相變速度孕育期的物理本質(zhì)是新相形核的難易程度，轉(zhuǎn)變速度主要涉及新相晶粒的長大。材料工程學(xué)院材料工程學(xué)院Nanjing Institute of Technology2 合金元素對珠光體轉(zhuǎn)變的影響p 奧氏體形成元素降低Ac，使過冷度減小，驅(qū)動力減??；鐵素體形成元素作用相反；（熱力學(xué)）p 珠光體轉(zhuǎn)變包括孕育期、碳化物和相的形核長大；p 碳化物形成元素擴(kuò)散是珠光體轉(zhuǎn)變時碳化物形核的控制因素（動力學(xué)）（1）除Co外的合金元素不同程度地推遲珠光體轉(zhuǎn)變；（2）Al、Si提

18、高過冷奧氏體穩(wěn)定性（滲碳體中不含）；（3）綜合影響順序：綜合影響順序：Mo、W、Mn、Cr、Ni、Si 材料工程學(xué)院材料工程學(xué)院Nanjing Institute of Technology3 合金元素對貝氏體轉(zhuǎn)變的影響p 貝氏體轉(zhuǎn)變兼具擴(kuò)散和切變的特點，C原子長程擴(kuò)散，合金元素原子影響C的擴(kuò)散；p C、Mn、Ni、Cr、V降低Bs點，出現(xiàn)P和B之間的過冷奧氏體穩(wěn)定區(qū)，形成兩條等溫轉(zhuǎn)變曲線；p合金元素延長貝氏體轉(zhuǎn)變孕育期；p影響順序：影響順序：Mn、Cr、Ni、Si ，而而W、Mo等影響很小等影響很小材料工程學(xué)院材料工程學(xué)院Nanjing Institute of Technology3 合金

19、元素對馬氏體轉(zhuǎn)變的影響p 馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)闊o擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變，合金元素的作用主要影響Ms；p 絕大多數(shù)合金元素均降低Ms點，按遞減順序為（、Mn、Ni、Cr、Mo、W、Si）；材料工程學(xué)院材料工程學(xué)院Nanjing Institute of Technology回火過程組織演化馬氏體分解（400）滲碳體粗化；鐵素體再結(jié)晶；針狀過渡為等軸狀；強(qiáng)度進(jìn)一步下降，塑性升高；材料工程學(xué)院材料工程學(xué)院Nanjing Institute of Technology合金元素對鋼相變的影響（三）合金元素對合金鋼回火轉(zhuǎn)變的影響 1 合金元素對馬氏體分解的影響低溫回火：低溫回火：C和和Me擴(kuò)散較困難，擴(kuò)散較困難，Me影響不大

20、影響不大 中溫以上：中溫以上：Me活動能力增強(qiáng)，對活動能力增強(qiáng)，對M分解產(chǎn)生不分解產(chǎn)生不同程度影響同程度影響:1）Ni、Mn的影響很??；的影響很??；2）K形成元素阻止形成元素阻止M分解，其程度與它們與分解，其程度與它們與C的的親和力大小有關(guān)。這些親和力大小有關(guān)。這些Meac，阻止了滲碳體的阻止了滲碳體的析出長大；析出長大；材料工程學(xué)院材料工程學(xué)院Nanjing Institute of Technology 3）Si比較特殊：比較特殊： Fe和和C的的結(jié)合力結(jié)合力 ,ac -FeXC的形核、長大的形核、長大Si能溶于能溶于，不溶于不溶于Fe3C，Si要從要從中出去中出去 Fe3C。 效果效果:

21、 含含2% Si能使能使M分解溫度從分解溫度從260提高到提高到350以上以上材料工程學(xué)院材料工程學(xué)院Nanjing Institute of Technology4）合金鋼回火時）合金鋼回火時M中含中含C量變化規(guī)律量變化規(guī)律基基本本規(guī)規(guī)律律 滲碳體形成開始溫度與合金化無關(guān)；滲碳體形成開始溫度與合金化無關(guān)； 含非碳化物形成元素（含非碳化物形成元素（SiSi除外）的合金除外）的合金 鋼（線鋼（線2 2）和）和C C鋼（線鋼（線1 1）規(guī)律相同；）規(guī)律相同； 在相同回火溫度在相同回火溫度Tt下，合金鋼馬氏體中含下，合金鋼馬氏體中含 C量要比量要比C鋼的高，如圖中的鋼的高，如圖中的C3 C1，2 ；

22、 不同合金中，馬氏體中析出特殊碳化物不同合金中，馬氏體中析出特殊碳化物 的溫度的溫度TK是不同的，線是不同的，線3的下降幅度也是的下降幅度也是 不同的。不同的。材料工程學(xué)院材料工程學(xué)院Nanjing Institute of Technology2 合金元素對碳化物析出的影響 各元素明顯開始擴(kuò)散的溫度為：各元素明顯開始擴(kuò)散的溫度為： Me Si Mn Cr Mo W V T, 300 350 400500 500 500550 1）K長大長大 聚集溫度：聚集溫度：M3C型，型，350 400；其它；其它K ，450 600； 2）K成分變化和類型轉(zhuǎn)變成分變化和類型轉(zhuǎn)變K轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變 -FeXC F

23、e3C M3C 亞穩(wěn)特殊亞穩(wěn)特殊K特殊特殊K T, 500 能否形成特殊能否形成特殊K，取決于取決于: Me性質(zhì)、性質(zhì)、NM/NC比值；比值； T和和t 。材料工程學(xué)院材料工程學(xué)院Nanjing Institute of Technology3）特殊特殊K的形成的形成 原位析出：原位析出：M 0 + M3C（中等碳化物形成元素）（中等碳化物形成元素） MXCY ( M7C3/M23C6 ) 異位析出異位析出 ：M P + M3C （強(qiáng)碳化物形成元素）（強(qiáng)碳化物形成元素） 0 + MXCY ( MC/M2C ) 特殊特殊K析出析出 二次硬化，直接析出二次硬化，直接析出 貢獻(xiàn)最大貢獻(xiàn)最大 材料工程

24、學(xué)院材料工程學(xué)院Nanjing Institute of Technology脆性脆性特征特征 不可逆； 與回火后冷速無關(guān)； 晶界脆斷 產(chǎn)生產(chǎn)生原因原因Me作用作用 Fe3C薄膜在晶界形成； 雜質(zhì)元素P、S、Bi等偏聚晶界， 晶界強(qiáng)度 Mn、Cr促進(jìn)脆性；V、Al改善脆性； Si 推遲脆性溫度區(qū).合金元素對鋼相變的影響（四）合金元素對合金鋼回火脆性的影響 第第1類回火脆性類回火脆性（200350） 材料工程學(xué)院材料工程學(xué)院Nanjing Institute of Technology脆性脆性特征特征 可逆； 回火后慢冷產(chǎn)生，快冷抑制； 晶界脆斷 產(chǎn)生產(chǎn)生原因原因 雜質(zhì)Sb、S、As或N、P等偏

25、聚晶界； 形成網(wǎng)狀或片狀化合物,晶界強(qiáng)度高于回脆溫度，雜質(zhì)擴(kuò)散離開晶界或化 合物分解；快冷抑制雜質(zhì)元素擴(kuò)散Me作用作用 N、O、P、S、As、Bi等是脆化劑； Mn、Ni與雜質(zhì)元素共偏聚，是促進(jìn)劑； Cr促進(jìn)其它元素偏聚，助偏劑； Mo、W、Ti抑制其它元素偏聚，清除劑第第2 2類回火脆性類回火脆性（450650） 材料工程學(xué)院材料工程學(xué)院Nanjing Institute of Technology 鋼中合金元素及其與鐵和碳的作用 合金元素在鋼中的分布和偏聚 合金元素對鋼相變的影響 合金元素對鋼強(qiáng)韌化的影響 強(qiáng)化形式及機(jī)理 合金鋼的強(qiáng)化有效性 合金元素對韌度的影響 改善鋼韌性的途徑 合金元素

26、對鋼工藝性的影響 鋼的冶金質(zhì)量材料工程學(xué)院材料工程學(xué)院Nanjing Institute of Technology 在變形過程中，凡是能夠增加位錯滑移難度，進(jìn)而使變形過程需要提供額外應(yīng)力的因素，都將引起變形強(qiáng)化 強(qiáng)化機(jī)理本質(zhì)上的四種類型：固溶強(qiáng)化、位錯強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化、第二相彌散強(qiáng)化 幾種強(qiáng)化機(jī)制的作用可以疊加材料工程學(xué)院材料工程學(xué)院Nanjing Institute of Technology固溶強(qiáng)化機(jī)理 原子固溶 晶格發(fā)生畸變 產(chǎn)生彈性應(yīng)力場，與位錯交互作用位錯運動阻力材料工程學(xué)院材料工程學(xué)院Nanjing Institute of TechnologyniiSCK表達(dá)式 對于C、N等間隙

27、原子， n = 0.332.0； 對于Mo、Si、Mn等置換式原子：n = 0.51.0 效果提高強(qiáng)度，降低塑韌性1innSiiiK C材料工程學(xué)院材料工程學(xué)院Nanjing Institute of Technology位錯強(qiáng)化2/1ddK表達(dá)式 機(jī)理 位錯密度 位錯交割、纏結(jié)， 有效地阻止了位錯運動 鋼強(qiáng)度 對bcc晶體，位錯強(qiáng)化效果較好效果 在強(qiáng)化的同時，同樣也降低了伸長率，提高了韌脆轉(zhuǎn)變溫度TK2/1ddK應(yīng)用：加工硬化材料工程學(xué)院材料工程學(xué)院Nanjing Institute of Technology細(xì)晶強(qiáng)化表達(dá)式機(jī)理 晶粒越細(xì) 晶界、亞晶界越多 有效阻止位錯運動，產(chǎn)生位錯塞積強(qiáng)化

28、效果 鋼的強(qiáng)度，塑性和韌度這是最理想的強(qiáng)化途徑Hall-Petch公式，公式，d為晶粒直徑，為晶粒直徑，Kg為系數(shù)為系數(shù)1/20ggK d材料工程學(xué)院材料工程學(xué)院Nanjing Institute of TechnologypgdS02 . 0表達(dá)式機(jī)理（1）微粒第二相釘扎位錯運動強(qiáng)化效果（2）主要有切割機(jī)制和繞過機(jī)制，在鋼中主要是繞過機(jī)制 （3）兩種情況：回火時彌散沉淀析出強(qiáng)化， 淬火時殘留第二相強(qiáng)化效果有效提高強(qiáng)度，但稍降低塑韌性鋼強(qiáng)度表達(dá)式鋼強(qiáng)度表達(dá)式1PPK第二相強(qiáng)化材料工程學(xué)院材料工程學(xué)院Nanjing Institute of Technology合金鋼強(qiáng)化的有效性鋼最終強(qiáng)化有效性

29、取決于強(qiáng)化和弱化的綜合結(jié)果1、強(qiáng)化的有效性 強(qiáng)化 彌散析出 P |-S| 出現(xiàn)硬度峰值 弱化 M分解 P |-S| 弱化緩慢 強(qiáng)化和弱化的演變 1- M分解； 2-彌散析出； 3-綜合效應(yīng) 材料工程學(xué)院材料工程學(xué)院Nanjing Institute of Technology2、合金元素對強(qiáng)化有效性的影響 取決于形成彌散相的合金元素量 Me量量 彌散相量彌散相量（有足夠的有足夠的C） 二次硬化二次硬化 強(qiáng)化強(qiáng)化 弱化弱化Me最小濃度，臨界值最小濃度，臨界值 K類型和類型和C量量含含0.10.15%C鋼，鋼， 需需 0.10.2%V； 0.080.12%Nb； 2.53.0%CrV對對40鋼回火

30、硬度的作用鋼回火硬度的作用材料工程學(xué)院材料工程學(xué)院Nanjing Institute of Technology合金元素對鋼韌度的影響1、影響韌性的因素影響韌性的因素 強(qiáng)化因素（1）一般情況，鋼強(qiáng)度塑韌（強(qiáng)韌性轉(zhuǎn)變矛盾）（2）除細(xì)化組織強(qiáng)化外，其它強(qiáng)化因素都會程度不同地韌性（3） 危害最大是間隙固溶；（4）沉淀強(qiáng)化較小, 但對強(qiáng)化貢獻(xiàn)較大材料工程學(xué)院材料工程學(xué)院Nanjing Institute of Technology合金元素 Ni韌性；Mn在少量時也有效果；其它常用元素都在不同程度上韌性材料工程學(xué)院材料工程學(xué)院Nanjing Institute of Technology晶粒度 細(xì)晶既S

31、，又TK, 即 韌性 最佳組織因素第二相 K韌性 K 小、勻、圓、適量 工藝努力方向 雜質(zhì)往往是形變斷裂的孔洞形成核心， 提高鋼的冶金質(zhì)量是必須的雜質(zhì)材料工程學(xué)院材料工程學(xué)院Nanjing Institute of Technology提高鋼韌性的合金化途徑 1）細(xì)化晶粒、組織 Ti、Nb、V、W、Mo； 2）回火穩(wěn)定性 強(qiáng)K形成元素 ； 3）改善基體韌度 Ni ； 4）細(xì)化K 適量Cr、V，使K細(xì)小均布 ； 5）回脆 W、Mo ； 6）在保證強(qiáng)度水平下，適當(dāng)含C量. 7）冶金質(zhì)量材料工程學(xué)院材料工程學(xué)院Nanjing Institute of Technology 鋼中合金元素及其與鐵和碳的

32、作用 合金元素在鋼中的分布和偏聚 合金元素對鋼相變的影響 合金元素對鋼強(qiáng)韌化的影響 合金元素對鋼工藝性的影響 鋼的熱處理工藝 鋼的成型加工性 鋼的冶金質(zhì)量材料工程學(xué)院材料工程學(xué)院Nanjing Institute of Technology合金元素對熱處理工藝性的影響（一）淬透性 一般是指淬火時獲得M的能力（與鋼的過冷奧氏體穩(wěn)定性、鋼的臨界冷卻速度相關(guān)）材料工程學(xué)院材料工程學(xué)院Nanjing Institute of Technology 合金元素復(fù)合作用大,不是簡單加和 合金元素必須溶于奧氏體中，否則未溶碳化物成為相變形核核心鋼號鋼號合金元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)含量合金元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)含量 / %P轉(zhuǎn)變孕育

33、期轉(zhuǎn)變孕育期 / 秒秒35CrCr + Ni = 1.341235CrMoCr+Mo= 1.38 3540CrNiMoCr+Mo+Ni= 3.25 500材料工程學(xué)院材料工程學(xué)院Nanjing Institute of Technology 在結(jié)構(gòu)鋼中，M淬透性作用顯著的元素從大到小排列：（B）、Mn、Mo、Cr、Si、Ni 淬透淬透性好性好的的作用作用 可以使工件得到均勻而良好的力學(xué)性能，滿足技術(shù)要求； 在淬火時，可選用較緩和的冷卻介質(zhì)，以減小工件的變形與開裂傾向材料工程學(xué)院材料工程學(xué)院Nanjing Institute of Technology（二）淬硬性 理想淬火條件下,形成M能達(dá)到的

34、最高硬度.淬硬性主要與鋼的含碳量有關(guān)（三）變形開裂傾向 淬火內(nèi)應(yīng)力：淬火過程中由于工件不同部位的溫度差異及組織轉(zhuǎn)變不同時引起的應(yīng)力； 當(dāng)內(nèi)應(yīng)力大于屈服強(qiáng)度時尺寸變化和形狀畸變； 當(dāng)內(nèi)應(yīng)力大于抗拉強(qiáng)度時出現(xiàn)裂紋、開裂； 完全淬透的工件表面易產(chǎn)生裂紋，碳含量升高由變形傾向發(fā)展為裂紋傾向；材料工程學(xué)院材料工程學(xué)院Nanjing Institute of Technology（四）回火穩(wěn)定性 合金鋼比碳鋼回火穩(wěn)定性好，達(dá)到同樣的硬度合金鋼比碳鋼承受的回火溫度高、時間長，以獲得較好的強(qiáng)韌比材料工程學(xué)院材料工程學(xué)院Nanjing Institute of Technology一、冷成型性 冷作硬化率是在冷變形過程中，材料變硬變脆程度的表征參量； 冷作硬化率高，材料的冷成型性差； P、Si、C等元素冷作硬化率二、熱壓力加工性 Me溶入基體熱變形抗力 熱壓力加工性能（Mo、W、Cr、V） 合金鋼的熱壓力加工性能比碳鋼差高速鋼等高合金鋼的熱壓力加工難度是較大的合金元素對成型加工性的影響材料工程學(xué)院材料工程學(xué)院Nanjing Institute of Technology三、切削加工性 不同情況側(cè)重點不同：如粗加工，主要考慮速度；精加工主要考慮表面光潔度; C