当前位置：文档之家 › 钢的合金化基础 (2)优秀课件

钢的合金化基础 (2)优秀课件

  • 格式：ppt
  • 大小：2.26 MB
  • 文档页数：31

下载文档原格式

  / 31

合集下载

金属材料的合金化原理 ppt课件

金属材料的合金化原理 ppt课件

ppt课件
1.1 碳钢概论
13
Chapter 1 金属材料的合金化原理
三、碳钢的用途（1-普通碳素结构钢 ）
（3）普通碳素结构钢的牌号表示方法
牌号表示方法是由代表屈服点的字母（Q）、屈服点数值、质 量等级符号（A、B、C、D）及脱氧方法符号（F、b、Z、 TZ）等四个部分按顺序组成。

标志符号Q来源于屈服点的汉语拼音字头Q；
ppt课件
1.1 碳钢概论
16
Chapter 1 金属材料的合金化原理
三、碳钢的用途（2-优质碳素结构钢）
2-优质碳素结构钢
（1）用于较为重要的机件，可以通过各种热处理调整零 件的力学性能。 （2）供货状态可以是热轧后空冷，也可以是退火、正火 等状态，一般随用户需要而定。 （3）优质碳素结构钢的牌号一般用两位数字表示。这两 位数字表示钢中平均碳的质量分数的万倍。这类钢中 硫、磷等有害杂质含量相对较低，夹杂物也较少，化 学成分控制较严格，质量比普通碳素结构钢好。
ppt课件
1.1 碳钢概论
6
一、碳钢中的常存杂质-硫和磷（2）
2．硫（S）和磷（P）的影响
Chapter 1 金属材料的合金化原理
S是炼钢时不能除尽的有害杂质。在固态铁中的溶解度极小。 S 和Fe能形成FeS，并易于形成低熔点共晶。发生热脆 (裂)。
P也是在炼钢过程中不能除尽的元素。磷可固溶于α-铁。但剧烈 地降低钢的韧性，特别是低温韧性，称为冷脆。磷可以提高 钢在大气中的抗腐蚀性能。 S和P还可以改善钢的切削加工性能。
ppt课件
1.1 碳钢金化原理
三、碳钢的用途（2-优质碳素结构钢）
（4）优质碳素结构钢共有31个钢号（表1-2）。

钢的合金化基础

钢的合金化基础
在钢中碳化物相对稳定性的顺序如下：
Hf > Zr > Ti > Ta > Nb > V > W > Mo > Cr > Mn > Fe > Co > Ni
强碳化物形成元素它所形成的碳化物比较稳定，其 溶解温度较高，溶解速度较慢，析出和聚集长大速度 也较低； 弱碳化物形成元素的碳化物稳定性较差，很 容易溶解和析出，并有较大的聚集长大速度。
特点：1.这些碳化物是中强碳化物形成元素形成的碳化 物；
型 2. rc/rMe >0.59 引起点阵畸变，形成复杂点阵类
（3）渗碳体（正交点阵） M3C型： Fe3C，（FeCr）3C，（FeMn）3C等
特点：当合金元素含量很少时，合金元素将不能形成自 己特有的 碳化物，只能置换渗碳体中的Fe原子，称 为合金渗碳体。
硼、锆、铌、钽、硫属于此类合金元素。
铁素体形成元素易优先分布于铁素体中。
合金元素改变奥氏体区的位置
随Cr含量增加，SE 向左上移，SG向左 上移，使γ区逐渐缩 小。
• 缩小A相区的元素 （Cr，W，Mo，V， Ti，Si等）使S点左 移，A3线上升；
铬对奥氏体相区的影响
合金元素对特征点S、E的影响
奥氏体形成元素使A1、 A3点下移，使得奥氏 体温度下降；铁素体 形成元素使A1、A3点 上移，热处理时加热 温度应该提高。
1.1.2 按与C相互作用（亲和力大小）分类
• 非碳化物形成元素 Ni，Cu，Si，Al，P等
• 碳化物形成元素
Hf，Zr，Ti，Ta，Nb，Cr，W，Mn，Fe
最强
中强
弱
1.1.3 按对奥氏体层错能的影响分类
2．硫（S）和磷（P） S：在固态铁中的溶解度极小， S和Fe能形成FeS，并易于形成低熔

钢的合金化基础

钢的合金化基础
T Cg T Cg
C1－－晶内溶质溶解度 E－－溶质与晶界结合力 T－－温度
（热力学因素） 3) 晶界内吸附的形成和消散是一个扩散过程，需要一定 时间保证才能达到该温度的平衡状态（动力学因素）
2. 能在钢中产生内吸附的元素
Zr，Ni，Mn，Re，P，B，Sb，As，Bi，C，N 其中，B最强烈 3. 晶界内吸附在金属材料中的应用（利用晶界内吸附理 论解释金属材料中的一些现象） 晶界内吸附对金属材料组织、性能有很大影响，如高 温晶界强化，晶界脆性断裂，晶间腐蚀以及B钢淬透 性等. 另外，第一、二类回火脆性都与晶界内吸附有关
(1)封闭γ相区的元素 Cr， V，Ti，W， Mo，Al，Si， Be属于此类合金 元素。
其中Cr，V与α-Fe 形成无限固溶体
Fe－Cr相图
(2)缩小γ相区元素
B，Nb，Ta，Zr属 于此类合金元素。
3. 合金元素扩大、缩小γ相区的影响因素
为什么有的元素能扩大奥氏体相区，有的能缩小，一般 认为以下几个因素共同作用的结果 (1) 合金元素的点阵类型（与γ-Fe相同还是α-Fe相同） (2) 原子尺寸因素（与Fe原子半径之比） △r/r铁 <8% 可形成无限固溶体（Cr，V，Mn，Ni， Co等） 8%<△r/r铁 <15% 有限固溶体 Mo，10％；W， 11％ △r/r铁 ＝15% 较窄的固溶体 Ti，Ta，Nb △r/r铁 >15% 很小的固溶度，Zr，Hf
特点：有较高的塑 性，热加工时沿加 工方向呈带状、纤 维状或线状分布
钢中的MnS夹杂
（3） 硅酸盐（常见的非金属夹杂) 易变形的 MnO.SiO2
（与硫化物相似）
不易变形的 Al2O3.SiO2 （与氧化物相似）

第5章钢的合金化基础

第5章钢的合金化基础
1.高温回火时从马氏体中析出 高度分散的合金碳化物颗粒，起到 了沉淀强化的作用；
2.回火过程中残余奥氏体转变 为马氏体的二次淬火。
27
（3）增大回火脆性倾向 回火脆性——在某些温度区间回火时，表现出明显的脆化现象。 第一类回火脆性，对应回火温度范围：250-400 ℃。 第二类回火脆性，对应回火温度范围：450-600 ℃。 消除第二类回火脆性的方法：
至于Cr是否为扩大γ相区元素，视其含量而定，Cr的质 量分数小于7%时使A3下降，大于7%时使A3上升。
10
5.1.3 合金元素与碳的相互作用
按照合金元素与碳的亲和力的大小分为： 碳化物形成元素：Ti、Zr、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn等。 非碳化物形成元素：Cu、Ni、Co、Si、Al、N、P、S等。 （1）形成碳化物的规律性
12
金属元素的 C/ Me值如下：
金属 γ c/γ M
Fe
Mn
Cr V
Mo
W
Ti
Nb
Zr
0.61 0.60 0.61 0.57 0.56 0.55 0.53 0.52 0.48
1、当C/rM0.59时，形成MC型和M2C型简单点阵的碳 化物，Mo、W、V、Ti、Nb、Ta、Zr属于此类元素。
1.快冷； 2.加入 Mo 或 W降低回火敏感性； 3.降低有害元素的含量。
28
5.3 合金元素与钢的强韧化 结构材料的强度和韧性，常常是一对矛盾，强度是主
要的使用性能，增加强度往往要牺牲韧性，或者反过来也 是如此。因而当前面临的问题，不是片面地追求强化，而 是追求强韧化。 5.3.1 合金元素对钢的强度的影响
与C的亲和力越强的合金元素形成的碳化物越稳定，其熔 点、硬度和耐磨性也越高；

化学钢的合金化原理PPT课件

化学钢的合金化原理PPT课件
A体刚形成时，C和Me的分布是不均匀的. 合金钢加热均匀化与碳钢相比有什么区别 ?
三、A体晶粒长大
1）Ti、Nb、V强碳化物形成元素强烈↓↓A， W、Mo↓A晶粒长大；
2）C、N、B、P↑A晶粒长大 （在A晶界偏聚，↓晶界Fe自扩散Q）；
3）Ni、Co、Cu等非K形成元素作用不大 。
第31页/共74页
第24页/共74页
1.5 Me在钢中的存在形式
一、Me在不同状态下的分布
1、退火、正火态 非K形成元素基本上固溶于基体中， 而K形成元素视C和本身量多少而定。优先形成K，余量溶 入基体。
2、淬火态 Me分布与淬火工艺有关。溶入A体的元素 淬火后存在于M、B中或AR中；未溶者仍在K中。
3、回火态 低回: Me不重新分布；> 400℃，Me开始 重新分布。非K形成元素仍在基体中，K形成元素逐步进 入析出的K中，其程度决定于回火温度和时间。
4
第4页/共74页
5
第5页/共74页
2、α稳定化元素
使A3↑，A4↓，γ区缩小
a) 完全封闭γ区 — Cr、V、 W、Mo、Ti
Cr、V与α-Fe完全互溶，量大时→α相 ?
W、Mo、Ti 等部分溶解
b) 缩小γ区 —— Nb等。
稳定γ相—— A形成元素，稳定α相 —— A形成元素。
6
第6页/共74页
第9页/共74页
铬对钢γ区的影响
锰对钢γ区的影响
10
第10页/共74页
11
1.3 铁基固溶体
一、置换固溶体
Me 合金元素Ti 在铁点V 阵中Cr的固M溶n 情C况o Ni Cu C N
溶 解
αFe
~7
(1340℃)
无 限
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

存 在 形 式
溶入Fe3C形成合金渗碳体
3．形成强化相： 与C形成碳化物
合金元素间形成金化 属合 间物
4．自由存在：某些合金元素如银和铅等，既不溶于铁中基体中又不与
之形成化合物，而以游离状态存在于基体中。
存在形式决定于？
元素种类 含量 冶炼、加工方法 热处理
三、合金元素与铁、碳的相互作用 (一)合金元素与铁的相互作用
钢的合金化基础 (2)优秀课件Fra bibliotek钢合 碳金 钢F钢 ：e、： C合有金意及识 一 微地 种 量加 或 元入 多 素种合金元素
低合金钢：合 5％ 金（ w元 ％素 ）＜ 合金钢：合金钢化 中以 合后 金的 钢：5合 ～1金 ％ 0 元素
高合金钢：合 1％ 0金 元素＞
二、为什么发展合金钢？
改善提高钢的性能，弥补碳钢的不足。 如有些特殊条件下的使用要求：韧性、耐蚀、抗氧化、耐磨、高温强 度等，车削速度较高的刀具要求红硬性，大尺寸零件要求高的淬透性… 这时碳钢已不能满足要求。
(一)按照与铁相互作用的特点分类 合金元素与铁的相互作用主要是影响铁的同素异构结构。 Fe的同素异构转变： Fe 912 ℃ － Fe 1394 ℃ －Fe
奥氏体(A)： C溶于γ－Fe，面心立方，C溶解度大；
铁素体 (F)：C溶于α－Fe，体心立方，C溶解度小。
1)奥氏体形成元素: 如碳、氮、镍、锰、铜、钴等。稳定和扩大A区，优先 分
非碳化物形成元素易溶入铁素体和奥氏体等固溶体中；而碳化物形成元 素易于溶入碳化物中。如加入少量碳化物形成元素时，它也可以溶入固溶 体中，或溶入渗碳体中形成合金渗碳体等，当加入数量较多时，形成特殊 碳化物。
1.形成碳化物的规律 碳化物形成元素在周期表中都是过渡族元素（次d层未排满）： 与Fe原子相比，次d层越不满，形成碳化物的趋势越强，碳化物越稳定。
同时向钢中加入两类元素时，其作用往往相互抵消。但也有例外，如铬是 铁素体形成元素，当钢中含wcr18%与镍同时加入时却促进奥氏体的形成。
(二)合金元素与碳的相互作用 是形成碳化物，还是形成固溶体？ 取决于形成碳化物的趋势及其含量。xC＋yM＝MxCy △G 非碳化物形成元素：如镍、铜、硅、磷、铝、钴等。 碳化物形成元素：如钛、铌、锆、钒、钼、钨、铬、锰等。
钢的合金化原理内容相当广泛，包括不同合金元素的不同作用，不同 合金元素的交互作用，不同合金元素在不同热处理工艺、C含量、杂质含 量条件下的不同行为…
合金化基础：合金元素与Fe、C的基本作用，一般规律，即共性。主要 内容分为以下5个方面：
1) 钢中合金元素及其分类。 2) 合金元素与钢中铁和碳的相互作用。 3) 钢的强化。 4) 改善钢的塑性与韧性的途径。 5) 合金元素对钢的相变和热处理工艺性能的影响
第一节 钢中的合金元素及其与铁和碳的相互作用
一、钢中合金元素的分类 钢中常加入的合金元素有： 第二周期：硼、碳、氮； 第三周期：铝、硅； 第四周期：钛、钒、铬、锰、钴、镍、铜； 第五周期：锆、铌、钼； 第六周期：钨； 第七周期：稀土元素。 硫、磷等元素通常作为有害元素看待，但有时也可当作合金元素(如在易切 削钢中硫被用来改善切削性能)。
布于A中。 2)铁素体形成元素: 如铬、硅、钒、钛、钼、钨、铌、钽、铝、锆等。稳定
和扩大F区，优先分布于F中。 但合金元素的实际分布还与加入量和热处理条件有关。 (二)按照与碳相互作用的特点分类 1) 非碳化物形成元素：如镍、铜、硅、铝、磷等。易溶入F或A中 2) 碳化物形成元素： 如铬、钼、钨、钒、钛、锆、铌等。
rC/rM与 e 碳化 ＞ ＜ 物 0 0..5 5种 9 9 复 简 类杂 单点 点阵 阵M碳 碳 形 C 畸 化 化 T ， 变 i、 物 物 CVC ， ：点阵
含 量 稍 很高 低： ：形 置成 换 F ， ， eF 多 渗 如 2M e 形 元 碳 4C o（ 成 M 碳 体 6C 合 形 化 中 金 （ ） F 物 的 F2e渗 W 1 e 、 2） C C 3C 6(碳 M r2C 36 体 ) ，如
其它杂质：
1．形成非金属夹杂：与钢中O、N、S、Si等结合形成化合物，残留在
钢中。使塑韧性和疲劳强度降低，还降低耐磨性、耐蚀性，并影响淬
合 透性。其危害与夹杂物成分(性能）、形状、大小、数量和分布有关。
金 元
但AlN可弥散于钢中，提高性能。
素 2．溶入固溶体：溶于F、A和M。不同元素在不同的组织中溶解度不同。
另外，热处理方式→影响扩散条件→影响碳化物种类
2. 碳化物特性 碳化物是钢中最重要的强化相→提高强度、硬度。 碳素钢、合金钢, 镍基、钴基等高温合金中碳化物的强化作用都占有相当 重要的地位。因此，应对碳化物的特性作进一步分析。 根据合金钢中常见的碳化物种类，主要有以下几个方面特性：
易与C形成碳化物，但加入数量较少时也可溶入固溶体 或渗碳体
(三)按照对A层错能的影响分类 1) 提高A层错能的元素：如镍、铜、碳等。 2) 降低A层错能的元素：如锰、铬、钌、铱等。
A的层错能低，利于位错扩展→形成层错→滑移困难→加工硬化趋势增大
二、钢中杂质、合金元素存在形式
S：生Fe、燃料带入，溶解度很小，晶界低熔点FeS-Fe，热脆。加Mn形成高熔点MnS 杂 P：形成Fe3P硬脆相，冷脆脆。 质 H：固溶，氢脆。
合金元素含量高到形成σ相，合金将严重发脆。
合金元素与铁的相互作用的工程实际意义：为了保证钢具有良好的耐蚀性(如 不锈钢)，需要在室温下获得单一相组织，就是运用上述合金元素与铁的相互 作用规律，通过控制钢中合金元素的种类和含量，使钢在室温条件下获得单 相奥氏体或铁素体等单一组织来实现。例如，为了获得奥氏体型不锈钢，通 常向钢中加人大量的Ni、Mn、N等奥氏体形成元素；为获得铁素体型不锈钢， 通常向钢中加入大量的Cr、Si、A1、Mo、Ti等铁元素形成元素。
按照合金元素与铁的相互作用所形成的二元状态图的不同形式，可将合金元
素分为两大类： 扩区 大A ： 4点 ， A3点 ， 区扩 A 大 形成元素 缩区 小A ： 4点 ， A3点 ， 区缩 F小 形成元素
为什么有的合金元素扩大γ区，而有的缩小γ区呢? 取决于：点阵类型、原子尺寸、电子结构和电化学等因素