金屬的結(jié)晶與凝固

1、2 2 凝固與結(jié)晶凝固與結(jié)晶 物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程稱為的過程稱為凝固凝固。 物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫B(tài)物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫B(tài)的過程稱為的過程稱為結(jié)晶結(jié)晶。 金屬材料的固態(tài)一般均金屬材料的固態(tài)一般均為多晶體，所以金屬自液為多晶體，所以金屬自液態(tài)的態(tài)的凝固過程也稱為結(jié)晶凝固過程也稱為結(jié)晶過程。過程。 物質(zhì)由一個(gè)相轉(zhuǎn)變?yōu)榱砦镔|(zhì)由一個(gè)相轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€(gè)相的過程稱為一個(gè)相的過程稱為相變相變。因此，因此，結(jié)晶過程也是相變結(jié)晶過程也是相變過程過程。 純金屬在結(jié)晶時(shí)的轉(zhuǎn)變溫度，純金屬在結(jié)晶時(shí)的轉(zhuǎn)變溫度，稱為稱為熔點(diǎn)熔點(diǎn)。當(dāng)溫度高于它時(shí)，金。當(dāng)溫度高于它時(shí)，金屬以屬以液體狀態(tài)液體狀態(tài)存在。低于它時(shí)

2、以存在。低于它時(shí)以固體狀態(tài)固體狀態(tài)存在。存在。 在熔點(diǎn)溫度時(shí)，液體與固體同在熔點(diǎn)溫度時(shí)，液體與固體同時(shí)存在，這時(shí)時(shí)存在，這時(shí)液體的結(jié)晶速度與液體的結(jié)晶速度與固體的熔化速度相同固體的熔化速度相同，是動(dòng)，是動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。態(tài)平衡狀態(tài)。 液態(tài)金屬冷卻到熔點(diǎn)時(shí)是液態(tài)金屬冷卻到熔點(diǎn)時(shí)是不能結(jié)晶成晶體的，只有冷不能結(jié)晶成晶體的，只有冷到低于熔點(diǎn)的溫度時(shí)，有一到低于熔點(diǎn)的溫度時(shí)，有一定的定的過冷度過冷度時(shí)才能結(jié)晶。時(shí)才能結(jié)晶。2.12.1 結(jié)晶過程結(jié)晶過程霧松霧松 冷卻曲線：冷卻曲線：金屬結(jié)晶時(shí)溫金屬結(jié)晶時(shí)溫度與時(shí)間的關(guān)系曲線。度與時(shí)間的關(guān)系曲線。 T T0 0-理論結(jié)晶溫度理論結(jié)晶溫度 T T1 1-實(shí)際結(jié)

3、晶溫度實(shí)際結(jié)晶溫度 T-T-過冷度過冷度 曲線上水平階段是由于結(jié)曲線上水平階段是由于結(jié)晶時(shí)放出晶時(shí)放出結(jié)晶潛熱結(jié)晶潛熱引起的。引起的。 過冷度的大小與冷卻速度過冷度的大小與冷卻速度有關(guān)，冷卻速度越快，過冷有關(guān)，冷卻速度越快，過冷度越大。度越大。 純金屬的冷卻曲線純金屬的冷卻曲線2.12.1 結(jié)晶過程結(jié)晶過程 液態(tài)和固態(tài)金屬，在不液態(tài)和固態(tài)金屬，在不同溫度下同溫度下自由能的變化，自由能的變化，總是朝著總是朝著能量降低能量降低的方向的方向進(jìn)行進(jìn)行。低于熔點(diǎn)時(shí)液態(tài)能。低于熔點(diǎn)時(shí)液態(tài)能比固態(tài)高，因而結(jié)晶。比固態(tài)高，因而結(jié)晶。 結(jié)晶過程結(jié)晶過程是金屬是金屬原子重原子重新排列新排列的過程，包括晶核的過程，

4、包括晶核的形成和長大。的形成和長大。T0T1 溶化溶化結(jié)晶結(jié)晶2.12.1 結(jié)晶過程結(jié)晶過程 自發(fā)形核：自發(fā)形核：液態(tài)金屬中的原子排列不規(guī)則，但液態(tài)金屬中的原子排列不規(guī)則，但也存在著一些原子排列規(guī)則的極小原子團(tuán)，時(shí)聚也存在著一些原子排列規(guī)則的極小原子團(tuán)，時(shí)聚時(shí)散，稱為時(shí)散，稱為晶坯晶坯。在實(shí)際結(jié)晶溫度下，經(jīng)孕育期。在實(shí)際結(jié)晶溫度下，經(jīng)孕育期時(shí)間后，有些晶坯開始穩(wěn)定并長大，形成時(shí)間后，有些晶坯開始穩(wěn)定并長大，形成晶核晶核。 異質(zhì)形核：異質(zhì)形核：更為普遍的是液體中存在的高熔點(diǎn)更為普遍的是液體中存在的高熔點(diǎn)固態(tài)雜質(zhì)形成的固態(tài)雜質(zhì)形成的晶核晶核。 晶核形成后便晶核形成后便向各個(gè)方向各個(gè)方向生長向生長，

5、同時(shí)又有新的晶，同時(shí)又有新的晶核生成。直到核生成。直到液體完全消液體完全消失失。每個(gè)晶核最終長成一每個(gè)晶核最終長成一個(gè)晶粒，晶粒相接觸后形個(gè)晶粒，晶粒相接觸后形成晶界。成晶界。2.12.1 結(jié)晶過程結(jié)晶過程2.12.1 結(jié)晶過程結(jié)晶過程 晶核長大是晶核長大是具有方向性的漸進(jìn)過程具有方向性的漸進(jìn)過程。一般沿過。一般沿過冷度大的方向生長，直到液相消耗完畢。冷度大的方向生長，直到液相消耗完畢。 在正溫度梯度下，晶核長大以平面狀態(tài)推進(jìn)，在正溫度梯度下，晶核長大以平面狀態(tài)推進(jìn)，稱為稱為均勻長大均勻長大。在負(fù)溫度梯度下，由于晶核棱角。在負(fù)溫度梯度下，由于晶核棱角處的散熱條件好，生長快，先形成一次軸，一次處

6、的散熱條件好，生長快，先形成一次軸，一次軸又會(huì)產(chǎn)生二次軸軸又會(huì)產(chǎn)生二次軸，稱為，稱為樹枝狀長大樹枝狀長大。金屬的樹枝晶金屬的樹枝晶金屬的樹枝晶金屬的樹枝晶金屬的樹枝晶金屬的樹枝晶冰的樹枝晶冰的樹枝晶2.12.1 結(jié)晶過程結(jié)晶過程 鑄錠（件）的組織：鑄錠（件）的組織： 液態(tài)金屬被澆注到錠模中液態(tài)金屬被澆注到錠模中便得到便得到鑄錠鑄錠，而注入到鑄型，而注入到鑄型模具中成型則得到模具中成型則得到鑄件鑄件。 鑄錠（件）的宏觀組織通鑄錠（件）的宏觀組織通常由三個(gè)區(qū)域組成。常由三個(gè)區(qū)域組成。2.12.1 結(jié)晶過程結(jié)晶過程2.12.1 結(jié)晶過程結(jié)晶過程 表層細(xì)晶區(qū)：表層細(xì)晶區(qū)： 澆注時(shí)，由于冷模壁產(chǎn)澆注時(shí)，

7、由于冷模壁產(chǎn)生生很大的過冷度很大的過冷度及異質(zhì)形及異質(zhì)形核作用，使表面形成一層核作用，使表面形成一層很細(xì)的等軸晶粒很細(xì)的等軸晶粒區(qū)。區(qū)。 柱狀晶區(qū)：柱狀晶區(qū)： 由于模壁溫度升高，結(jié)晶放出潛熱，使細(xì)晶區(qū)由于模壁溫度升高，結(jié)晶放出潛熱，使細(xì)晶區(qū)前沿液體的前沿液體的過冷度減小過冷度減小，形核困難。加上模壁的，形核困難。加上模壁的定向散熱，使已有的晶體沿著定向散熱，使已有的晶體沿著與散熱相反的方向與散熱相反的方向生長生長而形成柱狀晶區(qū)。而形成柱狀晶區(qū)。2.12.1 結(jié)晶過程結(jié)晶過程 中心粗等軸晶區(qū)：中心粗等軸晶區(qū)： 由于結(jié)晶潛熱的不斷由于結(jié)晶潛熱的不斷放出，放出，散熱速度不斷減散熱速度不斷減慢慢，導(dǎo)致

8、柱狀晶停止生，導(dǎo)致柱狀晶停止生長。當(dāng)芯部液體全部冷長。當(dāng)芯部液體全部冷卻到實(shí)際結(jié)晶溫度以下卻到實(shí)際結(jié)晶溫度以下時(shí)，在雜質(zhì)作用下以異時(shí)，在雜質(zhì)作用下以異質(zhì)形核方式形成許多質(zhì)形核方式形成許多尺尺寸較大的等軸晶粒寸較大的等軸晶粒。 鑄造缺陷：鑄造缺陷： 常見的有常見的有縮孔、氣孔、疏松、偏析、夾渣、白點(diǎn)縮孔、氣孔、疏松、偏析、夾渣、白點(diǎn)等，它們對(duì)性能是有害的等，它們對(duì)性能是有害的. . 物質(zhì)在固態(tài)下，晶體結(jié)構(gòu)隨溫度變化而改變的物質(zhì)在固態(tài)下，晶體結(jié)構(gòu)隨溫度變化而改變的現(xiàn)象稱為現(xiàn)象稱為同素異晶轉(zhuǎn)變同素異晶轉(zhuǎn)變。它屬于。它屬于固態(tài)相變固態(tài)相變。 多數(shù)金屬結(jié)晶后的晶體結(jié)構(gòu)保持不變，但有些多數(shù)金屬結(jié)晶后的晶體

9、結(jié)構(gòu)保持不變，但有些金屬如鐵、錳、鈷、鈦、錫等，在固態(tài)下就會(huì)金屬如鐵、錳、鈷、鈦、錫等，在固態(tài)下就會(huì)隨溫度變化，而由一種晶格轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格。隨溫度變化，而由一種晶格轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格。 同素異晶轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)：同素異晶轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)： 形核一般在某些特定部位發(fā)生（如晶界、晶形核一般在某些特定部位發(fā)生（如晶界、晶內(nèi)缺陷、特定晶面等）。內(nèi)缺陷、特定晶面等）。 由于固態(tài)下擴(kuò)散困難，因而過冷傾向大。由于固態(tài)下擴(kuò)散困難，因而過冷傾向大。 伴隨著體積的變化，易造成很大內(nèi)應(yīng)力。伴隨著體積的變化，易造成很大內(nèi)應(yīng)力。2.22.2 同素異晶轉(zhuǎn)變同素異晶轉(zhuǎn)變 純鐵在固態(tài)冷卻純鐵在固態(tài)冷卻過程中過程中發(fā)生兩次發(fā)生兩次晶晶體結(jié)

10、構(gòu)的轉(zhuǎn)變。體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變。 由于純鐵能夠發(fā)由于純鐵能夠發(fā)生同素異晶轉(zhuǎn)變，生同素異晶轉(zhuǎn)變，生產(chǎn)中才有可能使生產(chǎn)中才有可能使用熱處理等方法，用熱處理等方法，來改變鋼的組織和來改變鋼的組織和性能。所以它具有性能。所以它具有重要的實(shí)際意義。重要的實(shí)際意義。2.22.2 同素異晶轉(zhuǎn)變同素異晶轉(zhuǎn)變2.22.2 同素異晶轉(zhuǎn)變同素異晶轉(zhuǎn)變 -Fe-Fe為為體心立方體心立方晶體結(jié)構(gòu)，晶體結(jié)構(gòu)， -Fe-Fe為高溫為高溫體心體心立方立方晶體結(jié)構(gòu)，晶體結(jié)構(gòu)， -Fe-Fe為為面心立方面心立方晶體結(jié)構(gòu)。都晶體結(jié)構(gòu)。都是鐵的同素異晶體。是鐵的同素異晶體。 -Fe -Fe2.32.3 碳鋼中雜質(zhì)碳鋼中雜質(zhì)2.32.3 碳鋼

11、中雜質(zhì)碳鋼中雜質(zhì) 雜質(zhì)：雜質(zhì)：碳鋼在冶煉和加工過程中，碳鋼在冶煉和加工過程中，由原材料、由原材料、冶煉方法、工藝操作冶煉方法、工藝操作等原因，而殘留或帶入鋼中等原因，而殘留或帶入鋼中的其他金屬和非金屬元素以及化合物等。的其他金屬和非金屬元素以及化合物等。 錳錳MnMn 在碳鋼中的含量一般小于在碳鋼中的含量一般小于0.8%, 0.8%, 是有益元素。是有益元素?？晒倘?，也可形成高熔點(diǎn)可固溶，也可形成高熔點(diǎn)MnSMnS（16001600）夾雜物。）夾雜物。主要作用：主要作用： 溶于鐵素體溶于鐵素體, , 起固溶強(qiáng)化作用；起固溶強(qiáng)化作用； 使硫的有害作用減弱；使硫的有害作用減弱； MnSMnS在高溫

12、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。 2.32.3 碳鋼中雜質(zhì)碳鋼中雜質(zhì) 硅硅SiSi 在碳鋼中的含量一般小于在碳鋼中的含量一般小于0.5%0.5%，是有益元素。，是有益元素?？晒倘?，也可形成可固溶，也可形成SiOSiO2 2夾雜物。主要作用為：夾雜物。主要作用為： 溶于鐵素體溶于鐵素體, , 起固溶強(qiáng)化作用；起固溶強(qiáng)化作用； 增加鋼液的流動(dòng)性；增加鋼液的流動(dòng)性； 對(duì)強(qiáng)度、硬度提高顯著；對(duì)強(qiáng)度、硬度提高顯著； 夾雜物夾雜物SiO2SiO2將使鋼的疲勞強(qiáng)度、塑性下降。將使鋼的疲勞強(qiáng)度、塑性下降。

13、 能升高擴(kuò)散激活能，降低擴(kuò)散系數(shù)。原因是能升高擴(kuò)散激活能，降低擴(kuò)散系數(shù)。原因是由于由于SiSi雖提高雖提高C C的活度，但同時(shí)降低了的活度，但同時(shí)降低了FeFe原子的原子的活動(dòng)性，即增加了活動(dòng)性，即增加了FeFe在固溶體中的結(jié)合能。在固溶體中的結(jié)合能。2.42.4 碳鋼中雜質(zhì)碳鋼中雜質(zhì)2.42.4 碳鋼中雜質(zhì)碳鋼中雜質(zhì) 硫硫S S 是是有害雜質(zhì)元素。應(yīng)控制有害雜質(zhì)元素。應(yīng)控制在在0.045%0.045%以下。以下。 S S常以和常以和FeFe形成的形成的FeSFeS形式形式存在，并易于存在，并易于FeFe在晶界上形在晶界上形成成低熔點(diǎn)共晶低熔點(diǎn)共晶(985)(985)。 當(dāng)在當(dāng)在1150115

14、012001200熱加工熱加工時(shí)，時(shí)，F(xiàn)eSFeS的熔化導(dǎo)致開裂，的熔化導(dǎo)致開裂，稱為稱為熱脆性。熱脆性。 MnMn可消除可消除S S的有害作用：的有害作用： FeS+MnFe+MnSFeS+MnFe+MnS MnSMnS熔點(diǎn)高熔點(diǎn)高(1600)(1600)。 磷磷P P 是有害雜質(zhì)元素。一般控制在是有害雜質(zhì)元素。一般控制在0.045%0.045%以下。以下。 可全部固溶入可全部固溶入- 鐵素體中，使鋼在常溫下硬度鐵素體中，使鋼在常溫下硬度提高，但劇烈地降低鋼提高，但劇烈地降低鋼的韌性和塑性，特別是的韌性和塑性，特別是低溫韌性，稱低溫韌性，稱冷脆性冷脆性。 可提高鋼在大氣中的可提高鋼在大氣中的

15、抗腐蝕性能?？垢g性能。 可改善鋼的切削加工可改善鋼的切削加工性能。性能。 2.42.4 碳鋼中雜質(zhì)碳鋼中雜質(zhì)2.42.4 碳鋼中雜質(zhì)碳鋼中雜質(zhì) 氮氮N N 是是有害雜質(zhì)氣體元素。有害雜質(zhì)氣體元素。 室溫下室溫下N N在在-鐵素體中溶解度很低。鋼中的過鐵素體中溶解度很低。鋼中的過飽和飽和N N，在常溫放置過程中以，在常溫放置過程中以FeNFeN、FeFe4 4N N氮化物氮化物的的形式析出，使鋼變脆形式析出，使鋼變脆, , 稱稱時(shí)效脆化時(shí)效脆化。 可以與可以與V V、TiTi、NbNb等元素等元素形成穩(wěn)定的氮化物，形成穩(wěn)定的氮化物，使使N N固固定，消除時(shí)效傾向。定，消除時(shí)效傾向。 有細(xì)化晶粒

16、和有細(xì)化晶粒和提高表面硬提高表面硬度、疲勞強(qiáng)度的作用。度、疲勞強(qiáng)度的作用。 氧氧O O 是是有害雜質(zhì)氣體元素。有害雜質(zhì)氣體元素。 在鋼中以氧化物的形在鋼中以氧化物的形式存在，形成硅酸鹽式存在，形成硅酸鹽2MnOSiO2MnOSiO2 2、MnOSiOMnOSiO2 2或或復(fù)合氧化物復(fù)合氧化物MgOAlMgOAl2 2O O3 3、MnOAlMnOAl2 2O O3 3，它們與基體，它們與基體結(jié)合力弱，不易變形，結(jié)合力弱，不易變形，易成為疲勞裂紋源。易成為疲勞裂紋源。2.42.4 碳鋼中雜質(zhì)碳鋼中雜質(zhì) 氫氫H H 是是有害雜質(zhì)氣體元素。有害雜質(zhì)氣體元素。 常溫下氫在鋼中的溶解常溫下氫在鋼中的溶解

17、度也很低。當(dāng)氫在鋼中以度也很低。當(dāng)氫在鋼中以原子態(tài)溶解時(shí)，與應(yīng)力共原子態(tài)溶解時(shí)，與應(yīng)力共同作用將降低韌性，引起同作用將降低韌性，引起氫脆氫脆。 當(dāng)氫在缺陷處以分子態(tài)當(dāng)氫在缺陷處以分子態(tài)析出時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很高的內(nèi)析出時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很高的內(nèi)壓，形成微裂紋，其內(nèi)壁壓，形成微裂紋，其內(nèi)壁為白色，稱為白色，稱白點(diǎn)白點(diǎn)。2.42.4 碳鋼中雜質(zhì)碳鋼中雜質(zhì)2.42.4 合金元素合金元素 合金元素：合金元素： 特別添加到鋼中特別添加到鋼中為了保證獲得所要為了保證獲得所要求的組織結(jié)構(gòu)、物求的組織結(jié)構(gòu)、物理、化學(xué)和機(jī)械性理、化學(xué)和機(jī)械性能的化學(xué)元素。能的化學(xué)元素。 MnMn、SiSi、CrCr、V V、TiTi、W W等

18、。等。2.42.4 合金元素合金元素 碳碳C C 主要強(qiáng)化元素，隨著碳含量的增高，淬火回火后主要強(qiáng)化元素，隨著碳含量的增高，淬火回火后的硬度和熱硬性都增高。的硬度和熱硬性都增高。 若碳和碳化物形成元素滿足碳化物分子式中的定若碳和碳化物形成元素滿足碳化物分子式中的定比關(guān)系，可以獲得最大的二次硬化效應(yīng)。比關(guān)系，可以獲得最大的二次硬化效應(yīng)。 C%=0.033%W+0.063%Mo+0.20%V+0.060%CrC%=0.033%W+0.063%Mo+0.20%V+0.060%Cr 若碳含量很高，碳化物總量增多，碳化物不均勻若碳含量很高，碳化物總量增多，碳化物不均勻性增加；淬火后殘余奧氏體量增多，需多

19、次回火；性增加；淬火后殘余奧氏體量增多，需多次回火；使固相線溫度降低，淬火溫度下降。使固相線溫度降低，淬火溫度下降。 對(duì)對(duì)W-MoW-Mo系，增加碳含量將使鋼的抗彎強(qiáng)度和韌性系，增加碳含量將使鋼的抗彎強(qiáng)度和韌性明顯下降。明顯下降。2.42.4 合金元素合金元素 鉻鉻CrCr 提高淬透性，也增加耐蝕性和抗氧化能力。提高淬透性，也增加耐蝕性和抗氧化能力。 在鋼中主要存在于在鋼中主要存在于M M2323C C6 6中，也溶于中，也溶于M M6 6C C和和MCMC型碳化型碳化物中。淬火加熱時(shí)，物中。淬火加熱時(shí)，CrCr幾乎全部溶于奧氏體中，主幾乎全部溶于奧氏體中，主要提高淬透性。要提高淬透性。 釩釩

20、V V 細(xì)化晶粒，提高回火穩(wěn)定性和熱硬性。細(xì)化晶粒，提高回火穩(wěn)定性和熱硬性。 在鋼中主要以在鋼中主要以VCVC存在，也溶于其他類型碳化物。存在，也溶于其他類型碳化物。淬火加熱時(shí)，淬火加熱時(shí)，VCVC部分溶于奧氏體中，未溶部分阻礙部分溶于奧氏體中，未溶部分阻礙奧氏體晶粒長大，溶解部分使馬氏體回火穩(wěn)定性提奧氏體晶粒長大，溶解部分使馬氏體回火穩(wěn)定性提高；回火時(shí)析出彌散高；回火時(shí)析出彌散VCVC產(chǎn)生二次硬化，提高熱硬性產(chǎn)生二次硬化，提高熱硬性和耐磨性。因此高速鋼耐磨鋼中含和耐磨性。因此高速鋼耐磨鋼中含V V量較多。量較多。2.42.4 合金元素合金元素 鎢鎢W W 提高熱硬性、回火穩(wěn)定性、改善韌性。提

21、高熱硬性、回火穩(wěn)定性、改善韌性。 共晶碳化物共晶碳化物M M6 6C C在淬火加熱時(shí)大量未溶，阻礙奧氏在淬火加熱時(shí)大量未溶，阻礙奧氏體晶粒長大，改善韌性。固溶在奧氏體中的體晶粒長大，改善韌性。固溶在奧氏體中的7 78%W8%W，淬火后提高回火穩(wěn)定性；回火時(shí)析出，淬火后提高回火穩(wěn)定性；回火時(shí)析出W W2 2C C，產(chǎn)生彌，產(chǎn)生彌散硬化，提高熱硬性。散硬化，提高熱硬性。 鉬鉬MoMo 作用與鎢相同，作用與鎢相同，1%Mo1%Mo可取代可取代1.5%W1.5%W。 鉬使共晶碳化物由魚骨狀變成細(xì)鳥巢狀，減小碳鉬使共晶碳化物由魚骨狀變成細(xì)鳥巢狀，減小碳化物的不均勻性；熱硬性略低；脫碳傾向大；鉬系化物的不

22、均勻性；熱硬性略低；脫碳傾向大；鉬系鋼的抗彎強(qiáng)度和韌性遠(yuǎn)高于鎢系。鋼的抗彎強(qiáng)度和韌性遠(yuǎn)高于鎢系。2.42.4 合金元素合金元素 鈷鈷CoCo 提高回火穩(wěn)定性和熱硬性。降低韌性、增大脫碳提高回火穩(wěn)定性和熱硬性。降低韌性、增大脫碳傾向。傾向。 淬火加熱時(shí)溶于奧氏體中，提高馬氏體的回火穩(wěn)淬火加熱時(shí)溶于奧氏體中，提高馬氏體的回火穩(wěn)定性。定性。CoCo與與W W和和MoMo原子間結(jié)合力強(qiáng)，可減輕原子間結(jié)合力強(qiáng)，可減輕W W和和MoMo原原子擴(kuò)散速率，減慢合金碳化物析出和聚集長大，增子擴(kuò)散速率，減慢合金碳化物析出和聚集長大，增加熱硬性。加熱硬性。 稀土元素稀土元素 提高鋼在提高鋼在900-1150900-

23、1150間的熱塑性。間的熱塑性。 加入稀土元素降低硫在晶界的偏聚，從而提高熱加入稀土元素降低硫在晶界的偏聚，從而提高熱塑性。塑性。2.42.4 合金元素合金元素2.52.5 合金元素存在形式合金元素存在形式 形成鐵基置換固溶體形成鐵基置換固溶體 NiNi、CoCo、MnMn、CrCr、V V等元素可與等元素可與FeFe形成無限固形成無限固溶體。其中溶體。其中NiNi、CoCo和和MnMn形成以形成以-Fe-Fe為基的無限固為基的無限固溶體，溶體，CrCr和和V V形成以形成以-Fe-Fe為基的無限固溶體。為基的無限固溶體。 MoMo和和W 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

24、的有限固溶體。如-Fe(Mo)-Fe(Mo)和和-Fe(W)-Fe(W)等。等。 TiTi、NbNb、TaTa只能形成具有較窄溶解度的有限固只能形成具有較窄溶解度的有限固溶體；溶體；ZrZr、HfHf、PbPb在在FeFe具有很小的溶解度。具有很小的溶解度。 2.52.5 合金元素存在形式合金元素存在形式 形成鐵基間隙固溶體形成鐵基間隙固溶體 對(duì)對(duì)-Fe-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-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，隨間隙原子尺寸的減小而間隙原子的

25、溶解度，隨間隙原子尺寸的減小而增加，即按增加，即按B B、C C、N N、O O、H H的順序而增加。的順序而增加。 形成合金滲碳體形成合金滲碳體 合金滲碳體（碳化物）、氮化物和碳、氮化物合金滲碳體（碳化物）、氮化物和碳、氮化物間隙化合物相，是鋼中的基本強(qiáng)化相。間隙化合物相，是鋼中的基本強(qiáng)化相。 2.52.5 合金元素存在形式合金元素存在形式 形成合金滲碳體形成合金滲碳體 過渡族金屬與碳、氮的親和力、碳化物和氮化過渡族金屬與碳、氮的親和力、碳化物和氮化物的強(qiáng)度（或穩(wěn)定性）按下列規(guī)律遞減：物的強(qiáng)度（或穩(wěn)定性）按下列規(guī)律遞減： HfHf、ZrZr、TiTi、TaTa、NbNb、V V、W W、Mo

26、Mo、CrCr、MnMn、FeFe 、族金屬的碳化物與氮化物具有簡單的點(diǎn)族金屬的碳化物與氮化物具有簡單的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，如陣結(jié)構(gòu)，如TiCTiC、VCVC、TiNTiN、TaCTaC等。等。 、金屬的碳化物與氮化物具有復(fù)雜的金屬的碳化物與氮化物具有復(fù)雜的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，如點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，如CrCr7 7C C3 3、CrCr2323C C6 6、W W2 2C C、MoMo2 2C C、(W(W、MoMo、Fe)Fe)6 6C C等。等。 在鋼中，鐵的碳化物與合金碳化物相比，是最在鋼中，鐵的碳化物與合金碳化物相比，是最不穩(wěn)定的。滲碳體中不穩(wěn)定的。滲碳體中FeFe的原子可以被若干合金元素的原子可以被若干合金元素的原子所取代。如的原子所取代。如(Fe,Mn)(Fe,Mn)3 3C C、(Fe,Cr)(Fe,Cr)2323C C等。等。 2.52.5 合金元素存在形式合金元素存在形式 形成金屬間化合物形成金屬間化合物 金屬化合物的類型通常分為正常價(jià)化合