金屬材料學第1章鋼的合金化

2023年2月4日工程材料導論講義曹志強教授電話：84706169手機-mail:caozq@大連理工大學材料科學與工程學院2023年2月4日第1篇鋼鐵材料2023年2月4日重點及基本要求2

第1章是本課程基礎(chǔ)和重點，要求全面掌握了解鋼中的常見合金元素對鋼的組織、熱處理及性能的影響規(guī)律，掌握合金元素的加入對鋼的基本強化機制的影響。難點是合金元素對鋼中基本合金相結(jié)構(gòu)的影響第1章鋼的合金化概念

foundamentalofalloysteel2023年2月4日概述合金鋼：在化學成分上有目的地加入合金元素，用以保證一定的生產(chǎn)和加工工藝以及力學性能要求的鐵基合金合金元素：是指特別添加到鋼中為了保證獲得所要求的組織結(jié)構(gòu)、物理、化學和機械性能的化學元素。（主動加入）雜質(zhì)：由冶煉時原材料以及冶煉方法、工藝操作而帶入的化學元素。2023年2月4日第1章鋼的合金化概念1.1合金元素和鐵的作用1.2合金鋼中的相組成1.3合金元素在鋼中的分布及偏聚1.4合金鋼中的相變1.5合金元素對鋼強韌化的影響1.6合金元素對鋼工藝性的影響1.7微量元素在鋼中的作用1.8金屬材料的環(huán)境協(xié)調(diào)性設(shè)計2023年2月4日一、鋼中的雜質(zhì)P、S、Mn、Si、Al、H、O、N、Cu、Sn、Pb、Ni、Cr等。P（礦石）、S（焦炭帶入，本溪鋼鐵不含S，焦炭水洗可降硫）。1.1合金元素和鐵的作用

1.1.1鋼中的元素

熱脆性——S——FeS(Fe-FeS熔點989℃)；？

冷脆性——P——Fe3P（Fe-Fe3P硬脆1050

℃

）？

2023年2月4日Mn、Si、Al是由脫氧劑帶入，由鋁脫氧產(chǎn)生了鎮(zhèn)靜鋼，用Mn、Si脫氧的為沸騰鋼。Mn、Si脫氧劑:FeO＋Mn＝Fe＋MnOFeO＋Si＝Fe＋SiO2FeS＋Mn＝MnS＋Fe（防止熱脆）2023年2月4日復雜氧化物

MgO.Al2O3，MnO.Al2O3鋼中氧化物夾雜*特點：性脆，易斷裂，一般無塑性。因此，氧化物在鋼材鍛軋后，沿加工方向呈鏈狀分布二、雜質(zhì)元素在鋼中的分布（存在形式）（1）氧化物簡單氧化物

FeO，MnO，TiO2，SiO2，Al2O3，Cr2O3等2023年2月4日鋼中的MnS夾雜（2）硫化物常見：MnS，F(xiàn)eS特點：MnS有較高的塑性，熱加工時沿加工方向呈帶狀、纖維狀或線狀分布2023年2月4日三、我國的資源情況及合金系統(tǒng)儲量豐富，可大量開采：

Si，V，Ti，Nb，B，稀土等Mn的資源豐富，但由于用量大，應節(jié)約W，Mo的資源豐富，用途廣泛Ni，Cr，Co資源很少2023年2月4日*一般情況下，奧氏體形成元素易優(yōu)先分布于奧氏體中，鐵素體形成元素易優(yōu)先分布于鐵素體中。1.奧氏體形成元素

C,N,Cu,Mn,Ni,Co2.鐵素體形成元素

Hf,Zr,Ti,Ta,Nb,V,W,Mo,Cr,Si,Al（一）

按與Fe相互作用分類2023年2月4日2.碳化物形成元素

Hf，Zr，Ti，Ta，Nb，V，W，Mo，Cr，Mn，F(xiàn)e

1.非碳化物形成元素

Ni，Cu，Si，Al，P等中強（二）按與C相互作用（親和力大?。┓诸愖顝娙?023年2月4日（三）按對奧氏體層錯能的影響分類（1）層錯能的概念：晶體中形成層錯時增加的能量。（2）奧氏體層錯能對鋼的組織和性能的影響。一般認為層錯能越低，越有利于位錯擴展和形成位錯，使滑移困難，導致鋼的加工硬化趨勢增大。1.提高奧氏體層錯能元素

Ni，Cu，C等2.降低奧氏體層錯能元素

Mn，Cr，Ru（釕），Ir（銥）等2023年2月4日1.擴大奧氏體(γ)區(qū)元素1.1.2鐵基二元相圖圖1-1合金元素和Fe的作用形態(tài)

（a)Ni,Mn,Co使A3↓，A4↑，γ區(qū)擴大a)與γ區(qū)無限固溶——

Ni、Mn、Co

開啟γ區(qū)——

量大時，室溫為γ相；2023年2月4日圖1-2合金元素和Fe的作用形態(tài)

（b)C,NCub)與γ區(qū)有限固溶

——

C、N、Cu

——

擴大γ區(qū)。2023年2月4日2.縮小奧氏體(γ)區(qū)元素圖1-3合金元素和Fe的作用形態(tài)

（c)Cr,V使A3↑，A4↓，γ區(qū)縮小完全封閉γ區(qū)—Cr、VCr、V與α-Fe完全互溶，量大時→α相?

2023年2月4日

Ti，W，Mo，Al，Si，Be,B，Nb，Ta，Zr等與α-Fe形成有限固溶體。圖1-4合金元素和Fe的作用形態(tài)

Mo,W,Tib)縮小γ區(qū)——W、Mo、TiNb等部分溶解。穩(wěn)定γ相——A形成元素，穩(wěn)定α相——α形成元素。2023年2月4日元素擴大或縮小γ相區(qū)，一般認為是以下幾個因素共同作用的結(jié)果(1)合金元素的點陣類型（與γ-Fe相同還是α-Fe相同）(2)原子尺寸因素（與Fe原子半徑之比）3.合金元素擴大、縮小γ相區(qū)的影響因素2023年2月4日第四周期TiVCrMnFeCoNiCu3d層電子數(shù)235567810第五周期ZrNbMo4d層電子數(shù)245第六周期HfTaW（Re）5d層電子數(shù)2345次電子層，電子數(shù)<5，縮小γ區(qū)，次電子層，電子數(shù)＞5(Mn=5)，擴大γ區(qū)。

(3)電子層結(jié)構(gòu)因素Ni，Mn，Co能在γ－Fe中形成無限固溶體，Cr，V在α-Fe中形成無限固溶體。2023年2月4日

通過控制鋼中擴大奧氏體相區(qū)和縮小奧氏體相區(qū)的元素含量，就可以控制和調(diào)整鋼的組織：為了得到室溫奧氏體組織，可加Ni，Mn，N等為了得到室溫鐵素體組織，可加Cr，Si，Al，Ti等如：1Cr18Ni9奧氏體不銹鋼

1Cr17鐵素體不銹鋼4.合金元素與Fe相互作用理論在工程實際中的意義2023年2月4日思考題1.擴大奧氏體區(qū)元素有哪些？縮小奧氏體區(qū)元素有哪些？碳化物形成元素有哪些？非碳化物形成元素有哪些？增加奧氏體層錯能的元素有哪些？降低奧氏體層錯能的元素有哪些？2023年2月4日

Fe－C相圖是研究鋼相變和碳鋼熱處理加熱溫度的選擇依據(jù)。因此，研究合金元素對鋼相變的影響，首先要了解合金元素對Fe－C相圖的影響。合金元素對鋼相變的影響加熱(奧氏體化)

冷卻(奧氏體分解)

淬火鋼回火轉(zhuǎn)變影響1.1.3合金元素對Fe－C相圖的影響32023年2月4日附圖：以組織組成物標注的鐵碳合金相圖2023年2月4日對S、E點成分的影響圖1-5Cr元素對γ區(qū)的影響圖1-6Mn元素對γ區(qū)的影響A形成元素均使S、E點向左下方移動，

F形成元素使S、E點向左上方移動。

2023年2月4日圖1-7常見合金元素對共析碳含量的影響S點左移，意味著共析C量減小；意味著鋼中含碳量小于0.77％時，就會變?yōu)檫^共析鋼而析出二次滲碳體。2023年2月4日

E點左移意味著出現(xiàn)萊氏體組織的含碳量降低，這樣鋼中碳的質(zhì)量分數(shù)不足2％時就可以出現(xiàn)共晶萊氏體。保持到室溫時高速鋼W18Cr4V鋼（含碳0.7－0.9％）中會出現(xiàn)萊氏體。4Cr13不銹鋼，由于含Cr13％，致使共析點移至0.4％C附近，從而使4Cr13變?yōu)檫^共析鋼。2023年2月4日合金元素對臨界溫度點的影響

A形成元素Ni、Mn等使A1（A3）線向下移動；

F形成元素Cr、Si等使A1（A3）線向上移動對γ-Fe區(qū)的影響

A形成元素Ni、Mn等使γ-Fe區(qū)擴大→鋼在室溫下也為A體—奧氏體鋼；

F形成元素Cr、Si等使γ-Fe區(qū)縮小→鋼在室溫下仍為F體—鐵素體鋼。2023年2月4日合金元素對奧氏體轉(zhuǎn)變速度的影響碳化物形成元素使奧氏體過程大大減緩，除Co（Al）外（不易分解擴散，↑T、t升高），Mo、W、Cr、V等阻礙奧氏體長大，細化晶粒。圖1-8常見合金元素對共析溫度的影響2023年2月4日對C曲線和淬透性的影響除Co外，C曲線全部右移，臨界冷卻速度減小，淬透性提高。淬透性由強到弱

Mo、W、Mn、Cr、Ni、Si、V多元少量有利于提高淬透性，使Ms、Mf不至降低太多。碳化物形成元素（固溶在基體中）甚至導致C曲線出現(xiàn)兩個獨立區(qū)域。2023年2月4日第1章鋼的合金化概念1.1合金元素和鐵的作用1.2合金鋼中的相組成1.3合金元素在鋼中的分布及偏聚1.4合金鋼中的相變1.5合金元素對鋼強韌化的影響1.6合金元素對鋼工藝性的影響1.7微量元素在鋼中的作用1.8金屬材料的環(huán)境協(xié)調(diào)性設(shè)計2023年2月4日1.2合金鋼中的相組成合金元素在鋼中的分布合金元素在鋼中的存在形式固溶體化合物游離態(tài)固溶于F、A、M中Ni、Si、Co、Mn、Cr、Mo、W碳化物金屬間化合物非金屬夾雜物合金滲碳體特殊碳化物如Pb、Cu等2023年2月4日1.2.1形成鐵基置換固溶體金屬元素易溶入F，A，M中，以固溶體形式存在。

△r/r鐵

<8%可形成無限固溶體（Cr，V，Mn，Ni，Co等）

8%<△r/r鐵

<15%有限固溶體Mo，10％；W，11％△r/r鐵＝15%較窄的固溶體Ti，Ta，Nb△r/r鐵

>15%很小的固溶度，Zr，Hf2023年2月4日合金元素在鐵點陣中的固溶情況

MeTiVCrMnCoNiCuCN溶解度αFe~7(1340℃)無限無限~376100.20.020.1γFe0.68~1.412.8*無限無限無限8.52.062.8注：有些元素的固溶度與C量有關(guān)

不同元素的固溶情況是不同的。為什么?2023年2月4日

常用合金元素點陣結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)和原子半徑第四周期TiVCrMnFeCoNiCu點陣結(jié)構(gòu)bccbccbccbcc或fccfcc/hcpfccfcc電子結(jié)構(gòu)235567810原子半徑/nm0.1450.1360.1280.1310.1270.1260.1240.128ΔR/R%3.1—注：1、電子結(jié)構(gòu)是3d層電子數(shù)；2、原子半徑是配位數(shù)12的數(shù)值

2023年2月4日合金元素的固溶規(guī)律，即Hume-Rothery規(guī)律：

決定組元在置換固溶體中的溶解度因素是點陣結(jié)構(gòu)、原子半徑和電子因素，無限固溶必須使這些因素相同或相似.2023年2月4日（1）Ni、Mn、Co與γ-Fe的點陣結(jié)構(gòu)、原子半徑和電子結(jié)構(gòu)相似——無限固溶；（2）Cr、V與α-Fe的點陣結(jié)構(gòu)、原子半徑和電子結(jié)構(gòu)相似——無限固溶；（3）Cu和γ-Fe點陣結(jié)構(gòu)、原子半徑相近，但電子結(jié)構(gòu)差別大——有限固溶；（4）原子半徑對溶解度影響：ΔR≤±8%，可以形成無限固溶；≤±15%，形成有限固溶；>±15%，溶解度極小。結(jié)論2023年2月4日

①有限固溶C、N、B、O等

②溶解度溶劑金屬點陣結(jié)構(gòu)：同一溶劑金屬不同點陣結(jié)構(gòu)，溶解度是不同的——

如γ-Fe與α-Fe。溶質(zhì)原子大?。簉↓，溶解度↑。

N溶解度比C大:RN=0.071nm，

RC=0.077nm。

③間隙位置優(yōu)先占據(jù)有利間隙位置——

畸變?yōu)樽钚?。間隙位置總是沒有被填滿——

最小自由能原理。

1.2.2間隙固溶體2023年2月4日1.2.3.形成強化相（化合物相）一、鋼中常見的碳化物

K類型、大小、形狀和分布對鋼的性能有很重要的作用。

非K形成元素：Ni、Si、Al、Cu等

K形成元素：

Ti、Nb、V；W、Mo、Cr；Mn、Fe

（由強到弱排列）2023年2月4日鋼中常見的K類型有：

M3C：滲碳體，正交點陣；

M7C3：例Cr7C3，復雜六方；

M23C6：例Cr23C6，復雜立方；

M2C：例Mo2C、W2C，密排六方；

MC：例VC、TiC，簡單面心立方點陣；

M6C：不是一種金屬K。復雜六方點陣。

K也有空位存在；可形成復合K,如(Cr,Fe,Mo，…)7C3

2023年2月4日

復雜點陣結(jié)構(gòu)：M23C6

、M7C3

、M3C。特點：硬度、熔點較低，穩(wěn)定性較差；簡單點陣結(jié)構(gòu)：M2C、MC。又稱間隙相。特點：硬度高，熔點高，穩(wěn)定性好。

M6C型不屬于金屬型的碳化物,復雜結(jié)構(gòu)，性能特點接近簡單點陣結(jié)構(gòu)。2023年2月4日1、K類型

K類型與Me的原子半徑有關(guān)。各元素的rc/rMe的值如下：

MeFeMnCrVMoWTiNbrc/rMe0.610.600.610.570.560.550.530.53

二、K形成的一般規(guī)律2023年2月4日

rc/rMe>0.59—復雜點陣結(jié)構(gòu)，如Cr、Mn、Fe，形成Cr7C3、Cr23C6、Fe3C、Mn3C等形式的K；

rc/rMe<0.59—簡單結(jié)構(gòu)相，如Mo、W、V、Ti等，形成VC等MC型，W2C等M2C型。

Me量少時，形成復合K，如（Cr,M）23C6型。2023年2月4日2、相似者相溶

完全互溶：原子尺寸、電化學因素均相似。如Fe3C，Mn3C→(Fe,Mn)3C；TiC~VC。

有限溶解：一般K都能溶解其它元素，形成復合K

如Fe3C中可溶入一定量的Cr、W、V等.

最大值為<20%Cr，<2%W，<0.5%V；

MC型不溶入Fe，但可溶入少量W、Mo。

溶入強者,使K穩(wěn)定性↑;溶入弱者,使K穩(wěn)定性↓2023年2月4日3、強者先，依次成

K形成元素中，強者優(yōu)先與C結(jié)合，隨C↑，依次形成K。如：在含Cr、W鋼中，隨C↑，依次形成Fe3C，Cr7C3,Cr23C6

，M6C。如果鋼中C量有限，則弱的K形成元素溶入固溶體。如：在低碳含Cr、V的鋼中，大部分Cr都在基體固溶體中。2023年2月4日4、NM/NC比值決定了K類型

形成什么K主要決定于當時的NM/NC比值。

退火態(tài):在Cr鋼中，隨NM/NC↑，先后形成順序為：M3C→M7C3→M23C6

?；鼗饝B(tài):基體中的NM/NC↑，則析出的K中

NM/NC也↑。如W鋼回火時，析出順序為：

Fe21W2C6→WC→Fe4W2C→W2C，隨NW/NC不斷↑。2023年2月4日5、強者穩(wěn)，溶解難，

析出難，聚集長大也是難

MC型在1000℃以上才開始溶解；回火時，在500~700℃才析出，并且不易長大，產(chǎn)生“二次硬化”效果。這在高合金鋼中是很重要的強化方法。2023年2月4日6.Me在鋼中的存在形式

1、退火、正火態(tài)非K形成元素基本上固溶于基體中，而K形成元素視C和本身量多少而定。優(yōu)先形成K，余量溶入基體。

2、淬火態(tài)Me分布與淬火工藝有關(guān)。溶入A體的元素淬火后存在于M、B中或AR中；未溶者仍在K中。

3、回火態(tài)低回:Me不重新分布；>400℃，Me開始重新分布。非K形成元素仍在基體中，K形成元素逐步進入析出的K中，其程度決定于回火溫度和時間。2023年2月4日思考題1.合金元素對相變臨界成分點如何影響？合金對相變臨界溫度點有何影響？2.合金元素在鋼中有哪5種存在方式？3.碳化物有哪3種形式？2023年2月4日第1章鋼的合金化概念1.1合金元素和鐵的作用1.2合金鋼中的相組成1.3合金元素在鋼中的偏聚1.4合金鋼中的相變1.5合金元素對鋼強韌化的影響1.6合金元素對鋼工藝性的影響1.7微量元素在鋼中的作用1.8金屬材料的環(huán)境協(xié)調(diào)性設(shè)計2023年2月4日偏聚現(xiàn)象

Me偏聚→缺陷處C’>基體平均C

這種現(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，如晶界擴散、晶界斷裂、晶界腐蝕、相變形核等都與此有關(guān).

Me+⊥：溶質(zhì)原子在刃型位錯處吸附，形成柯氏氣團；

Me+≡：溶質(zhì)原子在層錯處吸附形成鈴木氣團；

Me+◎：溶質(zhì)原子在螺位錯吸附形成Snoek氣團.1.3合金元素在鋼中的偏聚42023年2月4日

B的偏聚有利于改善晶界強度，抑制其他元素偏聚；微量B在晶界吸附時，抑制F形核，使F+P轉(zhuǎn)變曲線右移。從而增加奧氏體穩(wěn)定性，提高鋼淬透性。但不使貝氏體的轉(zhuǎn)變曲線右移。Mo使F+P轉(zhuǎn)變曲線右移，0.5%Mo+微量B鋼正火時則可以得到貝氏體組織。2023年2月4日偏聚機理

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：缺陷處原子排列疏松，不規(guī)則，溶質(zhì)原子容易存在；能量學：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。（在沒有強制外力作用下，事物總是朝著能量↓的方向發(fā)生。即使暫時不發(fā)生，也存在潛在的趨勢。熱力學：該過程是自發(fā)進行的，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。2023年2月4日影響因素

缺陷處溶質(zhì)濃度溫度T：T↓，內(nèi)吸附強烈；時間t：偏聚需要原子擴散→需要一定時間；缺陷本身：缺陷越混亂，E↑，吸附也越強烈;其它元素：①間接作用:優(yōu)先吸附問題，B↓C②直接作用:影響吸附元素Dp；Mn↑DP，使P擴散加快，促進了鋼的回火脆性；Mo則相反，是消除或減輕回火脆性的有效元素。

點陣類型：bcc點陣內(nèi)吸附較fcc強烈2023年2月4日第1章鋼的合金化概念1.1合金元素和鐵的作用1.2合金鋼中的相組成1.3合金元素在鋼中的分布及偏聚1.4合金鋼中的相變1.5合金元素對鋼強韌化的影響1.6合金元素對鋼工藝性的影響1.7微量元素在鋼中的作用1.8金屬材料的環(huán)境協(xié)調(diào)性設(shè)計2023年2月4日1.4合金元素對鋼相變的影響1.4.1、合金鋼的加熱A化1.4.2、合金鋼過冷A體的分解1.4.3、合金鋼的回火轉(zhuǎn)變2023年2月4日1、K在A中的溶解規(guī)律

基本規(guī)律

1）K穩(wěn)定性越好，溶解度就越??；

2）溫度↓，溶解度↓，→彌散強化；

3）K穩(wěn)定差的先溶解

;

4）A中有弱K形成元素，則會↓C活度ac，→↑K的溶解；非K形成元素（如Ni）則相反,↑ac，↓K的溶解。如：較多Mn的存在使VC的溶解溫度從1100℃降至900℃。1.4.1合金鋼的加熱奧氏體化2023年2月4日

圖1-9碳（氮）化物在奧氏體中的溶解度與加熱溫度的關(guān)系

2023年2月4日2、A體均勻化

A體剛形成時，C和Me的分布是不均勻的.

合金鋼加熱均勻化與碳鋼相比有什么區(qū)別?3、A體晶粒長大

1）Ti、Nb、V↓↓，W、Mo↓晶粒長大；

2）C、N、B↑晶粒長大；

3）Ni、Co、Cu作用不大。2023年2月4日1.4.2合金元素對過冷γ分解的影響

過冷A體穩(wěn)定性實際上有兩個意義：孕育期和相變速度。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。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。2023年2月4日圖1-10“C”曲線五種形狀2023年2月4日圖1-11常用合金元素對奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線的影響(上左)強K形成元素(上右)中、弱K形成元素(下左)非K形成元素2023年2月4日主要是對馬氏體轉(zhuǎn)變溫度的影響，即Ms和Mf點的影響Ms=538-474C-33Mn-17Cr-17Ni-11Si-21Mo-11W。每1%合金含量引起馬氏體溫度下降值除Co，Al外，大多數(shù)合金元素固溶在奧氏體中，均使Ms點下降，增加殘余奧氏體的含量，其中C的影響最強烈。順序：C，Mn，Mo，Cr，Ni，Si，W2023年2月4日含碳量對馬氏體轉(zhuǎn)變溫度的影響含碳量對殘余奧氏體量的影響圖1-12含碳量對馬氏體轉(zhuǎn)變溫度的影響圖1-13含碳量對殘余奧氏體量的影響2023年2月4日圖1-14合金元素對1.0%C碳鋼Ms點的影響圖1-15合金元素對1.0%C碳鋼1150℃淬火后殘余奧氏體含量的影響

2023年2月4日思考題：

W、Mo等元素對貝氏體轉(zhuǎn)變影響不大，而對珠光體轉(zhuǎn)變的推遲作用大，如何理解?

對一般結(jié)構(gòu)鋼的成分設(shè)計時，要考慮其MS點不能太低，為什么?2023年2月4日1.4.3.合金元素對淬火鋼回火轉(zhuǎn)變的影響回火穩(wěn)定性：淬火鋼對回火過程中發(fā)生的各種軟化傾向（如馬氏體的分解，殘余奧氏體分解、碳化物的析出與鐵素體的再結(jié)晶）的抵抗能力。

合金鋼回火穩(wěn)定性優(yōu)于碳素鋼，因此回火溫度可高，時間可長?；鼗疬^程馬氏體的分解殘余奧氏體的分解碳化物的形成、聚集和長大α－Fe的回復和再結(jié)晶

鋼淬火后，內(nèi)部組織很不穩(wěn)定，隨回火溫度的不同，淬火組織會發(fā)生一系列的組織轉(zhuǎn)變，包括：2023年2月4日1、M分解低溫回火：C和Me擴散較困難，Me影響不大中溫以上：Me活動能力增強，對M分解產(chǎn)生不同程度影響:

1）Ni、Mn的影響很??；

2）K形成元素阻止M分解，其程度與它們與C的親和力大小有關(guān)。這些Me↓ac，阻止了滲碳體的析出長大；2023年2月4日

3）Si比較特殊：<300℃時強烈延緩M分解Si和Fe的結(jié)合力>Fe和C的結(jié)合力,↑ac

↓ε-FeXC的形核、長大Si能溶于ε，不溶于Fe3C，Si要從ε中出去↓ε→Fe3C

效果:含2%Si能使M分解溫度從260℃提高到350℃以上2023年2月4日基本規(guī)律

①滲碳體形成開始溫度基本與合金化無關(guān)；

②含非碳化物形成元素（Si除外）的合金鋼（線2）和C鋼（線1）規(guī)律相同；

③在相同回火溫度T1下，合金鋼馬氏體中含C量要比C鋼的高，如圖中的C3>C1，2；

④不同合金中，馬氏體中析出特殊碳化物的溫度TK是不同的，線3的下降幅度也是不同的。4）合金鋼回火時M中含C量變化規(guī)律52023年2月4日低溫Tc以下（150～200℃）回火時，由于溫度低，不僅合金元素擴散困難，連C擴散也困難，只能發(fā)生偏聚和短距離擴散，沉淀析出與α相保持共格的ε碳化物。合金元素仍均勻分布在α相和ε碳化物中不作重新分配。所以合金元素對馬氏體分解影響不大。圖1-16回火馬氏體中碳含量的變化2023年2月4日溫度升高到TC－Tk，碳元素活動能力增加，碳鋼含碳量顯著降低，而由于合金元素對M分解的阻礙作用較大，結(jié)果合金鋼中碳含量明顯高于碳鋼（曲線3）。溫度高于Tk后合金鋼的合金元素擴散能力顯著增加，二者差距縮小。碳化物形成元素強烈阻礙馬氏體分解和碳化物析出長大，推遲C從M中析出，使得：含碳化物形成元素的鋼中C從M中析出的溫度從一般碳鋼250～300℃提高到400～500℃，有時即使到550℃或更高溫度也難以使C完全從α相中析出，表現(xiàn)為回火穩(wěn)定性高。圖1-16回火馬氏體中碳含量的變化2023年2月4日

中、高碳鋼（C>0.5％）及合金鋼淬火后，組織都有殘余γ’，特別是合金元素量大時，更是如此。殘余γ’在高于200℃開始分解，于300℃完成。合金元素一般使殘γ’的分解溫度升高。其中Cr，Mn，Si作用最大。高合金鋼合金元素比較多，殘余γ’穩(wěn)定性更大，所以回火溫度一般在500～600℃，盡管回火溫度比較高，殘余γ’也只能發(fā)生部分轉(zhuǎn)變，有時高合金鋼為了消除殘γ’，往往需要二次或更多次的高溫回火或深冷處理消除。2.對殘余奧氏體分解的影響2023年2月4日

高合金鋼在500－600℃回火過程中，從殘γ’中析出碳化物，使得殘γ’中C和合金元素含量下降，使得Ms點升高，并達到室溫以上，因而在冷卻過程中，殘余γ’會轉(zhuǎn)變成M，而使鋼回火后的硬度高于淬火的硬度，這種現(xiàn)象稱為“二次淬火”（如高速鋼的回火）。硬度升高原因，一方面殘余γ’在冷卻過程中轉(zhuǎn)變成馬氏體，另一方面在回火時將產(chǎn)生合金碳化物的沉淀硬化，所以有時將后者稱為“二次硬化”。2023年2月4日3.對回火過程中碳化物析出的影響

各元素明顯開始擴散的溫度為：

MeSiMnCrMoW\VT,℃>300>350>400~500>500>500~550

1）K長大聚集溫度：M3C型，350~400℃；其它K，450~600℃；

2）K成分變化和類型轉(zhuǎn)變K轉(zhuǎn)變ε-FeXC→Fe3C→M3C→亞穩(wěn)特殊K→特殊KT,℃<150150~400400~500>500

能否形成特殊K，取決于:①Me性質(zhì)、NM/NC比值；②T和t。2023年2月4日圖1-17釩鋼（0.3C,2.1V）在1250℃淬火不同溫度回火2h，碳化物成分、結(jié)構(gòu)和硬度的變化2023年2月4日3）特殊K的形成原位析出：αM→α0+M3CMXCY(M7C3,M23C6)異位析出：αM→αP+M3Cα0+MXCY(MC,M2C)特殊K析出→二次硬化，異位直接析出→貢獻最大2023年2月4日4、回火脆性

1)第1類回火脆性

脆性特征

①不可逆；②與回火后冷速無關(guān)；③晶界脆斷。產(chǎn)生原因Me作用

①Fe3C薄膜在晶界形成；②雜質(zhì)元素P、S、Bi等偏聚晶界；↓晶界強度。

Mn、Cr↑脆性；

Si↑脆性溫度區(qū)；

V、Al、Mo等改善脆性。2023年2月4日

2)第2類回火脆性

脆性特征

①可逆；②回火后慢冷產(chǎn)生，快冷抑制；③晶界脆斷。產(chǎn)生原因

①雜質(zhì)Sb、S、As或N、P等偏聚晶界；②形成網(wǎng)狀或片狀化合物,↓晶界強度。高于回脆溫度，雜質(zhì)擴散離開晶界或化合物分解；快冷抑制雜質(zhì)元素擴散。Me作用

N、O、P、S、As、Bi等是脆化劑；

Mn、Ni與雜質(zhì)元素共偏聚，是促進劑；

Cr促進其它元素偏聚，助偏劑；

Mo、W、Ti抑制其它元素偏聚，清除劑2023年2月4日圖1-19回火后冷速對30CrMnSi

鋼沖擊韌度的影響圖1-1837CrNi3鋼回火時硬度與沖擊韌度的變化2023年2月4日偏聚元素（產(chǎn)生脆性的元素）：

H，N，O，P，Si，S，As，Sn，Bi等；對偏聚起促進作用（本身也偏聚）：Mn，Ni本身不偏聚，但促進別的元素偏聚：Cr抑制偏聚：Mo、Ti表1-1周期表中各種元素對第二類回火脆性的作用族周期ⅠAⅣBⅥBⅦBⅧBⅣAⅤAⅥA1H2CNO3SiPS4TiCrMnNiGeAsSe5MoSnSbTe6Bi備注：FeCoNi同為ⅧB元素2023年2月4日①避免高溫回火脆性，回火后快冷，一般小件用油冷，較大件用水冷。但工件尺寸過大時，即使油冷也難防止脆性產(chǎn)生；②加入合金元素Mo、W以抑制第二類回火脆性；③提高冶金質(zhì)量，盡可能降低鋼中有害元素的含量。采用高純凈鋼、細晶粒鋼或經(jīng)細化晶粒的預備熱處理3)防止合金鋼中第二類回火脆性的方法2023年2月4日Me對相圖的影響

Me與C的作用

Me在材料處理各過程中的行為表現(xiàn)加熱冷卻回火溫度時間一方面要清楚材料處理各過程的演化規(guī)律;另一方面要掌握Me在各過程中的作用和影響.為理解Me的作用→要了解鋼的基本強化機理.2023年2月4日第1章鋼的合金化概念1.1合金元素和鐵的作用1.2合金鋼中的相組成1.3合金元素在鋼中的分布及偏聚1.4合金鋼中的相變1.5合金元素對鋼強韌化的影響1.6合金元素對鋼工藝性的影響1.7微量元素在鋼中的作用1.8金屬材料的環(huán)境協(xié)調(diào)性設(shè)計2023年2月4日1.5合金元素對鋼強韌化的影響強化本質(zhì)：各種強化途徑↑塑變抗力↑位錯運動阻力

↑鋼強度畸變應力場；位錯密度；位錯塞積；釘扎位錯。固溶強化；位錯強化；細晶強化；彌散強化。2023年2月4日1.5.1鋼強化的形式及其機理合金元素的固溶強化表達式對于C、N等間隙原子，n=0.33~2.0；對于Mo、Si、Mn等置換式原子：n=0.5~1.0機理效果提高強度，降低塑韌性

原子固溶→晶格發(fā)生畸變

→產(chǎn)生彈性應力場，與位錯交互作用→↑位錯運動阻力2023年2月4日圖1-20合金元素對低碳鐵素體強度和塑性的影響

Si、Mn的固溶強化效應大，但Si>1.1%，Mn>1.8%時，鋼的塑韌性將有較大的下降。C、N固溶強化效應最大。

2023年2月4日圖1-21合金元素對Cr18Ni9型不銹鋼的強化效應(R.P.Reed.JOM.(1989):16)2023年2月4日位錯強化表達式機理位錯密度ρ↑→↑↑位錯交割、纏結(jié)，→有效地阻止了位錯運動→↑鋼強度。對bcc晶體，位錯強化效果較好?效果

在強化的同時，同樣也降低了伸長率，提高了韌脆轉(zhuǎn)變溫度TK2023年2月4日細晶強化表達式機理晶粒越細→晶界、亞晶界越多→

有效阻止位錯運動，產(chǎn)生位錯塞積強化。效果

↑鋼的強度，又↑塑性和韌度這是最理想的強化途徑.

著名的Hall-petch公式式中，d為晶粒直徑，KG為系數(shù)2023年2月4日圖1-22晶界處位錯塞積現(xiàn)象2023年2月4日第二相強化表達式機理

微粒第二相釘扎位錯運動→強化效果主要有切割機制和繞過機制。在鋼中主要是繞過機制。兩種情況：回火時彌散沉淀析出強化，淬火時殘留第二相強化。效果有效提高強度，但稍降低塑韌性。2023年2月4日沉淀強化（位錯切過第二相粒子）第二相粒子的特點是可變形，并與母相具有共格關(guān)系，這種強化方式與淬火時效密切相關(guān)，故有沉淀強化之稱。沉淀強化的基本途徑是合金化加淬火時效。合金化的目的是為造成理想的沉淀相提供成分條件。例如在馬氏體時效鋼中加入Ti和Mo，形成NiTi、Ni3Mo理想的強化相，以獲得良好的沉淀強化效果。2023年2月4日（b）Al-Li合金中位錯切割Al3Li相的電鏡照片（a）位錯切割第二相粒子的機制可變形微粒的強化作用（位錯切過機制）圖1-23位錯切過強化顆粒示意2023年2月4日第二相粒子不參與變形，與基體有非共格關(guān)系。當位錯遇到第二相粒子時，只能繞過并留下位錯環(huán)，第二相粒子是人為加入的，不溶于基體，故有彌散強化之稱。

位錯繞過第二相粒子這一過程要消耗額外的能量，故需要提高外加應力，所以造成強化。

2.彌散強化（位錯繞過第二相粒子）

彌散強化相通常人工加入，現(xiàn)在發(fā)展到通過時效方式得到2023年2月4日不可變形微粒的強化作用——奧羅萬機制（位錯繞過機制）（a）位錯繞過第二相粒子的機制（b）Ni合金中位錯繞過Ni3Ai相的電鏡照片圖1-24位錯繞過強化顆粒示意2023年2月4日第二相粒子的大小，數(shù)量，分布，性能都影響強化效果（1）第二相的間距越小強化效果越好；（2）第二相彌散度越大強化效果越好；（3）第二相粒子體積分數(shù)越大強化效果越好沉淀強化效果大于彌散強化

3.第二相強化的影響因素鋼強度表達式2023年2月4日圖1-25在低碳結(jié)構(gòu)鋼中各種強化效果示意圖2023年2月4日1.5.2合金鋼強化的有效性最終強化有效性取決于強化和弱化的綜合結(jié)果。1、強化的有效性

圖1-26強化和弱化的演變

1-M分解2-彌散析出3-綜合效應強化:彌散析出ΔRPH>|-ΔRS|弱化:M分解ΔRPH<|-ΔRS|RsRPH2023年2月4日2、Me對強化有效性的影響

強化有效性取決于形成彌散相的Me及其量。

Me量↑→彌散相量↑(有足夠的C)→二次硬化↑

例：含0.1~0.15%C鋼，需0.1~0.2%V；0.08~0.12%Nb；

2.5~3.0%Cr強化≥弱化Me最小濃度臨界值K類型含C量2023年2月4日圖1-27V含量對40鋼回火硬度的作用不同含C量的V鋼，如產(chǎn)生二次硬化，V的臨界濃度是不同的，為什么?2023年2月4日對結(jié)構(gòu)鋼，細晶強化和沉淀強化貢獻最大。合金鋼與C鋼的強韌性差異，主要不在于Me本身的強化作用，而在于Me對鋼相變過程的影響，并且Me的良好作用，只有在進行合適的熱處理條件下才能充分得到發(fā)揮。需要充分理解2023年2月4日

1.5.3合金元素對鋼韌性的影響

1、影響韌性的因素強化因素

一般情況，鋼強度↑→塑韌↓,稱為強韌性轉(zhuǎn)變矛盾。除細化組織強化外，其它強化因素都會程度不同地↓韌性。危害最大是間隙固溶；沉淀強化較小,但對強化貢獻較大。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2023年2月4日晶粒度

細晶既↑σS，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)2023年2月4日圖1-28合金元素對鐵素體沖擊韌度的影響圖1-29回火溫度和鋼強化機制的關(guān)系2023年2月4日圖1-31晶粒大小對強度韌度的影響圖1-30組織因素對Tk的影響2023年2月4日圖1-3220MnSi鋼不同晶粒度的低溫沖擊性能2023年2月4日2、提高鋼韌度的合金化途徑

1）細化晶粒、組織——如Ti、V、Mo；

2）↑回火穩(wěn)定性——如強K形成元素；

3）改善基體韌度——Ni；

4）細化K——適量Cr、V，使K小而勻；

5）↓回脆——W、Mo；

6）在保證強度水平下，適當↓含C量.7）↑冶金質(zhì)量。

2023年2月4日思考題：

鋼中可能的性能主要矛盾是什么?

有些零件為什么要經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理，而不直接用正火態(tài)?2023年2月4日第1章鋼的合金化概念1.1合金元素和鐵的作用1.2合金鋼中的相組成1.3合金元素在鋼中的分布及偏聚1.4合金鋼中的相變1.5合金元素對鋼強韌化的影響1.6合金元素對鋼工藝性的影響1.7微量元素在鋼中的作用1.8金屬材料的環(huán)境協(xié)調(diào)性設(shè)計2023年2月4日1.6Me對鋼工藝性的影響

一、冷成型性

冷成型性包括：深沖、拉延、彎曲等。

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。需要冷成型的材料應嚴格控制P、N量，盡可能↓Si、C等量。2023年2月4日二、熱壓力加工性

熱壓力加工有鍛造、軋制、拉拔等。

Me溶入基體→產(chǎn)生畸變,↑熱變形抗力→熱壓力加工性能↓。如Mo、W、Cr、V等元素影響較大。C和Me量較多時，形成共晶K，熱壓力加工性更差。

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.2023年2月4日三、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粗糙度。

C鋼硬度在170~230HB，切削性能最好.對組織來說，P:F=1:1較佳。不同含C量的鋼要得到較好的切削性，其預處理是不同的：對C鋼:<0.1%C,宜淬火；

<0.5%C,宜正火；

<0.8%C,宜退火；

>0.8%C,宜球化退火2023年2月4日思考題：為什么鋼的切屑是連續(xù)的，而鑄鐵的切屑是碎片狀斷開的?2023年2月4日四、材料的熱處理工藝性6鋼號合金元素質(zhì)量分數(shù)含量

/%P轉(zhuǎn)變孕育期

/秒35CrCr+Ni=1.341235CrMoCr+Mo=1.38

3540CrNiMoCr+Mo+Ni=3.25

500淬透性

一般是指淬火時獲得M的能力。

合金元素復合作用大，不是簡單加和。2023年2月4日圖1-33合金元素對鋼淬透強度因子的影響在結(jié)構(gòu)鋼中，↑M淬透性作用顯著的元素從大到小排列：（B）、Mo、Mn、Cr、Ni、Si。淬透性與化學成分、奧氏體化條件等因素有關(guān)。40Mn2/40Cr/40CrNiMo臨界淬透直徑30－60/25－60/≥100

2023年2月4日淬透性好的作用

可以使工件得到均勻而良好的力學性能，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。采用提高過冷奧氏體穩(wěn)定性的強碳化物形成元素（如Cr、Mo等）與強化鐵素體的元素（如Ni、Mn、Si等）的配合，可以在很大程度上提高馬氏體的淬透性。2023年2月4日

+Mo→能有效↓P轉(zhuǎn)變，但不能完全↓先共析F的析出↑B淬透性

+B→偏聚晶界→有效抑制先共析F的析出0.40%CMo0.14%Mo0.35%Mo0.60%Mo析出5%F（600℃）1∶2∶4P開始轉(zhuǎn)變時間(min)

1∶3∶36貝氏體淬透性合金化基本元素是0.5%Mo+微量B。2023年2月4日淬硬性

理想淬火條件下,形成M能達到的最高硬度。淬硬性主要與鋼的含碳量有關(guān)。亞共析鋼HRC=30+50C。圖1-34合金元素對馬氏體硬度的影響

（單獨加入Mn、Ni、Mo、Cr）2023年2月4日變形開裂傾向

熱應力→變形;組織應力→開裂；附加應力較復雜。影響因素比較復雜，要綜合分析。采用分級淬火、等溫淬火或雙液淬火可降低應力，減小變形開裂傾向。采用調(diào)質(zhì)、球化退火等預先熱處理也可減小零件的變形。

2023年2月4日過熱敏感性和氧化脫碳傾向

奧氏體晶粒急劇長大的敏感性，Mn↑。如40Mn2、50Mn2、35SiMn、65Mn等。

氧化和脫碳往往伴隨產(chǎn)生。Si↑。含硅鋼氧化脫碳傾向較大，如9SiCr、42SiMn、60Si2Mn、30CrMnSi等。脫碳會降低鋼的硬度、耐磨性和疲勞強度，脫碳對于工具、軸承、彈簧等零件是極其有害的。2023年2月4日回火穩(wěn)定性(熱穩(wěn)定性)

合金鋼回火穩(wěn)定性要比碳鋼好。同樣回火硬度,合金鋼的回火溫度高,時間也可長些,應力消除也大些；同樣塑韌性,合金鋼的強度比碳鋼高。2023年2月4日第1章鋼的合金化概念1.1合金元素和鐵的作用1.2合金鋼中的相組成1.3合金元素在鋼中的分布及偏聚1.4合金鋼中的相變1.5合金元素對鋼強韌化的影響1.6合金元素對鋼工藝性的影響1.7微量元素在鋼中的作用1.8金屬材料的環(huán)境協(xié)調(diào)性設(shè)計1.9合金鋼的分類與編號1.7微量元素在鋼中的作用1.7.1微量元素的作用常用微合金元素：B、N、V、Ti、Zr、Nb、RE。一般達到0.1%時就顯著影響鋼的組織性能。改善切削性能元素：S、Se、Bi、Pb、Ca等。凈化變質(zhì)控制夾雜物形態(tài)：Ti、Zr、RE、Ca1.凈化作用：B、RE脫氧、去氮、降氫。微量B，RE等元素使鋼凈化(1)B，RE與O或N，形成比重?。ㄒ咨细。┭趸锘虻?。(2)B，RE等能與As，Sb，Sn，Pb，Bi形成高熔點金屬間化合物。消除鋼的熱脆性，提高高溫強度。2.變質(zhì)作用：B、RE改變凝固過程和鑄態(tài)組織。形成非自發(fā)形核核心，降低晶體長大速率，細化晶粒。減少偏析。RE還可增大鋼的流動性。3.改變性質(zhì)或形態(tài)。球形好于枝晶間共晶形態(tài)和不規(guī)則角狀。MnS-MnO，球形，F(xiàn)eS為網(wǎng)狀化合物1.7.2微合金鋼中的合金元素通過添加微量元素來提高鋼性能的技術(shù)叫微合金化在低碳鋼中加入微量Nb、Ti、V，通過控軋和控冷，生產(chǎn)量大面廣的微合金高強度鋼。在高速鋼、耐熱鋼中加入微量Nb、Zr、B，可改善鋼的高溫強度等。圖1-35釩、鈮、鈦對非調(diào)質(zhì)鋼屈服強度的影響非調(diào)質(zhì)鋼中V、Ti、Nb等通過碳化物沉淀析出，細化晶粒，細化珠光體組織及數(shù)量，提高強度。45V較45，σs提高190MPa；N從0.005%升高到0.03%，σs升高100～150MPa

VCTiCNbCVNTiNNbNAlN719℃1140℃1137℃1088℃1527℃1272℃1104℃表1-2各種碳化物析出溫度

V、Ti、Nb是微合金化主要元素，形成碳化物或氮化物，對雙相鋼（F+M）中鐵素體形態(tài)、精細結(jié)構(gòu)和沉淀相的形態(tài)產(chǎn)生顯著的影響。VC是相變過程中析出，VN、TiC、TiN、NbC從奧氏體中析出，細化晶粒和沉淀強化。阻止高溫形變再結(jié)晶。2023年2月4日第1章鋼的合金化概念1.1合金元素和鐵的作用1.2合金鋼中的相組成1.3合金元素在鋼中的分布及偏聚1.4合金鋼中的相變1.5合金元素對鋼強韌化的影響1.6合金元素對鋼工藝性的影響1.7微量元素在鋼中的作用1.8金屬材料的環(huán)境協(xié)調(diào)性設(shè)計2023年2月4日1.8金屬材料的環(huán)境協(xié)調(diào)性設(shè)計

目前世界上金屬材料及其合金的種類大約有三千多種?！牧系膹U棄物再生循環(huán)很困難

可再生循環(huán)設(shè)計已成為鋼鐵材料設(shè)計的一個重要原則。傳統(tǒng)的思路和方法應該更新。應該發(fā)展少品種、泛用途、多目的的標準合金系列。所以就出現(xiàn)了通用合金和簡單合金的概念。2023年2月4日通用合金

又稱為泛用性合金。這種通用合金能滿足通用性能，合金在具體用途中的性能要求則可以通過不同的熱處理等方法來實現(xiàn)。

Fe-Cr-Ni、Fe-Cr-Mn鋼。通過改變Fe、Cr、Ni（Mn）的相對含量，其組織結(jié)構(gòu)和性能也可以在很大范圍內(nèi)變化。

Cr-Mo耐熱鋼

2023年2月4日簡單合金組元組成簡單的合金系就叫做簡單合金。簡單合金在成分設(shè)計上有幾個特點：合金組元簡單，再生循環(huán)過程中容易分選；原則上不加入目前還不能用精煉方法除去的元素；盡量不使用環(huán)境協(xié)調(diào)性不好的合金元素。2023年2月4日兩個基本原則

（1）在維持合金高性能的前提下，盡量減少合金組元數(shù)；

（2）獲得合金高性能時，以控制顯微組織作為加入合金元素的替代方法。

這種設(shè)計合金的思路叫省合金化設(shè)計或最小合金化法。簡單合金的主要用途是代替大量消費的金屬結(jié)構(gòu)件材料。2023年2月4日

Si-Mn合金鋼就是目前重點開發(fā)的一種普通的簡單合金。可以通過各種熱處理獲得不同的組織結(jié)構(gòu)，如F+P、F+B、B+M、B、M等，→得到不同強度、塑性配比的性能，以滿足各種用途。

Si和Mn作為主要合金元素，在地球上儲量相當大，并容易提取。是一個有前途的環(huán)境材料系列。在汽車薄板和沖壓件上得到了廣泛的應用典型例子2023年2月4日環(huán)境協(xié)調(diào)性合金的成分設(shè)計

盡量不使用環(huán)境協(xié)調(diào)性不好的元素。即將枯竭性元素和對生態(tài)環(huán)境\人體有較大毒害作用的元素。

對人體毒害作用比較大的元素有Cr、As、Pb、Ni、Hg等。含有這些元素的材料廢棄后，會造成空氣、土壤的污染，直接危害人體或通過生物鏈對人體造成毒害。因此，在材料設(shè)計過程中就要考慮到材料對生態(tài)環(huán)境的影響，其中無鉛釬焊合金的研究開發(fā)就是典型的例子2023年2月4日金屬空氣中水中土壤中As47001.40.043Cd5802.97.0Cr6+470004100130Co242.00.065Cu0.240.0200.0052Fe0.0420.0036Pb1600.790.025Mn120Zn0.0330.00290.0070Hg1204.70.15Mo3.30.290.70Ni4700.0570.014表1-3某些金屬元素對人體的毒害作用系數(shù)2023年2月4日性能環(huán)境負荷比

環(huán)境負荷是一個資源、能源、三廢的綜合數(shù)據(jù)。金屬材料各種表面技術(shù)的環(huán)境影響差別也是較大的。表面技術(shù)處理涉及到表面處理過程中的能源消耗、資源消耗和廢棄物排放。

從總體趨勢上說，對環(huán)境影響的強弱而言，按電子束表面處理→電火花表面處理→激光表面處理→加熱處理→氣體表面滲碳處理→火焰表面處理→離子化學熱處理，從弱到強排列。2023年2月4日金屬材料

Fe

Al

Ti

Zn

Cr

Ni

Cu

Mn環(huán)境負荷（ELV）1.33

9.04

15.518.216.719.424.05.0

比強度（σb/ρ）

4.19

4.08

9.98

1.69

4.17

5.61

2.46

6.78彈性比功（σ2/E）

6.68

1.25

0.25

0.39

0.47

2.91

0.18

1.29（σb/ρ）/ELV

3.15

0.45

0.64

0.09

0.25

0.29

0.10

1.34（σ2/E）/ELV

5.02

0.14

0.02

0.02

0.03

0.15

0.01

0.26表1-4常見金屬材料的環(huán)境負荷及其性能環(huán)境負荷比2023年2月4日第三節(jié)合金鋼的分類和編號?一、鋼的分類1.按冶金方法分類平爐鋼冶煉設(shè)備轉(zhuǎn)爐鋼電爐鋼（電弧爐，感應爐，電渣爐

）沸騰鋼按脫氧程度和鎮(zhèn)靜鋼澆注制度分半鎮(zhèn)靜鋼

酸性，堿性2023年2月4日2023年2月4日鋼鐵是怎樣煉成的？煉鐵過程實質(zhì)上是將鐵從其自然形態(tài)-礦石等含鐵化合物中還原出來的過程。煉鐵方法主要有高爐法、直接還原法、熔融還原法等，其原理是礦石在特定的氣氛中（還原物質(zhì)CO、H2、C；適宜溫度等）通過物化反應獲取還原后的生鐵。生鐵除了少部分用于鑄造外，絕大部分是作為煉鋼原料。高爐冶煉用的原料主要由鐵礦石、燃料（焦炭）和熔劑（石灰石）三部分組成。2023年2月4日2.按化學成分分類7按化學成份分合金鋼碳素鋼低碳鋼≤0.25％C高碳鋼≥0.6%C中碳鋼0.3～0.6％C合金元素種類（Mn、B、Cr、Ni、Si鋼）合金元素含量低合金鋼﹤5％高合金鋼﹥10％中合金鋼5～10％2023年2月4日3.按質(zhì)量分類GB/T699-1999P％S％普通質(zhì)量鋼0.0450.045優(yōu)質(zhì)鋼0.0350.035高級優(yōu)質(zhì)鋼0.0300.030特級優(yōu)質(zhì)鋼0.0250.020優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼

a.鐵素體鋼

b.馬氏體鋼

c.奧氏體鋼

d.雙相鋼

a.珠光體鋼

b.貝氏體鋼

c.馬氏體鋼

d.奧氏體鋼

a.亞共析鋼（鐵素體+珠光體）

b.共析鋼（珠光體）

c.過共析鋼（珠光體+滲碳體）2023年2月4日4.按金相分類

退火狀態(tài)正火狀態(tài)按加熱冷卻時有無相變和室溫組織分

2023年2月4日按用途分結(jié)構(gòu)鋼工具鋼特殊鋼工程用鋼(建筑、橋梁、壓力容器、車輛、輪船）機器用鋼耐腐蝕鋼低溫用鋼鋼軌鋼鋼筋鋼調(diào)質(zhì)鋼滲碳鋼彈簧鋼軸承鋼刃具鋼模具鋼量具鋼不銹鋼磁鋼耐熱鋼碳素工具鋼高速鋼低合金工具鋼熱作模具鋼冷作模具鋼耐磨鋼2023年2月4日二、鋼的編號合金鋼的編號原則簡單醒目，便于書寫、識別，最好能表達出主要成分、用途及主要性能和相應狀態(tài)。世界各國的編號方法（1）數(shù)字＋字母（2）單獨采用數(shù)字我國編號方法（1）GB標準鋼號表示方法(漢語拼音)＋阿拉伯數(shù)字＋化學符號(或字母)；（2）GB標準ISC表示方法2023年2月4日1結(jié)構(gòu)鋼編號原則普通碳素結(jié)構(gòu)鋼由四部分組成：（1）代表屈服點的字母：Q（2）屈服點的數(shù)值，數(shù)字表示最低屈服強度。

（3）質(zhì)量等級符號：A，B，C，D（4）脫氧方法符號F－沸騰鋼

b－半鎮(zhèn)靜鋼

Z－鎮(zhèn)靜鋼

TZ－特殊鎮(zhèn)靜鋼舉例

Q235A.F表示碳素結(jié)構(gòu)鋼，屈服強度≥235MPa，質(zhì)量等級為A的沸騰鋼

類似的還有：Q195、Q215、Q235、Q275四個等級。2023年2月4日低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼由四部分組成：（1）代表屈服點的字母：Q（2）屈服點的數(shù)值，數(shù)字表示最低屈服強度。

（3）質(zhì)量等級符號：A，B，C，D（4）專業(yè)符號Q345、Q390、Q420、Q460、Q500、Q550、Q620、Q690八個等級。后四個是2008年新增。普通低合金結(jié)構(gòu)鋼(Q345)16MnR,16MnL、汽車大梁L,壓力容器R,船舶C,橋梁q，鍋爐g用途Q195、Q215、Q235塑性好，可軋制成鋼板、鋼筋、鋼管等。Q275可軋制成型鋼、鋼板等。2023年2月4日鋼號以碳的平均質(zhì)量萬分數(shù)表示。如20、45等。20表示含C：0.20%（萬分之20）。類似的

10，20，35，10F等用途主要用于制造各種機器零件2優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼編號原則2023年2月4日3碳素工具鋼編號原則碳素工具鋼都是高級優(yōu)質(zhì)鋼或特級優(yōu)質(zhì)鋼用“T”（碳）＋表示含碳量千分之幾的數(shù)值表示舉例：T8－表示含碳量為0.8％的碳素工具鋼類似鋼號：

T7，T8Mn，T9，T10，T9A，T10A其中：A－高級優(yōu)質(zhì)鋼用途主要用于制造各種刀具、量具、