鋼的合金化原理講訴說課講解.ppt

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1、鋼的合金化原理講訴2.雜質(zhì)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(xué)元素。常存雜質(zhì)冶煉殘余，由脫氧劑帶入。Mn、Si、Al；S、P難清除。隱存雜質(zhì)偶存雜質(zhì)生產(chǎn)過程中形成，微量元素O、H、N等。與煉鋼時的礦石、廢鋼有關(guān)，如Cu、Sn、Pb、Cr等。注意:同一元素既可能作為合金元素又可能雜質(zhì)，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(zhì)量。如：當(dāng)H，S，P等元素在鋼中一般都為雜質(zhì)元素，但當(dāng)其作為合金元素時：H—儲氫合金；S—易切削鋼；P—耐磨鋼。熱脆性——S——FeS(低熔點(diǎn)989℃)

2、；？冷脆性——P——Fe3P（硬脆）；？氫脆——H——白點(diǎn)。3.合金鋼在化學(xué)成分上特別添加合金元素用以保證一定的生產(chǎn)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(yán)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,和B等，當(dāng)其含量只在0.1%左右（如B0.001%，V0.2%）時，會顯著地影響鋼的組織與性能，將這種化學(xué)元素稱為微合金元素。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

3、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.Fe-M二元相圖的類型同素異型轉(zhuǎn)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

4、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(kuò)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(kuò)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γ相區(qū)示意圖2）擴(kuò)大γ相區(qū)有C，N，Cu等。如Fe-C相圖，形成的擴(kuò)大的γ相區(qū)，構(gòu)成了鋼的熱處理的基礎(chǔ)。擴(kuò)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(jié)果使δ相區(qū)與α相區(qū)連成一片。如

5、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(chǎn)中的意義可以利用M擴(kuò)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(yīng)用廣泛。合金元素對相圖的影響，可以預(yù)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(kuò)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(dāng)Mo>8.2%,W>12%,Ti>1.0%,V>4.5%,Si>

6、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(diǎn)左移。提問：對組織與性能有何影響呢？四、Me在鋼中的存在形式1、退火、正火態(tài)非K形成元素基本上固溶于基體中，而K形成元素視C和本身量多少而定。優(yōu)先形成K，余量溶入基體。2、淬火態(tài)Me分布與淬火工藝有關(guān)。溶入A體的元素淬火后存在于M、B中或AR中；未溶者仍在K中。3、回火態(tài)低回:Me不重新分布；>400℃，Me開始重新分布。非K形成元素仍在基體中，K形成元素逐步進(jìn)入析出的K中，其程度決定于回火溫度和時間。（一）Me在不同狀態(tài)下的分布（二）Me的偏聚（seg

7、regation）Me偏聚→缺陷處C’>基體平均C這種現(xiàn)象也稱為吸附現(xiàn)象。偏聚現(xiàn)象對鋼的組織和性能產(chǎn)生了較大影響，如晶界擴(kuò)散、晶界斷裂、晶界腐蝕、相變形核等都與此有關(guān).Me+⊥：溶質(zhì)原子在刃型位錯處吸附，形成柯氏氣團(tuán)；Me+≡：溶質(zhì)原子在層錯處吸附形成鈴木氣團(tuán)；Me+◎：溶質(zhì)原子在螺位錯吸附形成Snoek氣團(tuán).偏聚機(jī)理溶質(zhì)原子在缺陷處偏聚，使系統(tǒng)自由能↓，符合自然界最小自由能原理。結(jié)構(gòu)學(xué)：缺陷處原子排列疏松，不規(guī)則，溶質(zhì)原子容易存在；能量學(xué)：原子在缺陷處偏聚，使系統(tǒng)自由能↓，符合自然界最小自由能原理。（在沒有強(qiáng)制外

8、力作用下，事物總是朝著↓能量的方向發(fā)生。即使暫時不發(fā)生，也存在潛在的趨勢。熱力學(xué)：該過程是自發(fā)進(jìn)行的，其驅(qū)動力是溶質(zhì)原子在缺陷和晶內(nèi)處的畸變能之差。影響因素缺陷處溶質(zhì)濃度溫度T：T↓，內(nèi)吸附強(qiáng)烈；時間t：偏聚需要原子擴(kuò)散→需要一定時間；缺陷本身：缺陷越混亂，E↑，吸附也越強(qiáng)烈;其它元素：①間接作用:優(yōu)先吸附問題,B與C②直接作用:影響吸附元素D,Mn↑DP，