河北工业大学金属材料学课件.ppt

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1、第一章金属材料合金化基础钢中的合金元素钢中的合金元素及其与铁和碳的相互作用合金元素对Fe-C相图的影响合金元素在钢中的存在形式合金元素对热处理的影响Me对强韧性和工艺性能的影响合金钢的分类与编号杂质元素（impurity-element)冶炼残余，由脱氧剂带入。Mn,Si，Al，S,P，这些难以清除。常存杂质隐存杂质生产过程中形成，微量元素O，H，N偶存杂质与炼钢时的矿石，废钢有关，如Cu，Sn，Pb、Cr等。1.1钢中的合金元素（Me）合金元素：为了改善和提高钢的力学性能和使之获得某些特殊的物理、化学性能而专门加入的元素。合金钢：在化学成分上有目的加入合金元素，用以保证一定的生产和

2、加工工艺及力学性能要求的铁基合金，称合金钢。热脆性----S----FeS（低熔点共晶体989℃）冷脆性----P----Fe3P（硬脆）氢脆-----H-----白点第二周期：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Re钢中常常加入的合金元素有：1.2Me与Fe和C相互作用γ相稳定化元素使A3，A4，γ区扩大一、Me和Fe作用a)与γ区无限固溶-----Ni、Mn、Co开启γ区-----量大时，室温为γ相b)与γ区有限固溶------C、N、Cu----扩大γ区α相稳定化元素使A3，A4，γ区

3、缩小a)完全封闭γ区，无限扩大α相区----Al、Si、Cr、V、W、Mo、Ti。Cr、V与α-Fe完全互溶，量大时—α相，W、Mo、Ti等部分溶解b)缩小γ区----B、Nb、Zr等稳定γ相----A形成元素稳定α相----F形成元素(a)Ni,MoCo(b)C,Ni,Cu(c)Cr,V(d)Nb,B合金元素和铁的作用状态二、Me和C作用合金元素与钢中碳的作用，主要表现是否易于形成碳化物及形成碳化物倾向性的大小。非K形成元素：Ni，Si，Al,Cu等碳化物形成元素：Ti，Nb，V，W,Mo，Cr，Mn，Fe（由强到弱顺序排列）K类型，大小，形状和分布对钢的性能有重要的影响1）碳化物

4、的类型钢中常见的碳化物类型有M3C：渗碳体，正交点阵；M7C3：例Cr7C3，复杂六方；M23C6：例Cr23C6，复杂立方；M2C：例Mo2C、W2C.密排六方；MC:例VC，TiC，简单面心立方点阵；M6C：不是一种金属K，复杂六方点阵。K也有空位存在；可形成复合K，如（Cr,Fe,Mo,…)7C3复杂点阵结构：M23C6，M7C3，M3C特点：硬度、熔点较低，稳定性较差；简单点阵结构：MC，M2C。又称间隙相特点：硬度高，熔点高，稳定性好。M6C型不属于金属型碳化物，复杂结构，性能特点接近于简单点阵结构2）K形成规律的一般规律（1）K类型碳化物类型与合金的原子半径有关:各元素的

5、当rc/rMe的值如下：MeFeMnCrVMoWTiNbrc/rMe0.610.600.600.570.560.550.530.53rc:为碳原子半径；rMe为合金元素的原子半径当rc/rMe<0.59时--简单点阵的碳化物（间隙相），Mo、W、V、Ti、Nb、Ta、Zr，形成VC等MC型，W2C等M2C型当rc/rMe>0.59时，--复杂点阵结构（间隙化合物），如Cr、Mn、Fe，形成Cr23C6、Cr7C3、Fe3C、Mn3C等形式的K。Me元素少时，形成复合K，如（Cr,M）23C6(2)同一周期中，由左到右（Ti----Ni）MeC稳定性逐步下降。TiVCrMnFeCoNi

6、3d层2355678(3)随着周期的增加，碳和合金元素的结合强度增加，碳化物的稳定性提高。Zr>Ti(4)相似者相溶完全互溶：原子尺寸、电化学因素均相似如Fe3C，Mn3C（Fe，Mn)3C;TiC~VC有限溶解:一般K都能溶解其它元素,形成复合K如Fe3C中可以溶入一定量的Cr、W、V等。最大值为<20%Cr,<2%W,<0.5%V;MC型不溶入Fe，但可以溶入少量W,Mo。溶入强者，使K稳定性；溶入弱者，使K稳定性（5）强者先，依次成K形成元素中，强者优先与C结合，随C，依次形成K。如在含Cr，W钢中，随C，依次形成M6C，Cr23C6,Cr7C3,Fe3C。如果钢中C量有限，则

7、弱的K形成元素溶入固溶体。如在低碳含Cr,V的钢中，大部分Cr都在基体固溶体中。（6）强者稳，溶解难析出难，聚集长大也是难MC型在1000℃以上才开始溶解；回火时，在500℃~700℃才析出，并且不易长大，产生”二次硬化“效果。这在高合金钢中是很重要的强化方法。1.3Me对Fe-C相图的影响（1）对S、E点的影响A形成元素均使S、E点向左下方移动，GS线下沉。F形成元素均使S、E点向左上方移动。S点左移—意味着共析碳含量减少E点左移—意味着出现莱氏体的C量