金属材料第一章

1、 第一章 钢的合金化基础钢中的合金元素及其分类依据合金元素与铁和碳的相互作用及其对奥氏体层错能的影响钢的强化机制改善钢的塑性和韧性的基本途径合金元素对钢相变的影响钢的冶金质量第一章第一章 钢的合金化基础钢的合金化基础第一节 钢中的合金元素及其分类依据一、合金元素在钢中的分布H HeLi Be O F NeNa Mg Cl ArK Ca Sc Ga Ge As Se Br Kr 为什么钢中的S、P、H在一般情况下总是有害的？S容易和Fe结合形成熔点为989的FeS相，会使钢产生热脆性；P和Fe结合形成硬脆的Fe3P相，使钢在冷加工过程中产生脆性；H也可能留在钢中，形成所谓的白点，可导致钢的氢脆。

2、第一章第一章 钢的合金化基础钢的合金化基础第二节 合金元素与铁和碳的相互作用 及其对奥氏体层错能的影响一、合金元素与铁的相互作用1 扩大奥氏体区的元素（奥氏体形成元素） 使A4点上升， A3点下降，导致奥氏体稳定区域扩大v 无限扩大奥氏体区的元素：Ni, Mn, Cov 有限扩大奥氏体区的元素：C, Cu, N无限扩大奥氏体区的元素Mn、 Ni、 Co有限扩大奥氏体区的元素C、 N、Cu第一章第一章 钢的合金化基础钢的合金化基础第二节 合金元素与铁和碳的相互作用 及其对奥氏体层错能的影响一、合金元素与铁的相互作用2. 缩小奥氏体区的元素（铁素体形成元素） 使A4点下降， A3点上升，导致奥氏体

3、稳定区域缩小v 完全封闭奥氏体区的元素： Cr, Ti, V, W, Mo, Al, Siv 缩小奥氏体区，但不使之封闭的元素：B, Nb, Zr第一章第一章 钢的合金化基础钢的合金化基础第二节 合金元素与铁和碳的相互作用 及其对奥氏体层错能的影响完全封闭奥氏体区的元素缩小奥氏体区，但不使之封闭的元素第一章第一章 钢的合金化基础钢的合金化基础第二节 合金元素与铁和碳的相互作用 及其对奥氏体层错能的影响第一章第一章 钢的合金化基础钢的合金化基础第二节 合金元素与铁和碳的相互作用 及其对奥氏体层错能的影响（a）WCr=17%时Ni 的影响 （b）WNi=18%时Cr的影响 WNi=10% WCr=

4、19% 除细化晶粒外，其他强化都提高韧脆转变温度Tk（图中是每提高15.4MPa强度对Tk的影响）；间隙固溶强化不是最好的强韧途径；弥散沉淀强化降低塑性和韧性较小，对强化贡献大，所以是一个有效而实用的强化途径。（2）置换固溶元素 Ni提高钢基体的韧性；Mn在少量时也有效果；其他常用元素都降低韧性，如图所示。（3）晶粒度 由图可知，细化晶粒提高了强度，又大大降低了韧脆转变温度。一、合金元素对Fe-C相图的影响1.对奥氏体相区的影响 锰对g相区的影响 铬对g相区的影响扩大g相区的元素均使S点左移，A3下降；缩小g相区的元素均使A3上升，S点左移。2.对共析温度的影响合金元素对共析温度的影响共析反应

5、涉及到 同素异晶转变和碳化物的析出和溶解。 g扩大g相区的元素降低S点温度, 缩小g相区的元素提高S点温度3.对共析点位置的影响所有合金元素均使点S左移，降低了共析体中的WC。合金元素对共析体WC的影响三、合金元素对过冷奥氏体分解过程的影响合金元素可以使钢的C-曲线发生显著变化。几乎所有的合金元素（除Co）外都使C曲线向右移动，即减慢珠光体类型转变产物的形成速度。除Co、Al以外，所有的合金元素都使马氏体转变温度下降。 非碳化物形成元素 碳化物形成元素合金元素对碳钢C曲线的影响合金元素对Wc=1.0%碳钢的点Ms的影响合金元素对Wc=1.0%碳钢1150淬火后残存奥氏体量的影响合金钢回火时的二

6、次硬化效应奥氏体层错能对钢的力学性能的影响层错能越低，越有利于位错扩展和形成层错，使横滑移困难，导致钢的加工硬化趋势增大。层错界面是由于原子按最密排方式堆积时的堆积层错误而引起的，可以有以下几种情况：（1）内层错：ABC ABC|BC ABC ABC .（2）外层错：ABC ABC(B)ABC ABC 它们形成了(BCBC)、(CBAB)的hcp晶体。如果fcc是稳定结构，则其内部不稳定的hcp薄层就会使体系的能量升高，这就是层错能。虽然锰和镍都是奥氏体形成元素，单独加入相当数量的镍和锰都可以使钢在室温下获得单相奥氏体，但镍钢的冷变形性能优异，易于变形加工。而锰钢的冷变形性能很差，却表现有很高

7、的加工硬化趋势与耐磨性。这种性能差异的原因，乃是镍和锰奥氏体层错能的影响不同所致。名称汉字采用符号位置碳素工具钢碳T牌号头滚珠轴衬钢滚G牌号头焊接用钢焊H牌号头钢轨钢轨U牌号头铆螺钢铆螺ML牌号头船用钢船C牌号尾压力容器用钢容R牌号尾桥梁钢桥q牌号尾锅炉钢锅g牌号尾铸钢铸钢ZG牌号头沸腾钢沸F牌号尾半镇定钢半B牌号尾名称汉字采用符号位置高级高A牌号尾特级特T牌号尾超级超C牌号尾常用钢铁产品的牌号表示方法产品名称牌号举例牌号表示方法1，碳素结构钢Q195FQ215AFQ235BbQ235Bb Q:屈服强度的屈235：屈服点（MPa)B:质量等级b:脱氧方法2。优质碳素结构钢普通含锰量较高含锰量锅

8、炉用钢08F,45,2040Mn,70Mn20g50MnFA:50:含碳量，万分之几； Mn：元素，含量较高时标（0.70-1%); F:脱氧方法; A: 质量等级产品名称牌号举例牌号表示方法3.低合金高强度钢Q295Q345AQ345AQ:钢材屈服强度的屈,345: 屈服强度,MPa,A:质量等级4.易切削结构钢普通含锰钢较高含锰钢y12,y30y40Mn, y45Cay40Mn: y:代表易切削结构钢;40:含碳量;万分之几;Mn:易切削元素符号5.碳素工具钢普通含锰钢较高含锰钢T7,T12AT8MnT8MnA: T:代表碳素工具钢; 8: 含碳量,千分之几; Mn:锰含量,含量较高时标（

9、0.70-1%);A质量等级产品名称牌号举例牌号表示方法6.合金结构钢25Cr2MoVA30CrMnSi25Cr2MoVA25:含碳量,万分之几Cr2MOV:化学元素及含量,百分之几;A:质量等级7.弹簧钢50CrVA55Si2Mn50CrVA50:含碳量,万分之几CrV:化学元素符号和含量,以百分之几表示;A:质量等级.8 滚动轴承钢GCr9GCr15SiMnGCr15SiMnG:代表滚动轴承钢Cr15:含铬量,千分之几SiMn:化学元素含量及符号,百分之几产品名称牌号举例牌号表示方法9 合金工具钢4CrW2SiCrWMn4CrW2Si4:含碳量,大于1%时不标,小于1时,千分之几;4CrW2Si