第二节钢中合金元素的作用

第二节钢中合金元素的作用第1页，共20页，2023年，2月20日，星期三二、合金元素对钢中基本相的影响1、合金固溶体

α—Fe(Me)2、合金渗碳体

(Fe,Me)3C3、合金碳化物

TiC、NbC、WC、VC、Cr7C3、MoC4、非金属夹杂

MnS,MnO,SiO2,Al2O35、Cu,Pb以游离状态存在合金元素在钢中的存在形式取决于：1、合金元素本身的性质2、合金元素的含量以及碳的含量3、热处理条件（加热温度、冷却条件）第2页，共20页，2023年，2月20日，星期三1.形成合金碳化物☆Mn：弱碳化物形成元素，Cr、Mo、W：属于中强碳化物形成元素，Ti、Nb、V：是强碳化物形成元素。☆与C的亲和力强的合金元素形成的特殊碳化物稳定性好，具有高熔点、高硬度、高耐磨性和不易分解等特点。☆碳化物的稳定性越高，热处理加热时，碳化物的溶解及奥氏体的均匀化越困难。同样在冷却及回火过程中碳化物的析出及其聚集长大也越困难。第3页，共20页，2023年，2月20日，星期三2.形成合金固溶体

凡是溶入铁素体的合金元素均起固溶强化作用，即，使钢的强度和硬度提高、韧性降低。第4页，共20页，2023年，2月20日，星期三第5页，共20页，2023年，2月20日，星期三三、合金元素对铁碳合金相图的影响1、对奥氏体相区的影响（1）扩大A区

Ni、Mn、Co、C、N、Cu等元素的加入会使奥氏体相区扩大，特别是Ni、Mn的影响更大室温下1Cr18Ni9为单相A体不锈钢高锰钢Mn13水韧处理后获得单一的A体第6页，共20页，2023年，2月20日，星期三（2）缩小A区Cr、W、Mo、V、Ti、Al、Si等元素的加入会使奥氏体相区缩小，特别是Cr、Si含量高时将限制A体区，甚至完全消失。1Cr17Ti0Cr13为单相F体第7页，共20页，2023年，2月20日，星期三2、对铁碳相图中S点、E点的影响3、对共析转变温度A1的影响所有的合金元素都使S点左移，而大部分合金元素均使E点左移，因此，含碳量相同的碳钢和合金钢具有不同的显微组织。使共析转变点S左移→钢中P%↑，强度增加。使共晶转变点E左移→钢中出现Ld'。扩大A相区的元素使铁碳合金相图中共析转变温度A1下降；缩小A相区的元素则使其上升，并都使共析反应在一个温度范围内进行。第8页，共20页，2023年，2月20日，星期三四、合金元素对钢热处理的影响1、合金元素对加热时相变的影响

⑴对奥氏体形成速度的影响☆Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr等强碳化物形成元素与

C的亲和力强，形成难溶于奥氏体的合金碳化物，显著阻碍C的扩散，大大减慢奥氏体形成速度。为了加速碳化物的溶解和奥氏体成分的均匀化，必须提高加热温度并保温更长时间。☆Co、Ni等部分非碳化物形成元素能增大C的扩散速度，使奥氏体形成速度加快。☆Al、Si、Mn等合金元素对奥氏体形成速度影响不大。第9页，共20页，2023年，2月20日，星期三⑵对奥氏体晶粒大小的影响除Co、Ni以外，绝大多数合金元素，特别是强碳化物形成元素由于形成合金渗碳体和特殊碳化物，更难溶入奥氏体中，并且阻碍奥氏体晶界的移动和奥氏体晶粒的长大，起到细化晶粒的作用。V、Ti、Nb、Zr强烈阻碍A体晶粒长大W、Cr、Mo中等阻碍A体晶粒长大Mn、B促进A体晶粒长大第10页，共20页，2023年，2月20日，星期三2、合金元素对过冷奥氏体转变的影响⑴合金元素对C曲线的影响除Co外，几乎所有合金元素溶入奥氏体后都增大过冷奥氏体的稳定性，使C曲线右移，即提高钢的淬透性。Mo、Mn、W、Cr、Ni、Si、Al对淬透性作用依次由强到弱。对C曲线形状的影响注意：加入合金元素，只有完全溶入奥氏体才能提高淬透性。两种或多种合金元素同时加入对淬透性的影响，比单一元素的影响强得多。第11页，共20页，2023年，2月20日，星期三合金元素对VK影响的示意图第12页，共20页，2023年，2月20日，星期三合金元素对C曲线影响示意图第13页，共20页，2023年，2月20日，星期三Si基本不影响Ms、Mf点，除Co、Al外，多数合金元素使Ms、Mf点下降，导致残余奥氏体增加。⑵合金元素对马氏体转变的影响合金元素对Ms点的影响合金元素对残余奥氏体量的影响（含1.0％的钢在1150℃淬火）第14页，共20页，2023年，2月20日，星期三五、合金元素对回火转变的影响1、提高回火稳定性

回火稳定性：淬火钢在回火时硬度下降快慢的性质。原因：（1）推迟马氏体的分解和残余奥氏体的转变(即在较高温度才开始分解和转变)（2）提高铁素体的再结晶温度提高回火稳定性作用较强的合金元素有：

V、Si、Mo、W、Ni、Co等。

第15页，共20页，2023年，2月20日，星期三2、产生二次硬化

二次硬化：淬火钢在回火时随着回火温度的升高，硬度不下降反而升高的现象。第16页，共20页，2023年，2月20日，星期三3、增大回火脆性

回火脆性：在某些温度区间回火时，钢的硬度显著下降的现象。

消除方法：①快冷；②加入Mo或W第17页，共20页，2023年，2月20日，星期三合金钢的强化机制：

合金F的固溶强化M位错强化

细晶强化（F、M晶粒度，P片间距↓）

弥散强化（也称第二相（沉淀）强化）第18页，共20页，2023年，2月20日，星期三六、结构钢中常用的合金元素及其作用主加元素：Cr、Ni、Si、Mn辅加元素：W、Mo、V、Ti、B