第一章++钢铁中的合金元素2009级20120910.ppt

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1、第一章钢的合金化基础1.1钢中的合金元素及其分类合金元素：合金钢，杂质？低合金钢：中合金钢：高合金钢：微合金钢：合金元素(如V,Nb,Ti,Zr,B)含量小于或等于0.1%，而能显著影响组织和性能的钢。钢：是一种以Fe为基的合金钢铁中的合金元素表中字体颜色为绿色或深蓝色的元素为钢中常见合金元素;字体颜色为深蓝色的元素为钢中常见碳化物形成元素。IIIIIIIVVVI钢中合金元素的分类1、按与Fe相互作用的特点分：形成元素：C，N，Ni，Mn，Co，Cu等形成元素：Cr，Mo，Si等2、按照与碳（C）相互作用的特点分：碳化物形成元素：Ti，V，Nb，Cr等非碳化物形成元素：Ni

2、，Si，Al等3、按照对奥氏体层错能的影响分提高奥氏体层错能的元素：Ni，Cu等降低奥氏体层错能的元素：Mn，Cr等1.2合金元素与铁和碳的相互作用纯铁在加热和冷却过程中产生如下的同素异晶转变:合金元素对α-Fe，γ-Fe和δ-Fe的相对稳定性以及同素异晶转变温度A3和A4均有极大的影响。－Fe912CA3－Fe1394CA4－Fe链接Fe－C相图！6.67Lreturn1纯铁：N点，A4G点，A3①②③A6.67L钢：A4线NHA3线GS①②③AReturn2合金元素与铁的相互作用：（1）扩大奥氏体（γ）区的元素（奥氏体形成元素）使A3温度下降，A4温度上升，即扩大

3、了γ相区。Fe－C相图两种情况扩大γ区的元素无限扩大γ相区的元素：与Fe无限固溶Ni、Mn、Co（钴）属于此类合金元素扩大γ区的元素有限扩大γ相区的元素：有限固溶与－Fe和－Fe均形成有限固溶,相有稳定存在的最低温度点。C、N、Cu等合金元素与铁的相互作用：（2）扩大铁素体（α）区的元素（铁素体形成元素）这些合金元素使A3温度上升，A4温度下降（链接Fe－C相图）包括以下两种情况:扩大α区的元素封闭型：无限扩大α区Cr（铬）、V（钒）扩大α区的元素缩小γ型：出现金属间化合物B（硼）、Nb（铌）等两类元素生产上的指导意义合金元素这种扩大或缩小γ相区的能力对合金的组织形貌、

4、力学性能、化学性能和物理性能将产生重大的影响，对钢铁材料的成分设计有很重要的指导意义，eg.不锈钢的成分设计：使钢在室温具有单相、或单相的组织奥氏体不锈钢：加入大量的Ni，Mn等奥氏体形成元素，如1Cr18Ni9，（wCr18％促进Ni的奥氏体化作用）铁素体不锈钢：加入大量的Cr、Si等铁素体形成元素，如Cr25Ti（p8）与Fe形成代位固溶体的合金元素，扩大或缩γ相区的能力与它们在α-Fe和γ－Fe中的溶解度有关,主要有3个影响因素:（自学）1.合金元素与铁元素电子结构的差异;2.合金元素与铁元素点阵类型的差异;3.合金元素与铁元素原子尺寸因素的差异热力学解释合金元素对

5、相区的作用H－－－元素在相中的摩尔焓；H－－－元素在相中的摩尔焓；H＝H－HH<0，元素扩大相区H>0,元素扩大相区合金元素与铁的相互作用：（3）、形成金属间化合物①σ相钢中的σ相：在低碳的高铬不锈钢、铬镍奥氏体不锈钢及耐热钢中都出现σ相。（P11σ相）例如：FeCr相（p5，图1.3（b））在钢中为有害现象：σ相具有较高的硬度，钢中FeCr析出通常在晶界处，析出时伴随较大的体积变化，所以在铬镍钢中伴随着σ相的出现，钢的塑性和韧性显著下降，脆性增加。同时造成钢的耐腐蚀性能下降。②、AB2相(拉维斯相)尺寸因素起主导作用形成的相：AB2金属间化合物是耐热钢

6、和耐热合金中重要的强化相，如耐热钢中的NbFe2，耐热铝合金中的CuAl2等（原子直径之比）③AB3相(有序相)是介于无序固溶体和化合物之间的过渡状态。是耐热钢和耐热合金中重要的强化相，例如：Ni3Al等。Ni3Al中可溶解多种元素，电负性和原子半径决定Ni（Co，Cu）3Al（Ti，Nb）合金元素与铁的相互作用：（4）对奥氏体层错能的影响Ni提高奥氏体的层错能，Mn降低奥氏体层错能奥氏体不锈钢第二节合金元素与钢中晶体缺陷的相互作用合金中的晶体缺陷：晶界、相界、亚晶界、位错等溶质原子与晶界结合晶界偏聚溶质原子与位错结合柯垂尔气团，C、N热力学解释：柯氏气团、晶界偏聚为使体系能

7、量降低的自发过程p7解释，McLean公式，偏聚程度与畸变能差有关合金元素晶界偏聚的富积系数原子尺寸，相差大，E大，晶界偏聚大固溶度小，C0小，晶界偏聚大温度降低，E不变，晶界偏聚大几种溶质原子之间同时在晶界偏聚：E值大的优先；影响晶界偏聚速度；共偏聚作用：溶质原子之间有强相互作用，在晶界产生沉淀Cg－－－晶界区的溶质偏聚浓度；C0－－－溶质在基体晶内的浓度合金元素与碳的相互作用一、钢铁中碳化物的特点：高熔点，高硬度，高稳定性，p10，表1-1判定，越大，化合物越稳定，为什么？钢中碳化物合金