金屬材料科學第一章鋼的合金化第1頁，課件共37頁，創作于2023年2月1.7鋼的分類和編號方法一、鋼的分類（一）按用途分類1、結構鋼：承力

1）工程用鋼或構件用鋼—碳素結構鋼（甲、乙、特類）普通低合金鋼；微合金鋼一般不加工，但需要焊接、鉚接，通常不進行熱處理。板材、型材

2）機器零件用鋼—滲碳鋼、調質鋼、彈簧鋼、滾動軸承鋼。用于各種機器零件，需要機械加工，一般要熱處理第2頁，課件共37頁，創作于2023年2月1.7鋼的分類和編號方法一、鋼的分類（一）按用途分類2、工具鋼：刃具鋼、模具鋼、量具鋼。

3、特殊性能鋼：不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼、電工用鋼等。第3頁，課件共37頁，創作于2023年2月1.7鋼的分類和編號方法（二）按顯微組織分類（1）按平衡組織或退火組織分類—

亞共析、共析、過共析和萊氏體鋼（2）按正火組織分類—

珠光體鋼、貝氏體鋼、馬氏體鋼、奧氏體鋼。（通常以φ25的圓鋼，奧氏體化后，在靜止空氣中冷卻得到的組織為準。）（3）按加熱冷卻時有無相變和室溫時的組織—

鐵素體鋼、奧氏體鋼、復相鋼。第4頁，課件共37頁，創作于2023年2月1.7鋼的分類和編號方法（三）按化學成分分類（1）碳素鋼—低碳鋼（≤0.25%）中碳鋼（0.25-0.6%)

高碳鋼（＞0.6%)；（2）合金鋼—低合金鋼（≤5%）中合金鋼（5-10%）高合金鋼（＞10%）；（3）錳鋼、鉻鋼、鉻鎳鋼、硼鋼等。第5頁，課件共37頁，創作于2023年2月1.7鋼的分類和編號方法（四）按品質分類（按鋼中的P、S等有害雜質的含量）（1）普通鋼—

P含量≤0.045%，S含量≤0.050%（2）優質鋼—

P含量≤0.035%，S含量≤0.035%；（3）高級優質鋼—

P含量0.030%，S含量≤0.020%；第6頁，課件共37頁，創作于2023年2月1.7鋼的分類和編號方法（五）按冶煉方法分類（1）冶煉方法和設備—

轉爐鋼、電爐鋼、真空感應爐鋼、電渣爐鋼（2）脫氧程度—

沸騰鋼、半鎮靜、鎮靜鋼、特殊鎮靜鋼（3）工藝特點—

鑄鋼、滲碳鋼、滲氮鋼、調質鋼、易切削鋼第7頁，課件共37頁，創作于2023年2月1.7鋼的分類和編號方法二、鋼的編號原則—

國際化學元素符號和漢語拼音并用化學元素—如Si、Mn、Cr、W、Re等。產品名稱、用途、冶澆和鑄煉方法—拼音。（一）普通碳素結構鋼（GB700-79）甲類鋼—按性能要求供貨，用甲YX或AYX表示，X為0、1、2……、7。數字越大含碳量越大，強度越高，塑、韌性降低。Y表示冶煉方法。如J、D。如為沸騰鋼最后加“F”，半鎮靜鋼加b，鎮靜鋼不加，如A3F，AJ3。乙類鋼—按成分要求供貨，用乙YX或BYX表示，BD3，BJ3b。特類鋼—按成分和性能要求供貨，特YX或CYX表示。第8頁，課件共37頁，創作于2023年2月1.7鋼的分類和編號方法?新國標（GB/T221）用碳素結構鋼取代普通碳素結構鋼Q195—成分同B1，性能同A1；Q215A—同A2，Q215B—同C2；Q235A—A3，Q235B—C3，Q235C—焊接；Q255A—A4，Q255B—C4；Q275不分等級—C5數字表示鋼的屈服強度（MPa）第9頁，課件共37頁，創作于2023年2月1.7鋼的分類和編號方法（二）優質碳素結構鋼 兩位數字（含碳萬分之幾）+合金元素+專門用途標記。例如20g、50Mn等。（三）碳素工具鋼 （T）+數字（含碳量的千分之幾）+合金元素（Mn）+A（表示高級優質），例如：T8A、T10MnA等。（四）合金結構鋼 數字（含碳量萬分之幾）+元素（化學元素符號）+數字（合金元素的百分之幾）。例如：20MnVBA、36Mn2Si、40CrNiMo等。第10頁，課件共37頁，創作于2023年2月1.7鋼的分類和編號方法（五）合金工具鋼

含碳量+元素+數字，含碳量≥1.0%時不標，＜1.0%時用千分之幾表示,例如CrMn、9Mn2V等。含鉻量低時，用千分之幾表示，并在數字前加0，如Cr06。高速鋼中不標含碳量，如W18Cr4v，W6Mo5Cr4V2等。（六）鉻滾動軸承鋼 滾或G+Cr+數字（Cr含量的千分之幾）,例如：GCr15第11頁，課件共37頁，創作于2023年2月1.7鋼的分類和編號方法(七)不銹鋼與耐熱鋼 數字+元素+數字第一個數字表示含碳量的千分之幾，第二個數字表示合金元素的百分之幾。 起重要作用的微量元素也要標出。 例如：9Cr18，00Cr18Ni10（≤0.03%)，0Cr18(≤0.08%)等。第12頁，課件共37頁，創作于2023年2月1.7鋼的分類和編號方法總結C%—結構鋼，萬分之幾；工具鋼、不銹鋼，千分之幾；Me%—一般為百分之幾；含Cr低的合金工具鋼和軸承鋼，用千分之幾。第13頁，課件共37頁，創作于2023年2月作業一、根據命名規則寫出下列牌號的化學成分，并根據鐵碳相圖，推斷其主要組織。

1.23MnNiCrMo,2Cr13,0Cr18Ni9Ti 2.16Mn,Q235 3.ZG30MnSi，ZGMn13 4.45，40Cr,40CrNiMo 5.30CrMnSi,38CrMoAl 6.W18Cr4V，T8,5CrNiMo 7.GCr15，60Si2Mn第14頁，課件共37頁，創作于2023年2月作業二、下表是晉城金鼎煤機公司解剖分析美國某公司減速器零件的化學成分，試選擇相應的國產鋼替代。CMnSiPSCrNiMoTi軸承座0.221.000.240.0220.0120.110.110.270.004軸0.470.780.390.0210.0130.871.750.280.019端蓋0.351.150.310.0250.0140.150.070.010.010靜止盤0.047.872.030.0200.00516.47.94-0.007軸套0.440.820.310.0290.0210.870.180.160.001傳動盤0.041.770.360.0300.00417.47.95-0.001第15頁，課件共37頁，創作于2023年2月1.8合金元素對過冷奧氏體轉變的影響一、合金元素對臨界點和C曲線的影響

1.對臨界點的影響： 奧氏體形成元素降低AC3，減少過冷度 鐵素體形成元素升高AC3，增加過冷度

2.對C曲線的影響：

過冷A體穩定性實際上有兩個意義：孕育期和相變速度。

1）孕育期的物理本質是新相形核的難易程度，

2）轉變速度主要涉及新相晶粒的長大。第16頁，課件共37頁，創作于2023年2月1.8合金元素對過冷奧氏體轉變的影響合金元素的影響：1）Ni、Si和Mn，大致保持C鋼的“C”線形狀，使“C”線向右作不同程度的移動；2）Co不改變“C”線，但使“C”線左移；3）K形成元素，使“C”線右移，且改變形狀。

Me不同作用，使“C”曲線出現不同形狀，大致有五種。第17頁，課件共37頁，創作于2023年2月1.8合金元素對過冷奧氏體轉變的影響“C”曲線五種形狀第18頁，課件共37頁，創作于2023年2月1.8合金元素對過冷奧氏體轉變的影響合金元素對奧氏體恒溫轉變曲線的影響：(a)強碳化物形成元素(b)中等及弱碳化物形成元素(c)非碳化物形成元素

過冷A體的P、B轉變

P轉變：需要C和Me都擴散；綜合影響順序：Mo、W、Mn、Cr、Ni、Si

貝氏體轉變：C原子作短程擴散，Me幾乎沒有擴散。影響順序：Mn、Cr、Ni、Si，而W、Mo等影響很小。Me對Ms的影響：各種Me對Ms位置的影響程度是不同的。第19頁，課件共37頁，創作于2023年2月1.8合金元素對過冷奧氏體轉變的影響二、對高溫轉變（珠光體轉變）的影響

除Co外，幾乎所有的合金元素使C曲線右移（增大過冷奧氏體的穩定性，推遲珠光體型的轉變）

C曲線右移的結果，降低了鋼的臨界冷卻速度，提高了鋼的淬透性。第20頁，課件共37頁，創作于2023年2月1.8合金元素對過冷奧氏體轉變的影響Me的加入對鋼還有固溶強化的作用；合金元素只有當淬火加熱溶入奧氏體中時，才能起到提高淬透性的作用。

如果淬火加熱溫度不高，保溫時間較短，Cr、Mo、W、V等強碳化物未溶解時，非但不能提高淬透性，反而會由于未溶碳化物粒子能成為珠光體轉變的核心，使淬透性下降。第21頁，課件共37頁，創作于2023年2月1.8合金元素對過冷奧氏體轉變的影響1+1>2(對淬透性的影響):兩種或多種合金元素同時加入對淬透性的影響要比兩單個元素影響的總和強得多。例如鉻錳鋼、鉻鎳鋼等。合金鋼采用多元少量合金化原則，可最有效地發揮各種合金元素提高鋼的淬透性的作用。

合金元素的加入推遲珠光體型轉變的同時還可在連續冷卻過程中得到貝氏體型組織的鋼。

第22頁，課件共37頁，創作于2023年2月1.8合金元素對過冷奧氏體轉變的影響三、對中溫轉變（貝氏體轉變）的影響影響γ→α轉變、碳原子的擴散1、影響貝氏體轉變上限溫度BS點碳、錳、鎳、鉻、鉬、釩、鈦等元素都降低BS點，使得在貝氏體和珠光體轉變溫度之間出現過冷奧氏體的中溫穩定區，形成兩個轉變的C曲線。2、改變轉變動力學過程，轉變孕育期，長大速度。

碳、硅、錳、鎳、鉻的作用較強，鎢、鉬、釩、鈦的作用較小。第23頁，課件共37頁，創作于2023年2月1.8合金元素對過冷奧氏體轉變的影響Mn和Mo對貝氏體轉變的影響（圖中曲線旁的數字，分別表示Mn或Mo的百分含量）第24頁，課件共37頁，創作于2023年2月1.8合金元素對過冷奧氏體轉變的影響三、對低溫轉變（馬氏體轉變）的影響影響馬氏體點Ms~Mf溫度的，并影響鋼中殘留奧氏體含量及馬氏體的精細結構。

除Co、Al以外，絕大多數合金元素都使Ms和Mf下降合金鋼中高的殘余奧氏體含量對鋼的性能產生很大影響—殘余奧氏體量過高（有時達30%-40%）時，鋼的硬度降低，疲勞抗力下降。對于奧氏體不銹鋼，為了要在室溫下或零溫度下（Ms點遠低于室溫或零下）獲得穩定的單相奧氏體組織，必須加入大量奧氏體形成元素。通常是加入鎳、錳、鉻、碳、氮等元素。

第25頁，課件共37頁，創作于2023年2月1.8合金元素對過冷奧氏體轉變的影響合金元素對1.0%C碳鋼的影響

第26頁，課件共37頁，創作于2023年2月1.8合金元素對過冷奧氏體轉變的影響合金元素對1.0%C碳鋼1150℃淬火后殘余奧氏體含量的影響

Ms和Mf點的下降，使得室溫下將保留更多的殘留奧氏體量第27頁，課件共37頁，創作于2023年2月1.8合金元素對過冷奧氏體轉變的影響合金元素影響馬氏體的形態和馬氏體的亞結構

當Ms點溫度較高時，由于滑移的臨界分切應力較低，在Ms點以下形成位錯結構的馬氏體；在Ms點溫度較低時，孿生分切應力低于滑移臨界分切應力，則馬氏體相變以孿生形成孿晶結構的馬氏體。第28頁，課件共37頁，創作于2023年2月1.9合金元素對淬火鋼的回火轉變的影響淬火鋼：M+γrM：α過飽和固溶體合金元素提高鋼的回火穩定性，即鋼對回火時發生軟化過程的抵抗能力，使回火過程各個階段的轉變速度大大減慢，將其推向更高的溫度。（1）Me對馬氏體分解的影響（2）Me對殘余奧氏體轉變的影響（3）Me對碳化物的形成、聚集和長大的影響（4）Me對鐵素體回復再結晶的影響（5）Me對回火脆性的影響

第29頁，課件共37頁，創作于2023年2月1.9合金元素對淬火鋼的回火轉變的影響一、Me對馬氏體分解的影響低溫回火：C和Me擴散較困難，Me影響不大中溫以上：Me活動能力增強，對M分解產生不同程度影響:1）Ni、Mn的影響很小；

2）K形成元素阻止M分解，其程度與其與C的親和力大小有關。這些Me↓ac，阻止了滲碳體的析出長大；第30頁，課件共37頁，創作于2023年2月1.9合金元素對淬火鋼的回火轉變的影響Si和Fe的結合力>Fe和C的結合力,↑ac

↓ε-FeXC的形核、長大Si能溶于ε，不溶于Fe3C，Si要從ε中出去↓ε→Fe3C

效果:含2%Si能使M分解溫度從260℃提高到350℃以上3）Si比較特殊：<300℃時強烈延緩M分解第31頁，課件共37頁，創作于2023年2月1.8合金元素對淬火鋼的回火轉變的影響4）合金鋼回火時M中含C量變化規律基本規律

①滲碳體形成開始溫度與合金化無關；

②含非碳化物形成元素（Si除外）的合金鋼（線2）和C鋼（線1）規律相同；

③在相同回火溫度Tt下，合金鋼馬氏體中含

C量要比C鋼的高，如圖中的C3>C1，2

；

④不同合金中，馬氏體中析出特殊碳化物的溫度TK是不同的，線3的下降幅度也是不同的。第32頁，課件共37頁，創作于2023年2月1.9合金元素對過冷奧氏體轉變的影響4）合金鋼回火時M中含C量變化規律

回火時馬氏體中C量的變化線1-C鋼;線2-含非碳化物形成元素（Si除外）的合金鋼;線3-含碳化物形成元素的合金鋼

第33頁，課件共37頁，創作于2023年2月1.9合金元素對淬火鋼的回火轉變的影響二、Me對殘余奧氏體轉變的影響回火過程中奧氏體中碳化物析出：（殘余）奧氏體中的合金含量

Ms、Mf點隨后的冷卻過程中，轉變為馬氏體或貝氏體（稱為二次淬火），從而使殘余奧氏體量減少。殘余奧氏體反穩定化，Ms點升高，冷卻轉變馬氏體第34頁，課件共37頁，創作于2023年2月1.9合金元素對淬火鋼的回火轉變的影響

各元素明顯開始擴散的溫度為：

MeSiMnCrMoW\