1、第三節 合金元素對鋼的影響為什么要參與合金元素？為什么要參與合金元素？一、碳鋼的局限性一、碳鋼的局限性 1.1.淬透性低淬透性低 2.2.強度和屈強比低強度和屈強比低 3.3.高溫強度差高溫強度差 4.4.不能滿足特殊性能的要求不能滿足特殊性能的要求合金元素能起什么作用呢？合金元素能起什么作用呢？二、合金元素對鋼中根本相的影響二、合金元素對鋼中根本相的影響1 1、合金固溶體、合金固溶體 Fe(Me) Fe(Me)2 2、合金滲碳體、合金滲碳體 (Fe,Me)3C (Fe,Me)3C3 3、合金碳化物、合金碳化物 TiC TiC 、NbC NbC 、 WC WC 、 VC VC 、4 4、非金屬

2、夾雜、非金屬夾雜 MnS, MnO, SiO2 , Al2O3 MnS, MnO, SiO2 , Al2O35 5、Cu , Pb Cu , Pb 以游離形狀存在以游離形狀存在合金元素在鋼中的存在方式取決于：合金元素在鋼中的存在方式取決于：1、合金元素本身的性質、合金元素本身的性質2、合金元素的含量以及碳的含量、合金元素的含量以及碳的含量3、熱處置條件加熱溫度、冷卻條件、熱處置條件加熱溫度、冷卻條件1.構成合金碳化物構成合金碳化物 Mn Mn：弱碳化物構成元素，：弱碳化物構成元素， Cr Cr、MoMo、WW：屬于中強碳化物構成元素，：屬于中強碳化物構成元素， V V 、TiTi、NbNb、Z

3、r Zr ：是強碳化物構成元素。：是強碳化物構成元素。與與C C的親和力強的合金元素構成的特殊碳化物的親和力強的合金元素構成的特殊碳化物 穩定性好，具有高熔點、高硬度、高耐磨性和穩定性好，具有高熔點、高硬度、高耐磨性和 不易分解等特點。不易分解等特點。碳化物的穩定性越高，熱處置加熱時，碳化物的溶解碳化物的穩定性越高，熱處置加熱時，碳化物的溶解 及奧氏體的均勻化越困難。同樣在冷卻及回火過程中及奧氏體的均勻化越困難。同樣在冷卻及回火過程中 碳化物的析出及其聚集長大也越困難。碳化物的析出及其聚集長大也越困難。2.2.構成合金固溶體構成合金固溶體 凡是溶入鐵素體的合金元素均起固溶強化作用，即，使鋼的強

4、度和硬度提高、韌性降低。合金元素對合金元素對F F體斷面收縮率的影響體斷面收縮率的影響三、合金元素對鐵碳合金相圖的影響三、合金元素對鐵碳合金相圖的影響1 1、對奧氏體相區的影響、對奧氏體相區的影響1 1擴展擴展A A區區 Ni Ni、MnMn、CoCo、C C、N N、CuCu等元素的參與會使奧氏體相區等元素的參與會使奧氏體相區擴展，特別是擴展，特別是NiNi、MnMn的影響更大的影響更大室溫下室溫下1Cr18Ni9 1Cr18Ni9 為單相為單相A A體不銹鋼體不銹鋼高錳鋼高錳鋼 Mn13 Mn13 水韌處置后獲水韌處置后獲得單一的得單一的A A體體2 2減少減少A A區區CrCr、WW、M

5、oMo、V V、TiTi、AlAl、Si Si等等元素的參與會使奧氏體相區減元素的參與會使奧氏體相區減少，特別是少，特別是CrCr、 Si Si含量高時將含量高時將限制限制A A體區，甚至完全消逝。體區，甚至完全消逝。1Cr17Ti 1Cr17Ti 0Cr13 0Cr13 為單相為單相F F體體2 2、對鐵碳相圖中、對鐵碳相圖中S S點、點、E E點的影響點的影響3 3、對共析轉變溫度、對共析轉變溫度A1A1的影響的影響一切的合金元素都使一切的合金元素都使S S點左移，而大部分合金點左移，而大部分合金元素均使元素均使E E點左移，因此，含碳量一樣的碳鋼點左移，因此，含碳量一樣的碳鋼和合金鋼具有

6、不同的顯微組織。和合金鋼具有不同的顯微組織。使共析轉變點使共析轉變點S S左移左移 鋼中鋼中P%P%，強度添，強度添加加 。使共晶轉變點使共晶轉變點E E 左移左移 鋼中出現鋼中出現Ld Ld 。擴展擴展A A相區的元素使鐵碳合金相圖中共析轉變相區的元素使鐵碳合金相圖中共析轉變溫度溫度A1A1下降；減少下降；減少A A相區的元素那么使其上升，相區的元素那么使其上升，并都使共析反響在一個溫度范圍內進展。并都使共析反響在一個溫度范圍內進展。四、合金元素對鋼熱處置的影響四、合金元素對鋼熱處置的影響1 1、合金元素對加熱時相變的影響、合金元素對加熱時相變的影響 對奧氏體構成速度的影響對奧氏體構成速度的

7、影響 Cr Cr、MoMo、W W、V V、TiTi、NbNb、ZrZr等強碳化物構成元素等強碳化物構成元素與與C C的親和力強，構成難溶于奧氏體的合金碳化物，顯的親和力強，構成難溶于奧氏體的合金碳化物，顯著妨礙著妨礙C C的分散，大大減慢奧氏體構成速度。為了加速的分散，大大減慢奧氏體構成速度。為了加速碳化物的溶解和奧氏體成分的均勻化，必需提高加熱溫碳化物的溶解和奧氏體成分的均勻化，必需提高加熱溫度并保溫更長時間。度并保溫更長時間。 Co Co、NiNi等部分非碳化物構成元素能增大等部分非碳化物構成元素能增大C C的分散速的分散速 度，使奧氏體構成速度加快。度，使奧氏體構成速度加快。 Al A

8、l、SiSi、MnMn等合金元素對奧氏體構成速度影響不大。等合金元素對奧氏體構成速度影響不大。對奧氏體晶粒大小的影響對奧氏體晶粒大小的影響除除CoCo、NiNi以外，絕大多數合金元素，特別是強以外，絕大多數合金元素，特別是強碳化物構成元素由于構成合金滲碳體和特殊碳化碳化物構成元素由于構成合金滲碳體和特殊碳化物，更難溶入奧氏體中，并且妨礙奧氏體晶界的物，更難溶入奧氏體中，并且妨礙奧氏體晶界的挪動和奧氏體晶粒的長大，起到細化晶粒的作用。挪動和奧氏體晶粒的長大，起到細化晶粒的作用。V V、TiTi、NbNb、ZrZr劇烈妨礙劇烈妨礙A A體晶粒長大體晶粒長大 W W、CrCr、MoMo中等妨礙中等妨

9、礙A A體晶粒長大體晶粒長大 MnMn、B B促進促進A A體晶粒長大體晶粒長大2 2、合金元素對過冷奧氏體轉變的影響、合金元素對過冷奧氏體轉變的影響合金元素對合金元素對C C曲線的影響曲線的影響除除CoCo外，幾乎一切合金元素溶入奧氏體后都增大過冷奧外，幾乎一切合金元素溶入奧氏體后都增大過冷奧氏體的穩定性，使氏體的穩定性，使C C曲線右移，即提高鋼的淬透性。曲線右移，即提高鋼的淬透性。MoMo、MnMn、W W、CrCr、NiNi、SiSi、AlAl對淬透性作用依次由強到對淬透性作用依次由強到弱。弱。 對對C C曲線外形的影響曲線外形的影響留意：留意：參與合金元素，只需完全溶入奧氏體才干提參

10、與合金元素，只需完全溶入奧氏體才干提高淬透性。高淬透性。兩種或多種合金元素同時參與對淬透性的影兩種或多種合金元素同時參與對淬透性的影響，比單一元素的影響強得多。響，比單一元素的影響強得多。合金元素對合金元素對VKVK影響的表示圖影響的表示圖合金元素對C 曲線影響表示圖Si Si根本不影響根本不影響MsMs、MfMf點，除點，除CoCo、AlAl外，多數外，多數合金元素使合金元素使MsMs、MfMf點下降，導致剩余奧氏體添點下降，導致剩余奧氏體添加。加。合金元素對馬氏體轉變的影響合金元素對合金元素對MsMs點的影響點的影響合金元素對剩余奧氏體量的影響合金元素對剩余奧氏體量的影響含含1.01.0的

11、鋼在的鋼在11501150淬火淬火五、合金元素對回火轉變的影響五、合金元素對回火轉變的影響1 1、提高回火穩定性、提高回火穩定性 回火穩定性：淬火鋼在回火時硬度下降快慢的回火穩定性：淬火鋼在回火時硬度下降快慢的性質。性質。 緣由：緣由：1 1推遲馬氏體的分解和剩余奧氏體推遲馬氏體的分解和剩余奧氏體的轉變的轉變 ( (即在較高即在較高溫度才開場分解和轉變溫度才開場分解和轉變) ) 2 2提高鐵素體的再結晶溫度提高鐵素體的再結晶溫度 提高回火穩定性作用較強的合金元素有：提高回火穩定性作用較強的合金元素有： V V、SiSi、MoMo、W W、NiNi、CoCo等。等。2 2、產生二次硬化、產生二次

12、硬化 二次硬化：淬火鋼在回二次硬化：淬火鋼在回火時隨著回火溫度的升高，火時隨著回火溫度的升高，硬度不下降反而升高的景硬度不下降反而升高的景象。象。3 3、增大回火脆性、增大回火脆性 回火脆性：在某些溫度區間回火時，鋼的硬度回火脆性：在某些溫度區間回火時，鋼的硬度顯著下降的景象。顯著下降的景象。 消除方法：快冷；參與消除方法：快冷；參與 Mo Mo 或或 W W合金鋼的強化機制：合金鋼的強化機制：合金合金F F 的固溶強化的固溶強化M M位錯強化位錯強化細晶強化細晶強化F F、M M晶粒度，晶粒度，P P片間距片間距彌散強化也稱第二相沉淀強彌散強化也稱第二相沉淀強化化六、構造鋼中常用的合金元素及其作用六、構造鋼中常用的合金元素及其作用主加元素：主加元素：CrCr、NiNi、SiSi、MnMn輔加元素：輔加元素：W W、MoMo、V V、TiTi、B B總結Mo 、Cr 、Mn、B強淬透，強淬透，Ni、Si二者稍落后。二者稍落后。