电厂金属材料4.ppt

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1、第四章合金钢(AlloyOfSteel)7/28/20211合金钢是以铁和碳元素为基础，为了满足某方面的性能要求，有目的加入一些其他元素冶炼而成的钢。这种有目的加入的合金元素有铬、锰、硅、钼、钨、钒、钛、铌、硼、镍、锆、稀土等。合金元素加入后，可以提高钢的机械性能，改善钢的机械性能。有些合金元素的含量达到一定时，还可以钢具有某些特殊的机械性能或特殊的物理化学性能。第一节合金元素对钢的影响一、合金元素在钢中的存在形式7/28/20212（一）合金元素溶入铁素体几乎所有的合金元素或多或少地溶入铁素体而形成合金铁素体。由于合金元素与铁的晶格类型和原子半径有差异，故合金元素溶入铁素体后必然引

2、起晶格畸变，从而产生固溶强化，使铁素体的强度和硬度升高，塑性和韧性下降，如图4-1及图4-2所示。由图可知，合金元素加入量愈多，铁素体的硬度就愈高，以硅、锰、镍元素为最显著。由图4-2可知，硅量在1%左右，锰量在1.5%左右，既能提高铁素体的硬度，又不降低韧性：铬元素含量在2%~5%S时，不仅能提高铁素体的硬度，又能提高韧性。7/28/20213（二）形成碳化物按照合金元素在钢中与碳的作用不同，可以将合金元素分为两大类。一类是不与碳作用的元素，因而不能形成碳化物，只能溶入固溶体；另一类是与碳有亲和力，能形成碳化物。不与碳化合的元素有：镍、硅、钴、铝、铜等。能与碳化合形成合金化物的元素

3、，按其与碳的亲和力由若到强大致可排成下列次序：锰、铁、铬、钼、钨、钒、锆、铌、钛等。与碳亲和力较弱的元素（如锰、铬、钼、钨等）含量较少时，其中一部分以原子状态溶入固溶体，另一部分进入渗碳体而置换其中的铁原子，形成特殊的化合物，如Cr7C3或（Fe、Cr）7C3、WC或（Fe、W）6C等。与碳的亲和力强的元素，如钒、锆、铌、钛等，只要钢中有足够的碳元素，就能形成这些元素的合金碳化物，如VC、ZrC、NbC、TiC等，只有在钢中缺少碳的情况下，这些元素才以原子状态溶入固溶体。合金元素不同，合金碳化物的形状和尺寸也不同，强碳化物的碳化物成颗粒状，比较细碎。7/28/20214二、合金元素对

4、铁碳合金相图的影响合金元素对Fe-Fe3C相图的相区和S、E等临界点位置有影响。用合金元素Fe-Fe3C相图的影响来分析合金钢的组织变化规律。常用合金元素对Fe-Fe3C相图的影响可以分为两类。一类是扩大奥氏体组织的相区，属于这一类的合金元素有锰、镍、氮等；另一类是缩小奥氏体组织的相区，属于这一类的合金元素有铬、钨、钼、钒、钛、铝、硅等。锰类元素及铬类元素对Fe—Fe3C相图中奥氏体相区和S、E点的影响，如图4—3和图4—4所示。7/28/20215从图4—3和图4—4中可以看出：若钢中加入大量的扩大奥氏体区域的合金元素，甚至会使相图中的奥氏体延至室温以下。在室温下能获得稳定的单相奥

5、氏体组织，这种合金钢叫奥氏体钢。若钢中加入大量的缩小奥氏体区域的合金元素，则奥氏体区域可能封闭甚至消失，铁素体区域就扩大。在固态是具有稳定的单相铁素体组织，这种合金钢称为铁素体钢。合金元素对A3及A1温度的影响，使合金钢的热处理加热温度发生变化。由于S点左移，使含碳量相同的碳钢与合金钢组织不同。例如含碳量0.4%的碳钢为具有铁素体与珠光体的亚共析组织；但加入14%的铬以后，则变为珠光体的共析组织。E点左移，就意味着出现莱氏体的含碳量降低，使含碳量低于2.11%的合金钢中出现莱氏体组织，这种钢就称为莱氏体钢。例如，高速钢的含碳量只有0.8%左右，但属于莱氏体钢。7/28/20216三、

6、合金元素对钢热处理的影响（一）合金元素对奥氏体化的影响合金元素加入钢中后，改变了碳在钢中的扩散速度。除镍、钴元素外，大多数合金元素使奥氏体化过程减慢。由于合金元素造成碳在奥氏体中扩散的困难，再加上合金碳化物稳定性较高，较难溶入奥氏体，致使奥氏体被推延到较高的温度范围内进行。合金钢在奥氏体化过程中，不仅要进行碳的均匀化，而且还要进行合金元素的均匀化，因此合金钢的奥氏体的保温时间也比碳钢长。合金元素中除锰外，几乎都能阻止奥氏体晶粒长大；尤其是与碳亲和力强的元素作用更为显著。因为强碳化物形成元素，在钢中能形成稳定的碳化物，且以弥散质点的形式分布在奥氏体的晶界上，对奥氏体晶粒的长大起机械阻碍

7、作用。这有利于在粗火时获得细马氏体，使钢具有较好的机械性能。7/28/20217（二）合金元素对过冷奥氏体转变的影响合金元素中除钴外，几乎都能使C曲线右移，降低钢的临界冷却速度，提高钢的粗透性。常用合金元素对奥氏体转变的影响，如图4-5所示。锰及非碳化物形成元素加入后仅使C曲线右移；与碳的亲和力比铁强的碳化物元素加入后，C曲线不仅右移；并改变了形状，分为上、下两个C曲线。其中上C曲线是珠光体转变区，下C曲线是贝氏体转变区，在两区之间过冷奥氏体具有较大的稳定