金属材料与热处理 教学课件 作者 王晓丽 第8章 合金钢.ppt

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1、第八章合金钢《Metallographyandheat-treatment》多媒体教学课件课件制作：王晓丽本章目的：1介绍合金钢的概念及其分类、编号的方法；2揭示合金元素在钢中的作用，即合金化原理；3分别介绍各种主要类型的合金钢。本章重点:(1)合金元素对钢的组织与性能影响规律；(2)各类钢主要的性能要求、成分及合金化特点，合金元素的主要作用，主要的热处理方法、应用;(3)各类钢的典型钢种。§1概述§2合金元素在钢中的作用§3低合金结构钢§4机械结构用合金钢§5工具钢§6特殊性能钢§1概述一、合金钢的概念二、为什么发展合金钢一、合金钢的概念所谓的合金钢，就是为了改善钢的性能，特意地加

2、入一些合金元素的钢。常用的合金元素：Cr、Mn、Ni、Co、Cu、Si、Al、B、W、M。V、Ti、Nb、Zn及稀土Re。返回二、发展合金钢的原因碳钢还存在着以下几个主要缺点，使它的应用受到一定限制。（1）碳钢的淬透性低碳钢制成的零件尺寸不能太大，否则淬不透，出现内外性能不均，对于一些大型的机械零件，（要求内外性能均匀），就不能采用碳钢制作，如发电机转子，汽轮机叶片，汽车、拖拉机的连杆螺栓等。（2）回火抗力差碳钢淬火后，只有经低温回火才能保持高硬度，若其回火温度超过200℃，其硬度就显著下降。即回火抗力差，不能在较高的温度下保持高硬度，因此对于要求耐磨，切削速度较高，刃部受热超过20

3、0℃的刀具就不能采用碳钢制作。（3）碳钢不能满足一些特殊性能的要求如耐热性、耐腐蚀性、耐低温性（低温下高韧性）为了弥补碳钢的不足，满足上述条件的要求，目前工业上广泛发展和使用了合金钢材料。§2合金元素在钢中的作用1.合金元素在钢中的存在方式2.合金元素对铁碳相图的影响3.合金元素对钢的热处理的影响4.合金元素使合金钢具有某些特殊性能1.合金元素在钢中的存在方式1）合金元素在钢中的主要存在形式2）合金元素对钢的性能的影响1）合金元素在钢中的主要存在形式（1）形成固溶体通常与碳的亲和力很弱，主要固溶于铁素体、奥氏体、马氏体中，而不形成碳化物，如：Ni、Si、Al、Co……。（2）形成碳化

4、物碳化物形成元素可形成合金渗碳体和特殊碳化物（3）游离状态对于固态下不溶于铁或在铁中溶解度很小的少数元素，如Pb、Cu、（＞0.8)等，常以游离态存在。合金渗碳体合金元素Mn与碳的亲合力较弱，它的大部分是固溶于铁素体、奥氏体、马氏体中，而少部分固溶于渗碳体中形成合金渗碳体，如（Fe，Mn）3C。Cr、Mo、W等与碳的亲合力中等，它们一部分固溶于铁素体、奥氏体、马氏体中，一部分部分固溶于渗碳体中形成合金渗碳体。返回特殊碳化物合金元素与碳的亲合力很强，主要以特殊碳化物形式存在，如V、Ti、Nb、Zn。合金元素（Cr、Mo、W）与碳的亲合力较强，当含量较少时，它们主要固溶于渗碳体中，而含量

5、较高时，才能形成特殊碳化物如：Cr23C6、WC、MoC、Cr7C6。2）合金元素对钢的性能的影响A产生固溶强化B使渗碳体的硬度和稳定性提高C形成特殊碳化物对钢性能的影响D游离态存在对钢性能的影响A产生固溶强化合金元素溶入铁素体后,凡合金元素的原子半径与铁的原子半径相差越大,晶格类型越不相同,必然引起铁素体晶格畸变,产生固溶强化,使铁素体的强度、硬度提高,但塑性、韧性都有下降趋势。合金元素对缓慢冷却后铁素体硬度的影响图合金元素对铁素体冲击韧性的影响图B使渗碳体的硬度和稳定性提高合金元素溶于渗碳体内增加了铁与碳的亲合力，从而提高了其稳定性，且这种稳定性较高的合金渗碳体较难溶于奥氏体，较

6、难聚集长大，可提高钢的强度、硬度、耐磨性。C特殊碳化物对钢性能的影响形成特殊碳化物：（VC、TiC、WC、MoC……）因其稳定性很高，具有高熔点和高硬度，更难溶于奥氏体，难以聚集长大。随特殊碳化物数量增多，钢的硬度增大，耐磨性增加，但塑性、韧性下降，特别是当这类碳化物大小不一，分布不均匀时，钢的脆性显著增加。返回D游离态存在对钢性能的影响游离态存在：显著降低钢的强度、塑性和韧性，但可提高切削加工性。2.合金元素对铁碳相图的影响1)影响A和F存在的范围2)使S、E点左移3)对A１点的影响1)影响A和F存在的范围（1）扩大γ相区（2）缩小γ相区(1)扩大γ相区使A3点(γ-Feα-Fe的

7、转变点)下降,A4点(γ-Fe的转变点)上升,从而扩大γ-相的存在范围。完全扩大γ相区元素(室温下单相A)Mn，Ni1Cr18Ni9（奥氏体不锈钢）和ZGMn13（高锰钢）部分扩大γ相区的元素C、N、Cu下页扩大γ相区示意图返回(2)缩小γ相区使A3点上升,A4点下降(铬除外,铬含量小于7%时,A3点下降;大于7%后,A3点迅速上升),从而缩小γ相区存在的范围,使铁素体稳定区域扩大。完全封闭γ相区的元素(如Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si等)。如Cr1