钢的合金化（1）在线视频

同学们好

下面我们学习第二章的第5节

钢的合金化

我们先学习第1部分

合金元素与铁 碳的作用

合金元素主要以三种形式

存在于钢中

（1） 溶于铁形成固溶体

（2） 与碳化合形成碳化物

（3） 形成金属化合物

我们先学习第一种

溶入铁中形成固溶体

合金元素既可以溶入奥氏体中

形成合金奥氏体

也可以溶入铁素体中

形成合金铁素体

1 扩大γ相区的元素

即稳定奥氏体的元素

主要有Mn Ni Co C N Cu等等

它使A_4点上升 A_3点下降

扩大γ相的范围

C N Cu等元素

称为部分扩大γ相区的元素

γ相区不能扩大到室温

Ni Mn等元素

为完全扩大γ相区的元素

加入到一定量以后

可以使γ相区扩大到室温

我们看这个相图

左侧为铜元素

它使γ相区扩大

右侧为锰元素

加入到一定量以后

在室温下都能获得γ相

或者获得奥氏体相

2 缩小γ相区的元素

即稳定铁素体的元素

这些元素有Cr Mo W

V Ti Al Si B Nb Zr等等

它使A_3点上升 A_4点下降

缩小γ相区的存在范围

使铁素体相区扩大

铬的质量分数小于7%

A_3点下降

大于7% A_3点迅速上升

B Nb Zr

为部分缩小γ相区的元素

Cr Mo W V Ti Al Si

为完全封闭γ相区的元素

我们看这个相图

左侧为加入铌的铁铌合金相图

γ相区缩小

右侧为铁铬相图

可以完全封闭γ相区

使α相区达到液相线

二 形成碳化物

合金元素按与钢中

碳的亲和力的大小

可以分为碳化物形成元素

非碳化物形成元素

非碳化物形成元素

主要有Ni Co Cu Si Al N B

它都溶入铁素体和奥氏体中

碳化物形成元素有

Zr Ti Nb V W Mo Cr Mn

按碳化物的稳定性的程度

由强到弱排列

这些元素

既可以固溶于基体相中

也可以形成合金的渗碳体

合金的碳化物等等

2 合金元素对铁

Fe_3C相图的影响

Mn Ni Co C N Cu

扩大γ相区

使共析转变点S点下降

Cr Mo W V Al Ti Si

缩小γ相区

使共析点S上升

我们看这个相图

缩小奥氏体相区的元素它的影响

这是扩大奥氏体相区元素

它的影响

合金元素使共析反应

在一定的温度范围内进行

几乎所有的合金元素

都使共析转变点S点

和E这点左移

强碳化物形成元素的作用

更为强烈

镍 锰的含量较多时

可在室温下

或者单相的奥氏体组织

例如12Cr18Ni9

奥氏体不锈钢

Mn13铸钢 高锰钢

当Cr Ti Si等含量超过一定量时

可使钢在室温下

获得单相的铁素体组织

如10Cr17Mo

高铬铁素体不锈钢

在这个括号内

为旧的合金牌号

三 合金元素对钢热处理的影响

第一合金元素

对钢加热时相变的影响

首先是对奥氏体形成速度的影响

合金元素Cr Mo V W等

与碳形成难溶入奥氏体的

合金碳化物时

会显著的减慢奥氏体形成的速度

Co Ni等增大碳的扩散速度

使奥氏体形成速度加快

Al Si Mn等对奥氏体形成速度

影响不大

2 对奥氏体晶粒的影响

一些元素强烈的阻碍晶粒的长大

如V Ti Nb Zr等等

另外一些为中等阻碍

奥氏体晶粒长大的元素

为W Mo Cr等等

另外还有一些元素

对晶粒的长大没有大的影响

如果Si Ni Cu等元素

此外还有Mn P等元素

它促进奥氏体晶粒的长大

第二 合金元素

对于过冷奥氏体分解转变的影响

首先对淬透性的影响

除钴以外

几乎所有的合金元素

它能增大过冷奥氏体的稳定性

推迟珠光体类型的组织转变

使C曲线往右移

提高钢的淬透性

常用于提高钢淬透性的元素

有Mo Mn Cr Ni Si B等等

当两种或者多种合金元素

同时加入时

如铬锰 铬镍等

它比单个元素

对淬透性的影响要强得多

我们需要注意的是

加入了合金元素

只有溶入奥氏体时

才能提高钢的淬透性

如果没有完全溶解

这碳化物或者说化合物

会成为珠光体的核心

反而降低钢的淬透性

合金元素对过冷奥氏体

等温转变曲线的影响如下

会使M_s和M_f点往下移

当然有少量的元素

如钴 它会使C曲线往左移

铝 钴它会使M_s点往上移

这是少量元素的影响

合金元素对残余奥氏体的含量

有显著影响

除钴和铝以外

多数合金元素都使M_s

和M_f点下降

作用大小的次序为

Mn Cr Ni Mo W Si

Mn的作用最强

Si的影响较小

M_s和M_f点的下降

使淬火后钢中残余奥氏体量增加

残余奥氏体量过多时

需要进行冷处理

例如冷却至M_f点以下

使它转变为马氏体

或者进行多次的回火

使残余奥氏体

因析出合金碳化物

而使M_s和M_f点上升

在回火后的冷却过程中

转变为马氏体或者是贝氏体

又称为二次的淬火

三 合金元素对回火转变的影响

第一个影响是提高回火稳定性

所谓钢的回火稳定性

是指钢对回火软化的抗力

合金元素会推迟马氏体的分解

和残余奥氏体的转变

使它在较高的温度

才开始分解或者转变

合金元素提高铁素体的

再结晶温度

合金元素使碳化物难以继续长大

提高回火稳定性

作用较强的合金元素有

V Si Mo W Ni Co等等

第二个作用产生二次硬化

Mo W V含量较高的合金钢

回火时它的硬度

不是随着回火温度升高

而单调降低

而是达到某一个温度以后

开始增加

并在更高的温度达到峰值

这样一种现象称为二次硬化

我们看看这个含钼的合金

随着钼的质量分数的变化

它的硬度

随回火温度的变化曲线图

当钼的含量为0时

它的硬度是单调下降

当钼的含量为0.5%时

在500℃以后

它的硬度会有所上升

当钼的含量为2%时

在500℃以后

它会有一个明显的

升高的这样一个峰值

当钼的含量为5%时

我们看看在400℃以后

它会有一个升高的峰值

也就是说随着温度升高时

它的硬度不是单调下降

而是会有一个

升高的这样一个过程

即二次硬化现象

产生二次硬化的原因是什么呢

当回火温度低于450℃时

钢中析出渗碳体 硬度降低

当在450℃以上时

钢中开始沉淀析出弥散

而稳定的难溶的化合物

如Mo_2C W_2C VC等等

使硬度升高

这种现象称为沉淀硬化

或者二次硬化

回火后的冷却过程中

残余奥氏体会转变成马氏体

产生二次淬火

也会导致硬度升高

3 合金元素会增大回火脆性

和碳钢一样

合金钢也会产生回火脆性

而且更明显

这是合金元素的不利影响

我们看这个图

这是铬镍钢的韧性

与回火温度的关系

当回火后以缓慢的速度

冷却下来的时候

我们看它的冲击韧性

随着回火温度的变化

趋势曲线是这条曲线

在300℃的温度区间

和550℃的温度区间

存在回火脆性区

当回火后以快的速度

冷却下来的时候

我们看是这条曲线

那么在高温段的

第二类回火脆性区可以消除

在450℃到600℃温度区间

发生的第二类回火脆性的原因

与某些杂质元素

以及合金元素

本身在原奥氏体晶界上的

严重偏聚有关

多发生在含Mn Cr Ni等元素的

合金钢中

但通过快冷可以进行基本消除

同时在钢中加入适量的钼和钨

例如0.5%以上的Mo

和1%左右的W

就可以基本消除

这一类回火脆性