1、關(guān)于鋼鐵中的合金元素級第一張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月1.1 鋼中的合金元素及其分類合金元素：合金鋼， 雜質(zhì)？低合金鋼：中合金鋼： 高合金鋼： 微合金鋼：合金元素(如V,Nb,Ti,Zr,B)含量小于或等于0.1%，而能顯著影響組織和性能的鋼。鋼： 是一種以Fe為基的合金第二張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月鋼鐵中的合金元素表中字體顏色為綠色或深藍(lán)色的元素為鋼中常見合金元素;字體顏色為深藍(lán)色的元素為鋼中常見碳化物形成元素。 IIIIIIIVVVI第三張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月鋼中合金元素的分類1、按與Fe相互作用的特點(diǎn)分： 形成元素：C，N，Ni，Mn，C

2、o，Cu等 形成元素：Cr，Mo，Si等2、按照與碳（C）相互作用的特點(diǎn)分： 碳化物形成元素：Ti，V，Nb，Cr 等 非碳化物形成元素：Ni，Si，Al 等3、按照對奧氏體層錯能的影響分 提高奧氏體層錯能的元素：Ni，Cu等 降低奧氏體層錯能的元素：Mn，Cr等 第四張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月1.2 合金元素與鐵和碳的相互作用純鐵在加熱和冷卻過程中產(chǎn)生如下的同素異晶轉(zhuǎn)變: 合金元素對-Fe，-Fe和-Fe的相對穩(wěn)定性以及同素異晶轉(zhuǎn)變溫度A3和A4均有極大的影響。 Fe912CA3Fe1394CA4Fe鏈接Fe C相圖 ！第五張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月6.67L

3、return 1純鐵：N點(diǎn)， A4G點(diǎn)， A3A第六張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月6.67L鋼： A4線NH A3線GSAReturn 2第七張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月合金元素與鐵的相互作用： （1）擴(kuò)大奧氏體（）區(qū)的元素 （奧氏體形成元素） 使A3溫度下降，A4溫度上升，即擴(kuò)大了相區(qū)。FeC相圖兩種情況第八張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月擴(kuò)大區(qū)的元素 無限擴(kuò)大相區(qū)的元素：與Fe無限固溶 Ni、Mn、 Co（鈷）屬于此類合金元素第九張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月擴(kuò)大區(qū)的元素有限擴(kuò)大相區(qū)的元素：有限固溶 與 Fe 和 Fe均形成有限固溶 , 相有

4、穩(wěn)定存在的最低溫度點(diǎn) 。C、N、Cu等第十張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月合金元素與鐵的相互作用：（2）擴(kuò)大鐵素體（）區(qū)的元素（鐵素體形成元素） 這些合金元素使A3溫度上升，A4溫度下降（鏈接FeC相圖） 包括以下兩種情況:第十一張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月擴(kuò)大區(qū)的元素封閉型：無限擴(kuò)大區(qū)Cr（鉻）、V （釩）第十二張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月擴(kuò)大區(qū)的元素 縮小型：出現(xiàn)金屬間化合物B（硼）、Nb（鈮）等第十三張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月兩類元素生產(chǎn)上的指導(dǎo)意義合金元素這種擴(kuò)大或縮小相區(qū)的能力對合金的組織形貌、力學(xué)性能、化學(xué)性能和物理性能將產(chǎn)生重

5、大的影響，對鋼鐵材料的成分設(shè)計有很重要的指導(dǎo)意義，eg.不銹鋼的成分設(shè)計：使鋼在室溫具有單相、或單相的組織奧氏體不銹鋼：加入大量的Ni，Mn等奧氏體 形成元 素，如 1Cr18Ni9，（wCr 18 促進(jìn)Ni 的奧氏體化作用）鐵素體不銹鋼： 加入大量的Cr、Si等鐵素體形成元素， 如 Cr25Ti（p8）第十四張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月與Fe形成代位固溶體的合金元素，擴(kuò)大或縮相區(qū)的能力與它們在-Fe和 Fe中的溶解度有關(guān), 主要有3個影響因素: （自學(xué)）1.合金元素與鐵元素電子結(jié)構(gòu)的差異; 2.合金元素與鐵元素點(diǎn)陣類型的差異;3.合金元素與鐵元素原子尺寸因素的差異第十五張，PP

6、T共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月熱力學(xué)解釋合金元素對相區(qū)的作用H元素在相中的摩爾焓；H 元素在相中的摩爾焓；H H HH 0, 元素擴(kuò)大相區(qū)第十六張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月合金元素與鐵的相互作用：（3）、形成金屬間化合物相 鋼中的相：在低碳的高鉻不銹鋼、鉻鎳奧氏體不銹鋼及耐熱鋼中都出現(xiàn)相。 （P11 相） 例如：FeCr 相 （p5，圖1.3（b）在鋼中為有害現(xiàn)象：相具有較高的硬度，鋼中FeCr 析出通常在晶界處，析出時伴隨較大的體積變化，所以在鉻鎳鋼中伴隨著相的出現(xiàn)，鋼的塑性和韌性顯著下降，脆性增加。同時造成鋼的耐腐蝕性能下降。第十七張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6

7、月、AB2相(拉維斯相)尺寸因素起主導(dǎo)作用形成的相：AB2金屬間化合物是耐熱鋼和耐熱合金中重要的強(qiáng)化相，如耐熱鋼中的NbFe2，耐熱鋁合金中的CuAl2等（原子直徑之比）第十八張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月AB3相(有序相)是介于無序固溶體和化合物之間的過渡狀態(tài)。是耐熱鋼和耐熱合金中重要的強(qiáng)化相，例如：Ni3Al等。 Ni3Al中可溶解多種元素，電負(fù)性和原子半徑?jīng)Q定Ni（Co，Cu）3 Al（Ti，Nb）第十九張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月合金元素與鐵的相互作用：（4）對奧氏體層錯能的影響Ni提高奧氏體的層錯能，Mn降低奧氏體層錯能奧氏體不銹鋼第二十張，PPT共五十一頁

8、，創(chuàng)作于2022年6月第二節(jié) 合金元素與鋼中晶體 缺陷的相互作用合金中的晶體缺陷：晶界、相界、亞晶界、位錯等 溶質(zhì)原子與晶界結(jié)合 晶界偏聚 溶質(zhì)原子與位錯結(jié)合 柯垂?fàn)枤鈭F(tuán)，C、N 熱力學(xué)解釋：柯氏氣團(tuán)、晶界偏聚為使體系能量 降低的自發(fā)過程 p7 解釋， McLean公式，偏聚程度與畸變能差 有關(guān)第二十一張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月合金元素晶界偏聚的富積系數(shù)原子尺寸， 相差大，E大，晶界偏聚大固溶度小，C0小，晶界偏聚大溫度降低，E不變，晶界偏聚大幾種溶質(zhì)原子之間同時在晶界偏聚：E值大的優(yōu)先；影響晶界偏聚速度；共偏聚作用：溶質(zhì)原子之間有強(qiáng)相互作用，在晶界產(chǎn)生沉淀Cg 晶界區(qū)的溶質(zhì)偏

9、聚濃度；C0溶質(zhì)在基體晶內(nèi)的濃度第二十二張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月合金元素與碳的相互作用一、鋼鐵中碳化物的特點(diǎn)： 高熔點(diǎn)，高硬度，高穩(wěn)定性，p10，表1-1 判定， 越大， 化合物越穩(wěn)定，為什么？第二十三張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月鋼中碳化物 合金元素的d層電子數(shù)決定其與C、N原子形成的鍵的強(qiáng)度，d層電子越少，碳、氮化合物越穩(wěn)定鏈接元素周期表二、鋼中碳化物的穩(wěn)定性第二十四張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月部分合金元素的d層電子數(shù) 對第四周期合金元素： 與碳的親和力TiVCrMn,而Co和Ni的3d層電子數(shù)比鐵多，與碳的親和力比鐵弱，故在鋼中不形成碳化物。r

10、eturn第二十五張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月鋼中的碳化物在鋼中碳化物相對穩(wěn)定性的順序如下： TiZr Nb V Mo W Cr Mn Fe Ti、Nb、Zr 、V強(qiáng)碳化物形成元素； W、Mo，Cr 中強(qiáng)碳化物形成元素； Ni，Co，Cu 的碳化物在鋼中不出現(xiàn)第二十六張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月鋼中的碳化物 合金碳化物在鋼中的行為與其自身的穩(wěn)定性有關(guān)第二十七張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月鋼中的碳化物a rc/rme 0.59 形成復(fù)雜點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，復(fù)雜碳化物， 碳化物穩(wěn)定性差，如 Cr23 C6，Cr7C3b rc/rme0.59，晶格簡單的C化物，MeC和

11、Me2C型，穩(wěn) 定性高 W、V、Ti、Zr、Mo、Nb等屬 于此類型。第二十八張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月鋼中的碳化物復(fù)合碳化物：在一種碳化物中可溶解其它元素，形成含有多種合金元素碳化物，如（Fe，V）3C，（Fe，Mn）3C 等。 各種碳化物之間可以完全溶解或部分溶解。 四、碳化物的相互溶解第二十九張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月鋼中的碳化物1、完全互溶 各種碳化物具有相同的點(diǎn)陣類型，碳化物中的金屬原子的外層價電子結(jié)構(gòu)相近，原子半徑差8-10%，碳化物彼此能夠完全互溶，即碳化物中的金屬原子可以任意彼此互相置換例如： Mn3C - Fe3C -(Fe,Mn)3CVC -

12、 TaC - NbC - (V,Nb,Ta)C Mo2C - W2C Fe3W3C - Fe3Mo3C - Fe3(W,Mo)3C第三十張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月鋼中的碳化物2、有限溶解： 如果三個因素中任意一個不合適，則碳化物之間就形成有限溶解。例如：Fe3C中可溶解28%Cr, 14%Mo, 2%W, 3%V,形成合金滲碳 體。 第三十一張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月鋼鐵中的氮化物 氮化物具有高硬度和脆性、高熔點(diǎn)，對鋼的性能有明顯的影響。 氮原子比碳原子小，氮原子半徑N和金屬原子半徑Me,N/Me均小于0.59，所以氮化物都呈簡單密排結(jié)構(gòu)。第三十二張，PPT共五

13、十一頁，創(chuàng)作于2022年6月鋼中的金屬間化合物 合金鋼中合金元素之間以及合金元素與鐵之間產(chǎn)生相互作用，可能形成各種金屬間化合物。金屬間化合物保持著金屬的特點(diǎn)，對奧氏體不銹鋼、馬氏體時效鋼和許多高溫合金的強(qiáng)化有較大的影響。第三十三張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月鋼中的金屬間化合物一、相IIIIIIIVVVI第一長周期的第七族（VIIB）和第八族（VIIIB）能和第五族（VB）及第六族（VIB）元素形成相，如CrMn，CrFe等第三十四張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月1.5 合金元素鋼相變的影響 1、改變了奧氏體相區(qū)的位置 Mn, Ni等 ： 形成元素，擴(kuò)大 區(qū)，室溫Cr，Mo

14、等：鐵素體形成元素， 會消失，室溫1-61-7第三十五張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月合金元素鋼相變的影響擴(kuò)大相區(qū)元素降低了A3溫度，也降低了A1溫度； 縮小相區(qū)元素升高了A3溫度，也升高了A1溫度2、改變了共析溫度1-8第三十六張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月合金元素鋼相變的影響3、改變了共析體的含碳量 所有的合金元素都降低共析點(diǎn)碳含量，使共析點(diǎn)左移1-9第三十七張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月合金元素鋼相變的影響合金元素添加量使C0.8%的鋼中出現(xiàn)共析組織;合金元素添加使C2.11%的鋼中出現(xiàn)合金萊氏體總結(jié)：合金元素對臨界點(diǎn)Fe-C相圖的影響可由下表表示第三十

15、八張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 合金元素對奧氏體形成的影響鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變： 相的形成 碳化物溶解相中合金元素的均勻化 溶質(zhì)元素的晶界平衡偏聚 奧氏體晶粒長大第三十九張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月合金元素對奧氏體形成的影響改變臨界點(diǎn)溫度S點(diǎn)位置等，改變奧氏體形成的溫度條件及C濃度條件。合金元素影響奧氏體均勻化 強(qiáng)碳、氮化物形成元素穩(wěn)定碳化物或氮化物，溶解需更高溫度，更長時間保溫得到均勻一致。合金工具鋼保留部分C化物。影響奧氏體均勻化 第四十張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月合金元素對鋼在加熱時轉(zhuǎn)變的影響合金元素對奧氏體晶粒長大的影響,p15非碳、氮化物形成 元

16、素Mn、P、有助長 奧化體晶粒長大非碳、氮化物形成 元素，Ni. Co 等對 長大無影響 強(qiáng)碳、氮化物形成元素 奧氏體晶粒長大傾向，氮化物比碳化物溶解度低，常用第四十一張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月合金元素對過冷奧氏體轉(zhuǎn)變的影響一、影響相變臨界點(diǎn)，從而影響相變的過冷度和驅(qū) 動力 元素 對Ac3和Ac1影響可定量表示， 形成元素， 形成元素 二、在恒溫轉(zhuǎn)變曲線上的影響 C化物形成元素 C 曲線右移，并改變其形狀，出現(xiàn)兩個“鼻子” 溫 度 （圖1.10） 非C化物形成元素 使C-曲線右移，形狀不變， 特殊情況Co C擴(kuò)散，C曲線左移綜述： C曲線右移的結(jié)果，降低了鋼的臨界冷卻速度，提高

17、了鋼的淬透 性。除Co外，所有合金元素 均穩(wěn)定性，淬透性，鋼中常用于提高淬透性元素： Cr、Mn、Mo、Si、Ni、B等第四十二張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 550700727PBPBMsTimeMA1bcaMf共析鋼的“ C ”曲線（TTT曲線）return第四十三張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月合金元素擴(kuò)散慢，是珠光體轉(zhuǎn)變時碳化物形核的 控制因素合金元素影響 形核功或轉(zhuǎn)變激活能，降低 相轉(zhuǎn)變速度，p17（Ti，V，Nb）（Cr，Mo，W） （Al，Si）合金元素對先共析鐵素體析出的影響：C在相變前端 的擴(kuò)散為控制因素，強(qiáng)碳化物形成元素對析出不利，Ni、 Mn也減慢這

18、種轉(zhuǎn)變相間沉淀:碳化物相間沉淀，尺寸取決于轉(zhuǎn)變溫度和碳化 物形成元素的種類 合金元素對過冷奧氏體轉(zhuǎn)變的綜合作用合金元素對珠光體轉(zhuǎn)變的影響（自學(xué)） P19，合金元素對貝氏體轉(zhuǎn)變的影響 （自學(xué)）第四十四張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月合金元素對貝氏體轉(zhuǎn)變的影響合金元素對貝氏體轉(zhuǎn)變上限溫度的影響。合金元素改變貝氏體轉(zhuǎn)變動力學(xué)過程，增長轉(zhuǎn)變孕育期，減慢長大速度。碳、硅、錳、鎳、鉻的作用較強(qiáng)，鎢、鉬、釩、鈦的作用較小。(自學(xué))第四十五張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 絕大多數(shù)合金元素都降低MS，鋼中的殘余量,但有Co和Al相反。P22，read together 合金元素影響馬氏體的結(jié)構(gòu):C和合金元素增加形成 針狀馬氏體的傾向合金元素對馬氏體轉(zhuǎn)變的影響第四十六張，PPT共五十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 合金元素對回火轉(zhuǎn)變的影響 對馬氏體分解的影響： M分解溫度，M分解速度 ，回火抗力， 回火穩(wěn)定性 合金元素： M分解速度 C鋼中C化物析出溫度250350 合金鋼中400500，甚至更高，形成的碳化物越穩(wěn)定，元素的這種作