鋼合金化基礎(chǔ)(2)PPT

1、關(guān)于鋼的合金化基礎(chǔ) (2)第一張，PPT共三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月二、為什么發(fā)展合金鋼？ 改善提高鋼的性能，彌補(bǔ)碳鋼的不足。 如有些特殊條件下的使用要求：韌性、耐蝕、抗氧化、耐磨、高溫強(qiáng)度等，車削速度較高的刀具要求紅硬性，大尺寸零件要求高的淬透性 這時(shí)碳鋼已不能滿足要求。第二張，PPT共三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 鋼的合金化原理內(nèi)容相當(dāng)廣泛，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熱處理工藝、C含量、雜質(zhì)含量條件下的不同行為 合金化基礎(chǔ)：合金元素與Fe、C的基本作用，一般規(guī)律，即共性。主要內(nèi)容分為以下5個(gè)方面：1) 鋼中合金元素及其分類。2) 合金元素與

2、鋼中鐵和碳的相互作用。3) 鋼的強(qiáng)化。4) 改善鋼的塑性與韌性的途徑。5) 合金元素對(duì)鋼的相變和熱處理工藝性能的影響第三張，PPT共三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第一節(jié) 鋼中的合金元素及其與鐵和碳的相互作用一、鋼中合金元素的分類鋼中常加入的合金元素有：第二周期：硼、碳、氮；第三周期：鋁、硅；第四周期：鈦、釩、鉻、錳、鈷、鎳、銅；第五周期：鋯、鈮、鉬；第六周期：鎢；第七周期：稀土元素。硫、磷等元素通常作為有害元素看待，但有時(shí)也可當(dāng)作合金元素(如在易切削鋼中硫被用來(lái)改善切削性能)。(一)按照與鐵相互作用的特點(diǎn)分類 合金元素與鐵的相互作用主要是影響鐵的同素異構(gòu)結(jié)構(gòu)。 Fe的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：奧氏體(A)

3、： C溶于Fe，面心立方，C溶解度大；鐵素體 (F)：C溶于Fe，體心立方，C溶解度小。第四張，PPT共三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1)奧氏體形成元素: 如碳、氮、鎳、錳、銅、鈷等。穩(wěn)定和擴(kuò)大A區(qū)，優(yōu)先分 布于A中。2)鐵素體形成元素: 如鉻、硅、釩、鈦、鉬、鎢、鈮、鉭、鋁、鋯等。穩(wěn)定 和擴(kuò)大F區(qū)，優(yōu)先分布于F中。 但合金元素的實(shí)際分布還與加入量和熱處理?xiàng)l件有關(guān)。(二)按照與碳相互作用的特點(diǎn)分類1) 非碳化物形成元素：如鎳、銅、硅、鋁、磷等。易溶入F或A中2) 碳化物形成元素： 如鉻、鉬、鎢、釩、鈦、鋯、鈮等。 易與C形成碳化物，但加入數(shù)量較少時(shí)也可溶入固溶體 或滲碳體(三)按照對(duì)A層錯(cuò)能的

4、影響分類1) 提高A層錯(cuò)能的元素：如鎳、銅、碳等。2) 降低A層錯(cuò)能的元素：如錳、鉻、釕、銥等。 A的層錯(cuò)能低，利于位錯(cuò)擴(kuò)展形成層錯(cuò)滑移困難加工硬化趨勢(shì)增大第五張，PPT共三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月二、鋼中雜質(zhì)、合金元素存在形式1形成非金屬夾雜：與鋼中O、N、S、Si等結(jié)合形成化合物，殘留在鋼中。使塑韌性和疲勞強(qiáng)度降低，還降低耐磨性、耐蝕性，并影響淬透性。其危害與夾雜物成分(性能）、形狀、大小、數(shù)量和分布有關(guān)。但AlN可彌散于鋼中，提高性能。2溶入固溶體：溶于F、A和M。不同元素在不同的組織中溶解度不同。3形成強(qiáng)化相：4自由存在：某些合金元素如銀和鉛等，既不溶于鐵中基體中又不與之形成化合物

5、，而以游離狀態(tài)存在于基體中。存在形式?jīng)Q定于？合金元素存在形式雜質(zhì)S：生Fe、燃料帶入，溶解度很小，晶界低熔點(diǎn)FeS-Fe，熱脆。加Mn形成高熔點(diǎn)MnSP：形成Fe3P硬脆相，冷脆脆。H：固溶，氫脆。其它雜質(zhì)：第六張，PPT共三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月三、合金元素與鐵、碳的相互作用(一)合金元素與鐵的相互作用按照合金元素與鐵的相互作用所形成的二元狀態(tài)圖的不同形式，可將合金元素分為兩大類：為什么有的合金元素?cái)U(kuò)大區(qū)，而有的縮小區(qū)呢? 取決于：點(diǎn)陣類型、原子尺寸、電子結(jié)構(gòu)和電化學(xué)等因素合金元素含量高到形成相，合金將嚴(yán)重發(fā)脆。合金元素與鐵的相互作用的工程實(shí)際意義：為了保證鋼具有良好的耐蝕性(如不銹鋼

6、)，需要在室溫下獲得單一相組織，就是運(yùn)用上述合金元素與鐵的相互作用規(guī)律，通過(guò)控制鋼中合金元素的種類和含量，使鋼在室溫條件下獲得單相奧氏體或鐵素體等單一組織來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，為了獲得奧氏體型不銹鋼，通常向鋼中加人大量的Ni、Mn、N等奧氏體形成元素；為獲得鐵素體型不銹鋼，通常向鋼中加入大量的Cr、Si、A1、Mo、Ti等鐵元素形成元素。 同時(shí)向鋼中加入兩類元素時(shí)，其作用往往相互抵消。但也有例外，如鉻是鐵素體形成元素，當(dāng)鋼中含wcr18%與鎳同時(shí)加入時(shí)卻促進(jìn)奧氏體的形成。第七張，PPT共三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月(二)合金元素與碳的相互作用 是形成碳化物，還是形成固溶體？ 取決于形成碳化物的趨勢(shì)及

7、其含量。xCyMMxCy G 非碳化物形成元素：如鎳、銅、硅、磷、鋁、鈷等。碳化物形成元素：如鈦、鈮、鋯、釩、鉬、鎢、鉻、錳等。 非碳化物形成元素易溶入鐵素體和奧氏體等固溶體中；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時(shí)，它也可以溶入固溶體中，或溶入滲碳體中形成合金滲碳體等，當(dāng)加入數(shù)量較多時(shí)，形成特殊碳化物。1.形成碳化物的規(guī)律 碳化物形成元素在周期表中都是過(guò)渡族元素（次d層未排滿）：與Fe原子相比，次d層越不滿，形成碳化物的趨勢(shì)越強(qiáng)，碳化物越穩(wěn)定。 另外，熱處理方式影響擴(kuò)散條件影響碳化物種類第八張，PPT共三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2. 碳化物特性碳化物是鋼中最重要的強(qiáng)

8、化相提高強(qiáng)度、硬度。碳素鋼、合金鋼, 鎳基、鈷基等高溫合金中碳化物的強(qiáng)化作用都占有相當(dāng)重要的地位。因此，應(yīng)對(duì)碳化物的特性作進(jìn)一步分析。根據(jù)合金鋼中常見的碳化物種類，主要有以下幾個(gè)方面特性：(1)硬度： 碳化物具有高硬度，其形成碳化物的傾向性越強(qiáng)，其硬度越高。 如TiC，硬度最高。(2) 穩(wěn)定性：熔點(diǎn)、分解溫度、溶入固溶體難易穩(wěn)定性高難以集聚長(zhǎng)大、強(qiáng)化效果好提高回火溫度、高溫使用性能提高回火溫度：使基體組織恢復(fù)充分，殘余A少，碳化物彌散，鋼塑性、 韌性、強(qiáng)度好。高溫使用：在溫度及應(yīng)力長(zhǎng)期作用下不易集聚長(zhǎng)大提高材料使用壽命。 一般，形成碳化物能力越強(qiáng)的元素，碳化物熔點(diǎn)高，穩(wěn)定性亦大。 Fe3CM2

9、3C6M6CMC穩(wěn)定性升高。 但碳化物穩(wěn)定，溶入A的溫度高，自M中分解出來(lái)的溫度亦高，使用鍛造 及熱處理方法改變碳化物相的分布狀況變得困難。 穩(wěn)定性又指：碳化物和基體(固溶體)之間不易因原子擴(kuò)散而發(fā)生合金元素 的再分配。許多碳化物形成元素同時(shí)也是有效的強(qiáng)化固溶體的元素(如鉻、鉬、鎢等)。故在經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)臒崽幚碇?，固溶體和碳化物間應(yīng)保持最佳的合金元素含量分配率，以保證高的綜合性能(如強(qiáng)度與塑性，強(qiáng)度與耐蝕性)。第九張，PPT共三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（3）溶解 碳化物具有一定的金屬特性，所以其成分不是很固定，而是常常以其分子式所代表的化合物為基底，固溶各種合金元素。 如：Fe3C能溶解大量

10、的合金元素。在回火最初階段所形成的Fe3C，既有碳化物形成元素溶入，又有非碳化物形成元素溶入；只是在提高回火溫度或延長(zhǎng)回火時(shí)間時(shí)，碳化物形成元素向Fe3C中固溶越來(lái)越多，而非碳化物形成元素固溶越來(lái)越少。3.合金元素與碳相互作用的實(shí)際意義： 一方面關(guān)系到所形成碳化物的種類、性質(zhì)和在鋼中的分布，而所有這些都會(huì)直接影響到鋼的性能，如鋼的強(qiáng)度、硬度、耐磨性以及塑性、韌性、紅硬性和某些特殊性能；同時(shí)對(duì)鋼的熱處理亦有較大影響，如奧氏體化的溫度和時(shí)間、奧氏體晶粒長(zhǎng)大等。另一方面由于合金元素與碳有著不同的親和力，對(duì)相變過(guò)程中碳的擴(kuò)散速度有較大影響；碳化物形成元素阻礙碳的擴(kuò)散，降低碳原子的擴(kuò)散速度；弱碳化物形成

11、元素及大多數(shù)非碳化物形成元素則無(wú)此作用，甚至某些元素(如鈷)還有增大碳原子擴(kuò)散的作用。因而，合金元素與碳的作用對(duì)鋼的相變有重要的影響。第十張，PPT共三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月四、合金元素對(duì)奧氏體層錯(cuò)能的影響(一)合金元素的影響趨勢(shì)目前有關(guān)合金元素對(duì)奧氏體層錯(cuò)能的影響規(guī)律尚不完全清楚。但對(duì)以下元素的影響趨勢(shì)看法一致：鎳、銅和碳提高A層錯(cuò)能，錳、鉻、釕和銥降低之。 (二)奧氏體層錯(cuò)能對(duì)鋼的力學(xué)性能影響 層錯(cuò)能低有利于位錯(cuò)擴(kuò)展和形成層錯(cuò)使橫滑移困難鋼的加工硬化趨勢(shì)增大。所以A層錯(cuò)能的高低將會(huì)直接影響到奧氏體鋼的力學(xué)行為。如：高鎳鋼和高錳鋼，雖然錳和鎳都是A形成元素，單獨(dú)加入相當(dāng)數(shù)量的鎳和錳都可

12、使鋼在室溫下獲得單相A，但卻發(fā)現(xiàn)鎳鋼易于變形加工；而錳鋼的冷變形性能很差，有很高的加工硬化趨勢(shì)與耐磨性。 ( 三)奧氏體層錯(cuò)能對(duì)鋼相變行為的影響A層錯(cuò)能的高低，對(duì)Fe-Ni-C合金中M的形態(tài)有直接影響。通常，A層錯(cuò)能越低越易于形成板條M，具有位錯(cuò)型亞結(jié)構(gòu)；而A層錯(cuò)能越高，越易于形成片狀馬氏體，具有孿晶型亞結(jié)構(gòu)。第十一張，PPT共三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第二節(jié) 鋼的強(qiáng)化機(jī)制 鋼的強(qiáng)化主要指提高其屈服強(qiáng)度。 屈服強(qiáng)度：使位錯(cuò)開動(dòng)、增殖并在金屬中傳播所需要的應(yīng)力。 因此，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，就可達(dá)到強(qiáng)化目的?；诖?，鋼中合金元素的強(qiáng)化作用主要四種基本方式：固溶強(qiáng)化、晶界強(qiáng)化、第二相強(qiáng)化及位錯(cuò)強(qiáng)化。通

13、過(guò)對(duì)這四種方式單相或綜合加以運(yùn)用，便可有效提高鋼的強(qiáng)度。一、固溶強(qiáng)化溶質(zhì)原子溶入基體金屬中形成固溶體使金屬?gòu)?qiáng)化，稱固溶強(qiáng)化。固溶強(qiáng)化可分為：間隙固溶強(qiáng)化和置換固溶強(qiáng)化兩種。(一)鐵素體的固溶強(qiáng)化 1間隙式固溶強(qiáng)化 間隙原子C、N固溶于F晶格間隙，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，增加鋼的塑性變形抗力，提高鋼的屈服強(qiáng)度，達(dá)到強(qiáng)化目的。間隙原子(碳、氮)對(duì)強(qiáng)度的影響表達(dá)式： -與間隙原子性質(zhì)、基體晶格類型、基體的剛度、溶質(zhì)和溶劑原子直徑差及二者化學(xué)性質(zhì)的差別等因素有關(guān)。 F中固溶度很?。–最大僅0.0218），效果差。常采用相變，造成過(guò)飽和固溶體（如AM） 間隙固溶可顯著強(qiáng)化，但嚴(yán)重地?fù)p害鋼的塑性、韌性以及焊接性能。

14、原子半徑小指數(shù)關(guān)系第十二張，PPT共三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月(二)奧氏體的固溶強(qiáng)化C在面心立方晶格中造成的畸變呈球面對(duì)稱，其間隙強(qiáng)化作用屬弱硬化。置換式原子在A中的強(qiáng)化作用比碳原子更小。但置換式原子會(huì)影響A層錯(cuò)能。層錯(cuò)能低，位錯(cuò)易擴(kuò)展，層錯(cuò)和溶質(zhì)原子交互作用使溶質(zhì)原子偏聚在層錯(cuò)附近，形成鈴木氣團(tuán)，釘扎位錯(cuò)造成A強(qiáng)化。強(qiáng)化作用順序：間隙式原子（C、N）置換式F形成元素置換式A形成元素鋼中加入鎳會(huì)使屈服強(qiáng)度降低，這是一種固溶軟化現(xiàn)象。相對(duì)于F中置換式固溶強(qiáng)化對(duì)F的強(qiáng)化作用小得多，但工程用鋼中不可忽視，因多種元素的強(qiáng)化作用可以壘加，總的強(qiáng)化效果可觀。如在低合金高強(qiáng)度鋼中，加入微量多種合金元素就

15、是這個(gè)道理。 間隙式溶質(zhì)原子強(qiáng)化效果顯著，但受溶解度限制，可采用相變?cè)??？傊?，影響固溶?qiáng)化作用錯(cuò)配度與固溶度。還要考慮對(duì)塑、韌性的影響。2.置換式固溶強(qiáng)化置換固溶，晶格畸變多為球面對(duì)稱，強(qiáng)化效果較間隙式小得多（約小兩個(gè)數(shù)量級(jí)），稱弱硬化。強(qiáng)度增量與溶質(zhì)原子含量間關(guān)系式： 但強(qiáng)度隨CS而直線，且若含量低時(shí)，基本不損害塑韌性，這點(diǎn)很重要。不同合金元素對(duì)鐵素體強(qiáng)化作用不同，如磷、硅、錳和鉬強(qiáng)化作用明顯，其中硅、錳作用最大；鎳、鋁強(qiáng)化作用不大。多種合金元素同時(shí)存在，強(qiáng)化可累加。第十三張，PPT共三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月二、晶界強(qiáng)化 晶界的存在可阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，提高金屬材料屈服強(qiáng)度。晶粒越細(xì)，則晶

16、界面積越大，屈服強(qiáng)度越高。 霍爾配奇(Hall-petch)公式：(屈服強(qiáng)度與晶粒大小的關(guān)系）適于一般晶體材料、亞晶等 細(xì)化晶粒還可提高金屬塑韌性（應(yīng)力集中小、裂紋擴(kuò)展困難），是各種晶體材料強(qiáng)韌化的理想措施之一。0-單晶體中位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的摩擦阻力； KS與材料本質(zhì)有關(guān)而與晶粒直徑無(wú)關(guān)的參數(shù)，又稱晶界障礙強(qiáng)度系數(shù)。 面心立方金屬的滑移系比體心立方金屬的多，所以其KS比體心立方金屬小。第十四張，PPT共三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月三、第二相強(qiáng)化第二相強(qiáng)化分為沉淀強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化。這兩種強(qiáng)化方式共同點(diǎn)是第二相對(duì)位錯(cuò)的阻礙作用，但對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻礙的方式不同。沉淀強(qiáng)化：位錯(cuò)切過(guò)第二相粒子（粒子可變形），并與母

17、相具有共格關(guān)系。淬火時(shí)效得，故稱沉淀強(qiáng)化?；就緩剑汉辖鸹哟慊饡r(shí)效。 最佳沉淀相： 與基體共格，位錯(cuò)應(yīng)變大； 鍵合強(qiáng)度高，高的派-納力與彈 性模量； 有序相。如：在M時(shí)效鋼中加入鈦和鉬，形成Ni3Ti、Ni3Mo，基本上滿足上述要求， 效果良好?；w相以外的相彌散強(qiáng)化：位錯(cuò)繞過(guò)第二相粒子（粒子不變形），與基體非共格。第二相粒子人為加入或淬火過(guò)時(shí)效，不溶入基體，故稱彌散強(qiáng)化。彌散強(qiáng)化是鋼中常見的強(qiáng)化機(jī)制，例如，淬火回火鋼及球化退火鋼都是利用碳化物做彌散強(qiáng)化相。合金元素提供彌散分布第二相粒子形成的成分條件。高溫回火為使碳化物呈細(xì)小、均勻、彌散分布，并防止碳化物聚集長(zhǎng)大，要向鋼中加入碳化物形成元素

18、：鈦、釩、鈮、鋯、鉬和鎢等。 總之，第二相強(qiáng)化效果與第二相的大小、數(shù)量、分布及性能有關(guān)。 沉淀相體積分?jǐn)?shù)越大，強(qiáng)化效果越顯著； 第二相彌散度越大，強(qiáng)化效果越好。 沉淀強(qiáng)化比彌散強(qiáng)化效果大。第十五張，PPT共三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月四、位錯(cuò)強(qiáng)化(一)位錯(cuò)數(shù)量 位錯(cuò)密度越高，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)時(shí)越易于發(fā)生相互交割，引起位錯(cuò)纏結(jié)，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的障礙越大，強(qiáng)化作用越大。 金屬中的位錯(cuò)密度與變形量有關(guān)，變形量越大，位錯(cuò)密度就越大，鋼的強(qiáng)度則顯著提高，但塑性明顯下降。 (二)位錯(cuò)組態(tài)涉及位錯(cuò)的分布及其性質(zhì)等。 1)F鋼：層錯(cuò)能較高，易于交叉滑移和形成胞狀亞結(jié)構(gòu)。隨形變量增大，胞狀結(jié)構(gòu)細(xì)化，b增高。位錯(cuò)胞尺寸對(duì)屈服

19、強(qiáng)度的影響也符合Hall-Petch型關(guān)系。但與晶界相比，位錯(cuò)胞壁的障礙強(qiáng)度系數(shù)小得多。 2)A鋼：層錯(cuò)能較低，易形成層錯(cuò)，加工硬化快，冷變形b迅速升高。一般面心立方金屬中的位錯(cuò)強(qiáng)化效應(yīng)比體心立方金屬中的大，利用位錯(cuò)強(qiáng)化更有效。(三)利用位錯(cuò)強(qiáng)化的途徑 （著眼于塑性變形時(shí)使位錯(cuò)增殖或分解）1)細(xì)化晶粒：通過(guò)增加晶界數(shù)量，使晶界附近因變形不協(xié)調(diào)誘發(fā)位錯(cuò)，同時(shí)還可使晶粒內(nèi)位錯(cuò)塞積群的數(shù)量增多；2)形成第二相粒子：當(dāng)位錯(cuò)遇到第二相粒子時(shí)，希望位錯(cuò)繞過(guò)第二相粒子而留下位錯(cuò)圈，使位錯(cuò)數(shù)量迅速增多；3)促進(jìn)淬火效應(yīng)：相變體積效應(yīng)誘發(fā)位錯(cuò)。第十六張，PPT共三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月五、有序化強(qiáng)化 有序

20、固溶體和原固溶體晶格相同，并保持固溶體的特性，這種固溶體的原子按一定次序排列。 在二元合金中，同類原子間的結(jié)合力比較弱，異類原子間的結(jié)合力比較強(qiáng)時(shí)，固溶體就會(huì)產(chǎn)生有序化。 溶劑溶質(zhì)結(jié)合方式相同的區(qū)域和另一結(jié)合方式不同的區(qū)域形成反相疇界，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，使金屬屈服強(qiáng)度提高。 強(qiáng)化效果并不明顯，但可與其他強(qiáng)化方式疊加。第十七張，PPT共三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第三節(jié) 改善鋼塑性和韌性的基本途徑塑性：承受塑性變形的能力，用延伸率和斷面收縮率表示。韌性：變形斷裂吸收功，用沖擊韌性（KIC）或塑脆轉(zhuǎn)變溫度表示。一、改善鋼塑性的基本途徑 因此，改變鋼的極限塑性的途徑是在提高均勻塑性的同時(shí)，盡量避免、推

21、遲微孔坑的形成。(一)鋼的塑性變形(二)影響鋼的塑性因素1.溶質(zhì)原子（固溶）（1）間隙固溶（C、N等）： 對(duì)塑性下降影響大（較置換式），如M中0.2C塑性好，0.4的C冷加工困難。 C、N還可引起低碳鋼藍(lán)脆（溫度升至200300時(shí)b、硬度，塑性）藍(lán)回火色，此時(shí)C、N原子擴(kuò)散速度與位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)速度相當(dāng)變形抗力第十八張，PPT共三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（2）置換溶質(zhì)原子： 不同合金元素影響差別很大2.晶粒大小的影響 對(duì)均勻真應(yīng)變影響不大，但對(duì)提高極限塑性有利位錯(cuò)分散，減小應(yīng)力集中，不易形成微孔坑、微裂紋。3.第二相的影響 使均勻真應(yīng)變稍升或不降低使位錯(cuò)快速增殖，使硬化速率快速增大； 對(duì)總伸長(zhǎng)率不

22、利本身與基體界面斷裂，形成微孔。第十九張，PPT共三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月4.位錯(cuò)強(qiáng)化的影響 二、改善鋼韌性的途徑 延性斷裂、解理斷裂和晶間斷裂過(guò)程中吸收的能量越大，韌性越好。(一)改善延性斷裂抗力的途徑 延性斷裂過(guò)程：均勻變形-微孔坑出現(xiàn)聚集長(zhǎng)大 斷口呈韌窩型第二十張，PPT共三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月(二)改善解理斷裂抗力的途徑解理斷裂：原子鍵斷裂，表現(xiàn)為沿晶面斷裂。 普遍存在于體心立方和六方晶體中，一般不存在于面心立方中。 宏觀斷裂表面垂直于應(yīng)力方向，屬脆性斷裂。F：溫度降低流變應(yīng)力提高發(fā)生解理脆斷； 溫度升高流變應(yīng)力降形成微孔坑（夾雜、第二相斷裂、脫離）塑斷具有冷脆性措施：(

23、三)改善晶間斷裂抗力的途徑防止晶界偏聚：溶質(zhì)原子S、As、Sb、Sn與Ni、Mn交互作用，偏聚于晶界。 防止方法：加Mo、Ti,與之作用強(qiáng)，抑制雜質(zhì)元素向晶界移動(dòng)減少第二相沿晶界分布，減小晶界處形成微裂紋的可能性。 如晶界處MnS使晶界弱化，加入稀土元素形成穩(wěn)定的稀土硫化物，避免形成之第二十一張，PPT共三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第四節(jié) 合金元素對(duì)鋼相變的影響一、對(duì)平衡狀態(tài)下相變的影響（一）對(duì)奧氏體相區(qū)的影響 （二）對(duì)共析溫度的影響 A4A3A1Es（三）對(duì)共析點(diǎn)位置的影響 所有合金元素使S點(diǎn)左移，合金鋼中C0.77時(shí)就會(huì)析出二次滲碳體（變?yōu)檫^(guò)共析鋼）。 影響相圖具有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的金屬：

24、鐵、鈦、鋯、鈷、錳、錫等第二十二張，PPT共三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月二、對(duì)非平衡狀態(tài)下相變的影響 (一) 對(duì)鋼加熱轉(zhuǎn)變的影響A形成、殘余碳化物分解、A均勻化、A晶粒長(zhǎng)大 1.對(duì)A形成速度的影響 改變A的形成速度（形核和核長(zhǎng)大速度）改變了A的形成溫度A1、A3和Acm等相變點(diǎn)的位置、改變C的擴(kuò)散速度（影響C的重新分布）碳化物形成元素（鉻、鉬、鎢、鈦和釩等）：降低 C擴(kuò)散速度；鈷和鎳：提高碳在A中的擴(kuò)散速度，增大奧氏體的形成速度；硅、鋁、錳：對(duì)C在A中的擴(kuò)散速度影響不大。2.對(duì)殘余碳化物溶解的影響 F全部轉(zhuǎn)變?yōu)锳后，仍有一部分碳化物殘留。 為了增強(qiáng)奧氏體的合金化程度，以充分發(fā)揮合金元素的作用

25、，就應(yīng)使殘余碳化物充分地溶解于奧氏體中。 由于合金元素?cái)U(kuò)散困難，再加上合金碳化物的穩(wěn)定性較高，要使碳化物分解并溶入A中，需提高加熱溫度。例如，含鉻的碳化物在850才大量溶解；含鉬的碳化物要在950 時(shí)才顯著溶解；含釩、鈦、鈮的碳化物要達(dá)1050才溶解。又如，在高速鋼的生產(chǎn)中，為了保證碳化物充分溶解，其淬火溫度一般都在1250-1280，比其臨界點(diǎn)(A1=820)高出數(shù)百度。 總之，碳化物愈穩(wěn)定，含量愈高，所需的加熱溫度越高。第二十三張，PPT共三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3.對(duì)奧氏體均勻化的影響 由于碳化物的溶入，使A不均勻。為使其均勻化，C、合金元素都需擴(kuò)散。但合金元素的擴(kuò)散極慢（為C擴(kuò)散

26、速度的千分之幾或萬(wàn)分之幾），且碳化物形成元素還降低C在A中的擴(kuò)散速度，所以合金鋼的A化時(shí)間比碳鋼長(zhǎng)，這也是在生產(chǎn)中合金鋼加熱保溫時(shí)間往往比碳鋼長(zhǎng)的原因所在。 綜上所述，對(duì)于含有強(qiáng)碳化物形成元素的合金鋼，必須嚴(yán)格注意選擇淬火溫度和保溫時(shí)間，以使合金元素能夠充分溶入A中，否則將影響鋼的淬透性及得到合金度較低的馬氏體，而降低鋼的力學(xué)性能。4.對(duì)奧氏體晶粒長(zhǎng)大的影響 A晶粒越細(xì)小，淬火后得到M越細(xì)，回火后鋼的力學(xué)性能越好。因而鋼中常加入某些合金元素，以降低鋼加熱時(shí)A晶粒的長(zhǎng)大。一般:強(qiáng)碳化物形成元素（如鈦、釩、鋯、鈮等）強(qiáng)烈阻止A晶粒長(zhǎng)大；鎢、鉬、鉻等:作用中等；非碳化物形成元素(如鎳、硅、銅、鈷等)

27、:作用較弱；錳、磷、碳等:促使A晶粒長(zhǎng)大。復(fù)合元素：影響不一定是簡(jiǎn)單的迭加關(guān)系，需要實(shí)踐測(cè)定。生產(chǎn)中常用少量的鋁(0005質(zhì)量分?jǐn)?shù))脫氧，形成極細(xì)小的Al2O3和A1N質(zhì)點(diǎn)，可以阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大。但當(dāng)加熱溫度超過(guò)其溶解度溫度時(shí)，阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大的作用即消失，晶粒將急劇長(zhǎng)大。第二十四張，PPT共三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月(二)對(duì)過(guò)冷A分解轉(zhuǎn)變的影響 1.對(duì)過(guò)冷A穩(wěn)定性的影響 除Co外，都使C曲線右移，A穩(wěn)定性獲得大的過(guò)冷度淬透性tT右移注意：只有合金元素溶于A后，才起作用； 若未溶入（以碳化物形式存在），A的穩(wěn)定性原因: A中的C、合金元素少，且碳化物作為形核核心。2.對(duì)珠光體轉(zhuǎn)變的影響

28、 A珠光體（-FeFe3C):需C、合金元素再分配。由于合金元素自擴(kuò)散很慢，且C擴(kuò)散速度 (除Co外)，因此合金元素都不同程度上使珠光體相變進(jìn)行遲緩，鋼的淬透性。1)除鈷、鋁外的合金元素推遲珠光體轉(zhuǎn)變，其由強(qiáng)到弱排列：鉬、鎳、鉻、錳；非碳化物形成元素作用較弱；鈷加速轉(zhuǎn)變，鋁作用不明顯。2)強(qiáng)碳化物形成元素：碳化物極穩(wěn)定，若不溶入A，提供成核條件，加速相變。3)合金元素同時(shí)存在：對(duì)延緩轉(zhuǎn)變不是算術(shù)迭加，往往是迭乘的。在合金元素總量相同時(shí)，多元素的低含量的效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)單一元素高含量。4)微量硼：改變A晶界狀態(tài)，在晶界上形成共格硼相 (M23C3B3)，可顯著阻止-Fe相的形核，增加A穩(wěn)定性。5)

29、擴(kuò)大區(qū)元素：使A1；縮小區(qū)元素：提高A1點(diǎn)，相變溫度。第二十五張，PPT共三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3.對(duì)貝氏體轉(zhuǎn)變的影響 貝氏體：介于P與M間，過(guò)冷A約在350240 間轉(zhuǎn)變而得，組織為F+Fe3C， 但F中有過(guò)飽和的C。 取決于其對(duì)相變難易程度，自由能差，動(dòng)能，減慢A分解，貝氏體轉(zhuǎn)變。1) 鉻、錳、鎳等：兩相自由能差，相變動(dòng)力，A分解，推遲貝氏體轉(zhuǎn)變。鉻和錳還阻礙碳的擴(kuò)散，故推遲了貝氏體轉(zhuǎn)變的作用尤為強(qiáng)烈。2) 鉬、鎢、釩等：既可使轉(zhuǎn)變溫度升高，又可使A與F兩相自由能差加大。但C擴(kuò)散速度，故使上述兩個(gè)作用十分微弱。3)硅：強(qiáng)烈推遲轉(zhuǎn)變，因強(qiáng)烈阻礙過(guò)飽和固溶體中C脫溶（利于形成M）。4)

30、 鈷和鋯：自由能差，同時(shí)鈷還C擴(kuò)散速度，使A穩(wěn)定性，轉(zhuǎn)變?？傢樞颍哄i、鉻、鎳、硅、鉬、鎢、釩、鈷、鋁。推遲作用4.合金元素對(duì)M相變的影響 除鈷、鋁外，大多數(shù)合金元素M轉(zhuǎn)變溫度，殘余A量。其中碳的作用最強(qiáng)烈，其次是錳、鉻、鎳，再次為鉬、鎢、硅。對(duì)于一般合金鋼，生產(chǎn)上經(jīng)常用下列經(jīng)驗(yàn)公式估算其Ms點(diǎn)。Ms=538317C33Mn28Cr17NillSillMo11W 另外，碳和合金元素對(duì)M形態(tài)也有影響：低碳馬氏體呈板條狀；高碳M呈針葉或透鏡片狀；中碳M則為兩種形態(tài)的混合。鋼中合金元素鉻、鉬、錳和鈷等增加形成片狀馬氏體的傾向。第二十六張，PPT共三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月(三)對(duì)淬火鋼回火轉(zhuǎn)變的影

31、響1.對(duì)馬氏體分解的影響 低溫回火：C擴(kuò)散困難，只發(fā)生C原子偏聚、短距離擴(kuò)散； 合金元素不擴(kuò)散，仍分布于相或碳化物，對(duì)M分解影響不大。中、高溫回火：MF+Fe3C2.對(duì)殘余奧氏體分解的影響 除鈷、鋁外，大多數(shù)合金元素：淬火鋼中殘余A。 高速鋼中，殘余A可達(dá)2040，必須進(jìn)行多次高溫回火后，可降至2-3以下。 淬火組織中殘余A，具有較大的內(nèi)應(yīng)力和內(nèi)部缺陷，較容易發(fā)生分解。合金元素大多使殘余A的分解溫度移向較高溫度范圍，鎳、鉬、鎢、釩的作用弱，鉻、錳、硅的作用較顯著。 某些高合金鋼如高速鋼，回火過(guò)程中從殘余A中析出碳化物，使殘余A中碳和合金元素含量下降，至使Ms點(diǎn)升高，高于室溫，因而在冷卻過(guò)程中，

32、殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，而使回火后的硬度高于淬火態(tài)的硬度。這就是所謂的高速鋼二次淬火現(xiàn)象。第二十七張，PPT共三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3. 對(duì)回火時(shí)碳化物的形成及聚集長(zhǎng)大的影響 Si、Al：推遲碳化物Fe3C碳化物: Fe2.4C隨回火溫度升高：碳化物形成元素富集于Fe3C形成合金滲碳體 如（ FeCr）3C。 時(shí)間，聚集長(zhǎng)大，Ni對(duì)聚集無(wú)影響，硅、釩、鎢、鉬、 鉻等，阻礙聚集長(zhǎng)大?；鼗饻囟壤^續(xù)：在高合金鋼中，直接由M中析出特殊碳化物如TiC、VC、 Mo2C、WC等，這些碳化物顆粒細(xì)小、彌散分布，使鋼的 強(qiáng)度、硬度不僅不降低，反而升高，即鋼在回火中的二次 硬化現(xiàn)象。回火溫度再：碳化物聚集長(zhǎng)大，硬度下降。強(qiáng)碳化物形成元素本身的擴(kuò)散 速度小、減