河海大学 工程材料 钢的合金化基础(讲稿)

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1、工程材料A第一章钢的合金化基础机电工程学院绪论一、材料的重要性1.社会进步的重要标志2.现代社会的重要支柱三大支柱：材料、能源、信息3.机械工程的物质基础二、材料的分类1.按经济部门分类：绪论二、材料的分类1.按经济部门分类：机械工程材料土建工程材料电工材料电子材料绪论2.按物质结构分：金属材料无机非金属材料（陶瓷、硅酸盐）高分子材料复合材料绪论3.按材料功用分：结构材料功能材料绪论碳素钢优点：价格低廉、生产和加工容易，并且通过改变碳的含量和采取相应的热处理，可以改善性能以满足使用要求，因而被广泛应用于生产中。缺点：①碳钢的淬

2、透性低；②碳钢的强度比合金钢低。合金化-----加入适当化学元素改变金属性能的方法。第一章钢的合金化基础合金元素:为了合金化的目的而特定在钢中加入含量在一定范围的化学元素。合金钢:加入一定含量化学元素的钢。第一章钢的合金化基础合金钢分类：低合金钢合金元素总量≤5﹪中合金钢合金元素总量5~10﹪高合金钢合金元素总量＞10﹪本章内容：（1）钢中合金元素及其分类依据（2）钢的强化机制（3）改善钢塑性和韧性的途经（4）合金元素对钢中相变及热处理的影响第一章钢的合金化基础§1-1钢中合金元素及其分类依据一、合金元素在钢中的分布1、在钢中

3、常加入的合金元素有：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、Ta。第一章钢的合金化基础§1-1钢中合金元素及其分类依据常用合金元素在周期表中的位置©2003Brooks/ColePublishing/ThomsonLearning™©2003Brooks/ColePublishing/ThomsonLearning™第一章钢的合金化基础§1-1钢中合金元素及其分类依据2、合金元素的存在状态：①溶于钢中原有的相（F

4、、A、M、Fe3C）中；②形成新相。3、四种存在形式：①溶入F、A、M中，以固溶体的溶质形式存在；②形成强化相：形成合金渗碳体；(Fe,Mn)3C；形成特殊碳化物；WC、VC；形成金属间化合物；③形成非金属夹杂物；④以游离状态存在。如Pb、Ag等。第一章钢的合金化基础§1-1钢中合金元素及其分类依据4、合金元素以何种形式存在，主要决定于下列因数：①种类；②含量；③冶炼方法；④热处理方法；⑤合金元素本身的特性。5、合金元素特性：①与Fe和C的相互作用；②对A层错能的影响。第一章钢的合金化基础ZXYYXZ§1-1钢中合金元素及其分

5、类依据二、合金元素的分类1、按与Fe的相互作用的特点分类①A形成元素：C、N、Cu、Mn、Ni、Co等；②F形成元素：Cr、V、Si、Al、Ti、Mo、W等。2、按与C的相互作用的特点分类①非碳化物形成元素：Ni、Cu、Si、Al、P等；②碳化物形成元素：Zr、Nb、Ti、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe等。第一章钢的合金化基础§1-1钢中合金元素及其分类依据二、合金元素的分类3、按对A层错能的影响分类①↑A层错能的元素：Ni、Cu、C等；②↓A层错能的元素：Mn、Cr、Ru、Ir等。第一章钢的合金化基础建筑构件钢桥梁§1-2合

6、金元素与铁和碳的相互作用及其对奥氏体层错能的影响一、合金元素与铁的相互作用A、同素异晶转变定义B、关键：晶体结构改变C、Fe同素异晶转变第一章钢的合金化基础-Fe-Fe-Fe1394℃912℃§1-2合金元素与铁和碳的相互作用及其对奥氏体层错能的影响元素分类：扩大A相区元素C、N、Cu、Mn、Ni、Co等；加入后，A4↑，A3↓，A相区↑----A形成元素。第一章钢的合金化基础§1-2合金元素与铁和碳的相互作用及其对奥氏体层错能的影响（2）缩小A相区元素，又称F形成元素Cr、V、Mo、W、Ti、Al、Si、Be等加入后,

7、A3↑,A4↓,A相区↓。工程意义：A型不锈钢F型不锈钢第一章钢的合金化基础§1-2合金元素与铁和碳的相互作用及其对奥氏体层错能的影响二、合金元素与C的相互作用表现在：①是否易于形成碳化物②形成碳化物倾向性的大小1.非碳化物形成元素Ni、Si、Co、Al、Cu、N、P、S等，与C不形成碳化物，可固溶于Fe中形成固溶体，或者形成其他化合物。2.碳化物形成元素Fe、Mn、Cr、W、Mo、V、Nb、Zr、Ti等，碳化物是钢中主要的强化相。第一章钢的合金化基础§1-2合金元素与铁和碳的相互作用及其对奥氏体层错能的影响（1）形成碳化物的

8、规律A、周期表中位置：Mn、Cr、W、Mo、V、Nb、Zr、Ti等均位于Fe的左侧，非碳化物形成元素Ni、Si、Co、Al、Cu等均位于Fe的右侧。Ti、Zr、Nb、V、Mo、W、Cr、Mn、Fe强---------------------------------------