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1、第一章鋼的合金化原理主要內容鋼中的合金元素合金鋼中的相組成（重點）合金元素對相變的影響（重點）合金元素對鋼的強韌性和工藝性能的影響§1.1鋼中的合金元素一.幾個概念1.合金元素特別添加到鋼中為了保證獲得所要求的組織結構從而得到一定的物理、化學或機械性能的化學元素。（常用M來表示）如：B,C,N;Al,Si,P,S;Ti,V,Cr,Mn,Co,Ni,Cu;Y,Zr,Nb,Mo;W,Ta,La系。2.雜質元素由冶煉時所用原材料以及冶煉方法和工藝操作等所帶入鋼中的化學元素。注意:同一元素既可能作為合金元
2、素又可能雜質，若屬于前者，則決定鋼的組織與性能；若屬于后者，則影響鋼的質量。如：當H，S，P等元素在鋼中一般都為雜質元素，但當其作為合金元素時：H—儲氫合金；S—易切削鋼；P—耐磨鋼。3.合金鋼在化學成分上特別添加合金元素用以保證一定的生產和加工工藝以及所要求的組織與性能的鐵基合金。M<5％時，稱為低合金鋼；M5~10％，稱為中合金鋼；M>10％,稱為高合金鋼；不過這種劃分并沒有嚴格的規(guī)定。4.微合金元素與微合金化鋼微合金元素有些合金元素如V，Nb，Ti,Zr和B等，當其含量只在0.1%左右（如B
3、0.001%，V0.2%）時，會顯著地影響鋼的組織與性能，將這種化學元素稱為微合金元素。微合金鋼加入了微合金元素,使鋼的組織或性能有明顯改變的這類鋼則稱為微合金鋼。二.M分類及Fe-M的類型1.合金元素M的分類鐵族金屬——Co,Ni,Mn。難熔金屬——W,Mo,Nb,V,Cr.輕金屬——Ti,Al,Mg,Li稀土金屬——La，Ce和Nd等貴金屬元素——Au,Ag按M與C的親和力的大小分為：碳化物形成元素：Ti,Zr,V,Nb,Cr,Mo,W,Mn非碳化物形成元素：Cu,Ni,Co,Si,Al2.F
4、e-M二元相圖的類型同素異型轉變A3（910℃）A4（1390℃）α-Fe←----→γ–Fe←----→δ-Fe奧氏體形成元素：在γ-Fe中有較大的溶解度,且能穩(wěn)定γ相；如Mn,Ni,Co,C,N,Cu；鐵素體形成元素：在α-Fe中有較大的溶解度，且能穩(wěn)定α相。如：V，Nb,Ti等。按照M對Fe-M影響:擴大γ相區(qū)使A3降低，A4升高。一般為奧氏體形成元素縮小γ相區(qū)：使A3升高，A4降低。一般為鐵素體形成元素擴大γ相區(qū)分為兩類：1）開啟γ相區(qū)Mn,Ni,Co與γ-Fe無限互溶.Fe-Ni合金開啟
5、γ相區(qū)示意圖2）擴大γ相區(qū)有C，N，Cu等。如Fe-C相圖，形成的擴大的γ相區(qū)，構成了鋼的熱處理的基礎。擴大γ相區(qū)示意圖Fe-C相圖縮小γ相區(qū)：也分為兩類:1）封閉γ相區(qū)使相圖中γ區(qū)縮小到一個很小的面積形成γ圈,其結果使δ相區(qū)與α相區(qū)連成一片。如V,Cr,Si,A1,Ti,Mo,W,P,Sn,As,Sb。封閉γ相區(qū)示意圖2）縮小γ相區(qū)：Zr,Nb,Ta,B,S,Ce等。3.生產中的意義可以利用M擴大和縮小γ相區(qū)作用，獲得單相組織，具有特殊性能，在耐蝕鋼和耐熱鋼中應用廣泛。合金元素對相圖的影響，可以
6、預測合金鋼的組織與性能。三.M對Fe-C相圖的影響1.改變了奧氏體區(qū)的位置錳含量及鉬含量對鐵碳相圖奧氏體區(qū)的影響2.改變了共晶溫度擴大γ相區(qū)的元素使A1，A3下降；縮小γ相區(qū)的元素使A1，A3升高。當Mo>8.2%,W>12%,Ti>1.0%,V>4.5%,Si>8.5%，γ相區(qū)消失。3.改變了共析含碳量所有合金元素均使S點左移。提問：對組織與性能有何影響呢？四.M與鋼中晶體缺陷的相互作用晶界內吸附1.概念合金元素或雜質元素溶入基體后，與晶體缺陷產生交互作用，溶質原子在內界面缺陷區(qū)的濃度大大超過在
7、基體中的平均濃度，這種現(xiàn)象稱晶界內吸附。如B,Zr,Ti,Nb,Mo,P,Sb,Re,C,N等。2.對組織與性能影響很大回火脆性：當P，As，Sn，Bi，Sb在晶界發(fā)生偏聚時----晶界脆性；淬透性：鋼中加微量B時，大大提高鋼的淬透性；晶界強化：耐熱鋼中加入B，Zr等，提高晶界強度；晶界遷移與晶界擴散晶間腐蝕優(yōu)先成核：相變時晶體缺陷處優(yōu)先成核。3.為什么會產生晶界內吸附？晶界層內原子排列比較稀疏，溶質原子處在晶界層產生的畸變能比處在晶內產生的畸變能要小得多，這種畸變能之差產生晶界內吸附；溶質原子與
8、晶界和晶內的靜電交互作用。Cg----溶質原子在缺陷處吸附濃度Co----溶質原子在鋼中的平均濃度，Q----單位溶質原子在未畸變區(qū)和進入缺陷區(qū)引起的畸變能之差，單位為cal/g當Q升高時，Cg/Co提高，說明內吸附嚴重；當T升高時，Cg-→Co，內吸附降低；T降低時，內吸附提高。溶質原子晶界內吸附的近似關系式：五.合金鋼的分類與編號1.鋼的分類按用途分類工程結構鋼機械制造結構鋼工具鋼（刃具鋼、模具鋼、量具鋼）特殊性能鋼（不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼、超強鋼）按金相組織分類1）按平衡狀態(tài)
