金属材料合金化原理

奥氏体的形核奥氏体的长大渗碳体的溶解奥氏体成分均匀化Chapter1金属材料的合金化原理

1.3合金元素对钢的组织转变的影响1.3.1AE对钢加热时奥氏体形成过程的影响1.AE对奥氏体形成速度的影响

非碳化物形成元素Co和Ni等提高碳在奥氏体中的扩散速度

Si、Al、Mn对奥氏体的形成速度影响不大。强碳化物形成元素Cr、Mo、W、V等与碳的亲和力较大，减慢了奥氏体的形成速度。

1.2钢的合金化原理Chapter1金属材料的合金化原理

碳化物的分解

稳定性高的碳化物，难溶入奥氏体中。奥氏体的成分均匀化

奥氏体均匀，碳和合金元素均需扩散。图1-10碳化物和氮化物在奥氏体中溶解度与温度的关系

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1.2钢的合金化原理42.AE对奥氏体晶粒长大倾向的影响Chapter1金属材料的合金化原理

①碳化物在高温下越稳定，越不易溶入奥氏体中，能阻碍晶界长大，显著细化晶粒。②C、N、B、P等元素促进奥氏体晶粒的长大。晶界偏聚和降低晶界铁原子间的结合力。

③Mn在低碳钢中可以细化珠光体组织，也可以细化奥氏体晶粒。在中碳以上钢中，Mn加强了碳促进奥氏体晶粒长大的作用。Cr对奥氏体晶粒有细化作用。5

④Al和Si含量极少时，仅以高熔点AlN、Al2O3的非金属夹杂物形式存在，可以阻止奥氏体晶粒粗化，如下图所示。但当含量足够高，作为合金元素溶入固溶体时，可以使钢在高温时也为α相，促进α相的晶粒粗化。

⑤Ni、Cu、Co等非碳

化物形成元素，对奥氏体

晶粒的长大影响不大。Chapter1金属材料的合金化原理

标准晶粒度等级示意图

1—4级为本质粗晶粒钢5—8级为本质细晶粒钢

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7总之合金元素对奥氏体晶粒长大主要从三个方面起作用：第一，当合金元素形成未溶、处于晶界上高度弥散的质点，对奥氏体晶粒的粗化起到阻碍作用。第二，合金元素溶入奥氏体中时，可以改变奥氏体的晶界能，因而会改变奥氏体的长大倾向。第三，合金元素溶入奥氏体中可以改变原子间的结合强度，引起激活能和铁自扩散系数的变化，从而影响奥氏体晶粒的长大。因此，应从以上三个方面综合考虑。Chapter1金属材料的合金化原理

81.3.2AE对钢的过冷奥氏体分解转变的影响Chapter1金属材料的合金化原理

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强K形成元素中、弱K形成元素Co非K形成元素91.AE对过冷奥氏体稳定性的影响（C曲线）

非碳化物形成元素（Ni、Al、Si、Cu、Co），C曲线仍保持与碳钢相同的形式，只是位置有所改变。Ni、Si、Cu使转变孕育期变长，即C曲线右移。Al、Co则相反，使C曲线左移。碳化物形成元素（Cr、M、W、V）等，不仅使C曲线的位置移动，而且也使C曲线的形状改变，出现两个鼻温，甚至使珠光体区域和贝氏体区域完全分开，出现一个过冷奥氏体极端稳定的区间。对高温转变（珠光体转变）的影响；对中温转变（贝氏体转变）的影响；对低温转变（马氏体转变）的影响。Chapter1金属材料的合金化原理

102.AE对高温转变（珠光体转变）的影响

（1）合金元素对珠光体转变的综合作用

强碳化物Ti、Nb、V推迟碳化物的形核和长大。

中强碳化物形成元素W、Mo、Cr推迟碳化物形核和长大，还通过增加固溶体原子间结合力、降低铁原子的自扩散而减慢γ→α转变。

弱碳化物形成元素Mn推迟珠光体转变时合金渗碳体的形核和长大，同时Mn又是扩大γ相区的元素，起稳定奥氏体并强烈推迟γ→α转变的作用。Chapter1金属材料的合金化原理

非碳化物形成元素Ni、Co

Ni是开启γ相区并稳定奥氏体的元素，增加α相的形核功，降低转变温度。Co由于促进铁的扩散，因而增加α相长大速度。(2)AE对珠光体转变(淬透性)的影响除Co外，几乎所有的合金元素使C曲线右移（即增大过冷奥氏体的稳定性，推迟珠光体型的转变）。C曲线右移的结果，降低了钢的临界冷却速度，提高了钢的淬透性。合金元素对淬透性影响的大小取决于该元素的作用强度及其可能的溶解量。1.2钢的合金化原理Chapter1金属材料的合金化原理

碳、锰、镍、铬、钼、钒、钛等元素都降低BS点，使得在贝氏体和珠光体转变温度之间出现过冷奥氏体的中温稳定区，形成两个转变的C曲线。1.2钢的合金化原理Chapter1金属材料的合金化原理

合金元素还改变贝氏体转变动力学过程，增长转变孕育期，减慢长大速度。

碳、硅、锰、镍、铬的作用较强

钨、钼、钒、钛的作用较小3.对中温转变（贝氏体转变）的影响合金元素的作用表现在对马氏体点Ms~Mf温度的影响，并影响钢中残留奥氏体含量及马氏体的精细结构。除Co、Al以外，

绝大多数合金元

素都使Ms和Mf

下降1.2钢的合金化原理Chapter1金属材料的合金化原理

4.对低温转变（马氏体转变）的影响合金钢中高的残余奥氏体含量对钢的性能产生很大影响—残余奥氏体量过高（有时达30%-40%）时，钢的硬度降低，疲劳抗力下降。对于奥氏体不锈钢，为了要在室温下或零温度下（

Ms点远低于室温或零下）获得稳定的单相奥氏体组织，必须加入大量奥氏体形成元素。通常是加入镍、锰、铬、碳、氮等元素。

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1.2钢的合金化原理对于合金结构钢，为了降低残余奥氏体量，需要进行附加的处理：冷处理就是将淬火后的钢件在负温下继续冷却，使残余奥氏体转变为马氏体的工艺。如生产上采用干冰与酒精混合可获得-70℃的低温。多次回火过程中残余奥氏体发生合金碳化物的析出，降低了残余奥氏体中的合金成分，使残余奥氏体的Ms、Mf点升高，而在回火后的冷却过程中，转变为马氏体或贝氏体（称为二次淬火），从而使残余奥氏体量减少。1.2钢的合金化原理Chapter1金属材料的合金化原理

合金蚁元素萄还影叙响马哥氏体相的形南态和副马氏询体的资亚结丸构。Fe邀-C系合律金分界锡温度坦约为20厉0℃当Ms点温董度较遇高时，由脏于滑刮移的振临界传分切判应力疯较低柱，在Ms点以距下形描成位宋错结傅构的槐马氏秩体；在Ms点温注度较准低时，孪爽生分逢切应董力低蜓于滑治移临部界分束切应阿力，躲则马穴氏体衬相变热以孪秧生形炊成孪者晶结惰构的琴马氏龙体。1.测2钢的哗合金古化原右理Ch栽ap搭te恭r贵1金属林材料壳的合夹金化盖原理一般坚钢中章碳或桐氮w(C)＜0.苹2％的相钢都弊是位慨错马喉氏体少，w(C)＞0.斜6％的潮钢为肢孪晶厕马氏英体。席合金槽元素验如锰营、铬承、镍登、钼即或钴太都使Ms和Mf下降禁，增案加形对成孪境晶马支氏体地倾向俩。马氏体形态与含碳量的关系0.45%C0.2%C1..2%C5．合蒜金元绑素对淬坝火钢伯的回乌火转令变过壤程的智影响主要释表现惩在提高被钢的叠回火盆稳定荷性，即钢对涛回火懂时发批生软稳化过渠程的丧抵抗恼能力变，使幕回火哥过程搅各个士阶段春的转功变速糕度大驳大减喉慢，图将其悼推向马更高乖的温棕度。具谈体为（1）AE对马氏摧体分半解的影甘响（2）AE对残余葱奥氏配体转变兵的影蛋响（3）AE对碳化殿物的哑形成轧、聚手集和居长大的影查响（4）AE对铁素桐体回滚复再宏结晶的影丹响（5）AE对回火签脆性的影元响1.疤2钢的扣合金煮化原蔑理Ch稼ap驼te背r帅1金属限材料纲的合辞金化盆原理（1）AE对马氏越体分削解的影雨响M在发冻生第槐二阶豪段分尘解时善，碳盗化物艘形成域元素V、Nb、Cr、Mo、W等对探碳有渴较强征的亲全和力绑，溶于M中的疾碳化辫物形岂成元崭素阻堡碍碳旬从M中析拜出，因笨而使M分解版的第柔二阶沟段减好慢。在碳符钢中描，实变际上乎所有虽的碳飘从M的析早出温测度都尘在25贪0℃~3构50℃左右帐，而诊在含圈碳化橡物形润成元门素的圾钢中贞，可芳将这柜一过肚程推移毁到更庭高的废温度（40去0℃~5路00℃），键其中V、Nb的作丢用比Cr、W、Mo更强博烈。1.姐2钢的览合金齿化原择理Ch象ap管te找r题1金属岭材料刃的合朱金化爸原理图1-猎17质量财分数鉴分别煤为0.棵3％C、2.壮1％V钒钢12谊50℃淬火不同陈温度校回火2小时蕉碳化笔物成您分、观结构分和硬袭度的芽变化1.师2钢的度合金逗化原川理低于50炭0℃钒仍丑固溶侍于马谢氏体贴，强贯烈阻肚碍马垄氏体伟分解于，只简有40％的偿碳以Fe3C析出悄，大党部分重碳仍染保留爹在马瓣氏体场基体鞠中。高于50纹0℃，直相接从萝马氏软体基给体相匠中析乱出VC，VC形核习的有恨利位锡置是捕位错唇。VC的形洞状呈琴细片罗状，膊约1n兔m厚，涨与基南体保瓣持共招格。VC不断挠析出推，同挨时Fe、C逐渐乖溶解粘。直到70密0℃，VC已全怜部析富出，Fe3C全部送溶解菊。1.嚼2钢的狡合金艘化原辰理Ch哥ap斗te晕r存1金属迫材料辜的合废金化秩原理（2）AE对A残转变冲的影圆响Me大都暗使A残的分潜解温惧度向赵高温奋方向俯推移。其谋中尤击以Cr、Mn、Si的作珠用最朴为显古著。在含蔬有较志多的W、Mo、V等合糠金元盆素的浮高合修金钢酿中（阁如高湿速钢扶），点由于A残在回茅火过区程中翠析出鬼碳化元物，爬造成A残中的唤碳及炎合金零元素广贫化较，使舞其Ms点高捧于室息温，惧因而暗在冷妻却过秤程中握转变眯为M。通宁过这陈种回姑火之闭后，虫淬火把钢的私硬度邮不但性没有现降低串，反毯而有衣所升容高，亩这种退现象法称为二次叮淬火。1.崇2钢的捕合金督化原青理Ch职ap脸te愁r徐1金属姥材料它的合苹金化川原理（3）AE对碳化下物的记形成争、聚咸集和随长大的影讲响AE对ε-碳化出物的虑形成责没有令影响本。随从着回豆火温盛度的狼升高竭，碳钢随中ε-碳化巧物于20佩0℃转变两为渗腿碳体姐，合作金元懒素中Cr、Si和Al推迟修这一间转变脂，使寇转变栏温度毒升高杠。对于面合金武渗碳胡体的僻聚集航长大少，Ni没有之影响求，而Si和V、W、Mo、Cr则对及其聚塘集长换大过纽奉程起煤阻碍商作用爸。1.辨2钢的与合金铜化原唱理Ch涂ap哀te底r再1金属酿材料减的合垃金化饰原理在含W、Mo、V较多虚的钢刃中，除回火响后的嗽硬度梯随回衰火温美度的表升高昆不是渴单调少降低葵，而赤是在务某一山回火尖温度字后，租硬度候反而东增加牵，并进在某蚁一温蚊度（圆一般屑为55吼0℃左右惧）达堪到峰锦值。览这种蹦在一粱定回浑火温驱度下用硬度音出现国峰值征的现磁象称潜为二次千硬化。Ch哄ap默te愿r提1金属佳材料盲的合运金化柔原理1.趴2钢的胡合金菌化原扮理产生糖二次饮硬化亩的原设因：一方下面是由种于高来温回厌火时纹从M中析坊出的乞高度重分散族的合驴金碳仓化物奋粒子上所造篮成的挡。这腰类碳为化物蚊粒子短在高木温下偶非常半稳定触，很运不容膏易聚哄集长兆大，广从而速使钢限具有势很好邮的高绞温强趣度；韵这是政造成阻二次蜻硬化榨的主薄要原支因。另一悉方面是二累次淬除火造踏成的破。1.寻2钢的忆合金雨化原事理Ch符ap晚te奏r雹1金属桌材料良的合榨金化巧原理图1-鱼18钒钢权（0.烘32谅C,旦1.栽36次V）、钼钢雨（0.跳11胳C,静2.砍14净Mo）和铬钢竖（0.愉19攻C,距2.河91饮Cr）回塔火时赢的二天次硬芝化在高引温下死工作薪的钢着，特肆别是令高速庸切削夺工具爪及热崇变形宣模具邪用钢虚，二卧次硬移化现员象对丽需要终较高赤红硬才性的适工模帝具钢戏是极湿为重吨要的酷。必须欲指出街的是箩，不降同碳编化物乱所引样起的还二次塔硬化嫁效果厉也不抵同（经图1-侦18）。Ch跑ap差te库r默1金属狗材料青的合诉金化隙原理1.扎2钢的也合金笔化原阿理（4）AE对铁素严体回膛复再虎结晶的影室响大多可数AE延缓α相回复地与再串结晶床过程净，其宾中Co、Mo、W、Cr、V显著危提高α相的拢再结孔晶温颂度；Si、Mn的影废响次市之；Ni的影障响较赴小。在碳绒钢中剑，α相高篮于40义0℃开始贺回复轨，50酿0℃开始罗再结鄙晶。夸当往俘钢中栽加入Co（wCo=2下%）时态，可吵将α相的提再结军晶温乐度升谱高到63馋0℃。1.税2钢的萄合金说化原垒理Ch垫ap诵te捞r批1金属逼材料蒜的合叶金化企原理提高α相的柔再结热晶温练度的伙机理达是这撑些合浪金元辰素增员加固淹溶体馒中原谅子间巨的结沸合力椅或这伍些合慎金元孩素的薯碳化肌物钉腔扎位鹿错。几种易合金档元素怨的综撤合作拐用可桌以更流显著朗地提乡丰高再向结晶首温度讯，大茶大减茫缓高仗温回掉火软庭化进炸程。Ch糠ap誓te期r吗1金属帖材料膨的合农金化痛原理1.耳2钢的恢合金照化原膏理（5）AE对回火吵脆性的影舞响淬火悄钢在榆一定慌温度元范围词内回宾火时辨，表香现出完明显狐的脆颜化现届象，伏这种民现象测就是辫回火唱脆性。第一纪类回助火脆肾性（25荣0~张40气0℃），酸这类廊回火赚脆性份是和撒低温异回火麻时碳汤化物护析出愈形态栏不良傲有关随，是古一种效不可光逆回逼火脆昂性，删不可全能用寺热处钉理和参