金屬材料學(xué)緒論

金屬材料學(xué)緒論一、材料的分類緒論二、金屬材料的優(yōu)勢(shì)1、成熟的加工工藝；

2、優(yōu)越的綜合性能具有導(dǎo)電性和磁性，并且其韌性高于陶瓷的，彈性模量高于高分子材料。

3、在相當(dāng)長的時(shí)期內(nèi)金屬資源不會(huì)枯竭多數(shù)金屬礦物能滿足幾百年的使用，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，可開發(fā)一些低品位礦石，并且海洋、地殼深處都有大量的金屬礦物。

4、具有優(yōu)異的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)。

5、更重要的是金屬材料本身也在不斷發(fā)展。緒論三、金屬材料的新進(jìn)展1、非平衡態(tài)（亞穩(wěn)態(tài)）合金主要包括非晶、微晶和納米晶，準(zhǔn)晶也屬于該范疇。（1）非晶態(tài)材料具有短程有序、長程無序的特征。硬度和強(qiáng)度高、磁導(dǎo)率高，矯頑力低。非晶態(tài)磁性合金Fe78B13.5Si9作為變壓器材料，其鐵損為取向硅鋼片的1/3左右，而價(jià)格僅高50%。

Fe80B20非晶態(tài)合金的斷裂強(qiáng)度高達(dá)3700MPa，比一般超高強(qiáng)度鋼高出50%，為一般結(jié)構(gòu)鋼的7倍，是很好的低膨脹系數(shù)和恒彈性材料。緒論

（2）微晶態(tài)材料是液態(tài)金屬在快冷條件下的產(chǎn)物，其特點(diǎn)有：①微晶的強(qiáng)度遵循Hall-Petch公式，具有比一般金屬更高的強(qiáng)度；②微晶材料的偏析很小，主要表現(xiàn)在合金在凝固過程中形成的枝晶間距很??；③由于在快冷過程中溶質(zhì)原子的析出受到限制，因此，通過快冷可大大提高固溶度。緒論2、高比強(qiáng)度、高比剛度金屬基復(fù)合材料航天、航空技術(shù)的發(fā)展對(duì)材料提出越來越高的要求，如耐高溫或要求高比強(qiáng)度和比剛度，以最大限度地減輕飛行器的重量。金屬基復(fù)合材料的比剛度比樹脂復(fù)合材料的高很多。3、在特殊條件下使用的金屬材料腐蝕介質(zhì)、磨損、輻射、高（低）溫等環(huán)境條件。緒論4、新工藝和新技術(shù)是開發(fā)新型金屬材料的動(dòng)力。5、金屬功能材料的發(fā)展（1）金屬磁性材料（2）形狀記憶合金和超彈性合金（3）儲(chǔ)氫合金（4）生物醫(yī)學(xué)材料第1章金屬材料的合金化原理

合金元素對(duì)鐵碳相圖的影響鋼的合金化合金元素在鋼中的存在形式合金元素對(duì)鋼相變的影響合金元素對(duì)鋼力學(xué)性能的影響合金元素對(duì)鋼工藝性能的影響合金鋼的編號(hào)方法合金元素為了使鋼獲得所需要的組織結(jié)構(gòu)、物理、化學(xué)和力學(xué)等性能而添加在鋼中的元素。鋼中常用的合金元素有：

Si、Mn、Cr、Ni、W、Mo、V、Ti、Nb、Al、Cu、B、Re等。一、基本概念1.1合金元素對(duì)鐵碳相圖的影響

熱脆性：S——FeS（低熔點(diǎn)989℃）；冷脆性：P——Fe3P（硬脆）；氫脆、白點(diǎn)：H。1.1合金元素對(duì)鐵碳相圖的影響微量元素<0.1%;Nb、Ti、V、Zr、B等。碳化物形成元素

強(qiáng)碳化物形成元素：Hf、Zr、Ti、Nb、V等；中強(qiáng)碳化物形成元素：W、Mo、Cr等；弱碳化物形成元素：Mn。非碳化物形成元素Si、Al、Cu、Ni、Co等。1.1合金元素對(duì)鐵碳相圖的影響Fe在加熱和冷卻過程中產(chǎn)生如下的多晶型性轉(zhuǎn)變：碳在Fe中形成的固溶體稱為鐵素體或奧氏體。

鐵基固溶體：合金元素溶在α-Fe、γ-Fe和δ-Fe中形成的固溶體稱為鐵基固溶體。1.1合金元素對(duì)鐵碳相圖的影響二、合金元素對(duì)鐵碳相圖的影響1.1合金元素對(duì)鐵碳相圖的影響1、γ相穩(wěn)定化元素使A3↓，A4↑，γ相區(qū)擴(kuò)大。開啟γ相區(qū)元素：Ni、Mn、Co

量大時(shí)，室溫可獲得γ相。b)擴(kuò)大γ相區(qū)元素：C、N、Cu等；擴(kuò)大γ相區(qū)。奧氏體形成元素1.1合金元素對(duì)鐵碳相圖的影響2、α相穩(wěn)定化元素使A3↑，A4↓，γ相區(qū)縮小。封閉γ相區(qū)元素：Cr、V、W、Mo、Ti等；

Cr、V與α-Fe完全互溶，量大時(shí)獲得α相。b)縮小γ相區(qū)元素：W、Mo、Ti等；

W、Mo、Ti等部分溶解。鐵素體形成元素1.1合金元素對(duì)鐵碳相圖的影響三、對(duì)S、E點(diǎn)成分的影響A形成元素均使S、E點(diǎn)向左下方移動(dòng)；F形成元素使S、E點(diǎn)向左上方移動(dòng)。

S點(diǎn)左移——意味著共析碳量減??；

E點(diǎn)左移——意味著出現(xiàn)萊氏體的碳量降低。

當(dāng)強(qiáng)和中強(qiáng)碳化物形成元素含量較高時(shí)，繼續(xù)提高合金元素含量，會(huì)使S點(diǎn)含碳量有所回升。

原因：形成了一部分不溶于奧氏體中的特殊碳化物，固定了鋼中一部分碳，使奧氏體碳含量下降，必須再增加一部分碳才能發(fā)生共析轉(zhuǎn)變。四、對(duì)A1、A3溫度的影響1.1合金元素對(duì)鐵碳相圖的影響A形成元素Ni、Mn等使A1（A3）線向下移動(dòng)；

F形成元素Cr、Si等使A1（A3）線向上移動(dòng)。五、對(duì)γ-Fe相區(qū)的影響A形成元素Ni、Mn等使γ-Fe區(qū)擴(kuò)大→鋼在室溫下也為奧氏體——奧氏體鋼；

F形成元素Cr、Si等使γ-Fe區(qū)縮小→鋼在室溫下也為鐵素體——鐵素體鋼。1.1合金元素對(duì)鐵碳相圖的影響a)Cr對(duì)相區(qū)的影響b)Mn對(duì)相區(qū)的影響1.2鋼的合金化一、合金元素在鋼中的存在形式1．形成鐵基固溶體2．形成合金滲碳體（碳化物）與氮化物3．形成金屬間化合物4．形成非金屬相（非碳化合物）及非晶體相5.自由態(tài)1）置換固溶體1.2鋼的合金化1、形成鐵基固溶體

合金元素的固溶規(guī)律，即Hume-Rothery規(guī)律

決定組元在置換固溶體中的溶解度因素是點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)、原子半徑和電子因素，無限固溶必須使這些因素相同或相似。1.2鋼的合金化1.2鋼的合金化1.2鋼的合金化結(jié)論2）間隙固溶體①有限固溶C、N、B、O等

溶劑金屬點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)：同一溶劑金屬不同點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，溶解度是不同的——如γ-Fe與α-Fe。

溶質(zhì)原子大?。簉↓，溶解度↑。

N溶解度比C大：RN=0.071nm，

RC=0.077nm。③間隙位置優(yōu)先占據(jù)有利間隙位置——畸變最小。間隙位置總是沒有被填滿。1.2鋼的合金化②溶解度3、形成碳化物1）鋼中常見的碳化物碳化物類型、大小、形狀和分部對(duì)鋼的性能有很重要的作用。1.2鋼的合金化

（1）結(jié)合鍵是金屬鍵與部分共價(jià)鍵的混合鍵，以金屬鍵為主。（碳失去電子，填充在金屬的次d層上，形成電子云）

（2）性能具有金屬性，如導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，正的電阻溫度系數(shù)，具有高硬度、高熔點(diǎn)。2）碳化物的性質(zhì)1.2鋼的合金化3）碳化物的類型鋼中常見的K類型有：

M3C：滲碳體，正交點(diǎn)陣；

M7C3：例Cr7C3，復(fù)雜六方；

M23C6：例Cr23C6，復(fù)雜立方；

M2C：例Mo2C、W2C。密排六方；

MC：例VC、TiC，簡單面心立方點(diǎn)陣；

M6C：復(fù)雜六方點(diǎn)陣。

K也有空位存在，可形成復(fù)合K，如(Cr,Fe,Mo,…)7C31.2鋼的合金化M6C型具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)，存在于Fe-Mo(W)-C系中，為間隙化合物。1.2鋼的合金化

復(fù)雜點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)：M23C6、M7C3、M3C。特點(diǎn)：硬度、熔點(diǎn)較低，穩(wěn)定性較差。簡單點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)：M2C、MC。又稱間隙相。特點(diǎn)：硬度高，熔點(diǎn)高，穩(wěn)定性好。4、形成氮化物（1）過渡族金屬的氮化物

γN/γM<0.59，均為間隙相。

A.面心立方點(diǎn)陣的氮化物

TiN，NbN，ZrN，VN，Mo2N，W2N，CrN，MnN，γ’-Fe4N，ε-Mn2N。

B.密排六方點(diǎn)陣的氮化物

WN，MoN，Nb2N，Cr2N，Mn2N。（2）鋁的氮化物

AlN：正常價(jià)非金屬化合物，密排六方點(diǎn)陣。1）鋼中氮化物的結(jié)構(gòu)1.2鋼的合金化

（1）強(qiáng)氮化物形成元素：Ti，Zr，Nb，V

和碳化物一樣，d層電子數(shù)少，和氮的親和力大，在鋼中形成自己的固定氮化物，幾乎不溶于奧氏體。（2）中強(qiáng)氮化物形成元素：W，Mo

穩(wěn)定性較高。

（3）弱氮化物形成元素：Cr，Mn，F(xiàn)e

高溫時(shí)溶于奧氏體，低溫時(shí)可析出。

（4）AlN

穩(wěn)定性很高。2）氮化物的穩(wěn)定性1.2鋼的合金化3）氮化物的作用（1）細(xì)化晶粒：AlN——本質(zhì)細(xì)晶粒鋼。（2）提高表面耐磨性和疲勞強(qiáng)度（3）提高表面耐蝕性4）氮化物的相互溶解（1）完全互溶：氮化物類型相同，金屬原子的電化因素、尺寸因素相近。（2）有限溶解：如高Cr鋼表面滲氮后形成(Fe，Cr)2N，

(Fe，Cr)4N。（3）氮化物和碳化物相互溶解形成碳、氮化物：如含Ti

鋼中，可形成Ti(C，N)。1.2鋼的合金化5、形成金屬間化合物在高鉻不銹鋼、鉻鎳及鉻錳奧氏體不銹鋼、高合金耐熱鋼及耐熱合金中，都會(huì)出現(xiàn)σ相。伴隨著σ相的析出，鋼和合金的塑性和韌性顯著下降，脆性增加。1）σ相2）AB2相（拉維斯相）是含W、Mo、Nb、Ti的耐熱鋼和馬氏體沉淀硬化不銹鋼的強(qiáng)化相，具有較高的穩(wěn)定性。3）AB3相（有序相）4）A6B7相組元之間的電化學(xué)性差別不足以形成穩(wěn)定的化合物，是介于無序固溶體和化合物之間的過渡狀態(tài)。1.2鋼的合金化6、形成非金屬相和非晶體相FeO、MnO、TiO2、SiO2、Al2O3、Cr2O3、MgO·Al2O3、MnO·Al2O3等氧化物。

MnS、FeS等硫化物；

2MnO·SiO2、CaO·SiO2等硅酸鹽；AlN7、自由態(tài)Cu、Pb等元素的含量超過它在鋼中的溶解度后，將以較純的金屬相存在。1.2鋼的合金化二、合金元素在不同熱處理狀態(tài)下的分布1.2鋼的合金化三、合金元素的偏聚1.2鋼的合金化1.2鋼的合金化影響因素缺陷處溶質(zhì)濃度1.3合金元素對(duì)鋼的相變影響一、對(duì)鐵素體、奧氏體相自由能的影響1、降低△Fv：C、Mn、Cr、Ni，↓相變驅(qū)動(dòng)力；

2、提高△Fv：Al、Co，↑相變驅(qū)動(dòng)力；

3、影響不大：Mo、W。二、對(duì)碳的擴(kuò)散和活度的影響1、Cr、Mo、Ti、Nb：↓鐵在奧氏體中的自擴(kuò)散，↓鐵原子的活度，↑鐵原子間的結(jié)合力；

2、C：↓鐵原子間的結(jié)合力，↑鐵原子擴(kuò)散。1、碳化物形成元素：↓碳的活度，↑碳在固溶體中的結(jié)合力，↑Q，↓D。2、非碳化物形成元素：↑碳的活度，↓碳在固溶體中的結(jié)合力，↓Q，↑D。三、對(duì)Fe在奧氏體中自擴(kuò)散的影響1.3合金元素對(duì)鋼的相變影響四、對(duì)鋼奧氏體化的影響①Co、Ni：↑碳的擴(kuò)散，↑γ相的形成速度；②Si、Al、Mn：影響不大；③Cr、Mo、W、Ti、V：↓碳的擴(kuò)散，↓γ相的形成速度。1、Me對(duì)奧氏體形成的影響

通過對(duì)碳化物穩(wěn)定性的影響及對(duì)碳在奧氏體相中的擴(kuò)散來影響的。相組成：（合金α+合金K）→γ碳含量：

0.02%2.11%點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)：bcc各種晶型fcc2、對(duì)滲碳體溶解的影響4）強(qiáng)、中強(qiáng)K形成元素會(huì)↑碳化物的穩(wěn)定性，↓碳化物的溶解，↓奧氏體形成。5）弱K形成元素對(duì)碳化物的溶解無影響。K在γ中溶解規(guī)律1.3合金元素對(duì)鋼的相變影響1）K穩(wěn)定性越好→溶解度越小；2）溫度↓，溶解度↓

→K沉淀析出；3）穩(wěn)定性差的K先溶解；1.3合金元素對(duì)鋼的相變影響

合金鋼應(yīng)采取較高的加熱溫度和較長的保溫時(shí)間，以得到比較均勻的奧氏體，從而充分發(fā)揮合金元素的作用。但對(duì)需要具有較多未溶碳化物的合金工具鋼，則不應(yīng)采用過高的加熱溫度和過長的保溫時(shí)間。1.3合金元素對(duì)鋼的相變影響3、對(duì)奧氏體成分均勻化的影響奧氏體剛形成時(shí)，C和Me的分部是不均勻的。思考：合金鋼加熱均勻化與碳鋼相比有什么區(qū)別？4、對(duì)奧氏體晶粒長大的影響

1）Ti、Nb、V↓↓，W、Mo↓晶粒長大；由于形成的碳化物或氮化物穩(wěn)定性高，高溫時(shí)不溶解，可釘扎晶界；若溶解于奧氏體中，則會(huì)↑Fe原子間的結(jié)合力，↓Fe的自擴(kuò)散系數(shù)，↓奧氏體晶粒長大。

2）C、N、B↑晶粒長大；由于它們?nèi)苡趭W氏體后會(huì)↓鐵原子的自擴(kuò)散激活能。

1.3合金元素對(duì)鋼的相變影響3）Ni、Co、Cu作用不大；

4）鋼中碳含量在中等以上時(shí)，Cr↓晶粒長大，Mn↑晶粒長大。低碳鋼時(shí)，Mn↓晶粒長大。

5）Al、Si含量少時(shí)，以夾雜物存在，可阻礙奧氏體晶粒長大；當(dāng)以合金元素大量加入時(shí)，在促進(jìn)奧氏體晶粒長大。1.3合金元素對(duì)鋼的相變影響五、對(duì)鋼的過冷奧氏體分解轉(zhuǎn)變的影響1、過冷奧氏體的穩(wěn)定性

實(shí)質(zhì)是相變的孕育期和相變速度。1.3合金元素對(duì)鋼的相變影響1）Ni、Si和Mn：大致保持碳鋼C曲線形狀，使C曲線向右作不同程度的移動(dòng)；2）Co：不改變C曲線，使C曲線左移；3）碳化物形成元素：使C曲線右移，且改變形狀。其作用有五種。1.3合金元素對(duì)鋼的相變影響1.3合金元素對(duì)鋼的相變影響強(qiáng)碳化物形成元素非碳化物形成元素中弱碳化物形成元素2、過冷奧氏體的珠光體、貝氏體轉(zhuǎn)變（1）珠光體轉(zhuǎn)變：擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變，需要C和Me都擴(kuò)散。γ→P（合金α＋合金K）

Fe：擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變重建晶格。

C，Me：擴(kuò)散重新分布。1.3合金元素對(duì)鋼的相變影響Me對(duì)過冷奧氏體珠光體轉(zhuǎn)變的綜合作用K形核和長大γ→α?xí)rFe的自擴(kuò)散γ→α?xí)rα相形核功Ti，Nb，V推遲（當(dāng)奧氏體分解時(shí)，特殊碳化物的形核和長大主要取決于Ti、Nb、V原子的擴(kuò)散富集，而不取決于碳的擴(kuò)散）－－W推遲推遲（較強(qiáng)），因增加了固溶體原子間的結(jié)合力－Mo推遲推遲（弱）－Cr推遲推遲（強(qiáng)烈）－Mn推遲，因需要形成含Mn較高的合金滲碳體－增加Ni－－增加Al推遲，因奧氏體分解時(shí)，它必須從滲碳體的形核和長大區(qū)擴(kuò)散開－－Si推遲，原因同上推遲，提高了鐵原子的結(jié)合力－1.3合金元素對(duì)鋼的相變影響（2）貝氏體轉(zhuǎn)變：半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變，C作短程擴(kuò)散，Me幾乎沒有擴(kuò)散。轉(zhuǎn)變的控制因素：C的擴(kuò)散和γ→α轉(zhuǎn)變的形核功。C、Si、Mn、Cr、Ni：↑α相形核功，↓γ→α轉(zhuǎn)變，↓貝氏體轉(zhuǎn)變。W、Mo、V、Ti：↓DγC，↓貝氏體轉(zhuǎn)變，但作用比Mn、Cr、

Ni小。W、Mo、V、Ti推遲貝氏體轉(zhuǎn)變的作用比推遲珠光體轉(zhuǎn)變的弱，在空冷時(shí)易獲得貝氏體組織。1.3合金元素對(duì)鋼的相變影響3、Me對(duì)馬氏體轉(zhuǎn)變的影響降低Ms：C最強(qiáng)烈，Mn，Cr，Ni次之，V，Mo，W，Si再次之。升高M(jìn)s：Co，Al。Ms點(diǎn)越低，室溫中殘余奧氏體越多；當(dāng)Ms點(diǎn)遠(yuǎn)低于室溫時(shí)，在室溫可獲得穩(wěn)定的奧氏體組織。合金元素一般都增加形成孿晶馬氏體的傾向。1.3合金元素對(duì)鋼的相變影響A、合金元素對(duì)馬氏體分解馬氏體分解過程：

M→C在晶體缺陷處偏聚→α(0.25%C)＋ε-FexC→α＋Fe3C（完全分解）1.3合金元素對(duì)鋼的相變影響4、合金元素對(duì)淬火鋼回火轉(zhuǎn)變的影響低溫回火：C和Me擴(kuò)散較困難，Me影響不大；中溫以上：Me活動(dòng)能力增強(qiáng)，對(duì)M分解產(chǎn)生不同程度影響：

1）Ni、Mn的影響很小；

2）碳化物形成元素阻止M分解，其程度與它們與碳的親和力大小有關(guān)。這些Me↓ac，阻止了滲碳體的析出長大；1.3合金元素對(duì)鋼的相變影響B(tài)、合金元素對(duì)回火時(shí)AR轉(zhuǎn)變的影響（1）合金元素一般使AR分解溫度升高，Cr、Mn、Si作用最大。（2）“二次淬火”高合金鋼AR在中溫穩(wěn)定區(qū)（500~600℃）保溫一段時(shí)間后，冷卻時(shí)將發(fā)生AR→M轉(zhuǎn)變。①AR在加熱時(shí)析出部分碳化物，↓AR中C%和Me%，↑Ms點(diǎn)，冷卻時(shí)發(fā)生馬氏體相變。②AR并未析出碳化物，而是發(fā)生反穩(wěn)定化現(xiàn)象，使Ms點(diǎn)↑，冷卻時(shí)發(fā)生馬氏體相變。原因作用：用以消除高速鋼、高合金模具鋼等鋼種的AR。1.3合金元素對(duì)鋼的相變影響C、合金元素對(duì)回火時(shí)K形成、聚集和長大的影響1.3合金元素對(duì)鋼的相變影響3）特殊K的形成

原位析出：αM→α0+M3CMXCY（M7C3，M23C6）原位析出時(shí)，通常碳化物顆粒較粗大無彌散硬化作用。

異位析出：αM→αP+M3C

α0+MXCY（MC，M2C）異位析出時(shí)，碳化物顆粒細(xì)小，有彌散硬化作用。1.3合金元素對(duì)鋼的相變影響D、回火脆性1.3合金元素對(duì)鋼的相變影響1）第一類回火脆性特征①不可逆；②與回火后的冷速無關(guān)；③晶界脆斷。原因①Fe3C薄膜在晶界形成；②雜質(zhì)元素P、S、Bi等偏聚晶界，降低晶界強(qiáng)度。Me作用①M(fèi)n、Cr↑脆性；②Si↑脆性溫度區(qū)；③

V、Al、Mo等改善脆性。1.3合金元素對(duì)鋼的相變影響1）第二類回火脆性特征①可逆；②回火后慢冷產(chǎn)生，快冷抑制；③晶界脆斷。原因①雜質(zhì)Sb、S、As或N、P等偏聚晶界；②形成網(wǎng)狀或片狀化合物↓晶界強(qiáng)度。Me作用①N、O、P、S、As、Bi等是脆化劑；②Mn、Ni與。雜質(zhì)元素共偏聚，是促進(jìn)劑；③

Cr促進(jìn)其他元素偏聚，是助偏劑；④Mo、W、Ti抑制其他元素偏聚，是清除劑。E、合金元素對(duì)α相再結(jié)晶的影響

合金元素提高α相再結(jié)晶溫度，對(duì)保持回火組織的強(qiáng)度及提高熱強(qiáng)性有作用。α-Feα-Fe0.1%C2%Ni2%Si1%Mn2%Cr1.5W2%Mo再結(jié)晶溫度℃520550550550575630655650原因：合金元素影響固溶體中原子間結(jié)合力及特殊碳化物釘扎位錯(cuò)。1.3合金元素對(duì)鋼的相變影響一、Me對(duì)鋼強(qiáng)度的影響1.4合金元素對(duì)鋼力學(xué)性能的影響1、固溶強(qiáng)化1.4合金元素對(duì)鋼力學(xué)性能的影響對(duì)于C、N等間隙原子，n=0.33~2.0；對(duì)于Mo、Si、Mn等置換式原子：n=0.5~1.0原子固溶→晶格發(fā)生畸變→產(chǎn)生彈性應(yīng)力場(chǎng)，與位錯(cuò)發(fā)生交互作用→增加位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力→提高強(qiáng)度，降低塑韌性。2、細(xì)晶強(qiáng)化1.4合金對(duì)鋼力學(xué)性能的影響晶粒越細(xì)→晶界、亞晶界越多→有效阻止位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)→產(chǎn)生位錯(cuò)塞積強(qiáng)化→既提高強(qiáng)度，又提高塑韌性，是最理想的強(qiáng)化途徑。1.4合金元素對(duì)鋼力學(xué)性能的影響3、第二相強(qiáng)化1.4合金元素對(duì)鋼力學(xué)性能的影響

第二相釘扎位錯(cuò)，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，第二相間距λ越小，強(qiáng)化效果越大。運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)遇到滑移面上的第二相粒子時(shí)主要通過切過或繞過機(jī)制，滑移才能繼續(xù)進(jìn)行→提高強(qiáng)度，但稍降低塑韌性。鋼中第二相粒子來源：回火時(shí)彌散沉淀析出；淬火時(shí)殘留的第二相。1.4合金元素對(duì)鋼力學(xué)性能的影響4、位錯(cuò)強(qiáng)化1.4合金對(duì)鋼力學(xué)性能的影響位錯(cuò)密度ρ增加→位錯(cuò)交割、纏結(jié)→有效地阻止了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)→提高強(qiáng)度，降低塑韌性。

位錯(cuò)強(qiáng)化在強(qiáng)化的同時(shí)，也降低了伸長率，提高了韌脆轉(zhuǎn)變溫度TK。1.4合金元素對(duì)鋼力學(xué)性能的影響二、Me對(duì)鋼韌性的影響1、斷裂機(jī)制

1.4合金元素對(duì)鋼力學(xué)性能的影響

（a）延性斷裂（b）解理斷裂（c）沿晶斷裂延性斷裂的微觀機(jī)制是微孔坑的形成、聚集和長大的過程。解理斷裂抗力與晶粒大小有關(guān)：晶粒越細(xì)，則位錯(cuò)塞積的數(shù)目下降，便不易產(chǎn)生應(yīng)力集中，使解理斷裂不易產(chǎn)生，因而韌性增高。沿晶斷裂是晶界弱化而引起的：①溶質(zhì)原子（如P、As、Sb、Sn）在晶界上偏聚；②第二相質(zhì)點(diǎn)（如MnS、Fe3C等）沿晶界分布。2、影響韌性的因素

一般情況，鋼強(qiáng)度↑→塑韌性↓，稱為強(qiáng)韌性轉(zhuǎn)變矛盾。除細(xì)化組織強(qiáng)化外，其他強(qiáng)化因素都會(huì)不同程度地降低韌性。危害最大的是間隙固溶；沉淀強(qiáng)化危害較小，但對(duì)強(qiáng)化貢獻(xiàn)較大。強(qiáng)化因素1.4合金元素對(duì)鋼力學(xué)性能的影響1.4合金元素對(duì)鋼力學(xué)性能的影響合金元素Ni↑韌性；Mn在少量時(shí)也有效果；其他常用元素都在不同程度上↓韌性。雜質(zhì)

雜質(zhì)往往是形變斷裂的孔洞形成的核心，因此提高鋼的冶金質(zhì)量時(shí)必須的。第二相

第二相↓韌性。應(yīng)盡量使第二相小、均勻、圓、適量。晶粒度

細(xì)化晶粒既↑強(qiáng)度，又↓↓TK，即↑韌性，是最佳的組織因素。3、提高鋼韌度的合金化途徑1.4合金元素對(duì)鋼力學(xué)性能的影響（1）提高延性斷裂抗力的主要途徑：

①減少鋼中第二相的數(shù)量，特別是夾雜物數(shù)量，改善第二相粒子的性質(zhì)、尺寸、形狀和分布；②提高基體組織的塑性，宜減少基體組織中固溶強(qiáng)化效果大的合金元素，如降低Si、Mn、P、C、N的含量；③提高組織的均勻性，如對(duì)淬火回火鋼，改善韌性的主要措施是提高回火溫度，故而發(fā)展了調(diào)質(zhì)鋼。1.4合金元素對(duì)鋼力學(xué)性能的影響（2）提高解理斷裂抗力的主要途徑：

①細(xì)化晶粒。如通過正火、控制軋制、加入細(xì)化晶粒的合金元素；②鋼的解理斷裂有一個(gè)很重要的特性——冷脆現(xiàn)象。向鋼中加入Ni元素可以顯著降低鋼的Tk

；③更換基體組織，采用沒有冷脆現(xiàn)象的面心立方γ-Fe為基的奧氏體鋼。1.4合金元素對(duì)鋼力學(xué)性能的影響（3）提高沿晶斷裂抗力的主要途徑：

①防止溶質(zhì)原子沿晶界分布，如加入合金元素Mo、Ti或Zr，這幾個(gè)元素與雜質(zhì)元素有更強(qiáng)的交互作用，可以抑制雜質(zhì)元素向晶界偏聚，從而減輕回火脆性傾向；②防止第二相沿晶界析出，如減少鋼中S含量或加入稀土元素形成難熔的稀土硫化物，在高溫加熱時(shí)不會(huì)熔解，可防止MnS在晶界析出。

1.5合金元素對(duì)鋼工藝性的影響

冷成型性包括：深沖、拉延、彎曲等。冷作硬化率是在冷變形過程中，材料變硬變脆程度的表征參量。冷作硬化率高，材料的冷成型性差。

P、Si、C等元素↑冷作硬化率。需要冷成型的材料應(yīng)嚴(yán)格控制P、N量，盡可能↓Si、C等量。一、冷成型性1.5合金元素對(duì)鋼工藝性的影響

熱壓力加工包括：鍛造、軋制、拉拔等。

Me溶入基體→產(chǎn)生畸變，↑熱變形抗力→熱壓力加工性能↓。如Mo、W、Cr、V等元素影響較大。C和Me量較多時(shí)，形成共晶K，熱壓力加工性更差。合金鋼的熱壓力加工性能比碳鋼差。高速鋼等高合金鋼的熱壓力加工難度是較大的。二、熱壓力加工性1.5合金元素對(duì)鋼工藝性的影響

不同情況側(cè)重點(diǎn)不同，如粗加工，主要考慮加工速度；精加工主要考慮表面粗糙度。為提高鋼的切削性能，可加入S、Pb、P。碳鋼硬度在179~230HB時(shí)，切削性能最好。對(duì)組織來說，P:F=1:1時(shí)較佳。不同含碳量的鋼要得到較好的切削性，其預(yù)處理是不同的：對(duì)碳鋼：<0.1%C，宜淬火；

<0.5%C，宜正火；

<0.8%C，宜退火；

>0.8%C，宜球化退火。三、切削加工性1.6鋼的編號(hào)

我國的鋼號(hào)表示方法，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《鋼鐵產(chǎn)品牌號(hào)表示方法》（GB/T221—2000）中規(guī)定，并于2000年11月1日開始實(shí)施。一、GB標(biāo)準(zhǔn)鋼號(hào)表示方法

屈服點(diǎn)數(shù)值共分195、215、235、255、275五個(gè)強(qiáng)度等級(jí)；質(zhì)量等級(jí)最高的是D級(jí)；脫氧方法符號(hào)在鎮(zhèn)靜鋼和特殊鎮(zhèn)靜鋼的牌號(hào)中可省略。專用工程構(gòu)件結(jié)構(gòu)鋼還在牌號(hào)的頭部（或尾部）標(biāo)注出代表產(chǎn)品用途的符號(hào)，例如：壓力容器用鋼牌號(hào)表示為“Q345R”；焊接氣瓶用鋼牌號(hào)表示為“Q295HP”。1、結(jié)構(gòu)鋼：碳素（低合金）結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)表示Q+屈服點(diǎn)值（MPa）+質(zhì)量等級(jí)（A、B、C、D）+脫氧方法（F、b、Z、TZ）1.6鋼的編號(hào)2、機(jī)器零件制造用鋼牌號(hào)由三部分組成，即由“二位數(shù)字+元素符號(hào)+數(shù)字”組成。①前面的兩位數(shù)字表示鋼的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬倍（即萬分之一）；②元素符號(hào)表示所含合金元素，后面的數(shù)字表示合金元素含量的百倍（即百分之一）。合金元素平均含量小于1.50%時(shí)，牌號(hào)中僅標(biāo)明元素，一般不標(biāo)明含量；平均合金含量為1.50%～2.49%、2.50%～3.49%、3.50%～4.49%、4.50%～5.49%、……時(shí)，在合金元素后相應(yīng)寫成2、3、4、5……。③高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼(S、P含量分別≤0.025%)，在牌號(hào)尾部加符號(hào)“A”表示。特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼(S≤0.015%、P≤0.025%)，在牌號(hào)尾部加符號(hào)“E”。1.6鋼的編號(hào)④加S易切削鋼和加S、P易切削鋼，在符號(hào)“Y”和阿拉伯?dāng)?shù)字后