《工程材料学》第二章（2-5） 钢的合金化

第2章金属材料的 组织与性能控制c 21纯金属的结晶 2.2合金的结晶 23金属的塑性加工 2.4钢的热处理 2.5钢的合金化 2.6表面技术

2.1 纯金属的结晶 2.2 合金的结晶 2.3 金属的塑性加工 2.4 钢的热处理 2.5 钢的合金化 2.6 表面技术 第2章 金属材料的 组织与性能控制 c

25钢的合金化 碳钢:价格低,但是, 力学性能低,淬透性低,回火抗力差, 耐热、耐低温、耐蚀等特殊性能差。 合金钢:在碳钢中加入某些合金元素

2.5 钢的合金化 碳钢：价格低，但是， 力学性能低，淬透性低，回火抗力差， 耐热、耐低温、耐蚀等特殊性能差。 合金钢：在碳钢中加入某些合金元素

2.5.1合金元素与铁、碳的相互作用 溶于F—形成合金F,产生固溶强化。 形成碳化物—稳定性,熔点、硬度比Cm高得多,显著提高钢的强、硬度。 合金渗碳体,如(Fe,Mn)3C; 特殊碳化物,如Cr2C3、MoC、WC、VC、TiC 240 350 PiSi /Mn 220 印! 300 200 2501 I80 s20 160 M 150 140 c 120 是100 100 0123 567 0246810121416l8202 合金元素,% 合金元素,‰ 图7-2合金元素对铁素体 图7-1合金元素对铁素体硬度的影啊 冲击韧性的影响

2.5.1 合金元素与铁、碳的相互作用 溶于F —— 形成合金F，产生固溶强化。 形成碳化物—— 稳定性，熔点、硬度比Cm高得多，显著提高钢的强、硬度。 合金渗碳体，如(Fe, Mn)3C ； 特殊碳化物，如Cr7C3、MoC、WC、VC、TiC

2.5.2合金元素对FeFe3C相图的影响 扩大或缩小A、F区—如,室温下,1Cr18Ni9为单相A,1Cr17Ti为单相F。 使使共析转变点S左移→钢中P%↑,强度增加。 使共晶转变点E左移→钢中出现Le 十 l400 40 1300 19%Cr 1300 1200 15%Cr 1200 1100 l100 1000 12%C 嚼900 0.35%M 嘱1000 5%M 800 %M 5%C 900 碳钢0.35%M 政解,%C 800 600￥65%M %M, 600 00.20.40.60.81.0L.21.41.618 00.20.40.60.81.01.21.41.61.8 C,% 图7-4合金元素铬对A区的影响 图7-3合金元素锰对A区的影响

2.5.2 合金元素对Fe-Fe3C相图的影响 扩大或缩小A、F 区 —— 如，室温下，1Cr18Ni9 为单相A，1Cr17Ti 为单相F 。 使使共析转变点S左移→ 钢中P%↑，强度增加。 使共晶转变点E 左移 → 钢中出现Le '

2.5.3合金元素对热处理的影响 1.对A化的影响 减缓A化过程(Ni、Co除外) 合金碳化物难熔,阻碍C的扩散,需提高加热温度,延长保温时间。 细化晶粒—合金元素及其碳化物(Mn除外)阻止A晶粒长大

2.5.3 合金元素对热处理的影响 1. 对A化的影响 减缓A化过程（Ni、Co除外） 合金碳化物难熔，阻碍C的扩散，需提高加热温度，延长保温时间。 细化晶粒—— 合金元素及其碳化物（Mn除外）阻止A 晶粒长大

2.对C曲线的影响 1)使C曲线右移(过冷A稳定性个),V1,淬透性↑(Co除外) 正火时,S片间距↓(或→B、M),强度个 温度 Cr, W, Mo 2)使M8、M4点下降,淬火后残余A量个,硬度」 Si Cr, W Mo v Al (Co,A除外) Al NMC C NSMc Me Mo 时间 (a)非碳化物形成元素 (b)碳化物形成元素时间 非碳化物合金元素对碳钢C曲线的影响碳化物合金元素对碳钢C曲线的影响

２. 对C曲线的影响 1) 使C曲线右移（过冷A稳定性↑ ），Vk↓，淬透性↑（Co除外） 正火时，S片间距↓（或→B、M）, 强度↑ 非碳化物合金元素对碳钢C曲线的影响 碳化物合金元素对碳钢C曲线的影响 2）使 Ms、Mf 点下降，淬火后残余A量↑, 硬度↓ （Co，Al 除外）

3.对回火转变的影响 )提高回火稳定性(钢对回火软化的抗力) M分解、碳化物长大、残余A转变、F再结晶被推迟到较高的温度才发生。 回火温度相同时,合金钢中析出的碳化物更细小,其强度更高

３. 对回火转变的影响 1） 提高回火稳定性（钢对回火软化的抗力） M 分解、碳化物长大、残余A转变、F再结晶被推迟到较高的温度才发生。 回火温度相同时，合金钢中析出的碳化物更细小，其强度更高

2)产生二次硬化 弥散硬化 第二相(沉淀)强化 回火温度较高时析出细小 高硬度的合金碳化物,如Mo2C 使硬度反而提高。 (韧性也大大↑) 二次淬火 回火时残余A中析出合金碳化物 →A中C%→Ms、Me↑, 随后冷却时→M w(C)=0.35%的铝钢的回火温度与硬度的关系

２）产生二次硬化 回火温度较高时析出细小、 高硬度的合金碳化物，如Mo2C ，使硬度反而提高。 （韧性也大大↑ ） w(C)=0.35%的钼钢的回火温度与硬度的关系 二次淬火 回火时残余A中析出合金碳化物 → A 中 C% ↓ → Ms、Mf ↑， 随后冷却时→M 弥散硬化 —— 第二相（沉淀）强化

3)增大回火脆性 淬火钢在某一温度范围回火时,韧性明显下降。(合金钢较明显) 第一类回火脆性,250~400℃,不可逆。 第二类回火脆性,450~650℃,可逆,回火后快冷可避免脆化 铬镍钢的韧性与 回火温度的关系

３）增大回火脆性 淬火钢在某一温度范围回火时，韧性明显下降。（合金钢较明显） 第一类回火脆性，250～400℃，不可逆。 第二类回火脆性，450～650℃，可逆，回火后快冷可避免脆化。 铬镍钢的韧性与 回火温度的关系

2.5.4合金元素对机械性能的影响 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! 第二相(沉淀)强化

2.5.4 合金元素对机械性能的影响 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↓） 第二相（沉淀）强化