鋼的合金化基礎(chǔ)

鋼的合金化基礎(chǔ)鋼的合金化基礎(chǔ)

1鋼中合金元素及與Fe，C相互作用2合金鋼中的相組成3合金元素對(duì)鋼相變的影響主要內(nèi)容4合金元素對(duì)鋼的性能影響5微量元素在鋼中的作用主要內(nèi)容重點(diǎn)及基本要求

合金化基礎(chǔ)是本課程基礎(chǔ)和重點(diǎn)，要求全面掌握了解鋼中的常見元素及合金元素對(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)制的影響。難點(diǎn)是合金元素對(duì)鋼中基本合金相結(jié)構(gòu)的影響鋼的合金化基礎(chǔ)

第一章鋼中的合金元素

在鋼中加入合金元素后，鋼的基本組元鐵和碳與加入的合金元素會(huì)發(fā)生交互作用。鋼的合金化目的是利用合金元素與鐵、碳的相互作用和對(duì)鐵碳相圖及對(duì)鋼的熱處理的影響來改善鋼的組織和性能。第一章鋼中的合金元素

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(xué)和機(jī)械性能的化學(xué)元素。（主動(dòng)加入）雜質(zhì)：由冶煉時(shí)原材料以及冶煉方法、工藝操作而帶入的化學(xué)元素。合金鋼：在化學(xué)成分上有目的的加入合金元素，用以保證一定的生產(chǎn)和加工工藝以及力學(xué)性能要求的鐵基合金第一章鋼中的合金元素

微合金化鋼：合金鋼中加入的合金元素種類多（如Ti、V、B、Re、Nb），但含量低（<0.1%），但顯著地影響鋼的組織與性能，這類鋼稱為微合金化鋼。合金鋼種類：根據(jù)合金元素含量分：低合金鋼—合金元素含量<5%

中合金鋼--5~10%

高合金鋼-->10%我國的資源情況及合金系統(tǒng)儲(chǔ)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(yīng)節(jié)約W，Mo的資源豐富，用途廣泛Ni，Cr，Co資源很少第一章鋼中的合金元素及其與Fe，C的相互作用1.1鋼中的合金元素及分類鋼中常加入的合金元素*表中字體顏色為綠色或深藍(lán)色的元素為鋼中常見合金元素；字體顏色為深藍(lán)色的元素為鋼中常見碳化物合金元素*S,P,As,Sb,Pb,Sn,Bi通常為有害元素，但S，P，Pb在易切削鋼中用來改進(jìn)切削加工性能。ⅠA

0H

ⅡA

ⅢA

ⅣA

ⅤA

ⅥA

ⅦA

He

LiBeBC

NOFNe

NaMgⅢB

ⅣB

ⅤB

ⅥB

ⅦB

ⅧBⅠB

ⅡB

AlSiPSCl

Ar

KCaSeTi

V

Cr

Mn

Fe

Co

Ni

Cu

ZnGa

Ge

AsSeBrKrPb

Sr

YZr

Nb

Mo

Tc

Ru

Rh

PdAgCd

InSn

Sb

TeI

Xe

CsBa

LaHf

Ta

W

ReOsIr

PtAuHgTiPdBiPoAtRn

1.1.1按與Fe相互作用分類奧氏體形成元素

C,N,Cu,Mn,Ni,Co鐵素體形成元素

Hf,Zr,Ti,Ta,Nb,V,W,Mo,Cr,Si,Al*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。1.1.1按與Fe相互作用分類

(a)Fe-Mn相圖

(b)Fe-Cu相圖

1.1.1按與Fe相互作用分類

(a)Fe-Cr相圖

(b)Fe-Nb相圖

一、擴(kuò)大奧氏體(γ)區(qū)元素1.開啟γ相區(qū)的元素錳、鎳、鈷屬于此類合金元素。2.擴(kuò)展γ相區(qū)的元素碳、氮、銅屬于此類合金元素。這些合金元素使A3溫度下降，A4溫度上升，即擴(kuò)大了γ相區(qū)。包括以下兩種情況：二、縮小奧氏體(γ)區(qū)元素1.封閉γ相區(qū)的元素釩、鈦、鎢、鉬、鋁、磷、鉻、硅屬于此類合金元素。2.縮小γ相區(qū)的元素硼、鋯、鈮、鉭、硫?qū)儆诖祟惡辖鹪亍＜磋F素體(α)穩(wěn)定化元素。這些合金元素使A3溫度上升，A4溫度下降，即縮小了γ相區(qū)。包括以下兩種情況：

合金元素這種擴(kuò)大或縮小γ相區(qū)的能力對(duì)合金的組織形貌、力學(xué)性能、化學(xué)性能和物理性能將產(chǎn)生重大的影響。

合金元素與Fe的相互作用1.1.2按與C相互作用（親和力大?。┓诸惙翘蓟镄纬稍?/p>

Ni，Cu，Si，Al，P等碳化物形成元素

Hf，Zr，Ti，Ta，Nb，Cr，W，Mn，F(xiàn)e

最強(qiáng)中強(qiáng)弱1.1.3按對(duì)奧氏體層錯(cuò)能的影響分類提高奧氏體層錯(cuò)能元素

Ni，Cu，C等降低奧氏體層錯(cuò)能元素

Mn，Cr，Ru（釕），Ir（銥）等（1）層錯(cuò)能的概念：晶體中形成層錯(cuò)時(shí)增加的能量。（2）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)展和形成位錯(cuò)，使滑移困難，導(dǎo)致鋼的加工硬化趨勢增大。層錯(cuò)能對(duì)鋼的力學(xué)性能、相變影響很大1.1.4按合金元素的物理、化學(xué)和其他有關(guān)特性分類Fe族元素

Co，Ni，Mn難熔金屬（高于Fe的熔點(diǎn)的1539℃）

W，Mo，Nb，V，Cr等輕金屬

Ti，Al，Mg等稀土金屬

La（鑭），Ce（鈰），Nd（釹）等1.2合金元素對(duì)鋼的臨界點(diǎn)

和鐵—碳相圖的影響

1.2.1合金元素改變奧氏體區(qū)的位置

我們以與γ-Fe形成無限固溶體的元素Mn和與α-Fe形成有限固溶體的元素Cr為例，來討論這兩種元素是怎樣改變奧氏體位置的？1.2.1合金元素改變奧氏體區(qū)的位置

1.對(duì)A相區(qū)的影響隨Mn含量增加，SE向左下移，SG向左下移，使γ區(qū)逐漸增大。擴(kuò)大A相區(qū)元素（Ni，Mn，Co）使E，S點(diǎn)左移，A3線下降。錳對(duì)奧氏體相區(qū)的影響ESG1.2.1合金元素改變奧氏體區(qū)的位置隨Cr含量增加，SE向左上移，SG向左上移，使γ區(qū)逐漸縮小?？s小A相區(qū)的元素（Cr，W，Mo，V，Ti，Si等）使S點(diǎn)左移，A3線上升；鉻對(duì)奧氏體相區(qū)的影響1.2.2合金元素對(duì)特征點(diǎn)S、E的影響所有合金元素都使S點(diǎn)左移，使得共析含C量降低，意味著鋼中的碳含量不到0.77%就發(fā)生共析轉(zhuǎn)變。如4Cr13就已經(jīng)是共析鋼；合金元素使E點(diǎn)左移，使得奧氏體中最大含C量降低，使得鋼中碳含量不到2％就出現(xiàn)萊氏體。如W18Cr4V（0.7～0.8％含碳量）。1.2.3對(duì)臨界點(diǎn)A1、A3與溫度的影響奧氏體形成元素使A1、A3點(diǎn)下移，使得奧氏體溫度下降；鐵素體形成元素使A1、A3點(diǎn)上移，熱處理時(shí)加熱溫度應(yīng)該提高。2.1

鐵基固溶體2.1.1

形成鐵基置換固溶體①Ni、Co、Mn、Cr、V等元素可與Fe形成無限固溶體。其中Ni、Co和Mn形成以γ-Fe為基的無限固溶體，Cr和V形成以α-Fe為基的無限固溶體。②Mo和W只能形成較寬溶解度的有限固溶體。如α-Fe(Mo)和α-Fe(W)等。③Ti、Nb、Ta）只能形成具有較窄溶解度的有限固溶體；Zr、Hf、Pb在Fe具有很小的溶解度。第二章合金鋼中的相組成

－合金元素在鋼中的存在形式合金元素的溶解規(guī)律決定合金元素在置換固溶體中的溶解條件有三個(gè)：●晶體點(diǎn)陣---溶劑與溶質(zhì)的點(diǎn)陣相同●原子尺寸---rMe-rFe/rFe<8%無限固溶

（原子半徑差的比）

8~10%有限溶解

>15%很難溶解●電化學(xué)因素，也叫電子結(jié)構(gòu)，即在元素周期表中的位置與鐵相差多遠(yuǎn)2.1.2置換固溶體的形成規(guī)律

通過控制鋼中擴(kuò)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鐵素體不銹鋼合金元素與Fe相互作用理論在工程實(shí)際中的意義2.1.3間隙固溶體的形成規(guī)律□形成間隙固溶體①對(duì)α-Fe，間隙原子優(yōu)先占據(jù)的位置是八面體間隙。

②對(duì)γ-Fe，間隙原子優(yōu)先占據(jù)的位置是八面體或四面體間隙。③間隙原子的溶解度隨間隙原子尺寸的減小而增加，即按B、C、N、O、H的順序而增加2.1.3間隙固溶體的形成規(guī)律間隙固溶體的特點(diǎn)與點(diǎn)陣類型間隙固溶體都是有限固溶體，它保持著溶劑金屬的晶體點(diǎn)陣。間隙固溶體的形成條件

r溶劑

/

r溶質(zhì)<0.59%才能形成間隙固溶體

□形成強(qiáng)化相（化合物相）－形成碳化物、氮化物、金屬間化合物：

M3C，MC，M2C，M6C，M7C3，M23C6，Ni3Al，Ni3Ti，F(xiàn)e2W等一般認(rèn)為，非碳化物形成元素易于溶于F和A中，而碳化物形成元素易于形成碳化物或溶于碳化物中。2.2碳化物2.2.1

碳化物形成規(guī)律碳化物形成規(guī)律TiCVCV2CCr23C6Cr7C3Mn3CMn23C6Mn7C3Fe3CCoNiZrCNbCNb2CMo2CMoCHfCTaCTa2CW2CWC都是過渡族元素，在周期表中位于Fe的左側(cè)2.2.2碳化物的穩(wěn)定性

鋼中各種碳化物的相對(duì)穩(wěn)定性，對(duì)于其形成和轉(zhuǎn)變、溶解、析出和聚集、長大有著極大的影響。

碳化物在鋼中的相對(duì)穩(wěn)定性取決于合金元素與碳的親和力的大小，即取決于合金元素d層電子數(shù)。金屬元素的d層電子數(shù)越少，它與碳的親和力就越大，所析出的碳化物在鋼中就越穩(wěn)定。在鋼中碳化物相對(duì)穩(wěn)定性的順序如下：Hf>Zr>Ti>Ta>Nb>V>W>Mo>Cr>Mn>Fe>Co>Ni2.2.2碳化物的穩(wěn)定性

鉿、鋯、鈦、鈮、釩是強(qiáng)碳化物形成元素，形成最穩(wěn)定的MC型碳化物；

鎢、鉬、鉻是中等強(qiáng)碳化物形成元素；

錳、鐵是弱碳化物形成元素。

合金碳化物在鋼中的行為與其自身的穩(wěn)定性有關(guān)。強(qiáng)碳化物形成元素它所形成的碳化物比較穩(wěn)定，其溶解溫度較高，溶解速度較慢，析出和聚集長大速度也較低；弱碳化物形成元素的碳化物穩(wěn)定性較差，很容易溶解和析出，并有較大的聚集長大速度。2.2.3碳化物類型（1）簡單點(diǎn)陣類型MC型：TiC，ZrC，NbC，VC，TaC，WC等（面心點(diǎn)陣）M2C型：W2C，Mo2C，Ta2C（密排六方點(diǎn)陣）特點(diǎn)：1.這些碳化物是強(qiáng)碳化物形成元素及中強(qiáng)碳化物形成元素（Cr

除外)形成的碳化物；

2.rc/rMe<0.59碳原子半徑小于金屬元素間隙半徑，所形成的碳化物可保持金屬的點(diǎn)陣，Ｃ只占據(jù)金屬的間隙位置。

3.明顯的金屬特性（雖然可能含有50～60％的碳原子）

4.可以溶入金屬原子，呈置換或固溶體形式，如V4C35.硬度高，熔點(diǎn)高2.2.3碳化物類型（2）復(fù)雜碳化物M6C型：Fe2Mo4C，F(xiàn)e4Mo2C等（復(fù)雜立方點(diǎn)陣）M7C3型：Cr7C3等（復(fù)雜六方點(diǎn)陣）M23C6型：Cr23C6，F(xiàn)e21Mo2C6，F(xiàn)e21W2C6等（復(fù)雜立方點(diǎn)陣）特點(diǎn)：1.這些碳化物是中強(qiáng)碳化物形成元素形成的碳化物；

2.rc/rMe>0.59引起點(diǎn)陣畸變，形成復(fù)雜點(diǎn)陣類型2.2.3碳化物類型（3）滲碳體（正交點(diǎn)陣）

M3C型：Fe3C，（FeCr）3C，（FeMn）3C等特點(diǎn)：當(dāng)合金元素含量很少時(shí)，合金元素將不能形成自己特有的碳化物，只能置換滲碳體中的Fe原子，稱為合金滲碳體。2.2.4碳化物特點(diǎn)硬度高硬度，其形成碳化物的傾向越強(qiáng)，則碳化物硬度越高。穩(wěn)定性形成碳化物能力越強(qiáng)的元素，其熔點(diǎn)越高，穩(wěn)定性越高。穩(wěn)定性排序：（弱－強(qiáng)）

M3C，M7C3，M6C，M2C，MC

碳化物穩(wěn)定性越高，熔點(diǎn)高，溶入A中的溫度越高，自馬氏體中析出的溫度越高，聚集長大的傾向越小。碳化物的穩(wěn)定性越高，可使得鋼在高溫時(shí)效或服役時(shí)不會(huì)發(fā)生明顯的基體中固溶的合金元素向碳化物中擴(kuò)散和再分配.碳化物對(duì)其他元素的溶解能力Fe3C能溶入大量的合金元素，如，淬火鋼在回火的初級(jí)階段所形成的Fe3C，其成分大體與鋼的成分相同，但在提高回火溫度和回火時(shí)間后，會(huì)溶入大量的合金元素，如Cr在Fe3C中可溶入25％，Mn則無限互溶；(FeCr)3C,(FeMn)3C,Mn3C強(qiáng)碳化物形成元素Ti，Nb，V等幾乎不溶于Fe3C2.2.4碳化物特點(diǎn)合金元素與鋼中碳相互作用的實(shí)際意義直接影響鋼的性能強(qiáng)度、硬度、耐磨性、塑性、韌性、紅硬性、熱處理過程中奧氏體穩(wěn)定性和奧氏體晶粒大小等。合金元素與碳的親和力不同，對(duì)鋼的相變過程和碳擴(kuò)散有重大影響。碳化物形成元素阻礙碳的擴(kuò)散，降低碳原子擴(kuò)散速度，弱碳化物形成元素Mn以及大多非碳化物形成元素則無此作用，而促進(jìn)碳的擴(kuò)散（Co特別顯著）。2.3合金元素在晶界的偏聚

鋼的溶質(zhì)原子在晶界的濃度大大超過在基體中的平均濃度的現(xiàn)象，稱為晶界偏聚或晶界內(nèi)吸附。2.3.1晶界內(nèi)吸附產(chǎn)生的原因和特點(diǎn)產(chǎn)生原因晶界原子排列疏松，置換式和間隙式溶質(zhì)原子處于晶界處產(chǎn)生的畸變能比在晶內(nèi)產(chǎn)生的要小的多，這種畸變能的差異導(dǎo)致晶界內(nèi)吸附，使晶內(nèi)溶質(zhì)向晶界遷移，使體系能量降低，從而形成亞穩(wěn)狀態(tài)。晶界內(nèi)吸附的特點(diǎn)（1）溶質(zhì)原子的最大溶解度越小，晶界內(nèi)吸附傾向越大，如

B在鐵中的溶解度很小，其晶界內(nèi)吸附的傾向很大（2）晶界溶解度和溫度有一定關(guān)系---熱力學(xué)

Cg=C1exp(E/RT)

Cg：晶界溶質(zhì)原子濃度

C1：晶內(nèi)溶質(zhì)原子濃度

E：結(jié)合強(qiáng)度溫度（T）越高，Cg越小。（3）晶界內(nèi)吸附與時(shí)間的關(guān)系---動(dòng)力學(xué)晶界內(nèi)吸附的形成和擴(kuò)散需要一定的時(shí)間，時(shí)間越長，Cg越大。2.3.2晶界內(nèi)吸附對(duì)鋼性能的影響□

能在鋼中產(chǎn)生內(nèi)吸附的元素

Zr，Ni，Mn，Re，P，B，Sb，As，Bi，C，N其中，B最強(qiáng)烈□

晶界內(nèi)吸附在金屬材料中的應(yīng)用

(利用晶界內(nèi)吸附理論解釋金屬材料中的一些現(xiàn)象）晶界內(nèi)吸附對(duì)金屬材料組織、性能有很大影響，如高溫晶界強(qiáng)化，晶界脆性斷裂，晶間腐蝕以及B鋼淬透性等。另外，第一、二類回火特性都與晶界內(nèi)吸附有關(guān)。晶界內(nèi)吸附對(duì)鋼的高溫回火脆性影響定義:合金鋼（40Cr）淬火+高溫回火時(shí),在550–650℃緩慢冷卻時(shí)出現(xiàn)的脆性。產(chǎn)生原因：雜質(zhì)元素:O、S、N、P、B、Sn、As、Sb、Bi等在晶界偏聚，降低晶間結(jié)合力。（沿晶斷裂）消除方法：（1）根據(jù)內(nèi)吸附特征（2）合金化（加Mo、W0.3-0.5%wt）（3）提高純度（真空熔煉、電渣重熔）2.3.2晶界內(nèi)吸附對(duì)鋼性能的影響晶界內(nèi)吸附對(duì)B鋼淬透性的影響如50B鋼，B從晶粒向晶界偏析，增加了體積應(yīng)力，使奧氏體的穩(wěn)定性增加，推遲了奧氏體的分解，提高了鋼的淬透性。830℃時(shí)淬透性最好，950℃時(shí)淬透性降低,1000℃時(shí),B在晶內(nèi)與晶界處的濃度一樣，淬透性消失。B提高耐熱鋼的晶界強(qiáng)度在高溫合金中，經(jīng)常加入B、Zr元素，它們在晶界偏聚，填充了晶界處空位，使晶界對(duì)擴(kuò)散有利的空位大大減少，提高了高溫合金的蠕變抗力。

2.4形成非金屬相（非金屬夾雜）2.4.1

形成氧化物簡單氧化物

FeO，MnO，TiO2，SiO2，Al2O3，Cr2O3等復(fù)雜氧化物

MgO，Al2O3，MnO，Al2O3鋼中氧化物夾雜*特點(diǎn)：性脆，易斷裂，一般無塑性。因此，氧化物在鋼材鍛扎后，沿加工方向呈鏈狀分布2.4形成非金屬相（非金屬夾雜）2.4.2

形成硫化物常見：MnS，F(xiàn)eS特點(diǎn)：有較高的塑性，熱加工時(shí)沿加工方向呈帶狀、纖維狀或線狀分布。2.4.3

形成硅酸鹽□易變形的：

MnO.SiO2

（與硫化物相似）不易變形的

Al2O3.SiO2

（與氧化物相似）鋼中的MnS夾雜2.4.4

AlN

鋼中常見的非金屬相，密排六方，具有高穩(wěn)定性，可做強(qiáng)化相。

2.4形成非金屬相（非金屬夾雜）非金屬夾雜物對(duì)鋼的質(zhì)量有重要的影響，這種影響與夾雜物的成分、形態(tài)、大小、數(shù)量和分布有關(guān)。它可能引起塑性、韌性、疲勞強(qiáng)度的降低，還會(huì)降低鋼的耐磨性、耐酸性和淬透性，一般都是有害的鋼中的AlN夾雜3.1鋼的強(qiáng)化機(jī)制屈服強(qiáng)度是金屬材料的重要性能指標(biāo)，鋼的強(qiáng)化機(jī)制就是提高其屈服強(qiáng)度。屈服強(qiáng)度就是使塑性變形開始時(shí)，滑移系上的臨界切應(yīng)力，也就是使位錯(cuò)開動(dòng)，增殖并在金屬中傳播所需要的應(yīng)力。強(qiáng)化機(jī)理（1）減少晶體內(nèi)的晶體缺陷，如可動(dòng)位錯(cuò)，使材料接近金屬晶體的理論強(qiáng)度。（2）增加晶體缺陷的密度，產(chǎn)生位錯(cuò)交叉，阻礙位錯(cuò)移動(dòng)。第三章合金元素對(duì)鋼的性能影響

常見的提高鋼材強(qiáng)度的手段有：最常用的方法有細(xì)化晶粒強(qiáng)化（由晶界和堆垛層錯(cuò)等面缺陷引起的強(qiáng)化）、晶界強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化、析出強(qiáng)化及彌散強(qiáng)化，還有位錯(cuò)強(qiáng)化、相變強(qiáng)化、形變強(qiáng)化。通過對(duì)這幾種方式單獨(dú)或綜合加以運(yùn)用，便可以有效地提高鋼的強(qiáng)度。3.1鋼的強(qiáng)化機(jī)制3.1.1合金元素的固溶強(qiáng)化合金元素的固溶強(qiáng)化是指溶質(zhì)原子溶入基體金屬中形成固溶體所引起的強(qiáng)化。強(qiáng)化機(jī)制為：由于溶質(zhì)原子與基體金屬原子大小不同，因而使基體的晶格發(fā)生畸變，造成一個(gè)彈性應(yīng)力場。此應(yīng)力場與位錯(cuò)本身的彈性應(yīng)力場交互作用，增大了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力，從而導(dǎo)致強(qiáng)化。此外，溶質(zhì)原子還可以通過與位錯(cuò)的電、化學(xué)交互作用而阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。

3.1.1合金元素的固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化包括：間隙固溶強(qiáng)化置換固溶強(qiáng)化總的說來，各合金元素的固溶強(qiáng)化效果可以疊加，其效果是非常顯著的。固溶強(qiáng)化對(duì)塑性、韌性的影響較大，強(qiáng)化效果越大，損害越嚴(yán)重。鐵素體的固溶強(qiáng)化1.間隙式固溶強(qiáng)化(強(qiáng)化效果非常顯著）鋼中的間隙原子C，N與刃位錯(cuò)形成柯氏氣團(tuán)（Cottrell），與螺位錯(cuò)形成Snok氣團(tuán)。當(dāng)位錯(cuò)被氣團(tuán)釘扎時(shí)，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力增大，為使位錯(cuò)掙脫氣團(tuán)釘扎，就必須施加更大的外力。因此，提高鋼的塑變抗力，從而強(qiáng)化鋼。1.

間隙式固溶強(qiáng)化間隙原子C，N等對(duì)σs的影響可用下面數(shù)學(xué)式表示：

其中：Ki－－是由間隙原子性質(zhì)，基體晶格類型，基體的剛度，溶質(zhì)和溶劑原子直徑差及二者化學(xué)性能的差別等因素決定的數(shù)值；

Ci－－間隙原子的固溶量（摩爾分?jǐn)?shù)）；

n－－0.33~2.0之間的一個(gè)指數(shù)。1.間隙式固溶強(qiáng)化*為了提高強(qiáng)化效果，通常利用相變的方法，造成過飽和固溶體，如馬氏體是C固溶在α－Fe中的過飽和固溶體，使C的間隙強(qiáng)化效果得到充分發(fā)揮。*間隙強(qiáng)化效果十分顯著，但損害了塑性、韌性和焊接性能。2.置換式固溶強(qiáng)化置換式溶質(zhì)原子在基體晶格中造成的畸變大多是球面對(duì)稱的，因而強(qiáng)化效果不如間隙式的。一般稱為弱強(qiáng)化。其強(qiáng)度增量與溶質(zhì)原子含量之間的關(guān)系：△σs＝2Aμε4/3Cs其中：A－常數(shù)；ε－錯(cuò)配度；μ－切變模量；

Cs－溶質(zhì)摩爾分?jǐn)?shù)。特點(diǎn)：基體強(qiáng)度平緩增加，若含量低時(shí)，基本上不降低基體的塑性、韌性。鐵素體的固溶強(qiáng)化間隙溶質(zhì)原子的強(qiáng)化效應(yīng)遠(yuǎn)比置換式溶質(zhì)原子強(qiáng)烈，其強(qiáng)化作用相差10~100倍，因此，間隙原子如C、N是鋼中重要的強(qiáng)化元素。置換式溶質(zhì)原子的固溶強(qiáng)化效果在工程用鋼中不可忽視。能與鐵形成置換式固溶體的合金元素很多，如Mn、Si、Cr、Ni、Mo、W等。這些合金元素往往在鋼中同時(shí)存在，強(qiáng)化作用可以疊加，使總的強(qiáng)化效果增大，尤其是Si、Mn的強(qiáng)化作用更大。

鐵素體的固溶強(qiáng)化奧氏體的固溶強(qiáng)化A的固溶強(qiáng)化效果遠(yuǎn)不如F，但置換原子能影響奧氏體的層錯(cuò)能。層錯(cuò)能低，位錯(cuò)容易擴(kuò)展，層錯(cuò)和溶質(zhì)原子的交互作用使溶質(zhì)原子偏聚在層錯(cuò)附近，形成鈴木氣團(tuán)，釘扎位錯(cuò)，形成強(qiáng)化。3.1.2

合金元素的晶界強(qiáng)化1.晶界特性及晶粒大小對(duì)鋼強(qiáng)度的影響

Hall－Petch公式：

其中:d－晶粒直徑；

σ0－為在單晶體中位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的摩擦力（常數(shù)）；

Ks－晶界障礙強(qiáng)度系數(shù)?？梢?，影響σs的因素有2個(gè)：Ks和d。

Ks

σs;dσs這就是晶界強(qiáng)化的理論基礎(chǔ)晶界強(qiáng)化（細(xì)晶強(qiáng)化）

晶界強(qiáng)化的機(jī)制是：一方面，由于晶界兩側(cè)晶粒變形的不協(xié)調(diào)性，在晶界附近誘發(fā)的位錯(cuò)稱為幾何上需要的位錯(cuò)。另一方面，由于晶界存在，使滑移位錯(cuò)難以直接穿越晶界，從而破壞了滑移系統(tǒng)的連續(xù)性，阻礙了位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)。晶界強(qiáng)化的機(jī)制2.晶界強(qiáng)化的途徑

利用合金元素改變晶界特性，提高Ks值

向鋼中加入Ｃ，Ｎ，Ｎi，Ｓi等，使其在α－Fe晶界偏聚利用合金元素細(xì)化晶粒（1）向鋼中加入Al，Nb，Ti和V形成難熔的第二相質(zhì)點(diǎn)，阻礙A晶界移動(dòng)，細(xì)化A晶粒，從而細(xì)化晶粒。（2）通過熱處理和控制軋制的方法細(xì)化晶粒。3.1.3

細(xì)化晶粒強(qiáng)化

細(xì)化晶粒同時(shí)也可增加鋼的韌性晶粒越細(xì)，造成裂紋所需的應(yīng)力集中越難，裂紋擴(kuò)展所消耗的能量越高，而且晶界越多，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的作用越大。

3.1.4合金元素的第二相強(qiáng)化第二相粒子可以有效地阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)著的位錯(cuò)遇到滑移面上的第二相粒子時(shí)，有兩種方式：切過和繞過位錯(cuò)切過第二相粒子：第二相粒子的特點(diǎn)是可變形，并與母相具有共格關(guān)系，這種強(qiáng)化方式與淬火時(shí)效密切相關(guān)，故有沉淀強(qiáng)化之稱。

沉淀強(qiáng)化的基本途徑是合金化加淬火時(shí)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(shí)效鋼中加入Ti和Mo，形成NiTi、Ni3Mo理想的強(qiáng)化相，以獲得良好的沉淀強(qiáng)化效果。（b）Al-Li合金中位錯(cuò)切割A(yù)l3Li相的電鏡照片（a）位錯(cuò)切割第二相粒子的機(jī)制鋼的合金化原理可變形微粒的強(qiáng)化作用（位錯(cuò)切過機(jī)制）位錯(cuò)繞過第二相粒子粒子：第二相粒子不參與變形，與基體有非共格關(guān)系。當(dāng)位錯(cuò)遇到第二相粒子時(shí)，只能繞過并留下位錯(cuò)圈，第二相粒子是人為加入的，不溶于基體，故有彌散強(qiáng)化之稱。這樣的滑移變形繼續(xù)進(jìn)行，這一過程要消耗額外的能量，故需要提高外加應(yīng)力，所以造成強(qiáng)化。

彌散強(qiáng)化是鋼中常見的強(qiáng)化機(jī)制。例如，淬火回火鋼及球化退火鋼都是利用碳化物作彌散強(qiáng)化相。這時(shí)合金元素的主要作用在于在高溫回火條件下，使碳化物呈細(xì)小均勻彌散分布。3.1.4合金元素的第二相強(qiáng)化不可變形微粒的強(qiáng)化作用——奧羅萬機(jī)制（位錯(cuò)繞過機(jī)制）（a）位錯(cuò)繞過第二相粒子的機(jī)制（b）Ni合金中位錯(cuò)繞過Ni3Ai相的電鏡照片1.2鋼的合金化原理3.1.4

合金元素的第二相強(qiáng)化第二相強(qiáng)化的影響因素:第二相粒子的大小，數(shù)量，分布，性能都影響強(qiáng)化效果第二相的間距越小強(qiáng)化效果越好；第二相彌散度越大強(qiáng)化效果越好；第二相粒子體積分?jǐn)?shù)越大強(qiáng)化效果越好沉淀強(qiáng)化效果大于彌散強(qiáng)化

3.1.4合金元素的第二相強(qiáng)化第二相通常人工加入，現(xiàn)在發(fā)展到通過時(shí)效方式得到總之，第二相強(qiáng)化機(jī)制不僅要考慮第二相的大小、數(shù)量、形態(tài)、分布等方面的影響，而且還要考慮第二相的性質(zhì)。這除了涉及到熱處理參數(shù)的直接影響外，還涉及到合金元素的影響。合金元素的作用主要是為形成所需要的第二相粒子提供成分條件。

位錯(cuò)強(qiáng)化

金屬中位錯(cuò)密度提高，則位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)時(shí)易于發(fā)生相互交割，形成割階，引起位錯(cuò)纏結(jié)，因此造成位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的障礙，給繼續(xù)塑性變形造成困難，從而提高了鋼的強(qiáng)度。這種用增加位錯(cuò)密度提高金屬強(qiáng)度的方法稱為位錯(cuò)強(qiáng)化。3.1.5

合金元素的位錯(cuò)強(qiáng)化3.1.5

合金元素的位錯(cuò)強(qiáng)化位錯(cuò)密度的影響

位錯(cuò)所造成的強(qiáng)化量與金屬中位錯(cuò)密度的平方根成正比，可表示為：位錯(cuò)組態(tài)的影響

F型鋼，層錯(cuò)能高，位錯(cuò)易于交叉滑移和形成胞狀亞結(jié)構(gòu)；

A型鋼，層錯(cuò)能較低，位錯(cuò)易于擴(kuò)展成層錯(cuò)，位錯(cuò)難于交叉滑移。變形過程中位錯(cuò)交互作用提高。所以，面心立方晶系金屬的位錯(cuò)強(qiáng)化效果比體心立方大①細(xì)化晶粒。通過增加晶界數(shù)量，使晶界附近因變形不協(xié)調(diào)而誘發(fā)幾何上需要的位錯(cuò)。為此，宜向鋼中加入細(xì)化晶粒的合金元素。②形成第二相粒子。當(dāng)位錯(cuò)遇到第二相粒子時(shí)，希望位錯(cuò)繞過第二相粒子而留下位錯(cuò)圈，使位錯(cuò)數(shù)量迅速增多。為此，宜向鋼中加入強(qiáng)碳化物形成元素。利用位錯(cuò)強(qiáng)化的途徑③促進(jìn)淬火效應(yīng)。淬火后希望獲得板條馬氏體，造成位錯(cuò)型亞結(jié)構(gòu)。為此，宜向鋼中加入提高淬透性的合金元素。④降低層錯(cuò)能。通過降低層錯(cuò)能，使位錯(cuò)易于擴(kuò)展和形成層錯(cuò)，增加位錯(cuò)交互作用，防止交叉滑移。為此，宜向鋼中加入降低層錯(cuò)能的合金元素形成第二相粒子。利用位錯(cuò)強(qiáng)化的途徑①鋼淬火形成馬氏體。馬氏體中溶有過飽和的碳和合金元素，產(chǎn)生很強(qiáng)的固溶強(qiáng)化效應(yīng)；②馬氏體形成時(shí)產(chǎn)生高密度位錯(cuò)，位錯(cuò)強(qiáng)化效應(yīng)很大；鋼的合金化原理附：鋼淬火回火提高強(qiáng)度的機(jī)制提高鋼強(qiáng)度最重要的方法是淬火和隨后的回火③奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體時(shí)，形成許多極細(xì)小的、取向不同的馬氏體束，產(chǎn)生細(xì)晶強(qiáng)化效應(yīng)。④淬火后回火，馬氏體中析出細(xì)碳化物粒子，間隙固溶強(qiáng)化效應(yīng)大大減小，但產(chǎn)生強(qiáng)烈的析出強(qiáng)化效應(yīng)。由此可知，馬氏體強(qiáng)化充分而合理地利用了全部四種強(qiáng)化機(jī)制，是鋼的最經(jīng)濟(jì)和最有效的強(qiáng)化方法。

鋼的合金化原理附：鋼淬火回火提高強(qiáng)度的機(jī)制3.2改善鋼塑性、韌性的基本途徑塑性－一般以靜拉伸的伸長率δ和斷面收縮率ψ

代表韌性－靜拉伸時(shí)的變形和斷裂吸收功，一般以沖擊韌性ak；平面應(yīng)變斷裂韌度KIC；韌脆轉(zhuǎn)變溫度TK表示

塑性和韌性是鋼的主要力學(xué)性能指標(biāo)，塑性、韌性的好壞，不僅涉及鋼的冷變形加工能力，而且還會(huì)直接影響使用安全。因此，有必要深入理解Me對(duì)鋼的塑性和韌性影響的機(jī)制，以便提高合理選用Me的能力。3.2改善鋼塑性、韌性的基本途徑1.影響鋼塑性、韌性的因素溶質(zhì)原子的影響溶質(zhì)原子溶解到基體中，一般都使塑性、韌性降低，強(qiáng)化效果越大的合金元素對(duì)塑性、韌性的影響越大。間隙原子與置換原子相比，對(duì)塑性、韌性的影響更大。溶質(zhì)原子溶解度越大，鋼的塑性、韌性越低。1.影響鋼塑性、韌性的因素合金元素在強(qiáng)化鐵素體的同時(shí)，對(duì)韌性的影響：（1）含量低時(shí)，V、Si、Mn、Cr使T50（斷口上有50%的脆性斷口，其余為纖維狀的塑性斷口時(shí)的溫度）下降，韌性提高（細(xì)化晶粒）；（2）含量高時(shí)，使T50升高；（3）隨Ni含量的增加，T50下降，韌性提高。

1.影響鋼塑性、韌性的因素Mn、Ni、C對(duì)鋼的韌性的影響當(dāng)鋼中含碳量低時(shí)，Mn<2%時(shí)，可細(xì)化組織，是韌化的主要元素。Ni在低溫時(shí)，可交叉滑移，改善基體本身韌性。C是鋼中必不可少的元素，加碳雖然強(qiáng)化作用很高，但卻顯著降低韌性。只有在晶界形成TiC、NbC、VC時(shí)，起阻礙作用，才能細(xì)化組織，提高韌性。

1.影響鋼塑性、韌性的因素

晶粒大小的影響晶粒越細(xì)，塑性越好。第二相的影響都是有害塑性的，但和第二相的大小，形態(tài)，分布有關(guān)。位錯(cuò)強(qiáng)化的影響位錯(cuò)密度越高塑性降低越大。2.改善鋼塑性的方法降低鋼中有害雜質(zhì)S，O，P，N等的含量；降低C含量；加入Ni；細(xì)化晶粒；改變碳化物大小、形狀和分布；控制雜質(zhì)的形狀為球狀。3.改善鋼韌性的途徑

韌性是表征材料斷裂抗力的一種力學(xué)參量，對(duì)于金屬材料而言，主要有三種斷裂類型：延性，解理和晶界斷裂。（1）改善延性斷裂的途徑延性斷裂是微孔形成，聚集，長大的過程。①減少鋼中第二相的數(shù)量，特別是夾雜物數(shù)量，改善第二相粒子的性質(zhì)、尺寸、形狀和分布；②提高基體組織的塑性，宜減少基體組織中固溶強(qiáng)化效果大的合金元素，如降低Si、Mn、P、C、N的含量；③提高組織的均勻性，如對(duì)淬火回火鋼，改善韌性的主要措施是提高回火溫度，故而發(fā)展了調(diào)質(zhì)鋼。3.改善鋼韌性的途徑（2）改善解理斷裂途徑解理斷裂具有冷脆性特征，多發(fā)生在bcc結(jié)構(gòu)鋼中：①由于刃形位錯(cuò)塞積，產(chǎn)生應(yīng)力集中；②刃形位錯(cuò)相遇，發(fā)生反應(yīng)。提高解理斷裂抗力的主要途徑：①細(xì)化晶粒。如通過正火、控制軋制、加入細(xì)化晶粒的合金元素；②鋼的解理斷裂有一個(gè)很重要的特性——冷脆現(xiàn)象，即當(dāng)試驗(yàn)溫度低于某一溫度時(shí)，材料有塑性轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈?，這種現(xiàn)象稱為冷脆。向鋼中加入Ni元素可以顯著降低鋼的TC

；③更換基體組織而采用沒有冷脆現(xiàn)象的面心立方γ-Fe為基的奧氏體鋼。3.改善鋼韌性的途徑（3）改善晶間斷裂的途徑原因：

溶質(zhì)原子晶界偏聚晶界弱化而引起的沿晶斷裂，如過熱，過燒，回火脆性等

第二相沿晶分布提高沿晶斷裂抗力的主要途徑：①防止溶質(zhì)原子沿晶界分布，如加入合金元素Mo、Ti或Zr，這幾個(gè)元素與雜質(zhì)元素有更強(qiáng)的交互作用，可以抑制雜質(zhì)元素向晶界偏聚，從而減輕回火脆性傾向；②防止第二相沿晶界析出，如減少鋼中S含量或加入稀土元素形成難熔的稀土硫化物，在高溫加熱時(shí)不會(huì)熔解，可防止MnS在晶界析出。合金元素對(duì)鋼鑄造性能的影響

許多元素，如Cr、Mo、V、Ti、Al等在鋼中形成高熔點(diǎn)碳化物或氧化物質(zhì)點(diǎn)，增大鋼的粘度，降低流動(dòng)性,使鑄造性能惡化。

合金元素對(duì)鋼塑性加工性能的影響合金元素溶入固溶體中,或形成碳化物(如Cr、Mo、W等)，都使鋼的熱變形抗力提高和熱塑性明顯下降而容易鍛裂，一般合金鋼的熱加工工藝性能比碳鋼要差得多。

3.3合金元素對(duì)鋼的工藝性能影響3.3.1

合金元素對(duì)鋼的焊接性的影響焊接性參量：氫誘發(fā)裂紋、焊縫金屬的凝固裂紋、熱影響區(qū)和焊縫金屬的韌性、層狀撕裂。1、氫誘發(fā)裂紋碳當(dāng)量=C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5小于0.35%wt時(shí)，焊接性能好。2、焊縫金屬的凝固裂紋與焊條中的C、S含量有關(guān)（C小于0.07%wt）。3.3合金元素對(duì)鋼的工藝性能影響3、熱影響區(qū)和焊縫金屬的韌性與焊條中提高淬透性元素含量有關(guān)。4、層狀撕裂由于焊接應(yīng)力造成的，發(fā)生在母材中，沿硫化物纖維狀S線裂開的現(xiàn)象。硫化錳的形態(tài)是主要影響因素。3.3.1

合金元素對(duì)鋼的焊接性的影響3.3.2

合金元素對(duì)鋼的熱處理工藝性的影響1、對(duì)馬氏體淬透性的影響合金元素對(duì)鋼淬透性的影響由圖可知，Mn、Mo、Cr對(duì)增加淬透性的作用最強(qiáng)，Si與Ni次之。為了提高結(jié)構(gòu)鋼的淬透性，不僅要提高過冷奧氏體在珠光體區(qū)的穩(wěn)定性，而且也要提高鋼在貝氏體區(qū)的穩(wěn)定性。采用提高過冷奧氏體穩(wěn)定性的強(qiáng)碳化物形成元素（如Cr、Mo等）與強(qiáng)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。這幾種元素同時(shí)加入鋼中的效應(yīng)，往往比單個(gè)元素的作用的總和要大好多倍。1、對(duì)馬氏體淬透性的影響

2、對(duì)貝氏體淬透性的影響在某些場合，希望獲得貝氏體組織，以適應(yīng)金屬構(gòu)件和機(jī)械制造上某些工件綜合機(jī)械性能的需要。

鋼中含0.3%Mo以上就能顯著地推遲珠光體轉(zhuǎn)變，而對(duì)貝氏體轉(zhuǎn)變的影響卻很小，因此要得到貝氏體，Mo是不可缺少的元素，但是為了使較大截面的鋼在空氣冷卻條件下，獲得單一的貝氏體，還必須加入能夠強(qiáng)烈阻止多邊形鐵素體析出，而對(duì)貝氏體轉(zhuǎn)變影響不大的元素，最有效的方法是加B元素。此外，在0.5%Mo-B的基礎(chǔ)上適當(dāng)提高C含量，再加進(jìn)適量的Mn或Cr，還可以保證正火后得到各種不同綜合機(jī)械性能的中碳貝氏體鋼，這對(duì)于發(fā)展貝氏體型大截面用鋼，有著較大的實(shí)際意義。3.合金元素與淬裂性傾向的關(guān)系淬火過程中，工件易產(chǎn)生很大的淬火應(yīng)力，造成工件開裂；大多數(shù)合金元素使Ms點(diǎn)降低，造成淬火組織應(yīng)力過大，易發(fā)生開裂事故。鋼中C，Mn，Mo，Cr，Ni越多，開裂傾向越大4.對(duì)合金鋼回火脆性的影響

淬火鋼在一定溫度范圍內(nèi)回火時(shí)，表現(xiàn)出明顯的脆化現(xiàn)象，這種現(xiàn)象就是回火脆性.第一類回火脆性（不可逆）：250~400℃，這類回火脆性是和低溫回火時(shí)碳化物析出形態(tài)不良有關(guān)，是一種不可逆回火脆性，不可能用熱處理和合金化的方法消除?？赡茉颍?/p>

（1）ε碳化物的消失，和Fe3C膜在原奧氏體晶界和板條相界的形成；（2）板條相界殘余A薄膜的失穩(wěn)分解；（3）雜質(zhì)元素在原奧氏體晶界和板條相界的偏聚。合金元素的影響：Mn促進(jìn)；Ni，Mo，V影響較?。籗i，Cr可推遲發(fā)生。4.對(duì)合金鋼回火脆性的影響第二類回火脆性（450~600℃），主要與某些雜質(zhì)元素以及合金元素本身在原奧氏體晶界上的嚴(yán)重偏聚有關(guān)，這類回火脆性在各類合金鋼中均有發(fā)生，只是程度不同而已，這是一種可逆回火脆性。偏聚元素（產(chǎn)生脆性的元素）：H,N,O,P,Si,S,As,Sn,Bi等；對(duì)偏聚起促進(jìn)作用（本身也偏聚）：Mn，Ni本身不偏聚，但促進(jìn)別的元素偏聚：Cr抑制偏聚：Mo防止合金鋼中第二類回火脆性的方法：①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(shí)，即使水冷也難防止脆性產(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。

4.對(duì)合金鋼回火脆性的影響第四章合金元素對(duì)鋼相變的影響本節(jié)主要講授內(nèi)容：

加熱(奧氏體化)

冷卻(奧氏體分解)

淬火鋼回火轉(zhuǎn)變影響第四章合金元素對(duì)鋼相變的影響合金元素對(duì)相變基本因素的影響一、合金元素對(duì)新相（α）、母相（γ）自由能的影響ΔFv：自由能差，表示相變驅(qū)動(dòng)力1、降低ΔFv：C、Mn、Cr、Ni2、提高ΔFv：Al、Co3、影響不大：Mo、W4.0合金元素對(duì)相變基本因素的影響二、合金鋼中的擴(kuò)散和碳在鐵中的活度碳在奧氏體和鐵素體中的擴(kuò)散能力合金元素在奧氏體和鐵素體中的擴(kuò)散能力4.0合金元素對(duì)相變基本因素的影響碳在鐵中的活度碳在鐵固溶體中的活動(dòng)性，是一種擴(kuò)散能力、溶解能力和析出能力

ai=riNi（ai：活度；ri：活度系數(shù)；Ni：碳在鐵中的百分比濃度）活度系數(shù)：fc=ri

M/ri

非碳化物形成元素使fc>1，提高碳在奧氏體中的活度；碳化物形成元素使fc<1，降低碳在奧氏體中的活度。元素對(duì)碳在奧氏體中擴(kuò)散能力的影響碳化物形成元素W、Mo、Cr、Mn提高擴(kuò)散結(jié)合能，降低擴(kuò)散系數(shù)，使碳原子不容易擴(kuò)散；非碳化物形成元素Ni、Co、Cu、Al降低擴(kuò)散結(jié)合能，提高擴(kuò)散系數(shù)，使碳原子容易擴(kuò)散。特殊元素Si是非碳化物元素，提高碳的活度，但在奧氏體中劇烈地降低鐵原子的活動(dòng)性，增加鐵在固溶體中的結(jié)合力，阻礙碳原子的擴(kuò)散。4.0合金元素對(duì)相變基本因素的影響合金元素對(duì)鐵在奧氏體中的自擴(kuò)散影響（1）Cr、Mn、Mo、Ti、Nb等阻礙鐵在奧氏體中的自擴(kuò)散這些元素與鐵形成固溶體，降低鐵原子的活度，使鐵原子間結(jié)合力增加。（2）碳對(duì)鐵在奧氏體中自擴(kuò)散的影響存在碳，削弱鐵原子間結(jié)合力，促進(jìn)鐵原子擴(kuò)散。奧氏體形成過程奧氏體的形核奧氏體的長大滲碳體的溶解奧氏體成分均勻化1.2鋼的合金化原理4.1合金元素對(duì)鋼加熱轉(zhuǎn)變的影響

4.1.1.合金元素對(duì)A形成速度的影響合金元素的加入，改變了鋼A形成溫度A1，A3和Acm

及相變點(diǎn)的位置，從而影響了A形成速度；A的形成速度取決于奧氏體的形核和長大，這都和C的擴(kuò)散有關(guān)，合金元素的加入改變了碳的擴(kuò)散速度，所以影響了A的形成速度.(1)Co,Ni提高C的擴(kuò)散，增大A形成速度；(2)Si,Al,Mn影響不大；(3)碳化物形成元素Cr，Mo，W，Ti，V等阻礙碳的擴(kuò)散，阻礙A形成4.1

合金元素對(duì)鋼加熱轉(zhuǎn)變的影響4.1.2合金元素對(duì)殘余碳化物溶解的影響

□合金鋼中，當(dāng)F全部轉(zhuǎn)變?yōu)锳后，還有相當(dāng)一部分碳化物被保留下來，為了增強(qiáng)A的合金化程度，充分發(fā)揮合金元素的作用，應(yīng)使殘余碳化物充分溶解到A中?！跤捎诤辖鹪氐淖饔迷斐傻臄U(kuò)散困難和合金碳化物的穩(wěn)定性高，要使殘余碳化物分解并溶于A中，需要提高加熱溫度。如：高速鋼的淬火溫度1250~1280℃，而共析溫度只有820℃，就是希望碳化物充分溶解。□M23C6要850℃才能大量溶解；NbC，TiC，VC要1050℃才能溶解。4.1.3合金元素對(duì)A均勻化的影響

奧氏體化過程中，由于碳化物的不斷溶解，奧氏體成分很不均勻，為使成分均勻，合金元素和C都要擴(kuò)散。合金元素?cái)U(kuò)散速度較C的擴(kuò)散速度慢的多，只是碳擴(kuò)散的千分之幾或萬分之幾。所以合金鋼奧氏體化時(shí)間較長。這就是合金鋼在生產(chǎn)中加熱保溫時(shí)間較長的原因。4.1.4合金元素對(duì)奧氏體晶粒長大的影響C促進(jìn)A晶粒長大；強(qiáng)碳化物形成元素強(qiáng)烈阻礙A晶粒長大；中強(qiáng)碳化物形成元素可阻礙，但效果不如強(qiáng)碳化物；Ni，Co，Cu作用不明顯；Al，Si含量少時(shí)，以夾雜物形式存在，可阻止A晶粒長大，當(dāng)大量以合金元素加入，促進(jìn)A晶粒長大；當(dāng)鋼中C含量中等以上時(shí)，Mn可促進(jìn)長大，在低碳含量時(shí)，Mn可細(xì)化晶粒4.2

合金元素對(duì)過冷A分解的影響4.2.1對(duì)過冷A穩(wěn)定性的影響非碳化物形成元素Ni，Si，Cu等加入鋼中，仍保持C曲線形狀，但使C曲線右移；碳化物形成元素Cr，Mo，W，V不僅改變C曲線的位置，使之右移，而且改變其形狀，出現(xiàn)兩個(gè)鼻溫，使珠光體和貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)分開；Co使C曲線左移。4.2

合金元素對(duì)過冷A分解的影響4.2.1對(duì)過冷A穩(wěn)定性的影響4.2.2對(duì)珠光體轉(zhuǎn)變的影響

□對(duì)P轉(zhuǎn)變速度的影響

除Co以外，均使P轉(zhuǎn)變曲線右移，即推遲P轉(zhuǎn)變；對(duì)珠光體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)的影響

（1）凡是擴(kuò)大γ相區(qū)的元素，Ni，Mn，Cu等，降低A1，使P轉(zhuǎn)變溫區(qū)向較低溫度；

（2）凡是縮小γ相區(qū)的元素，提高A1使P轉(zhuǎn)變溫度升高4.2.2對(duì)珠光體轉(zhuǎn)變的影響對(duì)珠光體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的碳化物類型的影響（1）碳鋼的珠光體（F＋Fe3C），碳化物為Fe3C；（2）強(qiáng)碳化物形成元素，將形成MC，如TiC，NbC，

VC等（3）中強(qiáng)碳化物形成元素高溫區(qū)，且合金達(dá)到一定含量，形成M23C6或M3C，如Cr/C>5%，形成Cr23C6，而Cr/C<4%，形成Cr3C；低溫區(qū)，主要為Fe3C，因?yàn)闇囟鹊?，元素?cái)U(kuò)散困難。4.2.3

對(duì)貝氏體相變的影響

特點(diǎn)：貝氏體轉(zhuǎn)變溫區(qū)較低，合金元素與Fe原子幾乎不能進(jìn)行擴(kuò)散，只有C原子能進(jìn)行短距離的擴(kuò)散，脫溶析出碳化物。因此合金元素對(duì)B轉(zhuǎn)變的影響，主要取決于：合金元素對(duì)γ→α轉(zhuǎn)變速度的影響合金元素對(duì)C擴(kuò)散速度的影響4.2.3對(duì)貝氏體相變的影響合金元素Cr，Ni，Mn能降低ΔF(A與F的自由能差），減少相變驅(qū)動(dòng)力，減慢A分解，降低了B的轉(zhuǎn)變速度，推遲其轉(zhuǎn)變。Cr，Mn又是碳化物形成元素，阻礙C原子的擴(kuò)散。Mo，W對(duì)ΔF影響不大，但是F形成元素，提高A1，即提高了γ→α轉(zhuǎn)變溫度，也就是提高了P的轉(zhuǎn)變溫度，又是碳化物形成元素，降低C的擴(kuò)散，降低了B的轉(zhuǎn)變溫度，所以將P，B轉(zhuǎn)變溫區(qū)分開，形成兩個(gè)鼻溫。Si，對(duì)B有推遲作用，原因是強(qiáng)烈提高Fe的結(jié)合力，阻礙C原子從Fe中脫溶。Co，Al能提高ΔF，同時(shí)提高C的擴(kuò)散速度，加速B形成。4.2.4

對(duì)馬氏體相變的影響

主要是對(duì)對(duì)M轉(zhuǎn)變溫度的影響，即Ms～Mf點(diǎn)的影響除Co，Al外，大多數(shù)合金元素固溶在A中，均使Ms點(diǎn)下降，增加殘余A的含量，其中C的影響最強(qiáng)烈。順序：C，Mn，Cr，Ni，Mo，Si，W合金元素對(duì)1.0%C碳鋼Ms點(diǎn)的影響合金元素對(duì)1.0%C碳鋼1150℃淬火后殘余奧氏體含量的影響

Ms和Mf點(diǎn)的下降，使得室溫下將保留更多的殘留奧氏體量4.3合金元素對(duì)淬火鋼回火轉(zhuǎn)變的影響

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(huì)發(fā)生一系列的組織轉(zhuǎn)變，包括：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(fù)和再結(jié)晶這幾個(gè)過程被C和合金元素?cái)U(kuò)散所控制，是相互交錯(cuò)進(jìn)行的，很難截然分開。4.3.1

對(duì)馬氏體的分解的影響低溫低溫（150～200℃）回火時(shí)，由于溫度低，不僅合金元素?cái)U(kuò)散困難，連C擴(kuò)散也困難，只能發(fā)生偏聚和短距離擴(kuò)散，沉淀析出與α相保持共格的ε碳化物。合金元素均勻仍分布在α相和ε碳化物中不作重新分配。所以合金元素對(duì)M分解影響不大。4.3.1對(duì)馬氏體的分解的影響中溫和高溫溫度的升高，合金元素活動(dòng)能力增加，對(duì)M分解有顯著影響。（1）碳化物形成元素將強(qiáng)烈推遲M的分解，即推遲C從M中析出，如碳鋼中C從M析出完全析出的溫度范圍是250～300℃，而含碳化物形成元素的鋼中C從M中析出的溫度提高到400～500℃，有時(shí)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；4.3.1對(duì)馬氏體的分