第1章 鋼的合金化原理--2012

1、第一章第一章 鋼的合金化原理鋼的合金化原理 主要內(nèi)容主要內(nèi)容l鋼中的合金元素鋼中的合金元素l合金鋼中的相組成合金鋼中的相組成 （重點(diǎn)）（重點(diǎn)）l合金元素對(duì)相變的影響合金元素對(duì)相變的影響 （重點(diǎn)）（重點(diǎn)）l合金元素對(duì)鋼的強(qiáng)韌性和工藝性能的影響合金元素對(duì)鋼的強(qiáng)韌性和工藝性能的影響1.1 1.1 鋼中的合金元素鋼中的合金元素一一. 幾個(gè)概念幾個(gè)概念1. 1. 合金元素合金元素 特別添加特別添加到鋼中為了保證獲得所要求的到鋼中為了保證獲得所要求的組織結(jié)構(gòu)組織結(jié)構(gòu)從而得從而得到一定的物理、化學(xué)或機(jī)械到一定的物理、化學(xué)或機(jī)械性能性能的的化學(xué)元素化學(xué)元素。（常用。（常用MM來表示）來表示） 如：如：B, C

2、, N; Al, SiB, C, N; Al, Si, P, S; , P, S; Ti, V, Cr, Mn Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu; , Co, Ni, Cu; Y, Zr, Nb Y, Zr, Nb, Mo; W, Ta, La, Mo; W, Ta, La系。系。2. 2. 雜質(zhì)元素雜質(zhì)元素l由冶煉時(shí)所用原材料以及冶煉方法和工藝操作等所帶入鋼由冶煉時(shí)所用原材料以及冶煉方法和工藝操作等所帶入鋼 中的化學(xué)元素。中的化學(xué)元素。常存雜質(zhì)常存雜質(zhì) 冶煉殘余，由脫氧劑帶入。冶煉殘余，由脫氧劑帶入。 Mn、Si、Al；S、P難清除難清除。隱存雜質(zhì)隱存雜質(zhì)偶存雜質(zhì)偶存雜質(zhì)

3、生產(chǎn)過程中形成，生產(chǎn)過程中形成， 微量元素微量元素O、H、N等。等。 與煉鋼時(shí)的礦石、廢鋼有關(guān)，與煉鋼時(shí)的礦石、廢鋼有關(guān)， 如如Cu、Sn、Pb、Cr等。等。l注意注意: 同一元素既可能作為合金元素又可能雜質(zhì)，若屬于前者，同一元素既可能作為合金元素又可能雜質(zhì)，若屬于前者，則決定鋼的組織與性能；若屬于后者，則影響鋼的質(zhì)量。則決定鋼的組織與性能；若屬于后者，則影響鋼的質(zhì)量。 如：當(dāng)如：當(dāng)H，S，P等元素在鋼中一般都為雜質(zhì)元素，但當(dāng)?shù)仍卦阡撝幸话愣紴殡s質(zhì)元素，但當(dāng)其作為合金元素時(shí)：其作為合金元素時(shí)：H儲(chǔ)氫合金；儲(chǔ)氫合金； S易切削鋼；易切削鋼；P耐磨鋼。耐磨鋼。 熱脆性熱脆性 S FeS(低熔點(diǎn)低

4、熔點(diǎn)989)；？ 冷脆性冷脆性 P Fe3P（硬脆）；（硬脆）； ？ 氫氫 脆脆 H 白點(diǎn)。白點(diǎn)。3. 3. 合金鋼合金鋼 在化學(xué)成分上特別添加合金元素用以保證一定的生產(chǎn)和加在化學(xué)成分上特別添加合金元素用以保證一定的生產(chǎn)和加工工藝以及所要求的組織與性能的鐵基合金。工工藝以及所要求的組織與性能的鐵基合金。 M5M10M10, , 稱為高合金鋼；稱為高合金鋼； 不過這種劃分并沒有嚴(yán)格的規(guī)定不過這種劃分并沒有嚴(yán)格的規(guī)定。4. 4. 微合金元素與微合金化鋼微合金元素與微合金化鋼 l微合金元素微合金元素 有些合金元素如有些合金元素如V V，NbNb，Ti,Ti,和和B B等，當(dāng)其含量只在等，當(dāng)其含量只在

5、0.1%0.1%左左右（如右（如B 0.001%B 0.001%，V 0.2 %V 0.2 %）時(shí)，會(huì)顯著地影響鋼的組）時(shí)，會(huì)顯著地影響鋼的組織與性能，將這種化學(xué)元素稱為微合金元素?？椗c性能，將這種化學(xué)元素稱為微合金元素。l微合金鋼微合金鋼二二. M. M分類及分類及Fe-MFe-M的類型的類型 1. 1. 合金元素合金元素MM的分類的分類 鐵族金屬鐵族金屬Co, Ni, MnCo, Ni, Mn。 難熔金屬難熔金屬W, Mo, NbW, Mo, Nb, V, Cr., V, Cr. 輕金屬輕金屬Ti, Al , Mg, LiTi, Al , Mg, Li 稀土金屬稀土金屬LaLa，CeCe和

6、和NdNd等等 貴金屬元素貴金屬元素Au, AgAu, Ag 按按MM與與C C的親和力的大小分為的親和力的大小分為： 碳化物形成元素：碳化物形成元素：Ti, Zr, V, Nb, Cr, Mo, W, MnTi, Zr, V, Nb, Cr, Mo, W, Mn 非碳化物形成元素：非碳化物形成元素：Cu, Ni, Co, SiCu, Ni, Co, Si, Al, Al2. Fe-M2. Fe-M二元相圖的類型二元相圖的類型 同素異型轉(zhuǎn)變同素異型轉(zhuǎn)變 A A3 3（910910） A A4 4（13901390）-Fe - Fe - -Fe-Fe - Fe - -Fev奧氏體形成元素：奧氏體

7、形成元素： 在在-Fe-Fe中有較大的溶解度中有較大的溶解度, ,且能穩(wěn)定且能穩(wěn)定 相；如相；如 MnMn, Ni, Co, , Ni, Co, C, N, CuC, N, Cu；v鐵素體形成元素：鐵素體形成元素： 在在-Fe-Fe中有較大的溶解度，且能穩(wěn)定中有較大的溶解度，且能穩(wěn)定 相。如：相。如：V V，NbNb, , TiTi 等。等。v 按照按照MM對(duì)對(duì)Fe-MFe-M影響影響: :l擴(kuò)大擴(kuò)大 相區(qū)相區(qū) 使使A A3 3降低，降低，A A4 4升高。一般為奧氏體形成元素。升高。一般為奧氏體形成元素。l縮小縮小 相區(qū)：相區(qū)： 使使A A3 3升高，升高，A A4 4降低。一般為鐵素體形成

8、元素降低。一般為鐵素體形成元素。擴(kuò)大擴(kuò)大 相區(qū)相區(qū) 分為兩類：分為兩類： 1 1）開啟）開啟 相區(qū)相區(qū) MnMn, Ni, Co , Ni, Co 與與 -Fe-Fe無限互溶無限互溶. .Fe-Ni合金合金開啟開啟相區(qū)相區(qū) 示意圖示意圖2 2）擴(kuò)大）擴(kuò)大 相區(qū)相區(qū) 有有C C，N N，CuCu等。如等。如Fe-CFe-C相圖，形成的擴(kuò)大的相圖，形成的擴(kuò)大的 相區(qū)，相區(qū)，構(gòu)成了鋼的熱處理的基礎(chǔ)。構(gòu)成了鋼的熱處理的基礎(chǔ)。 擴(kuò)大擴(kuò)大相區(qū)示意圖相區(qū)示意圖Fe-C 相圖相圖 縮小縮小 相區(qū)：相區(qū)：也分為兩類也分為兩類: :1 1）封閉）封閉 相區(qū)相區(qū) 使相圖中使相圖中 區(qū)縮小到一個(gè)很小的面積形成區(qū)縮小到

9、一個(gè)很小的面積形成 圈圈, , 其結(jié)果使其結(jié)果使 相區(qū)與相區(qū)與 相區(qū)連成一片。如相區(qū)連成一片。如V, Cr, Si, A1, Ti, Mo, W, P, V, Cr, Si, A1, Ti, Mo, W, P, Sn, As, SbSn, As, Sb。封閉封閉相區(qū)示意圖相區(qū)示意圖2 2）縮?。┛s小 相區(qū)相區(qū)：Zr, Nb, Ta, B, S, CeZr, Nb, Ta, B, S, Ce 等。等。3. 3. 生產(chǎn)中的意義生產(chǎn)中的意義l可以利用可以利用MM擴(kuò)大和縮小擴(kuò)大和縮小 相區(qū)作用，獲得單相組織，具相區(qū)作用，獲得單相組織，具有特殊性能，在耐蝕鋼和耐熱鋼中應(yīng)用廣泛。有特殊性能，在耐蝕鋼和耐熱

10、鋼中應(yīng)用廣泛。l合金元素對(duì)相圖的影響，可以預(yù)測(cè)合金鋼的組織與性能。合金元素對(duì)相圖的影響，可以預(yù)測(cè)合金鋼的組織與性能。 三三. M. M對(duì)對(duì)Fe - CFe - C相圖的影響相圖的影響 1. 1. 改變了奧氏體區(qū)的位置改變了奧氏體區(qū)的位置錳含量及鉬含量對(duì)鐵碳相圖奧氏體區(qū)的影響錳含量及鉬含量對(duì)鐵碳相圖奧氏體區(qū)的影響2. 2. 改變了共晶溫度改變了共晶溫度 l擴(kuò)大擴(kuò)大 相區(qū)的元素相區(qū)的元素 使使A A1 1，A A3 3下降；下降； 縮小縮小 相區(qū)的元素相區(qū)的元素 使使A A1 1，A A3 3升高。升高。l 當(dāng)當(dāng)Mo8.2%, W12%,Mo8.2%, W12%, Ti1.0%, V4.5%, T

11、i1.0%, V4.5%, Si Si8.5%8.5%， 相區(qū)消失。相區(qū)消失。 3. 3. 改變了共析含碳量改變了共析含碳量 所有合金元素均使所有合金元素均使S S點(diǎn)左移。點(diǎn)左移。 提問：對(duì)組織與性能有何影響呢？提問：對(duì)組織與性能有何影響呢？ 四、四、MeMe在鋼中的存在形式在鋼中的存在形式 1、退火、正火態(tài)、退火、正火態(tài) 非非K形成元素基本上固溶于基體中，形成元素基本上固溶于基體中，而而K形成元素視形成元素視C和本身量多少而定。優(yōu)先形成和本身量多少而定。優(yōu)先形成K，余量溶，余量溶入基體。入基體。 2、淬火態(tài)、淬火態(tài) Me分布與淬火工藝有關(guān)。溶入分布與淬火工藝有關(guān)。溶入A體的元素體的元素淬火后

12、存在于淬火后存在于M、B中或中或AR中；未溶者仍在中；未溶者仍在K中。中。 3、回火態(tài)、回火態(tài) 低回低回: Me不重新分布；不重新分布； 400，Me開始開始重新分布。非重新分布。非K形成元素仍在基體中，形成元素仍在基體中，K形成元素逐步進(jìn)形成元素逐步進(jìn)入析出的入析出的K中，其程度決定于回火溫度和時(shí)間。中，其程度決定于回火溫度和時(shí)間。（一）（一）MeMe在不同狀態(tài)下的分布在不同狀態(tài)下的分布（二）（二）MeMe的偏聚（的偏聚（segregation segregation ） Me偏聚偏聚 缺陷處缺陷處C 基體平均基體平均C 這種現(xiàn)象也稱為這種現(xiàn)象也稱為吸附現(xiàn)象。吸附現(xiàn)象。 偏聚現(xiàn)象對(duì)鋼的組織和

13、性能產(chǎn)生了較大影響，偏聚現(xiàn)象對(duì)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). Me+：溶質(zhì)原子在刃型位錯(cuò)處吸附，形成柯氏氣團(tuán)；：溶質(zhì)原子在刃型位錯(cuò)處吸附，形成柯氏氣團(tuán)； Me+ ：溶質(zhì)原子在層錯(cuò)處吸附形成鈴木氣團(tuán)；：溶質(zhì)原子在層錯(cuò)處吸附形成鈴木氣團(tuán)； Me+ ：溶質(zhì)原子在螺位錯(cuò)吸附形成：溶質(zhì)原子在螺位錯(cuò)吸附形成Snoek氣團(tuán)氣團(tuán).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。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)

14、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(shí)不發(fā)生，也存在潛在的趨勢(shì)。即使暫時(shí)不發(fā)生，也存在潛在的趨勢(shì)。熱力學(xué)熱力學(xué)：該過程是自發(fā)進(jìn)行的，其驅(qū)動(dòng)力是溶質(zhì)：該過程是自發(fā)進(jìn)行的，其驅(qū)動(dòng)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。RTECCexp0影響影響因素因素 缺陷處缺陷處溶質(zhì)濃度溶質(zhì)濃度 溫度

15、溫度T ：T，內(nèi)吸附強(qiáng)烈；，內(nèi)吸附強(qiáng)烈； 時(shí)間時(shí)間t：偏聚：偏聚需要需要原子擴(kuò)散原子擴(kuò)散需要一定時(shí)間需要一定時(shí)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：其它元素：間接作用間接作用 : 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(diǎn)陣類型：點(diǎn)陣類型：bcc點(diǎn)陣內(nèi)吸附較點(diǎn)陣內(nèi)吸附較fcc強(qiáng)烈強(qiáng)烈l 對(duì)組織與性能影響很大對(duì)組織與性能影響很

16、大 回火脆性回火脆性：當(dāng)：當(dāng)P P，AsAs，SnSn，BiBi，SbSb在晶界發(fā)生偏聚在晶界發(fā)生偏聚 時(shí)時(shí)-晶界脆性；晶界脆性； 淬透性：淬透性：鋼中加微量鋼中加微量B B時(shí)，大大提高鋼的淬透性；時(shí)，大大提高鋼的淬透性； 晶界強(qiáng)化：晶界強(qiáng)化：耐熱鋼中加入耐熱鋼中加入B B，ZrZr等，提高晶界強(qiáng)度；等，提高晶界強(qiáng)度； 晶界遷移與晶界擴(kuò)散晶界遷移與晶界擴(kuò)散 晶間腐蝕晶間腐蝕 優(yōu)先成核：優(yōu)先成核：相變時(shí)晶體缺陷處優(yōu)先成核。相變時(shí)晶體缺陷處優(yōu)先成核。 五五. . 合金鋼的分類與編號(hào)合金鋼的分類與編號(hào) 1. 鋼的分類鋼的分類l按用途分類按用途分類 工程結(jié)構(gòu)鋼工程結(jié)構(gòu)鋼 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼

17、工具鋼（刃具鋼、模具鋼、量具鋼）工具鋼（刃具鋼、模具鋼、量具鋼） 特殊性能鋼（不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼、超強(qiáng)鋼）特殊性能鋼（不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼、超強(qiáng)鋼）l按金相組織分類按金相組織分類 1 1）按平衡狀態(tài)或退火狀態(tài)的組織分：）按平衡狀態(tài)或退火狀態(tài)的組織分： 亞共析鋼，共析鋼，過共析鋼和萊氏體鋼；亞共析鋼，共析鋼，過共析鋼和萊氏體鋼； 2 2）按正火組織分）按正火組織分: P: P鋼，鋼，B B鋼，鋼，MM鋼，鋼，A A鋼；鋼； 3）按加熱冷卻時(shí)有無相變和室溫時(shí)的金相組織分：）按加熱冷卻時(shí)有無相變和室溫時(shí)的金相組織分： F F鋼，鋼，MM鋼，鋼，A A鋼和雙相鋼。鋼和雙相鋼。l按按化學(xué)成分化學(xué)成

18、分分：碳素鋼和合金鋼；分：碳素鋼和合金鋼；l按按工藝特點(diǎn)工藝特點(diǎn)分：鑄鋼分：鑄鋼, , 滲碳鋼滲碳鋼, , 易削鋼等；易削鋼等；l按按質(zhì)量等級(jí)質(zhì)量等級(jí)分分: : 普通質(zhì)量鋼、優(yōu)質(zhì)鋼、高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼和特普通質(zhì)量鋼、優(yōu)質(zhì)鋼、高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼和特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼。2. 2. 合金鋼的編號(hào)方法合金鋼的編號(hào)方法v含碳量含碳量C C：一般以平均含碳量的一般以平均含碳量的萬分之幾萬分之幾來表示。來表示。 如如 30CrMnA: 30CrMnA: 平均含碳量為平均含碳量為0.30%0.30%； 60Si2Mn:60Si2Mn:平均含碳量為平均含碳量為0.60%0.60%。u注意：注意：l不銹鋼、耐熱鋼、高速鋼等高合金鋼

19、，含碳量一般不予不銹鋼、耐熱鋼、高速鋼等高合金鋼，含碳量一般不予標(biāo)出；但如果幾個(gè)鋼的標(biāo)出；但如果幾個(gè)鋼的M%M%相同，相同，C%C%不同，則用千分不同，則用千分之幾表示之幾表示C%C%。如。如0Cr13, 1Cr13, 2Cr13, 3Cr13, 0Cr13, 1Cr13, 2Cr13, 3Cr13, 4Cr134Cr13；l合金工具鋼：當(dāng)合金工具鋼：當(dāng)C1.0%, C1.0%, 不標(biāo)出；當(dāng)不標(biāo)出；當(dāng)C1.0%,C1.0%,用千用千分之幾標(biāo)出分之幾標(biāo)出, ,如如9Mn2V, 9CrSi9Mn2V, 9CrSi。v 合金元素合金元素MMl平均含量小于平均含量小于1.5%1.5%時(shí)，只標(biāo)元素。如：

20、時(shí)，只標(biāo)元素。如：20MnVB20MnVB：0.20%C, 1.5%Mn, 0.2%V, 0.20%C, 1.5%Mn, 0.2%V, 微量微量B B； l平均含量在平均含量在1.5-2.491.5-2.49，2.50-3.492.50-3.4922.50-23.4922.50-23.49應(yīng)相應(yīng)地寫為應(yīng)相應(yīng)地寫為 2, 32, 3， , 23 , 23； 如如 5555Si2Si2Mn: 0.55%C, 2%Si, 1.5% MnMn: 0.55%C, 2%Si, 1.5% Mn 0 0Cr18Ni9Cr18Ni9Ti: 0.08%C, 18%Cr, 9%Ni, Ti: 15%，溶解度極小。，

21、溶解度極小。結(jié)結(jié)論論 有限固溶有限固溶 C、N、B、O等等 溶解度溶解度溶劑金屬點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)溶劑金屬點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)：同一溶劑金屬不：同一溶劑金屬不 同點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，溶解度是不同的同點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，溶解度是不同的 如如-Fe與與-Fe 。溶質(zhì)原子大小溶質(zhì)原子大?。簉，溶解度，溶解度。 N溶解度比溶解度比C大大 : RN=0.071nm， RC=0.077nm。 間隙位置間隙位置 優(yōu)先占據(jù)有利間隙位置優(yōu)先占據(jù)有利間隙位置 畸變?yōu)樽钚??；優(yōu)樽钚　?間隙位置總是沒有被填滿間隙位置總是沒有被填滿 最小自由能原理。最小自由能原理。 間隙固溶體間隙固溶體二二. . 碳化物（碳化物（K K） 1. 1. 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 1 1）rc

22、/rrc/rMM0.59 0.59 0.59 ，間隙化合物，間隙化合物 復(fù)雜密排結(jié)構(gòu)，如復(fù)雜密排結(jié)構(gòu)，如Cr, MnCr, Mn, Fe, Fe等與等與C C形成的形成的K K：l MM2323C C6 6型型 復(fù)雜立方，復(fù)雜立方，Cr, MnCr, Mn形成的形成的K K：CrCr2323C C6 6l MM7 7C C3 3型型 復(fù)雜六方，復(fù)雜六方，Cr, MnCr, Mn形成的形成的K K：CrCr7 7C C3 3, Mn, Mn7 7C C3 3l MM3 3C C型型 正交晶系，正交晶系，F(xiàn)eFe形成的形成的K K：FeFe3 3C C3 3）Fe-M-CFe-M-C形成的三元形成

23、的三元K KlMM6 6C C型型 復(fù)雜立方，復(fù)雜立方，W、Mo的的K： Fe3Mo3C, Fe4Mo2C, Fe3W3C, Fe4W2C。lMM2323C C6 6型型 復(fù)雜立方，復(fù)雜立方，W、Mo的的K： Fe21Mo2C6，F(xiàn)e21W2C6。1 1）K K類型類型 K類型與類型與Me的原子半徑有關(guān)。的原子半徑有關(guān)。 各元素的各元素的rc/rMe的值如下：的值如下： Me Fe Mn Cr V Mo W Ti Nb rc/rMe 0.61 0.60 0.61 0.57 0.56 0.55 0.53 0.53 2 2、K K形成的一般規(guī)律形成的一般規(guī)律 rc/rMe 0.59 復(fù)雜點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，

24、如復(fù)雜點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，如Cr、Mn、Fe ，形成形成Cr7C3、Cr23C6、Fe3C、Mn3C等形式的等形式的K； rc/rMe 0.59 簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)相，如簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)相，如Mo、W、V、Ti等，形成等，形成VC等等MC型，型，W2C等等M2C型型 。 Me量少時(shí)，形成復(fù)合量少時(shí)，形成復(fù)合K，如，如（Cr, M）23C6型型 。2 2）相似者相溶）相似者相溶 完全互溶：原子尺寸、電化學(xué)因素均相似。完全互溶：原子尺寸、電化學(xué)因素均相似。 如如Fe3C，Mn3C (Fe,Mn)3C；TiC VC。 有限溶解：一般有限溶解：一般K都能溶解其它元素，形成復(fù)合都能溶解其它元素，形成復(fù)合K 如如Fe3C中可溶入一定

25、量的中可溶入一定量的Cr、W、V等等. 最大值為最大值為 20%Cr， 2%W， Zr Nb V W, Mo Cr Mn Fe各種各種K相對(duì)穩(wěn)定性如下：相對(duì)穩(wěn)定性如下： MC M2C M6C M23C6 M7C3 M3C （高（高-低）低）三三. . 氮化物及硼化物氮化物及硼化物 自學(xué)內(nèi)容 四四. . 金屬間化合物金屬間化合物 合金鋼中由于合金鋼中由于MM之間以及之間以及MM與與FeFe之間產(chǎn)生相互作用，之間產(chǎn)生相互作用，可能形成各種金屬間化合物。保持金屬的特點(diǎn)?？赡苄纬筛鞣N金屬間化合物。保持金屬的特點(diǎn)。 合金鋼中比較重要的金屬間化合物有：合金鋼中比較重要的金屬間化合物有： 相（相（ABAB）

26、 拉夫斯相（拉夫斯相（ABAB2 2） 有序相（有序相（ABAB3 3） v 相相 在高鉻不銹鋼、鉻鎳（錳）奧氏體不銹鋼、耐熱鋼及耐熱合在高鉻不銹鋼、鉻鎳（錳）奧氏體不銹鋼、耐熱鋼及耐熱合金中，都會(huì)出現(xiàn)金中，都會(huì)出現(xiàn) 相相 ，伴隨著，伴隨著 相的析出，鋼和合金的塑性相的析出，鋼和合金的塑性和韌性顯著下降，脆性增加。和韌性顯著下降，脆性增加。 如如Cr-MnCr-Mn、Cr-CoCr-Co、Mo-MnMo-Mn等。等。v ABAB2 2 含鎢，鉬，鈮和鈦的復(fù)雜成分耐熱鋼和耐熱合金中，均存在含鎢，鉬，鈮和鈦的復(fù)雜成分耐熱鋼和耐熱合金中，均存在ABAB2 2相，強(qiáng)化相。相，強(qiáng)化相。 如（如（W,Mo

27、,NbW,Mo,Nb）（）（Fe,Ni,Mn,CrFe,Ni,Mn,Cr）2 2 其組元其組元A A的原子直徑和第二組元的原子直徑和第二組元B B的原子直徑之比為的原子直徑之比為1.2/11.2/1 。vAB3 n各組元之間尚不能形成穩(wěn)定的化合物，處于固溶各組元之間尚不能形成穩(wěn)定的化合物，處于固溶體到化合物的過渡狀態(tài)。體到化合物的過渡狀態(tài)。l有序無序轉(zhuǎn)變溫度較低，超過了就形成無序固溶有序無序轉(zhuǎn)變溫度較低，超過了就形成無序固溶體，體， 如如NiNi3 3Fe, NiFe, Ni3 3MnMn等；等；l有序狀態(tài)可保持高熔點(diǎn)，更接近金屬間化合物，有序狀態(tài)可保持高熔點(diǎn)，更接近金屬間化合物，如如NiNi

28、3 3Al, NiAl, Ni3 3Ti, NiTi, Ni3 3NbNb。lNiNi3 3AlAl是典型的復(fù)雜成分的耐熱鋼和耐熱合金中是典型的復(fù)雜成分的耐熱鋼和耐熱合金中的強(qiáng)化相的強(qiáng)化相 。五五. . 非金屬相（非金屬夾雜物）非金屬相（非金屬夾雜物） 1. 1. 夾雜物的種類夾雜物的種類l氧化物氧化物 簡(jiǎn)單氧化物，如簡(jiǎn)單氧化物，如FeOFeO、MnOMnO、TiOTiO2 2、SiOSiO2 2 復(fù)雜氧化物，復(fù)雜氧化物，MgOMgO Al Al2 2OO3 3, , CaOCaO2A12A12 2OO3 3等。等。 特點(diǎn)特點(diǎn): : 性脆易裂。這些氧化物在鋼材軋鍛以后，沿加性脆易裂。這些氧化物

29、在鋼材軋鍛以后，沿加工方向呈鏈狀分布。工方向呈鏈狀分布。l硫化物：硫化物： 鋼中常見的有鋼中常見的有MnSMnS、FeSFeS。 特點(diǎn)特點(diǎn): : 高可塑性，熱加工時(shí)沿加工方向強(qiáng)烈地伸長(zhǎng)。高可塑性，熱加工時(shí)沿加工方向強(qiáng)烈地伸長(zhǎng)。l硅酸鹽：硅酸鹽：成分復(fù)雜成分復(fù)雜, ,是鋼中常見的一種夾雜物。是鋼中常見的一種夾雜物。 根據(jù)檢驗(yàn)時(shí)金相形態(tài)來分類：根據(jù)檢驗(yàn)時(shí)金相形態(tài)來分類：l脆性夾雜物脆性夾雜物 如剛玉如剛玉(Al(Al2 2OO3 3) )、 MgOMgO Al Al2 2O O3 3, , 沿軋沿軋制方向排列呈點(diǎn)鏈狀分布。制方向排列呈點(diǎn)鏈狀分布。l塑性夾雜物塑性夾雜物 在變形過程中有良好的塑性，沿

30、軋向呈連續(xù)條狀分在變形過程中有良好的塑性，沿軋向呈連續(xù)條狀分布，有布，有MnSMnS和鐵錳硅酸鹽。和鐵錳硅酸鹽。 l球狀不變形夾雜物球狀不變形夾雜物 SiOSiO2 2，鈣的鋁酸鹽。，鈣的鋁酸鹽。l半塑性夾雜物半塑性夾雜物 主要是復(fù)相鋁硅酸鹽，含有主要是復(fù)相鋁硅酸鹽，含有AlAl2 2OO3 3或尖晶石氧化物?；蚣饩趸铩?2. 2. 非金屬夾雜物對(duì)軸承鋼疲勞壽命的影響非金屬夾雜物對(duì)軸承鋼疲勞壽命的影響l程度按剛玉、球狀不變形夾雜、半塑性鋁硅酸程度按剛玉、球狀不變形夾雜、半塑性鋁硅酸鹽、塑性硅酸鹽、硫化物依次遞減；鹽、塑性硅酸鹽、硫化物依次遞減；l理想的情況是：理想的情況是： 數(shù)量少數(shù)量少

31、、尺寸小尺寸小、塑性好塑性好、 細(xì)條狀細(xì)條狀、均勻分布均勻分布3. 3. 非金屬夾雜物的形成與消除非金屬夾雜物的形成與消除l脫氧產(chǎn)物脫氧產(chǎn)物; ;l凝固時(shí)析出的氧化物和硫化物凝固時(shí)析出的氧化物和硫化物; ;l殘留在鋼中的渣殘留在鋼中的渣; ;l冶煉和澆注時(shí)鋼液對(duì)耐火材料的浸蝕冶煉和澆注時(shí)鋼液對(duì)耐火材料的浸蝕; ;l出鋼時(shí)鋼液的二次氧化等。出鋼時(shí)鋼液的二次氧化等。u 完全脫氧是獲得高純凈鋼的必要條件；完全脫氧是獲得高純凈鋼的必要條件；u 利用真空脫氣、爐外精煉和電渣重熔。利用真空脫氣、爐外精煉和電渣重熔。4. 4. 對(duì)組織性能的影響對(duì)組織性能的影響 l與夾雜物的與夾雜物的成分，數(shù)量成分，數(shù)量有關(guān)

32、，而且和它的有關(guān)，而且和它的形狀、形狀、大小大小特別是特別是分布狀態(tài)分布狀態(tài)有關(guān)。有關(guān)。l非金屬夾雜物差不多總是看成是有害的非金屬夾雜物差不多總是看成是有害的。 1.3 1.3 合金元素對(duì)相變的影響合金元素對(duì)相變的影響 合金元素對(duì)鋼加熱時(shí)轉(zhuǎn)變的影響合金元素對(duì)鋼加熱時(shí)轉(zhuǎn)變的影響合金元素對(duì)過冷合金元素對(duì)過冷轉(zhuǎn)變的影響轉(zhuǎn)變的影響合金元素對(duì)淬火鋼回火轉(zhuǎn)變的影響合金元素對(duì)淬火鋼回火轉(zhuǎn)變的影響一一. M. M對(duì)鋼對(duì)鋼 化的影響化的影響 + Fe+ Fe3 3C (C (或或 K) K) ： 需要需要FeFe重組和重組和 C C擴(kuò)散擴(kuò)散 FeFe3 3C C或或K K：需要溶解于：需要溶解于 1. M1.

33、M對(duì)對(duì) 相形成的影響相形成的影響 對(duì)于對(duì)于（強(qiáng)）（強(qiáng)）K K形成元素形成元素: : 1 1）K K 穩(wěn)定難于溶解穩(wěn)定難于溶解, , 阻礙阻礙 的形成；的形成； 2 2）增加）增加C C在在 中的擴(kuò)散激活能，減慢中的擴(kuò)散激活能，減慢C C的擴(kuò)散。的擴(kuò)散。 對(duì)于對(duì)于非非K K形成元素形成元素： 降低降低C C在在 中的擴(kuò)散激活能，加速中的擴(kuò)散激活能，加速 C C的擴(kuò)散的擴(kuò)散。 2. M2. M對(duì)對(duì) 成分不均勻的影響成分不均勻的影響 n能阻礙能阻礙 均勻化均勻化-則查阻礙則查阻礙 轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變 1 1）M M 擴(kuò)散慢；擴(kuò)散慢； 2 2）K K形成元素對(duì)形成元素對(duì)C C的親和力較強(qiáng)，的親和力較強(qiáng)，MM均勻

34、化前均勻化前實(shí)際上實(shí)際上C C也很難均勻化；也很難均勻化； 3 3）存在合金元素及雜質(zhì)元素的內(nèi)吸附）存在合金元素及雜質(zhì)元素的內(nèi)吸附; ;n可通過提高淬火溫度來促進(jìn)可通過提高淬火溫度來促進(jìn) 成分均勻化成分均勻化 3. 3. 對(duì)對(duì) 晶粒長(zhǎng)大的影響晶粒長(zhǎng)大的影響 l促進(jìn)促進(jìn)A A晶粒長(zhǎng)大晶粒長(zhǎng)大 C C，P P，MnMn（高（高C C） 提高了提高了FeFe的自擴(kuò)散系數(shù)。的自擴(kuò)散系數(shù)。l強(qiáng)烈阻礙晶粒長(zhǎng)大強(qiáng)烈阻礙晶粒長(zhǎng)大 AlAl、TiTi、NbNb、V V等等 機(jī)械阻礙理論。機(jī)械阻礙理論。l中等阻止晶粒長(zhǎng)大中等阻止晶粒長(zhǎng)大 WW、MoMo等。等。 二二. . 合金元素對(duì)過冷合金元素對(duì)過冷 轉(zhuǎn)變的影響

35、轉(zhuǎn)變的影響1. 1. 對(duì)對(duì) P P轉(zhuǎn)變的影響轉(zhuǎn)變的影響2. 2. 對(duì)對(duì) B B 轉(zhuǎn)變的影響轉(zhuǎn)變的影響3. 3. 對(duì)對(duì) MM轉(zhuǎn)變的影響轉(zhuǎn)變的影響1. 1. 對(duì)對(duì)P P轉(zhuǎn)變的影響轉(zhuǎn)變的影響合金鋼中的合金鋼中的P P轉(zhuǎn)變過程的分析轉(zhuǎn)變過程的分析 1 1）孕育期：）孕育期： C C與合金元素的重新擴(kuò)散與分布。與合金元素的重新擴(kuò)散與分布。 2 2）K K形核長(zhǎng)大：形核長(zhǎng)大： A A優(yōu)先形成特殊碳化物；優(yōu)先形成特殊碳化物； B B需要需要C C和合金元素的擴(kuò)散，合金元素本身擴(kuò)散慢。和合金元素的擴(kuò)散，合金元素本身擴(kuò)散慢。 對(duì)于非碳化物形成元素：擴(kuò)散開去以便對(duì)于非碳化物形成元素：擴(kuò)散開去以便K K形成，也需要

36、擴(kuò)形成，也需要擴(kuò)散。散。 3 3）， 形核長(zhǎng)大形核長(zhǎng)大 合金元素合金元素 對(duì)對(duì)的影響主要：的影響主要： 提高提高 相的形核功相的形核功 或者或者 同素異型轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)變激活能。同素異型轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)變激活能。 NiNi，MnMn：主要是增加了：主要是增加了 形核功（從過冷度考慮）；形核功（從過冷度考慮）； Cr, W, Mo, SiCr, W, Mo, Si等：通過延緩等：通過延緩C C的擴(kuò)散；或者提高的擴(kuò)散；或者提高FeFe的自的自擴(kuò)散激活能，均可以提高轉(zhuǎn)變激活能。擴(kuò)散激活能，均可以提高轉(zhuǎn)變激活能。 Cr-Ni, Cr-Ni-Mo, Cr-Ni-WCr-Ni, Cr-Ni-Mo, Cr-Ni-W復(fù)合加

37、入時(shí)，大大提高過冷復(fù)合加入時(shí)，大大提高過冷 的穩(wěn)定性的穩(wěn)定性 2. 2. 合金元素對(duì)合金元素對(duì) B B 轉(zhuǎn)變的影響轉(zhuǎn)變的影響 半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變，只有半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變，只有C C的擴(kuò)散和重新分布的擴(kuò)散和重新分布, Fe, Fe和合和合金元素都難以或不能擴(kuò)散金元素都難以或不能擴(kuò)散. . + Fe + Fe3 3C C 或或-Fe-Fex xC C Si, Mn Si, Mn, Cr, B, Ni, Cr, B, Ni：推遲：推遲B B轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)變。 W, Mo, V, NbW, Mo, V, Nb ：推遲：推遲B B轉(zhuǎn)變的作用相對(duì)較小。轉(zhuǎn)變的作用相對(duì)較小。 （主要推遲（主要推遲P P轉(zhuǎn)變）轉(zhuǎn)變） CoCo：

38、 有加速作用有加速作用 。合金元素對(duì)過冷合金元素對(duì)過冷 轉(zhuǎn)變（主要是轉(zhuǎn)變（主要是P P）的綜合作用）的綜合作用lTi, Nb, ZrTi, Nb, Zr, V, V 主要是通過推遲（主要是通過推遲（P P轉(zhuǎn)變時(shí)）轉(zhuǎn)變時(shí)）K K形核與長(zhǎng)大形核與長(zhǎng)大來提高過冷來提高過冷 的穩(wěn)的穩(wěn)定性。定性。lWW，Mo, CrMo, Cr 1 1）推遲）推遲K K形核與長(zhǎng)大。作用：形核與長(zhǎng)大。作用： WW，MoCrMoCr。 2 2）增加固溶體原子間的結(jié)合力，）增加固溶體原子間的結(jié)合力，降低降低FeFe的自擴(kuò)散系數(shù)，增的自擴(kuò)散系數(shù)，增加加FeFe的擴(kuò)散激活能。的擴(kuò)散激活能。作用大小為：作用大小為：CrWCrW，M

39、oMo 3 3）減緩）減緩C C的擴(kuò)散。作用：的擴(kuò)散。作用： WW，MoCrMoCr。 lMnMn 1 1）（）（Fe,MnFe,Mn）3 3C, C, 減慢減慢P P轉(zhuǎn)變時(shí)合金滲碳體形核與長(zhǎng)大；轉(zhuǎn)變時(shí)合金滲碳體形核與長(zhǎng)大； 2 2）擴(kuò)大）擴(kuò)大 相區(qū)，強(qiáng)烈推遲相區(qū)，強(qiáng)烈推遲轉(zhuǎn)變，提高轉(zhuǎn)變，提高 的形核功。的形核功。lNiNi 開放開放 相區(qū)，并穩(wěn)定相區(qū)，并穩(wěn)定 相，提高相，提高 相的形核功。相的形核功。lCoCo 雖擴(kuò)大雖擴(kuò)大 相區(qū)，但能使相區(qū)，但能使A A3 3溫度提高（特例），使溫度提高（特例），使轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變?cè)诟叩臏囟冗M(jìn)行，降低了過冷在更高的溫度進(jìn)行，降低了過冷 的穩(wěn)定性，使的穩(wěn)定性，使C

40、 C曲線向曲線向左移。左移。 lAl, SiAl, Si 1 1）不形成各自）不形成各自K K，也不溶解在滲碳體中，必須擴(kuò)，也不溶解在滲碳體中，必須擴(kuò) 散出去為散出去為K K形核創(chuàng)造條件；形核創(chuàng)造條件； 2 2）SiSi可提高可提高FeFe原子的結(jié)合力。原子的結(jié)合力。 lB B，ReRe 強(qiáng)烈的內(nèi)吸附元素，富集于晶界，降低了強(qiáng)烈的內(nèi)吸附元素，富集于晶界，降低了 的界面能，阻礙的界面能，阻礙 相和相和K K形核。形核。多種合金元素的綜合合金化多種合金元素的綜合合金化 將強(qiáng)將強(qiáng)K K形成元素，弱碳化物形成元素與非碳化物形成元素相形成元素，弱碳化物形成元素與非碳化物形成元素相結(jié)合結(jié)合, , 大大提高

41、過冷大大提高過冷 的穩(wěn)定性。的穩(wěn)定性。圖例圖例1-1-綜合合金化提高過冷綜合合金化提高過冷 的穩(wěn)定性的穩(wěn)定性圖例圖例2-2-綜合合金化提高過冷綜合合金化提高過冷 的穩(wěn)定性的穩(wěn)定性 合金元素對(duì)合金元素對(duì)P P轉(zhuǎn)變和轉(zhuǎn)變和B B轉(zhuǎn)變有不同的作用轉(zhuǎn)變有不同的作用 lTi, NbTi, Nb, V, W, Mo, V, W, Mo等強(qiáng)碳化物形成元素等強(qiáng)碳化物形成元素: : l Cr, MnCr, Mn 中、弱碳化物形成元素：中、弱碳化物形成元素： 推遲推遲P P轉(zhuǎn)變，強(qiáng)烈推遲轉(zhuǎn)變，強(qiáng)烈推遲B B轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)變。 l Al, SiAl, Si 非碳化物形成元素非碳化物形成元素 增加過冷增加過冷 的穩(wěn)定性的穩(wěn)

42、定性, , 推遲推遲B B轉(zhuǎn)變更強(qiáng)烈。轉(zhuǎn)變更強(qiáng)烈。l NiNi 強(qiáng)烈推遲珠光體轉(zhuǎn)變；強(qiáng)烈推遲珠光體轉(zhuǎn)變；l CoCo 降低過冷奧氏體的穩(wěn)定性；降低過冷奧氏體的穩(wěn)定性； 但但 NiNi和和 CoCo不改變不改變C C曲線的形狀；曲線的形狀；l B B，P P，ReRe等等 強(qiáng)烈晶界偏聚強(qiáng)烈晶界偏聚, ,使先共析使先共析 F F 轉(zhuǎn)變顯著推遲，轉(zhuǎn)變顯著推遲， 對(duì)對(duì)P P和和B B轉(zhuǎn)變推遲較弱轉(zhuǎn)變推遲較弱, , 也不改變也不改變C C曲線的形狀。曲線的形狀。3. M3. M對(duì)馬氏體轉(zhuǎn)變的影響對(duì)馬氏體轉(zhuǎn)變的影響 l合金元素對(duì)馬氏體轉(zhuǎn)變的動(dòng)力學(xué)影響較小。合金元素對(duì)馬氏體轉(zhuǎn)變的動(dòng)力學(xué)影響較小。l合金元素的

43、作用表現(xiàn)在合金元素的作用表現(xiàn)在： 1 1）對(duì)馬氏體點(diǎn)）對(duì)馬氏體點(diǎn)Ms- MMs- Mf f溫度的影響；溫度的影響； 2 2）改變馬氏體形態(tài)及精細(xì)結(jié)構(gòu)（亞結(jié)構(gòu)）。）改變馬氏體形態(tài)及精細(xì)結(jié)構(gòu)（亞結(jié)構(gòu)）。 l除除Al,CoAl,Co 外，都降低外，都降低MsMs溫度。溫度。 其降低程度：強(qiáng)其降低程度：強(qiáng) CMnCrNiVMo, W, SiCMnCrNiVMo, W, Si 弱。弱。l提高提高 含量。含量。 可利用此特點(diǎn)使可利用此特點(diǎn)使MsMs溫度降低于溫度降低于00，以下，得到全部，以下，得到全部 組織。組織。 如加入如加入Ni, MnNi, Mn, C, N, C, N等。等。l合金元素有增加形成

44、孿晶馬氏體的傾向，且亞結(jié)構(gòu)與合金合金元素有增加形成孿晶馬氏體的傾向，且亞結(jié)構(gòu)與合金成分和馬氏體的轉(zhuǎn)變溫度有關(guān)。成分和馬氏體的轉(zhuǎn)變溫度有關(guān)。三三. . 合金元素對(duì)淬火鋼回火轉(zhuǎn)變的影響合金元素對(duì)淬火鋼回火轉(zhuǎn)變的影響 淬火鋼通常具有馬氏體淬火鋼通常具有馬氏體M和和（Ar）兩個(gè)介穩(wěn)相。）兩個(gè)介穩(wěn)相。 M：C要析出，形成要析出，形成 K； （Ar）：分解；）：分解； K： 聚集長(zhǎng)大；聚集長(zhǎng)大； ：在回火過程中回復(fù)與再結(jié)晶。：在回火過程中回復(fù)與再結(jié)晶。 這些過程有先有后，有的交叉進(jìn)行這些過程有先有后，有的交叉進(jìn)行 。1. M對(duì)馬氏體分解的影響對(duì)馬氏體分解的影響 1）K形成元素：形成元素：由于減緩由于減緩C

45、的擴(kuò)散，推遲的擴(kuò)散，推遲M分解過程。分解過程。 非非K形成元素：形成元素：Si, Al 延緩延緩K的形成；的形成； Ni, Mn影響不大。影響不大。2）生產(chǎn)上可以合金元素來提高馬氏體的分解溫度，提高馬）生產(chǎn)上可以合金元素來提高馬氏體的分解溫度，提高馬氏體的抗回火能力。氏體的抗回火能力。 2. 2. 合金元素對(duì)回火時(shí)合金元素對(duì)回火時(shí)轉(zhuǎn)變的影響轉(zhuǎn)變的影響 l淬火鋼中殘留奧氏體回火時(shí)轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)淬火鋼中殘留奧氏體回火時(shí)轉(zhuǎn)變的特點(diǎn) 基本遵循過過冷奧氏體恒溫轉(zhuǎn)變的規(guī)律?；咀裱^過冷奧氏體恒溫轉(zhuǎn)變的規(guī)律。l無論在無論在P或或B轉(zhuǎn)變區(qū)間殘留奧氏體轉(zhuǎn)變的孕育期較短，轉(zhuǎn)變區(qū)間殘留奧氏體轉(zhuǎn)變的孕育期較短，但都轉(zhuǎn)變

46、不完全。但都轉(zhuǎn)變不完全。l當(dāng)合金元素含量較高時(shí)，也有一個(gè)中溫穩(wěn)定區(qū)。當(dāng)合金元素含量較高時(shí)，也有一個(gè)中溫穩(wěn)定區(qū)?？赡芸赡苻D(zhuǎn)變成轉(zhuǎn)變成B，也可能轉(zhuǎn)變成，也可能轉(zhuǎn)變成P。 l定義定義: 在強(qiáng)在強(qiáng)K形成元素含量較高的合金鋼中淬火后形成元素含量較高的合金鋼中淬火后十分穩(wěn)定，十分穩(wěn)定，甚至加熱到甚至加熱到500-600回火時(shí)升溫與保溫時(shí)中仍不分解，而回火時(shí)升溫與保溫時(shí)中仍不分解，而是在冷卻時(shí)部分轉(zhuǎn)變成馬氏體，使鋼的硬度提高。是在冷卻時(shí)部分轉(zhuǎn)變成馬氏體，使鋼的硬度提高。l原因原因: 可能是可能是中析出部分中析出部分K，使，使C%，M%下降，下降，Ms升高，升高，冷卻時(shí)冷卻時(shí)M。 l應(yīng)用應(yīng)用: 在高合金鋼中可

47、以利用鋼的二次淬火現(xiàn)象來消除在高合金鋼中可以利用鋼的二次淬火現(xiàn)象來消除 。v 重要概念：重要概念：二次淬火二次淬火3. M對(duì)對(duì)K形成的影響形成的影響 lM在在相中開始顯著擴(kuò)散的溫度為：相中開始顯著擴(kuò)散的溫度為： Si 300; Mn 350; Cr 400; Mo、W、V 500; l回火過程中回火過程中 M 的特殊的特殊K形成的機(jī)制形成的機(jī)制 原位轉(zhuǎn)變（析出）：原位轉(zhuǎn)變（析出）：Cr 離位轉(zhuǎn)變（析出）：離位轉(zhuǎn)變（析出）：V，Nb，Ti, W, Mo 兼有兩種析出機(jī)制。兼有兩種析出機(jī)制。1）原位轉(zhuǎn)變（析出）原位轉(zhuǎn)變（析出） l元素向滲碳體富集，其濃度超過在合金滲碳體中的溶解度時(shí)元素向滲碳體富集

48、，其濃度超過在合金滲碳體中的溶解度時(shí), 合金滲碳體就在原位轉(zhuǎn)變成特殊碳化物。合金滲碳體就在原位轉(zhuǎn)變成特殊碳化物。 如如Cr鋼中的鋼中的Cr： -FexCFe3C（Fe, Cr）3C （Cr, Fe）7C3（Cr, Fe）23C6 l通式為：通式為： M0 +（Fe,M）3C 0 + MxCy M 淬火馬氏體淬火馬氏體; 0 回火馬氏體回火馬氏體 2）離位轉(zhuǎn)變（析出）離位轉(zhuǎn)變（析出） 在回火過程中直接從在回火過程中直接從相中析出特殊碳化物，同時(shí)相中析出特殊碳化物，同時(shí)伴隨著滲碳體的溶解，可使伴隨著滲碳體的溶解，可使HRC和強(qiáng)度提高（二次和強(qiáng)度提高（二次硬化效應(yīng)）。硬化效應(yīng)）。 如如 V，Nb,

49、Ti等都屬于此類型。等都屬于此類型。 通式為：通式為：M P + Fe3C 0 + MxCy P 部分分解的馬氏體；部分分解的馬氏體； 0 回火馬氏體?；鼗瘃R氏體。例如，例如，V鋼：鋼：1）當(dāng)回火）當(dāng)回火T500，從，從中直接析出中直接析出VC；3）當(dāng)回火）當(dāng)回火T繼續(xù)升高或回火時(shí)間延長(zhǎng)，繼續(xù)升高或回火時(shí)間延長(zhǎng)，VC%提提高，高，F(xiàn)e3C%降低，甚至消失。降低，甚至消失。3）同時(shí)存在原位析出與離位析出）同時(shí)存在原位析出與離位析出 uW，Mo回火時(shí)特殊回火時(shí)特殊K機(jī)制：機(jī)制：l在高于在高于500回火時(shí)，回火時(shí)， W，Mo向向Fe3C中富集，在原位轉(zhuǎn)變中富集，在原位轉(zhuǎn)變成成M2C型碳化物；型碳化物

50、；l同時(shí)也從同時(shí)也從相基體中直接析出相基體中直接析出M2C型型K；l在長(zhǎng)時(shí)間回火后，在長(zhǎng)時(shí)間回火后，M2C型碳化物轉(zhuǎn)變成型碳化物轉(zhuǎn)變成M6C型特殊碳化物型特殊碳化物 原位轉(zhuǎn)變：原位轉(zhuǎn)變：Fe3C(Fe, W)3CW2CM6C 離位轉(zhuǎn)變：離位轉(zhuǎn)變：M W2CM6C v 重要概念：二次硬化重要概念：二次硬化n定義定義 在含有在含有Ti, V, Nb, Mo, W等較高合金鋼淬火后，在等較高合金鋼淬火后，在500- 600范圍內(nèi)回火時(shí)，在范圍內(nèi)回火時(shí)，在相中沉淀析出這些元素的特殊碳化物，相中沉淀析出這些元素的特殊碳化物，并使鋼的并使鋼的HRC和強(qiáng)度提高。和強(qiáng)度提高。 當(dāng)然，不同合金元素的效果并不一樣

51、。當(dāng)然，不同合金元素的效果并不一樣。 但只有離位析出時(shí)才有二次硬化現(xiàn)象。但只有離位析出時(shí)才有二次硬化現(xiàn)象。 圖圖 回火溫度與硬度的關(guān)系回火溫度與硬度的關(guān)系4. M4. M對(duì)對(duì) 相回復(fù)與再結(jié)晶的影響相回復(fù)與再結(jié)晶的影響 M可提高可提高相的再結(jié)晶溫度，能使相的再結(jié)晶溫度，能使相和馬氏體形相和馬氏體形態(tài)保持到更高的回火溫度，從而保持較高的強(qiáng)度態(tài)保持到更高的回火溫度，從而保持較高的強(qiáng)度水平。水平。 Co, Mo, W, V, Cr 可顯著提高；可顯著提高； Si, Mn 可提高；可提高； Ni 影響不大。影響不大。 5. M5. M對(duì)鋼的回火脆性的影響對(duì)鋼的回火脆性的影響1）低溫回火脆性（第）低溫回火

52、脆性（第I類）類）產(chǎn)生：產(chǎn)生：回火溫度為回火溫度為200-400之間。不具有可逆性。之間。不具有可逆性。形成原因：形成原因：沿條狀馬氏體的間界析出沿條狀馬氏體的間界析出K薄片；薄片；S，P, As, Bi, Sn 等雜質(zhì)元素及等雜質(zhì)元素及 H，N等的促進(jìn)作用。等的促進(jìn)作用。防止：防止： a）不在此溫度區(qū)間內(nèi)回火；）不在此溫度區(qū)間內(nèi)回火； b）采用等溫淬火；）采用等溫淬火； c）加入）加入Si, 脆化溫度提高脆化溫度提高300；或加入；或加入Mo, 減輕作用。減輕作用。2 2）高溫回火脆性（第）高溫回火脆性（第II II類）類）產(chǎn)生：產(chǎn)生：500-650500-650回火的調(diào)質(zhì)鋼中；回火的調(diào)質(zhì)鋼

53、中；原因：原因：與鋼雜質(zhì)元素向原奧氏體晶界偏聚有關(guān)。與鋼雜質(zhì)元素向原奧氏體晶界偏聚有關(guān)?？赡嫘裕嚎赡嫘裕阂延谢鼗鸫嘈缘匿摷訜嶂粱鼗饻囟龋倏炖?，可已有回火脆性的鋼加熱至回火溫度，再快冷，可消除回火脆性。消除回火脆性。消除與防止：消除與防止： a a）利用其可逆性）利用其可逆性, ,重新加熱至重新加熱至600,600,快冷；快冷； b b）加入）加入WW，MoMo消除或延緩雜質(zhì)元素偏聚；消除或延緩雜質(zhì)元素偏聚； c c）提高鋼的純凈度）提高鋼的純凈度 。1.4 M1.4 M對(duì)強(qiáng)韌性和工藝性能的影響對(duì)強(qiáng)韌性和工藝性能的影響 l使用性能：在使用條件下表現(xiàn)出的性能，如機(jī)械、物理、使用性能：在使用條件下

54、表現(xiàn)出的性能，如機(jī)械、物理、化學(xué)性能?；瘜W(xué)性能。 機(jī)械性能：強(qiáng)度、韌性、塑性等。機(jī)械性能：強(qiáng)度、韌性、塑性等。l工藝性能：冷熱加工過程中表現(xiàn)出的性能，如鑄造、壓工藝性能：冷熱加工過程中表現(xiàn)出的性能，如鑄造、壓加、焊接、切削、熱處理性能等。加、焊接、切削、熱處理性能等。l強(qiáng)度與韌性往往是一對(duì)矛盾強(qiáng)度與韌性往往是一對(duì)矛盾事實(shí)事實(shí) 鋼強(qiáng)化，防止脆化鋼強(qiáng)化，防止脆化 發(fā)展目標(biāo)發(fā)展目標(biāo)1. 1. 強(qiáng)化的主要途徑與基本強(qiáng)化機(jī)制強(qiáng)化的主要途徑與基本強(qiáng)化機(jī)制 強(qiáng)化的主要途徑強(qiáng)化的主要途徑 宏觀上宏觀上：鋼的合金化、冷熱加工及其綜合運(yùn)用是鋼強(qiáng)化：鋼的合金化、冷熱加工及其綜合運(yùn)用是鋼強(qiáng)化的主要手段。的主要手段。微

55、觀上微觀上：在金屬晶體中造成盡可能多的阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的：在金屬晶體中造成盡可能多的阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的障礙。障礙。一一. 強(qiáng)化與韌化強(qiáng)化與韌化基本強(qiáng)化機(jī)制基本強(qiáng)化機(jī)制1 1）固溶強(qiáng)化）固溶強(qiáng)化 有韌性損失有韌性損失 結(jié)構(gòu)鋼：主要有結(jié)構(gòu)鋼：主要有C C，Si, MnSi, Mn, Cr, Ni, Cr, Ni； 耐熱鋼：常用耐熱鋼：常用 Mo, Cr, WMo, Cr, W等。等。2 2）細(xì)晶強(qiáng)化）細(xì)晶強(qiáng)化 AlAl脫氧，控制軋制，熱處理，合金化等。脫氧，控制軋制，熱處理，合金化等。 細(xì)晶強(qiáng)化對(duì)韌性有利。細(xì)晶強(qiáng)化對(duì)韌性有利。3）亞結(jié)構(gòu)強(qiáng)化）亞結(jié)構(gòu)強(qiáng)化（位錯(cuò)、孿晶、層錯(cuò)等）（位錯(cuò)、孿晶、層錯(cuò)等） 冷加工，

56、相變硬化都能提高位錯(cuò)密度。冷加工，相變硬化都能提高位錯(cuò)密度。 冷加工：冷軋，冷鐓，冷拔等。冷加工：冷軋，冷鐓，冷拔等。 相變硬化：相變硬化：M 轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變，B 轉(zhuǎn)變等轉(zhuǎn)變等 。4 4）“第二相（粒子）第二相（粒子）”強(qiáng)化強(qiáng)化 第二相（粒子）第二相（粒子）包括有序偏聚物、亞穩(wěn)相、過渡相、穩(wěn)定相等包括有序偏聚物、亞穩(wěn)相、過渡相、穩(wěn)定相等 彌散強(qiáng)化彌散強(qiáng)化 析出強(qiáng)化析出強(qiáng)化 沉淀強(qiáng)化沉淀強(qiáng)化 時(shí)效強(qiáng)化時(shí)效強(qiáng)化 過剩相強(qiáng)化過剩相強(qiáng)化 二次硬化二次硬化l沉淀強(qiáng)化沉淀強(qiáng)化 過飽和固溶體在回火或時(shí)效過程中第二相粒子（包括碳化物、過飽和固溶體在回火或時(shí)效過程中第二相粒子（包括碳化物、金屬間化合物、其它析出相等

57、）的彌散析出，具有強(qiáng)化作金屬間化合物、其它析出相等）的彌散析出，具有強(qiáng)化作用。用。l時(shí)效強(qiáng)化時(shí)效強(qiáng)化 過飽和固溶體在自然或人工時(shí)效過程中有偏聚物，過渡相、過飽和固溶體在自然或人工時(shí)效過程中有偏聚物，過渡相、亞穩(wěn)相或穩(wěn)定第二相粒子的彌散析出亞穩(wěn)相或穩(wěn)定第二相粒子的彌散析出 有引起的強(qiáng)化作用。有引起的強(qiáng)化作用。l彌散強(qiáng)化彌散強(qiáng)化 彌散細(xì)小的彌散細(xì)小的第二相粒子第二相粒子對(duì)基體的強(qiáng)化。對(duì)基體的強(qiáng)化。 重點(diǎn)重點(diǎn)在組織形態(tài)上粒子的彌散細(xì)小，有強(qiáng)烈的強(qiáng)化作用。在組織形態(tài)上粒子的彌散細(xì)小，有強(qiáng)烈的強(qiáng)化作用。l析出強(qiáng)化析出強(qiáng)化 概念的重點(diǎn)概念的重點(diǎn)在過飽和基體中析出第二相粒子，當(dāng)析出物細(xì)小在過飽和基體中析出第

58、二相粒子，當(dāng)析出物細(xì)小時(shí)，有很好的強(qiáng)化作用。時(shí)，有很好的強(qiáng)化作用。l二次硬化二次硬化 含碳及強(qiáng)碳化物形成元素的過飽和固溶體在淬火后的回火過含碳及強(qiáng)碳化物形成元素的過飽和固溶體在淬火后的回火過程中硬度不降，反而升高的現(xiàn)象。程中硬度不降，反而升高的現(xiàn)象。l過剩相強(qiáng)化過剩相強(qiáng)化 通過形成或加入過多的第二相粒子而引起的強(qiáng)化。如過共晶通過形成或加入過多的第二相粒子而引起的強(qiáng)化。如過共晶中先析出的化合物；預(yù)先加入的第二相質(zhì)點(diǎn)（粒子）。中先析出的化合物；預(yù)先加入的第二相質(zhì)點(diǎn)（粒子）。2. 2. 韌化途徑韌化途徑 細(xì)化晶粒；細(xì)化晶粒； 降低有害元素的含量；降低有害元素的含量； 加入能提高韌性的合金元素，如加入

59、能提高韌性的合金元素，如Ni, MnNi, Mn； 防止預(yù)存的顯微裂紋；防止預(yù)存的顯微裂紋； 形變熱處理；形變熱處理； 利用穩(wěn)定的殘余奧氏體來提高韌性；利用穩(wěn)定的殘余奧氏體來提高韌性； 盡量減少在鋼基體中或在晶界上存在粗大的碳化物或其它盡量減少在鋼基體中或在晶界上存在粗大的碳化物或其它化合物相?；衔锵?。合金元素對(duì)沖擊韌性的影響合金元素對(duì)沖擊韌性的影響M對(duì)韌脆化溫度的影響對(duì)韌脆化溫度的影響3. 3. 合金化與強(qiáng)韌化綜合運(yùn)用舉例合金化與強(qiáng)韌化綜合運(yùn)用舉例 以低以低C C馬氏體鋼為例馬氏體鋼為例 15MnVB, 20CrMoTi, 20SiMn2MoV15MnVB, 20CrMoTi, 20SiM

60、n2MoV等等 都具有良好的強(qiáng)韌性。都具有良好的強(qiáng)韌性。 ？ WhyWhy 它包含了哪些強(qiáng)韌化和合金化機(jī)制呢？它包含了哪些強(qiáng)韌化和合金化機(jī)制呢？強(qiáng)化強(qiáng)化C及合金元素的固溶強(qiáng)化；及合金元素的固溶強(qiáng)化；馬氏體中大量位錯(cuò)的位錯(cuò)強(qiáng)化；馬氏體中大量位錯(cuò)的位錯(cuò)強(qiáng)化；低低C鋼中鋼中Ms較高，因較高，因(自自)回火作用會(huì)產(chǎn)生細(xì)小析出所引起回火作用會(huì)產(chǎn)生細(xì)小析出所引起的析出強(qiáng)化；的析出強(qiáng)化；加入加入Si, Mn, Ni, Cr等都能提高奧氏體的過冷能力，從而細(xì)等都能提高奧氏體的過冷能力，從而細(xì)化晶粒；化晶粒；加入加入V，Ti后的彌散強(qiáng)化后的彌散強(qiáng)化;加入加入V，Ti后的細(xì)化晶粒作用。后的細(xì)化晶粒作用。 韌化韌化