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1、第一章 钢的合金化基础,主讲:黄丽红,主要内容,0. 前言1. 钢中合金元素及其分类依据2. 合金元素对钢的作用3. 钢的强化机制4. 改善钢塑性和韧性的途径5. 合金元素对钢相变的影响6. 钢的冶金质量,0 前言,合金化:加入适当元素改变金属性能的方法。合金元素、合金钢(主要元素:Cr、Ni、Mo、W、V 常存元素:Mn、Si )注意:合金元素不一定直接影响钢性能,大部分是由于影响相变过程。,(1)杂质元素(impurity- element),常存杂质,冶炼残余,由脱氧剂带入。 Mn、Si、Al;S、P难清除。,隐存杂质,偶存杂质,生产过程中形成, 微量元素O、H、N等。,与炼钢时的矿石、
2、废钢有关, 如Cu、Sn、Pb、Cr等。,1. 钢中合金元素及其分类依据,热脆性 S FeS(低熔点989);? 冷脆性 P Fe3P(硬脆); ? 氢 脆 H 白点。,(2)合金元素(alloying-element) 为合金化目的加入,其加入量有一定范围的元素称为合金元素。 钢中常用合金元素: Si、Mn、Cr、Ni、W、Mo、V、Ti等。,1. 钢中合金元素及其分类依据,一、合金元素在钢中的分布第二周期:B、C、N;第三周期:Al、Si第四周期:Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、第五周期:Zr、Nb、Mo第六周期:W第七周期:稀土元素、TaS、P一般为杂质元素,1. 钢中合金元素及
3、其分类依据,一、合金元素在钢中的分布合金元素的存在形式(溶于钢中或形成新相),主要包括:溶于铁素体、奥氏体或马氏体中,形成固溶体;溶入基体形成强化相;(形成碳化物或金属间化合物)-强化相形成非金属夹杂物;(氧化物、氮化物或硫化物等)第二相以游离状态存在。单质取决于种类特点、含量、冶炼方法及热处理工艺等,合金元素在钢中的存在形式,固溶体,化合物,游离态,固溶体,碳化物,金属间化合物,非金属夹杂物,合金渗碳体,特殊碳化物,合金元素在钢中的存在形式,例:形成合金F 合金元素溶入F后,由于原子半径和晶格类形的差异,必然引起晶格畸变,产生固溶强化,使的强度、硬度,而塑、韧性略有下降。P、Si、Mn、Ni
4、是显著的强化元素。,固溶体,固溶于F、A、M中Ni、Si、Co、Mn、Cr、Mo、W,它是合金元素溶入渗碳体中并置换部分铁原子而形成的碳化物。(Fe , Me)3CMe代表Mn、Cr等合金元素。合金渗碳体比一般渗碳体稳定,硬度高,所以可以提高耐磨性。,合金渗碳体,如(Fe,Mn)3C、 (Fe,Cr)3C、(Fe,Mo)3C、 (Fe,W)3C、等,由中强或强碳化物形成元素形成的碳化物。其共同特点是:熔点高、硬度高、稳定性高、很难溶入中。,特殊碳化物,VC、TiC、NbC、ZrC、WC、MoC 、 W2C、 Mo2C、 Cr23C6、 Cr3C7、 Fe3Mo3C、 Fe3W3C、,金属间化合
5、物,FeS、FeCr、Ni3Al、 Ni3Ti、 Fe2W,非金属夹杂物,Al2O3、AlN、 SiO2、 TiO2 、MnS,游离态,如Pb、Cu等,*合金元素改善钢的热处理工艺性能,除Mn,(P)外,所有合金元素都阻碍钢在加热时A晶粒的长大,尤其是Ti、V、Nb、Zr、Al等,可形成C、N化物,阻碍晶界迁移,细化晶粒。P21王晓敏 工程材料学,1. 细化奥氏体晶粒,除Co外,固溶于A中的合金元素总是不同程度的增加稳定性,延缓的转变,使C曲线右移,淬透性提高。合金钢可选择油淬,高合金钢甚至空冷即可获得M组织。Cr、Mn、Mo、Si、Ni、B,2. 提高淬透性,除Co、Al外,所有合金元素降低
6、Ms 、Mf增加残余奥氏体含量,按作用由强到弱:Mn、Cr、Ni、Mo、W、Si,2. 提高淬透性,3. 提高回火抗力,产生二次硬化,防止第二类回火脆性,回火抗力是指淬火钢在回火过程中抵抗硬度下降的能力,又称回火稳定性。合金元素固溶于淬火M中可减慢碳的扩散,阻碍碳化物从过饱和固溶体中析出,推迟M的分解,延缓硬度下降,因此,合金钢具有较高的回火抗力。,在相同回火温度下,含碳量相同的合金钢的硬度较碳钢高。,在要求相同硬度条件下,合金钢的回火温度高,塑韧性好。,1. 钢中合金元素及其分类依据,二、合金元素的分类1、与铁的相互作用(1)奥氏体(austenite)形成元素:C、N、Mn、Cu、Ni、C
7、o、W等,(优先分布于奥氏体中)奥氏体形成能力=Ni%+30C%+30N%+0.5Mn%+0.25Cu% (2)铁素体(ferrite)形成元素:Cr、V、Si、Al、Ti、Mo、W等,(优先分布于铁素体中),1. 钢中合金元素及其分类依据,二、合金元素的分类2、与碳的相互作用(1)非碳化物形成元素:Al、Si、Cu、Ni、P等,(易溶于奥氏体或铁素体中或形成夹杂)(2)碳化物形成元素:Cr、V、Ti、Mo、 Zr、Nb等,(形成碳化物或溶于固溶体中),1. 钢中合金元素及其分类依据,二、合金元素的分类3、对奥氏体层错能的影响分类(1)提高奥氏体层错能的元素:Cu、Ni、C等;(2)降低奥氏体
8、层错能的元素: Mn、 Cr、Ru(钌)、Ir(铱)等。层错是一种晶体缺陷,它破坏了晶体排列的周期性,引起能量升高。产生单位面积的层错所需能量为“层错能” 。(层错能愈小,出现层错的几率愈大),一、Me和Fe的作用 纯Fe Fe-C相图的变化特点。Me和Fe的作用:,1、稳定化元素,使A3,A4,区扩大,a) 与区无限固溶 Ni、Mn、Co 开启区 量大时, 室温为相;,b) 与区有限固溶 C、N、Cu 扩大区。,2. 合金元素与铁碳的相互作用及其对奥氏体层错能的影响,2、稳定化元素,使A3,A4,区缩小,a) 完全封闭区 Cr、V、 W、Mo、Ti Cr、V与-Fe完全互溶,量大时相 W、M
9、o、Ti 等部分溶解,b) 缩小区 Nb等。,稳定相 A形成元素,稳定相 F形成元素。,(a) Ni,Mn,Co,(b) C,N,Cu,(c) Cr,V,(d) Nb,B等,图1 合金元素和Fe的作用状态,1.2 铁基固溶体一、置换固溶体 合金元素在铁点阵中的固溶情况,注:有些元素的固溶度与C量有关,不同元素的固溶情况是不同的。为什么?简单地说:这与合金元素在元素周期表中的位置有关。,常用合金元素点阵结构、电子结构和原子半径,注:1、电子结构是3d层电子数;2、原子半径是配位数12的数值,(1)Ni、Mn、Co与-Fe的点阵结构、原子 半径和电子结构相似无限固溶;,(2)Cr、V与-Fe的点阵
10、结构、原子半径和 电子结构相似无限固溶;,(3)Cu和-Fe点阵结构、原子半径相近, 但电子结构差别大有限固溶;,(4)原子半径对溶解度影响:R8%, 可以形成无限固溶;15%,形成有限 固溶; 15%,溶解度极小。,结论,合金元素的固溶规律, 即Hume-Rothery规律,决定组元在置换固溶体中的溶解度因素是点阵结构、原子半径和电子因素,无限固溶必须使这些因素相同或相似., 有限固溶 C、N、B、O等, 溶解度,溶剂金属点阵结构:同一溶剂金属不 同点阵结构,溶解度是不同的 如-Fe与-Fe 。,溶质原子大小:r,溶解度。 N溶解度比C大 : RN=0.071nm, RC=0.077nm。,
11、间隙位置 优先占据有利间隙位置 畸变为最小。 间隙位置总是没有被填满 最小自由能原理。,二、间隙固溶体,二、Me和碳(氮)的作用,(一)钢中常见的碳化物 K类型、大小、形状和分布对钢的性能有很重要的作用。,非K形成元素:Ni、Si、Al、Cu等 K形成元素: Ti、Zr、Nb、V;W、Mo、Cr;Mn、Fe (由强到弱排列),钢中常见的K类型有: M3C:渗碳体,正交点阵; M7C3:例Cr7C3,复杂六方 ; M23C6:例Cr23C6,复杂立方 ; M2C:例Mo2C、W2C。密排六方 ; MC:例VC、TiC,简单面心立方点阵 ; M6C:不是一种金属K。复杂六方点阵 。 K也有空位存在
12、 ;可形成复合K , 如(Cr,Fe,Mo,)7C3,复杂点阵结构:M23C6 、M7C3 、M3C。 特点:硬度、熔点较低,稳定性较差;,简单点阵结构:M2C、MC。又称间隙相。 特点:硬度高,熔点高,稳定性好。,M6C型不属于金属型的碳化物, 复杂结构, 性能特点接近简单点阵结构。,1、K类型 K类型与Me的原子半径有关。 各元素的rc/rMe的值如下: Me Fe Mn Cr V Mo W Ti Nb rc/rMe 0.61 0.60 0.61 0.57 0.56 0.55 0.53 0.53,(二)K形成的一般规律,rc/rMe 0.59 复杂点阵结构,如Cr、Mn、Fe ,形成Cr7
13、C3、Cr23C6、Fe3C、Mn3C等形式的K;,rc/rMe 0.59 简单结构相,如Mo、W、V、Ti等,形成VC等MC型,W2C等M2C型 。,Me量少时,形成复合K,如(Cr, M)23C6型 。,2、相似者相溶,完全互溶:原子尺寸、电化学因素均相似。 如Fe3C,Mn3C (Fe,Mn)3C;TiC VC。,有限溶解:一般K都能溶解其它元素,形成复合K 如Fe3C中可溶入一定量的Cr、W、V等. 最大值为 20%Cr, 2%W, 0.5%V; MC型不溶入Fe,但可溶入少量W、Mo。,溶入强者,使K稳定性 ;溶入弱者,使K稳定性,3、强者先,依次成,K形成元素中,强者优先与C结合,
14、随C,依次形成K。如:在含Cr、W钢中,随C,依次形成M6C,Cr23C6 ,Cr7C3 , Fe3C。 如果钢中C量有限,则弱的K形成元素溶入固溶体。如:在低碳含Cr、V的钢中,大部分Cr都在基体固溶体中。,4、NM/NC比值决定了K类型,形成什么K主要决定于当时的NM/NC比值。,退火态: 在Cr钢中,随NM/NC ,先后形 成顺序为:M3CM7C3M23C6 。 回火态:基体中的NM/NC,则析出的K中 NM/NC也。如W钢回火时,析出顺序为: Fe21W2C6 WC Fe4W2C W2C,NW/NC 是不断。,5、强者稳,溶解难, 析出难,聚集长大也是难,MC型在1000以上才开始溶解
15、;回火时,在500700才析出,并且不易长大,产生“二次硬化”效果。这在高合金钢中是很重要的强化方法。,(三)金属间化合物 合金钢中由于M之间以及M与Fe之间产生相互作用,可能形成各种金属间化合物。保持金属的特点。 合金钢中比较重要的金属间化合物有: 相(AB) 拉夫斯相(AB2) 有序相(AB3),相 在高铬不锈钢、铬镍(锰)奥氏体不锈钢、耐热钢及耐热合金中,都会出现相(如Cr46Fe52),伴随着相的析出,钢和合金的塑性和韧性显著下降,脆性增加。 如Cr-Mn、Cr-Co、Mo-Mn等。 AB2 含钨,钼,铌和钛的复杂成分耐热钢和耐热合金中,均存在AB2相,强化相。 如(W,Mo,Nb)(
16、Fe,Ni,Mn,Cr)2 其组元A的原子直径和第二组元B的原子直径之比为1.2/1 。,AB3 各组元之间尚不能形成稳定的化合物,处于固溶体到化合物的过渡状态。有序无序转变温度较低,超过了就形成无序固溶体,如Ni3Fe, Ni3Mn等;有序状态可保持高熔点,更接近金属间化合物,如Ni3Al, Ni3Ti, Ni3Nb。Ni3Al是典型的复杂成分的耐热钢和耐热合金中的强化相 。,(四)Me对奥氏体层错能的影响,(1)提高奥氏体层错能的元素:Cu、Ni、C等;(2)降低奥氏体层错能的元素: Mn、 Cr、Ru、Ir等。层错能越低,有利于位错扩展和形成层错,使滑移困难,使钢的加工硬化趋势增大。如:
17、高镍钢和高锰钢。(锰:加工硬化特点),对钢相变行为的影响:奥氏体层错能对Fe-Ni-C合金中马氏体形态的影响,(四)Me对奥氏体层错能的影响,一、Me对钢强化的形式及其机理 强化本质:,各种强化途径,塑变抗力,位错运动阻力,钢强度,3. Me对钢的强韧化机制,表达式,对于C、N等间隙原子, n = 0.332.0; 对于Mo、Si、Mn等置换式原子:n = 0.51.0 。,机理,效果,提高强度,降低塑韧性,原子固溶 晶格发生畸变 产生弹性应力场,与位错交互作用位错运动阻力,1、固溶强化,合金元素对低碳铁素体强度和塑性的影响 Si、Mn的固溶强化效应大,但Si 1.1%,Mn 1.8%时,钢的
18、塑韧性将有较大的下降。C、N固溶强化效应最大。,2、位错强化,表达式,机理,位错密度 位错交割、缠结, 有效地阻止了位错运动 钢强度。 对bcc晶体,位错强化效果较好,效果,在强化的同时,同样也降低了伸长率,提高了韧脆转变温度TK,途径:细化晶粒:晶界数量增加,位错数量增加;宜加入细化晶粒的合金元素Al、Nb、V、Ti等(晶界强化)形成第二相粒子:位错遇到第二相粒子会绕过时,位错数量增多;宜加入强碳化物形成元素V、Ti、W、Mo、Nb等促进淬火效应:淬火后获得板条M,位错形亚结构;宜加入提高淬透性元素Mo、Mn、Cr、Ni、Si、B等降低层错能:使位错易于扩展和形成层错,位错交互作用增加,滑移
19、困难,加入降低层错能的元素Mn、 Cr、Ru、Ir等,3、晶界强化,表达式,机理,晶粒越细 晶界、亚晶界越多 有效阻止位错运动,产生位错塞积强化。,效果,钢的强度,塑性和韧度这是最理想的强化途径.,著名的Hall-petch公式 式中,d为晶粒直径,Kg为系数,4、第二相强化,表达式,机理,微粒第二相钉扎位错运动强化效果。 主要有切割机制和绕过机制。在钢中主要是绕过机制。 两种情况:回火时弥散沉淀析出强化, 淬火时残留第二相强化。,效果,有效提高强度,但稍降低塑韧性。,钢强度表达式,小结:工程上屈服强度是四种强化机制共同作用的结果。,0 派纳力;i 某种强化机制引起的屈服强度增加量,对结构钢,
20、晶界强化和沉淀强化贡献最大。合金钢与C钢的强韧性差异,主要不在于Me本身的强化作用,而在于Me对钢相变过程的影响,并且Me的良好作用,只有在进行合适的热处理条件下才能充分得到发挥。,需要充分理解,塑性和韧性是对变形和断裂的综合描述。与应力集中、应力缓和、能量吸收及消散、加工硬化及裂纹的形成和扩散有关。塑性plastic:静拉伸时,断后伸长率和断面收缩率表示;韧性toughness :断裂前吸收能量和进行塑性变形的能力。包括:变形和断裂吸收功、冲击韧度K、断裂韧性KIC、韧脆转变温度Tk通常以冲击强度的大小来衡量。,4. Me对钢塑韧性的影响,一、改善钢塑性的基本途径塑性指标:均匀真应变(u):
21、表征均匀塑性变形能力的大小;主要取决于塑性失稳是否易于出现。总真应变(T = u + p ):表征钢的极限塑性变形的能力。 p:颈缩后的变形,取决于微孔坑或微裂纹形成的能力。 途径:提高均匀塑性的同时,尽量避免或推迟微孔坑的形成,防止裂纹扩展。,二、影响钢塑性的主要因素包括: 强化机制溶质原子的影响 固溶强化晶粒大小的影响 晶界强化第二相的影响 第二相强化位错的影响 位错强化,二、影响钢塑性的主要因素1)溶质原子的影响:在-Fe中,加入合金元素,塑性降低。强化元素量增加,塑性降低。(间隙式溶质原子C、N使塑性下降成都远高于置换式溶质原子,其中Mn、Si使塑性损失最大,且加入量越多,均匀应变越低
22、。)在-Fe中,一般塑性在一定溶质含量处出现最大值。(见图1.5),二、影响钢塑性的主要因素2)晶粒大小的影响:细化晶粒的元素可改变钢的极限塑性。因为:晶粒尺寸减小,应力集中减弱,推迟微孔坑的形成。工具钢合金化的主要的出发点,二、影响钢塑性的主要因素3)第二相的影响: (第二相强化) 极限塑性(T)第二相粒子通过本身断裂、或与基体的界面开裂,成为诱发微孔坑的部位。第二相数量越多,易形成微孔坑;第二相尺寸越大,越低;粒子呈针状或片状对T危害较大,球状时危害较小;第二相粒子均匀分布时对T危害较小,沿晶界分布危害较大。因此,第二相粒子应为球状、细小、均匀、弥散的分布。(发挥弥散强化的作用),二、影响
23、钢塑性的主要因素3)第二相的影响: 第二相粒子包括:硫化物、碳化物、氧化物硫化物和氧化物易于使微孔坑在早期形成;碳化物能在微孔坑形成之前经受较大变形,对极限塑性危害较小。因此,改善钢塑性可以对第二相粒子控制,二、影响钢塑性的主要因素3)第二相的影响: 第二相粒子强化时,改善塑性的方法:控制碳化物数量、尺寸、形状和分布; (可以通过合金化与回火、球化处理等方式,使碳化物呈球状、细小、均匀、弥散分布)减少钢中夹杂物数量,控制夹杂物形态。(减少钢中硫和氧含量,并使其氧化物呈球状;加入Ca、Zr或稀土元素,与钢形成难溶硫化物,铸锭时以小颗粒析出。),二、影响钢塑性的主要因素4)位错的影响:位错密度增加
24、,塑性降低。如:在钢强化时,如有间隙原子C、N会钉扎位错(碳氮等小原子偏聚在位错下,使位错稳定化),阻碍位错运动,降低塑性。 此时,加入少量Ti、V、Nb等微量元素固定间隙原子,使之不向位错处偏聚,可一定程度改善塑性。,(1)影响韧性的因素,强化因素,一般情况,钢强度塑韧, 称为强韧性转变矛盾。除细化组织强化外,其它强化因素都会不同程度地韧性。 危害最大是间隙固溶; 沉淀强化较小,但对强化贡献较大。,合金元素,Ni韧性;Mn在少量时也有效果;其它常用元素都在不同程度上韧性,4. Me对钢塑韧性的影响,晶粒度,细晶既S,又TK, 即 韧性 最佳组织因素。,第二相,K韧性。K 小、匀、圆、适量 工
25、艺努力方向。,杂质往往是形变断裂的孔洞形成核心, 提高钢的冶金质量是必须的。,杂质,合金元素对铁素体 冲击韧度的影响,晶粒大小对强度、韧脆转 变温度TK的影响,(2)提高钢韧性的合金化途径,1)细化晶粒、组织 Ti、Nb、V、W、Mo; 2)回火稳定性 强K形成元素 ; 3)改善基体韧性 Ni ; 4)细化K 适量Cr、V,使K细小均布 ; 5)回脆 W、Mo ; 6)在保证强度水平下,适当含C量. 冶金质量。,思考题: 有些零件为什么要经过调质处理,而不直接用正火态?,5.1 Me对Fe-C相图的影响一、对S、E点的影响 A形成元素均使S、E点向左下方移动, F形成元素使S、E点向左上方移动
26、。 S点左移意味着共析C量减小 ; E点左移意味着出现莱氏体的C量降低 。,合金元素对共析温度的影响,合金元素对共析碳量的影响,5. Me对钢相变的影响,二、对临界点的影响 A形成元素Ni、Mn等使A1(A3)线向下移动; F形成元素Cr、Si等使A1(A3)线向下移动。,三、对-Fe区的影响 A形成元素Ni、Mn等使-Fe区扩大钢在室温下也为A体 奥氏体钢; F形成元素Cr、Si等使-Fe区缩小钢在高温下仍为F体 铁素体钢。,铬对钢区的影响 锰对钢区的影响,5.2 合金钢的加热A化 一、K在A中的溶解规律,基本规律,1)K稳定性越好,溶解度就越小;,2)温度,溶解度, 沉淀析出;,3)K稳定
27、差的先溶解 ;,4)A中有弱K形成元素,则会C 活度ac , K的溶解;非K形成元素(如Ni)则相 反,ac,K的溶解。如:较多Mn的存在 使VC的溶解温度从1100降至900。,碳(氮)化物在奥氏体中的溶解度与加热温度的关系,二、A体均匀化 A体刚形成时,C和Me的分布是不均匀的. 合金钢加热均匀化与碳钢相比有什么区别 ?,三、A体晶粒长大 1)Ti、Nb、V,W、Mo晶粒长大; 2)C、N、B晶粒长大; 3)Ni、Co、Cu作用不大 。,5.3 过冷A体的分解一、过冷A体的稳定性,过冷A体稳定性实际上有两个意义:孕育期和相变速度。孕育期的物理本质是新相形核的难易程度,转变速度主要涉及新相晶
28、粒的长大。,1)Ni、Si和Mn,大致保持 C钢的“C”线形状,使 “C”线向右作不同程度的移动;,2) Co不改变“C”线,但使“C”线左移;,3)K形成元素,使“C”线右移,且改变形状。 Me不同作用,使“C”曲线出现不同形状,大致 有五种。,“C”曲线五种形状,常用合金元素对奥氏体等温转变曲线的影响 (上左) 强K形成元素 (上右) 中、弱K形成元素 (下左) 非K形成元素,图例1-综合合金化提高过冷的稳定性,图例2-综合合金化提高过冷的稳定性,二、过冷A体的P、B转变 P转变 :需要C和Me都扩散 ; 综合影响顺序:Mo、W、Mn、Cr、Ni、Si 贝氏体转变 :C原子作短程扩散,Me
29、几乎没有扩散。 影响顺序:Mn、Cr、Ni、Si ,而W、Mo等影响很小。三、Me对Ms的影响 各种Me对Ms位置的影响程度是不同的。,5.4 合金钢的回火转变一、M分解,低温回火:C和Me扩散较困难,Me影响不大,中温以上:Me活动能力增强,对M分解产生不同程度影响:,1)Ni、Mn的影响很小;,2)K形成元素阻止M分解,其程度与它们与C的亲和力大小有关。这些Meac,阻止了渗碳体的析出长大;,3)Si比较特殊: 300时强烈延缓M分解,Si 和Fe的结合力 Fe和C的结合力 ,ac,-FeXC的形核、长大,Si能溶于,不溶于Fe3C,Si要从中出去, Fe3C。,效果: 含2% Si能使M
30、分解温度从260提高到350以上,4)合金钢回火时M中含C量变化规律,基本规律, 渗碳体形成开始温度与合金化无关;, 含非碳化物形成元素(Si除外)的合金 钢(线2)和C钢(线1)规律相同;, 在相同回火温度Tt下,合金钢马氏体中含 C量要比C钢的高,如图中的C3 C1,2 ;, 不同合金中,马氏体中析出特殊碳化物 的温度TK是不同的,线3的下降幅度也是 不同的。,回火时马氏体中C量的变化,二、回火时K的形成,各元素明显开始扩散的温度为: Me Si Mn Cr Mo W V T, 300 350 400500 500 500550,1)K长大 聚集温度:M3C型,350 400;其它K ,4
31、50 600;,2)K成分变化和类型转变K转变 -FeXC Fe3C M3C 亚稳特殊K特殊K T, 500 能否形成特殊K,取决于: Me性质、NM/NC比值; T和t 。,钒钢(0.3C,2.1V)在1250淬火不同温度回火2h,碳化物成分、结构和硬度的变化,3)特殊K的形成 原位析出:M 0 + M3C MXCY ( M7C3 , M23C6 ) 异位析出 :M P + M3C 0 + MXCY ( MC ,M2C ) 特殊K析出 二次硬化,直接析出 贡献最大,三、回火脆性 1、第1类回火脆性,脆性特征, 不可逆; 与回火后冷速无关; 晶界脆断。,产生原因,Me作用, Fe3C薄膜在晶界
32、形成; 杂质元素P、S、Bi等偏聚晶界, 晶界强度。,Mn、Cr脆性;V、Al改善脆性; Si 脆性温度区.,2、第2类回火脆性,脆性特征, 可逆; 回火后慢冷产生,快冷抑制; 晶界脆断 .,产生原因, 杂质Sb、S、As或N、P等偏聚晶界; 形成网状或片状化合物,晶界强度。 高于回脆温度,杂质扩散离开晶界或化合物分解;快冷抑制杂质元素扩散。,Me作用,N、O、P、S、As、Bi等是脆化剂; Mn、Ni与杂质元素共偏聚,是促进剂; Cr促进其它元素偏聚,助偏剂; Mo、W、Ti抑制其它元素偏聚,清除剂,一、钢的分类1、按化学成分分,* 钢的分类与牌号,2、按质量分钢的质量是以磷、硫的含量来划分
33、的。分为普通质量钢、优质钢、高级优质钢和特级优质钢.根据现行标准,各质量等级钢的磷、硫含量如下:,3、按冶炼方法分,4、按金相组织分,电弧炉炼钢,5、按用途分,二、钢的编号我国钢材的编号是采用汉语拼音字母、化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法。采用汉语拼音字母表示钢产品的名称、用途、特性和工艺方法时,一般从代表钢产品名称的汉字的汉语拼音中选取第一个字母.,常用钢产品的名称、用途、特性和工艺方法表示符号(GB/T 2212000),1、碳素结构钢和低合金高强度钢Q+最低屈服强度值+质量等级符号+脱氧方法符号Q表示“屈服强度”;屈服强度值单位是MPa;质量等级符号为A、B、C、D、E。由A到E,其
34、P、S含量依次下降,质量提高。,脱氧方法符号: 沸腾钢F;镇静钢Z;半镇静钢b;特殊镇静钢TZ。如碳素结构钢牌号表示为Q235AF、Q235BZ。,钢板,低合金高强度结构钢都是镇静钢或特殊镇静钢,其牌号中没有表示脱氧方法的符号。如Q345C。根据需要,低合金高强度结构钢的牌号也可以采用两位阿拉伯数字(表示平均含碳量的万分之几)和化学元素符号,按顺序表示,如16Mn。,*说明:通常情况下,屈服强度值小300MPa时为碳素结构钢,大于300MPa时为低合金高强度钢。,热连轧钢板,2、优质碳素结构钢牌号用两位数字表示。这两位数字表示钢平均含碳量的万分之几。如45钢平均含碳量为万分之四十五(即0.45
35、%)的优质碳素结构钢。,钢带,*说明: 含Mn量为0.71.0%时,在两位数字后加元素符号“Mn”,如40Mn。, 对于沸腾钢和半镇静钢, 在钢号后分别加字母F和b,如08F、10b。 高级优质钢在钢号后加字母A,如20A。,钢管,3、合金结构钢和合金弹簧钢两位数字(表示平均含碳量的万分之几)+合金元素符号+该元素百分含量数字+当合金元素的平均含量小于1.50%时,只标元素符号,不标含量;,当合金元素的平均含量为1.502.49%、2.50 3.49%、3.504.49%、4.505.49%、时,在相应的合金元素符号后标2、3、4、5 等数字。如20CrNi3。高级优质钢在牌号后加字母A,如6
36、0Si2MnA。特级优质钢在牌号后加字母E,如30CrMnSiE。,不锈钢制管板式换热器,所有合金钢的合金元素量标法相同,钢铁牌号及表示方法,高级优质钢于牌号末尾加注“A”,4、工具钢 碳素工具钢T + 数字T表示“碳素工具钢” ;数字表示平均含碳量的千分之几.如T8其平均含碳量为千分之八(0.8%C)。*说明:碳素工具钢都是优质以上质量的。高级优质钢在钢号后加“A”,如T8A。,丝锥,锉刀, 合金工具钢含碳量+合金元素符号+该元素百分含量+当含碳量小于1.00%时,含碳量用一位数字标明,这一位数字表示平均含碳量的千分之几,如8MnSi.当含碳量大于1.00%时,不标含碳量。,* 高速钢不标含
37、碳量,如W6Mo5Cr4V2(含0.85%C).* 含铬量小于1%时,在含铬量(以千分之一为单位)前加数字“0”,如Cr06。,铣刀,5、轴承钢G+Cr+铬含量(不标含碳量)“G”表示“滚动轴承钢”。* 铬含量以千分之一为单位.如“GCr15”的平均含铬量为1.5%。渗碳轴承钢牌号的表示方法与合金结构钢相同,仅在牌号头部加字母“G”,如“G20CrNiMo”。,6、不锈钢和耐热钢含碳量+合金元素符号+该元素百分含量+含碳量以千分之一为单位。,含碳量的表示方法为:当平均含碳量1.00%时,用两位数字表示,如11Cr17(平均含碳量为1.10%);,涡轮叶片, 当1.0%平均含碳量0.1%时,用一
38、位数字表示,如2Cr13(平均含碳量为0.20%) 当0.1%含碳量上限 0.03%时,以“0”表示,如0Cr18Ni9(含碳量上限为0.08%) 当0.03%含碳量上限0.01%时(超低碳),以“03”表示,如03Cr19Ni10(含碳量上限为0.03%), 当含碳量上限0. 01%时(极低碳),以“01”表示,如01Cr19Ni11(含碳量上限为0.01%)。,汽轮机叶片,* 珠光体耐热钢含碳量的标注同结构钢。如15CrMo注:旧标准含碳量表示方法为:当含碳量0.08%时,以“0”表示,如0Cr18.当含碳量0.03%时,以“00”表示,如00Cr18Ni10.,7、铸钢ZG + 两位数字ZG表示“铸钢”;两位数字表示平均含碳量的万分之几, 如ZG25.,小 结,材料学核心是合金化基本原理,这是材料强韧化矛盾的主要因素。,要真正理解“合金元素的作用,主要在于对合金材料相变过程的影响,而良好的作用只有在合适的处理条件下才能得到体现。”,掌握了合金元素的作用及其在加工过程中的演化规律,才能更好地理解各类钢的设计与发展,才能更好地开发新工艺、新材料。,