第十一章2合金元素在钢中的作用课件

§11-2合金元素在钢中的作用一、合金元素在钢中的分布二、合金元素与铁、碳的相互作用三、合金元素对相变的影响四、合金元素对钢的性能的影响1§11-2合金元素在钢中的作用一、合金元素在钢中的分布1（化学成分）引言工业用钢碳钢合金钢性能相比？成分、组织结构、工艺性能四面体模型碳钢中加入合金元素，不仅改变了化学成分，同时也改变了组织结构、工艺思考：合金元素如何影响？组织相变（结构）如何影响成分？改变改变性能2（化学成分）引言工业用钢碳钢合金钢性能相比？成分、组织结一、合金元素在钢中的分布钢中常用的合金元素？Mn;Cr;Mo;V;Si;Ni;W;Ti;Nb;Zr;Al;Co;B;RE合金元素在钢中的存在形式：1）溶入基体（F;A;M）中,以固溶体的溶质形式存在于合金中2）形成强化相，以第二相的形式存在于合金中F？A？M？合金渗碳体特殊碳化物金属间化合物3一、合金元素在钢中的分布钢中常用的合金元素？Mn;Cr;3）形成非金属夹杂物，存在于合金中4）游离状态存在于合金中合金元素+ONS氧化物氮化物硫化物既不溶于基体中，也不形成化合物Pb、Cu一、合金元素在钢中的分布43）形成非金属夹杂物，存在于合金中4）游离状态存在于合金中合一、合金元素在钢中的分布具体到某个合金元素，究竟以什么形式存在？主要取决于元素本身的特性，或者说它与Fe和C的相互作用共有四种存在形式：溶质、强化相、非金属夹杂、游离状态5一、合金元素在钢中的分布具体到某个合金元素，究竟以什么形式存二、合金元素与铁和碳的相互作用（一）与Fe的相互作用Fe的同素异晶转变α—Feγ—Feδ—Fe912℃1394℃A3A4A1A2=768/770℃A3A4形成Fe—C合金后，构成了Fe—C合金相图6二、合金元素与铁和碳的相互作用（一）与Fe的相互作用Fe的同二、合金元素与铁和碳的相互作用合金元素溶入Fe—C合金基体后，会产生哪些影响？A4A37二、合金元素与铁和碳的相互作用合金元素溶入Fe—C合金基体后二、合金元素与铁和碳的相互作用δLδ+Lδ+

γγ+Lαα+γA3A4γ熔点1.无限扩大A区，与γ—Fe形成无限固溶体与α—Fe形成有限固溶体A3A4Mn、Ni、Co等当合金元素的含量足够大时，合金在室温下为A固溶体单相8二、合金元素与铁和碳的相互作用δLδ+Lδ+γγ+Lα2.有限扩大A区，与γ—Fe形成有限固溶体与α—Fe形成有限固溶体A3A4C、N、Cu、Zn等A4A3A92.有限扩大A区，与γ—Fe形成有限固溶体与α—Fe形成有限二、合金元素与铁和碳的相互作用Lδ+Lγα+α(δ)

γδA3A4熔点3.无限扩大F区，封闭A区与α—Fe形成无限固溶体A3A4Si;Cr;P；V；Al；Be等两点重合无α—Feγ—Fe10二、合金元素与铁和碳的相互作用Lδ+Lγα+α(δ)γ二、合金元素与铁和碳的相互作用4.缩小A区，但不封闭A区A3A4B;Nb;Zr等A4A3A11二、合金元素与铁和碳的相互作用4.缩小A区，但不封闭A区A35.封闭A相区，有限扩大F相区二、合金元素与铁和碳的相互作用A3A4各种合金元素对铁的同素异晶转变的影响是不同的。合金元素A形成元素:F形成元素:扩大A区的元素：Mn、Ni、N等扩大F区的元素：Cr

、Si、Al、Ti等125.封闭A相区，有限扩大F相区二、合金元素与铁和碳的相互作二、合金元素与铁和碳的相互作用（二）与C的相互作用非碳化物形成元素碳化物形成元素弱碳化物形成元素强碳化物形成元素Ni、Si、Co、Al

、Cu等Mn;

Fe等Ti;Zr;V;Nb等中强碳化物形成元素W;Cr;Mo等（亲和力）13二、合金元素与铁和碳的相互作用（二）与C的相互作用非碳化物形二、合金元素与铁和碳的相互作用碳化物间隙碳化物间隙相Cr23C6、Fe3C、Mn3CTiC、wC、VC（特殊碳化物）rC/rM

＞0.59rC/rM

＜

0.59熔点高，硬度高，稳定性高rC/rM多元碳化物Fe4MO2C、Fe21W2C614二、合金元素与铁和碳的相互作用碳化物间隙碳化物间隙相Cr23二、合金元素与铁和碳的相互作用碳化物（与碳原子形成的化合物）溶质（溶于基体），改变临界点改变相图影响相变钢中的重要组成相其类型、数量、大小、形态及分布对钢的性能有显著影响15二、合金元素与铁和碳的相互作用碳化物（与碳原子形成的化合物）三、合金元素对相变的影响（一）合金元素对Fe-C相图的影响（二）合金元素对钢加热转变的影响（三）合金元素对A冷却转变的影响（四）合金元素对淬火钢回火转变的影响16三、合金元素对相变的影响（一）合金元素对Fe-C相图的影响（三、合金元素对相变的影响（一）合金元素对Fe-C相图的影响1.对A区的影响Mn、Cr的影响17三、合金元素对相变的影响（一）合金元素对Fe-C相图的影响1三、合金元素对相变的影响（一）合金元素对Fe-C相图的影响2.对共析温度的影响A3A1A3A1缩小A区扩大A区18三、合金元素对相变的影响（一）合金元素对Fe-C相图的影响2三、合金元素对相变的影响（一）合金元素对Fe-C相图的影响3.对共析点位置的影响图11-5S、E点左移19三、合金元素对相变的影响（一）合金元素对Fe-C相图的影响3三、合金元素对相变的影响（二）合金元素对钢加热转变的影响碳钢加热转变的目的：获得均匀的A合金钢加热转变的目的：获得均匀的A使尽可能多的合金元素溶入A中提高淬透性合金元素对A形成速度的影响温度高、时间长20三、合金元素对相变的影响（二）合金元素对钢加热转变的影响碳钢三、合金元素对相变的影响（三）合金元素对A冷却转变的影响1.合金元素对P转变的影响2.合金元素对B转变的影响3.合金元素对M转变的影响扩大A区，增强A稳定性，使C曲线右移，Ms线下移提高钢的淬透性碳钢的不足之一对C曲的影响21三、合金元素对相变的影响（三）合金元素对A冷却转变的影响1.2）非碳化物形成元素Ni、Si和弱碳化物形成Mn，只使C-曲线右移，不改变其形状3）强碳化物形成元素Cr、Mo、W、V、Ti不但使C-曲线右移，还要改变其形状4）也有使C-曲线左移的合金元素

合金元素的影响对C曲线的影响1）除了Co和Al（＞2.5%）以外的所有合金元素，都使C-曲线右移，其中影响程度的强弱不同222）非碳化物形成元素Ni、Si和弱碳化物形成Mn，只使C-曲1.合金元素对P转变的影响：推迟P转变时，碳及合金元素需要在F和Fe3C之间进行重新分配，由于合金元素的扩散速度慢，并且使碳的扩散减慢，因此P的形核困难，降低转变速度；扩大A区的元素Mn等均降低过冷A的转变温度，从而影响到碳与合金元素的扩散速度，阻止A向P转变；微量B元素在晶界上吸附，并形成共格硼相（M23C3B3），显著阻止F的形核，从而增加了过冷A的稳定性。两种或多种合金元素的作用强于单一元素的作用。231.合金元素对P转变的影响：推迟P转变时，碳及合金元素需要在2.合金元素对B转变的影响:推迟由于转变温度进一步降低，，铁和合金元素几乎不能进行扩散，唯有碳原子可进行短距离的扩散，因此合金元素对B转变的影响主要体现在对A→F转变速度和对碳的扩散速度。Mn、Cr、Ni等显著减慢B转变，因为降低A→F转变温度，Mn和Ni还阻止碳的扩散。Si对B转变具有阻止作用；强碳化物形成元素对B转变具有延缓作用；242.合金元素对B转变的影响:推迟由于转变温度进一步降低，，铁3.合金元素对M转变的影响除了Co和Al之外，大多数固溶于A中的合金元素均使Ms、Mf温度下降，使钢淬火后的残余A量增加。其中碳的作用最强烈，其次是Mn、Cr、Ni；再次为Mo、W、Si。253.合金元素对M转变的影响除了Co和Al之外，大多数固溶于A三、合金元素对相变的影响（四）合金元素对淬火钢回火转变的影响M中碳的偏聚M的分解A´的转变碳化物的转变Fe3C的聚集长大和α相再结晶推迟或减慢26三、合金元素对相变的影响（四）合金元素对淬火钢回火转变的影响三、合金元素对相变的影响回火稳定性：钢对回火时发生软化过程的抵抗能力二次淬火（二次硬化）：残余A在回火过程中由于合金元素的作用析出碳化物，而使Ms点升高，再继续冷却时转变为M，从而使钢的硬度有所升高的现象。2个概念：27三、合金元素对相变的影响回火稳定性：钢对回火时发生软化过程的§11-2合金元素在钢中的作用一、合金元素在钢中的分布二、合金元素与铁、碳的相互作用三、合金元素对相变的影响四、合金元素对钢的性能的影响28§11-2合金元素在钢中的作用一、合金元素在钢中的分布1（化学成分）引言工业用钢碳钢合金钢性能相比？成分、组织结构、工艺性能四面体模型碳钢中加入合金元素，不仅改变了化学成分，同时也改变了组织结构、工艺思考：合金元素如何影响？组织相变（结构）如何影响成分？改变改变性能29（化学成分）引言工业用钢碳钢合金钢性能相比？成分、组织结一、合金元素在钢中的分布钢中常用的合金元素？Mn;Cr;Mo;V;Si;Ni;W;Ti;Nb;Zr;Al;Co;B;RE合金元素在钢中的存在形式：1）溶入基体（F;A;M）中,以固溶体的溶质形式存在于合金中2）形成强化相，以第二相的形式存在于合金中F？A？M？合金渗碳体特殊碳化物金属间化合物30一、合金元素在钢中的分布钢中常用的合金元素？Mn;Cr;3）形成非金属夹杂物，存在于合金中4）游离状态存在于合金中合金元素+ONS氧化物氮化物硫化物既不溶于基体中，也不形成化合物Pb、Cu一、合金元素在钢中的分布313）形成非金属夹杂物，存在于合金中4）游离状态存在于合金中合一、合金元素在钢中的分布具体到某个合金元素，究竟以什么形式存在？主要取决于元素本身的特性，或者说它与Fe和C的相互作用共有四种存在形式：溶质、强化相、非金属夹杂、游离状态32一、合金元素在钢中的分布具体到某个合金元素，究竟以什么形式存二、合金元素与铁和碳的相互作用（一）与Fe的相互作用Fe的同素异晶转变α—Feγ—Feδ—Fe912℃1394℃A3A4A1A2=768/770℃A3A4形成Fe—C合金后，构成了Fe—C合金相图33二、合金元素与铁和碳的相互作用（一）与Fe的相互作用Fe的同二、合金元素与铁和碳的相互作用合金元素溶入Fe—C合金基体后，会产生哪些影响？A4A334二、合金元素与铁和碳的相互作用合金元素溶入Fe—C合金基体后二、合金元素与铁和碳的相互作用δLδ+Lδ+

γγ+Lαα+γA3A4γ熔点1.无限扩大A区，与γ—Fe形成无限固溶体与α—Fe形成有限固溶体A3A4Mn、Ni、Co等当合金元素的含量足够大时，合金在室温下为A固溶体单相35二、合金元素与铁和碳的相互作用δLδ+Lδ+γγ+Lα2.有限扩大A区，与γ—Fe形成有限固溶体与α—Fe形成有限固溶体A3A4C、N、Cu、Zn等A4A3A362.有限扩大A区，与γ—Fe形成有限固溶体与α—Fe形成有限二、合金元素与铁和碳的相互作用Lδ+Lγα+α(δ)

γδA3A4熔点3.无限扩大F区，封闭A区与α—Fe形成无限固溶体A3A4Si;Cr;P；V；Al；Be等两点重合无α—Feγ—Fe37二、合金元素与铁和碳的相互作用Lδ+Lγα+α(δ)γ二、合金元素与铁和碳的相互作用4.缩小A区，但不封闭A区A3A4B;Nb;Zr等A4A3A38二、合金元素与铁和碳的相互作用4.缩小A区，但不封闭A区A35.封闭A相区，有限扩大F相区二、合金元素与铁和碳的相互作用A3A4各种合金元素对铁的同素异晶转变的影响是不同的。合金元素A形成元素:F形成元素:扩大A区的元素：Mn、Ni、N等扩大F区的元素：Cr

、Si、Al、Ti等395.封闭A相区，有限扩大F相区二、合金元素与铁和碳的相互作二、合金元素与铁和碳的相互作用（二）与C的相互作用非碳化物形成元素碳化物形成元素弱碳化物形成元素强碳化物形成元素Ni、Si、Co、Al

、Cu等Mn;

Fe等Ti;Zr;V;Nb等中强碳化物形成元素W;Cr;Mo等（亲和力）40二、合金元素与铁和碳的相互作用（二）与C的相互作用非碳化物形二、合金元素与铁和碳的相互作用碳化物间隙碳化物间隙相Cr23C6、Fe3C、Mn3CTiC、wC、VC（特殊碳化物）rC/rM

＞0.59rC/rM

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0.59熔点高，硬度高，稳定性高rC/rM多元碳化物Fe4MO2C、Fe21W2C641二、合金元素与铁和碳的相互作用碳化物间隙碳化物间隙相Cr23二、合金元素与铁和碳的相互作用碳化物（与碳原子形成的化合物）溶质（溶于基体），改变临界点改变相图影响相变钢中的重要组成相其类型、数量、大小、形态及分布对钢的性能有显著影响42二、合金元素与铁和碳的相互作用碳化物（与碳原子形成的化合物）三、合金元素对相变的影响（一）合金元素对Fe-C相图的影响（二）合金元素对钢加热转变的影响（三）合金元素对A冷却转变的影响（四）合金元素对淬火钢回火转变的影响43三、合金元素对相变的影响（一）合金元素对Fe-C相图的影响（三、合金元素对相变的影响（一）合金元素对Fe-C相图的影响1.对A区的影响Mn、Cr的影响44三、合金元素对相变的影响（一）合金元素对Fe-C相图的影响1三、合金元素对相变的影响（一）合金元素对Fe-C相图的影响2.对共析温度的影响A3A1A3A1缩小A区扩大A区45三、合金元素对相变的影响（一）合金元素对Fe-C相图的影响2三、合金元素对相变的影响（一）合金元素对Fe-C相图的影响3.对共析点位置的影响图11-5S、E点左移46三、合金元素对相变的影响（一）合金元素对Fe-C相图的影响3三、合金元素对相变的影响（二）合金元素对钢加热转变的影响碳钢加热转变的目的：获得均匀的A合金钢加热转变的目的：获得均匀的A使尽可能多的合金元素溶入A中提高淬透性合金元素对A形成速度的影响温度高、时间长47三、合金元素对相变的影响（二）合金元素对钢加热转变的影响碳钢三、合金元素对相变的影响（三）合金元素对A冷却转变的影响1.合金元素对P转变的影响2.合金元素对B转变的影响3.合金元素对M转变的影响扩大A区，增强A稳定性，使C曲线右移，Ms线下移提高钢的淬透性碳钢的不足之一对C曲的影响48三、合金元素对相变的影响（三）合金元素对A冷却转变的影响1.2）非碳化物形成元素Ni、Si和弱碳化物形成Mn，只使C-曲线右移，不改变其形状3）强碳化物形成元素Cr、Mo、W、V、Ti不但使C-曲线右移，还要改变其形状4）也有使C-曲线左移的合金元素

合金元素的影响对C曲线的影响1）除了Co和Al（＞2.5%）以外的所有合金元素，都使C-曲线右移，其中影响程度的强弱不同492）非碳化物形成元素Ni、Si和弱碳化物形成Mn，只使C-曲1.合金元素对P转变的影响：推迟P转变时，碳及合金元素需要在F和Fe3C之间进行重新分配，由于合金元素的扩散速度慢，并且使碳的扩散减慢，因此P的形核困难，降低转变速