第二節(jié)-鋼中合金元素的作用綜述.ppt

第二節(jié)合金元素對鋼的影響,為什么要加入合金元素？,一、碳鋼的局限性1.淬透性低2.強度和屈強比低3.高溫強度差4.不能滿足特殊性能的要求,合金元素能起什么作用呢？,二、合金元素對鋼中基本相的影響,1、合金固溶體Fe(Me),2、合金滲碳體(Fe,Me)3C,3、合金碳化物TiC、NbC、WC、VC、Cr7C3、MoC,4、非金屬夾雜MnS,MnO,SiO2,Al2O3,5、Cu,Pb以游離狀態(tài)存在,合金元素在鋼中的存在形式取決于：1、合金元素本身的性質(zhì)2、合金元素的含量以及碳的含量3、熱處理條件（加熱溫度、冷卻條件）,1.形成合金碳化物,Mn：弱碳化物形成元素，Cr、Mo、W：屬于中強碳化物形成元素，Ti、Nb、V：是強碳化物形成元素。與C的親和力強的合金元素形成的特殊碳化物穩(wěn)定性好，具有高熔點、高硬度、高耐磨性和不易分解等特點。碳化物的穩(wěn)定性越高，熱處理加熱時，碳化物的溶解及奧氏體的均勻化越困難。同樣在冷卻及回火過程中碳化物的析出及其聚集長大也越困難。,2.形成合金固溶體,凡是溶入鐵素體的合金元素均起固溶強化作用，即，使鋼的強度和硬度提高、韌性降低。,三、合金元素對鐵碳合金相圖的影響,1、對奧氏體相區(qū)的影響（1）擴大A區(qū),Ni、Mn、Co、C、N、Cu等元素的加入會使奧氏體相區(qū)擴大，特別是Ni、Mn的影響更大,室溫下1Cr18Ni9為單相A體不銹鋼高錳鋼Mn13水韌處理后獲得單一的A體,（2）縮小A區(qū),Cr、W、Mo、V、Ti、Al、Si等元素的加入會使奧氏體相區(qū)縮小，特別是Cr、Si含量高時將限制A體區(qū)，甚至完全消失。,1Cr17Ti0Cr13為單相F體,2、對鐵碳相圖中S點、E點的影響,3、對共析轉(zhuǎn)變溫度A1的影響,所有的合金元素都使S點左移，而大部分合金元素均使E點左移，因此，含碳量相同的碳鋼和合金鋼具有不同的顯微組織。使共析轉(zhuǎn)變點S左移鋼中P%，強度增加。使共晶轉(zhuǎn)變點E左移鋼中出現(xiàn)Ld。,擴大A相區(qū)的元素使鐵碳合金相圖中共析轉(zhuǎn)變溫度A1下降；縮小A相區(qū)的元素則使其上升，并都使共析反應在一個溫度范圍內(nèi)進行。,四、合金元素對鋼熱處理的影響,1、合金元素對加熱時相變的影響對奧氏體形成速度的影響,Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr等強碳化物形成元素與C的親和力強，形成難溶于奧氏體的合金碳化物，顯著阻礙C的擴散，大大減慢奧氏體形成速度。為了加速碳化物的溶解和奧氏體成分的均勻化，必須提高加熱溫度并保溫更長時間。Co、Ni等部分非碳化物形成元素能增大C的擴散速度，使奧氏體形成速度加快。Al、Si、Mn等合金元素對奧氏體形成速度影響不大。,對奧氏體晶粒大小的影響,除Co、Ni以外，絕大多數(shù)合金元素，特別是強碳化物形成元素由于形成合金滲碳體和特殊碳化物，更難溶入奧氏體中，并且阻礙奧氏體晶界的移動和奧氏體晶粒的長大，起到細化晶粒的作用。V、Ti、Nb、Zr強烈阻礙A體晶粒長大W、Cr、Mo中等阻礙A體晶粒長大Mn、B促進A體晶粒長大,2、合金元素對過冷奧氏體轉(zhuǎn)變的影響,合金元素對C曲線的影響,除Co外，幾乎所有合金元素溶入奧氏體后都增大過冷奧氏體的穩(wěn)定性，使C曲線右移，即提高鋼的淬透性。Mo、Mn、W、Cr、Ni、Si、Al對淬透性作用依次由強到弱。對C曲線形狀的影響,注意：加入合金元素，只有完全溶入奧氏體才能提高淬透性。兩種或多種合金元素同時加入對淬透性的影響，比單一元素的影響強得多。,合金元素對VK影響的示意圖,合金元素對C曲線影響示意圖,Si基本不影響Ms、Mf點，除Co、Al外，多數(shù)合金元素使Ms、Mf點下降，導致殘余奧氏體增加。,合金元素對馬氏體轉(zhuǎn)變的影響,合金元素對Ms點的影響,合金元素對殘余奧氏體量的影響（含1.0的鋼在1150淬火）,五、合金元素對回火轉(zhuǎn)變的影響,1、提高回火穩(wěn)定性回火穩(wěn)定性：淬火鋼在回火時硬度下降快慢的性質(zhì)。原因：（1）推遲馬氏體的分解和殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變(即在較高溫度才開始分解和轉(zhuǎn)變)（2）提高鐵素體的再結(jié)晶溫度提高回火穩(wěn)定性作用較強的合金元素有：V、Si、Mo、W、Ni、Co等。,2、產(chǎn)生二次硬化二次硬化：淬火鋼在回火時隨著回火溫度的升高，硬度不下降反而升高的現(xiàn)象。,3、增大回火脆性回火脆性：在某些溫度區(qū)間回火時，鋼的硬度顯著下降的現(xiàn)象。消除方法：快冷；加入Mo或W,合金鋼的強化機制：合金F的固溶強化M位錯強化細晶強化（F、M晶粒度，P片間距）彌散強化（也稱第二相（沉淀）強化）,六、結(jié)構鋼中常用的合金元素及其作用,