金属材料学复习资料.docx

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1、第三章合金元素：合金元素是指为了保证获得所要求的组织、结构，物理-化学性能和力学性能，而特别添加到钢中的化学元素。杂质：冶炼时由原料以及冶炼方法和工艺操作等带入钢中的化学元素，称为杂质。合金钢:为了保证一定的生产和加工工艺以及所要求的组织与性能，在化学成分上特别添加合金元素的铁基合金。奥氏体相稳定化元素：使A3降低，A4升高，在较宽的成分范围内，促使奥氏体形成，即扩大了奥氏体相区。（1）开启γ相区用Ni和Mn合金化的重要钢种属于这一类。如果加入足够量的Ni或Mn，可完全使体心立方的a相从相图上消失，g相保持至室温。所以Ni和M

2、n可使铁的g®a转变抑制到较低温度，即A1和A3点降低，故由g区淬火到室温较易获得亚稳的奥氏体组织，它们是不锈钢中常用作获得奥氏体的元素。（2）扩大γ相区虽然g相区也随合金元素的加入而扩大，但由于固溶度不大，不能使之完全开启。这类元素称为扩展g相区的元素。C和N是这种类型的最重要元素。Cu、Zn和Au具有相同的影响。g区借助C及N而扩展，当C含量达到2.0%，可以获得均匀化的固溶体(奥氏体)，它构成了钢的整个热处理的基础。α相稳定化元素（1）封闭γ相区许多元素限制g-Fe的形成，使相图中g相区缩小到一个很小的面积，形成了相圈(

3、图3-lc)。这意味着这些元素促进了体心立方铁(铁素体)的形成，其结果使a相与d相区连成一片。在生成a相的区域内合金不能用正常热处理制度(即通过g/a转变区冷却进行热处理)。Si、Al和强碳化物形成元素Ti、V、Mo、W，Cr均属于这一类元素。（2）缩小g相区　如图3-ld所示。这类合金元素虽然也使g相区缩小，但由于固溶度小，不能使之完全封闭，故称为缩小g相区元素。B是这一类型中最有影响的元素，还有碳化物形成元素Zr、Nb、Ta均使g相区显著缩小。改变奥氏体相区的位置Fe-C相图中的奥氏体区即NJESC区。合金元素以下列两种方

4、式对奥氏体区(图3-2a和b)发生影响。Ni、Co、Mn以及其它扩大g相区的元素，均使S点左移，而GS线下沉。Cr、W、Mo、V、Ti、Si以及其它缩小g相区的元素，均使三元系中的g相逐渐呈楔形，如图3-2b所示。由图可知，大多数元素均使ES线左移，E点左移，这就意味着钢中含碳量不到2%就会出现共晶莱氏体(例如高速钢和高碳高铬模具钢的铸态组织中就可能出现合金莱氏体)。改变了共析温度共析反应涉及a--g同素异晶转变和碳化物的析出或溶解。由于合金元素的存在，提高或降低A3，改变了GS线的斜度，例如Mn、Ni降低A3使GS线斜度变得

5、比较平稳，S点左移，A1温度降低。而Cr、Mo、W、V、Si等提高A3，使GS斜度增大，也使S点左移，而A1却升高。因此，合金元素对共析温度的影响，多半与对铁的同素异晶转变温度的影响相一致，即降低A3的元素也降低A1，反之亦然。Ni、Co、Mn、Cr与V与铁形成无限固溶体。其中Ni、Co和Mn形成以g-Fe为基的无限固溶体，而Cr和V则形成以a-Fe为基的无限固溶体碳化物、氮化物以及碳、氮化合物是钢中的基本强化相。过渡族金属按其与C和N的亲和力，碳化物和氮化物的强度和稳定性可以按如下顺序排列：Hf、Zr、Ti、Ta、Nb、V、

6、W、Mo、Cr、Mn、Fe(Co、Ni)。金属间化合物：在合金钢中，金属元素之间形成的化合物称之为金属间化合物。非金属相：铁及合金元素生成的氧化物、硫化物、硅酸盐等一般都不具有金属性，或者金属性极弱。正常金属生成的碳化物、氮化物也不具有金属性。AlN也是一种非金属夹杂物，呈密排六方点阵，不属于间隙相，熔点为1870°C，在钢中有高的稳定性，只有在1100°C以上才大量溶于基体，在较低温度下又重新析出。有时利用AlN的弥散析出以改善钢的性能，此时AlN不应当看做是非金属夹杂物。合金元素对奥氏体形成的影响加热时奥氏体的形成可以按两

7、种相变机制进行，即晶体学无序机制和有序机制，或称无扩散和扩散机制。当按无序机制形成奥氏体g时，a®g转变伴随着重结晶，即g相新晶粒的形成相对于原始的a相来说，改变了大小和取向，晶型转变通过扩散完成。当按有序机制过渡为奥氏体时，不伴随着重结晶，只发生切变式的晶型转变，并促进了一次再结晶(晶体的形成与生长)的发生，重结晶要在较高的温度下进行。组织遗传性:是指对粗晶有序组织加热温度高于Ac3，可能导致形成的奥氏体晶粒与钢的原始晶粒具有相同的形状、大小和取向。合金元素对过冷奥氏体稳定性的影响主要表现在合金元素对C曲线的影响，一般分为两

8、种类型：非碳化物形成元素Ni、Al、Si、Cu和Co属于第一种类型。钢中加入这些元素以后，C曲线仍然保持与碳钢相同的形式，只是位置有所改变。Ni、Si、Cu等使转变孕育期延长，即使C曲线右移；Al、Co则相反，使C曲线左移。Cr、Mo、W、V等碳化物形成元素属于第二种类型。钢