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1、第七章钢铁材料§7-1钢中常存的杂质对其性能的影响钢是指含碳量小于2.11%的铁碳合金;在实际的钢中还含有少量的杂质,它们对钢的性能有一定的影响。锰、硅、硫、磷产生原因：原料（铁矿石、脱氧剂）、燃料（焦炭）、溶剂（如石灰石）1、锰的影响锰是炼钢时用锰铁脱氧而残留在钢中的。钢中锰含量约为0.25~0.80%。作用：1)能够清除钢中的FeO，降低钢的脆性。2)能与硫化合成MnS(熔点1620℃)，减轻硫的有害作用，改善钢的热加工性能。但过量MnS可使钢性能恶化。3)能大部分溶于F中,形成置换固溶体(含锰铁
2、素体),起到强化作用。4)能少量地溶于渗碳体中,形成合金,还能增加P的相对量,并使之细化,提高钢的强度。2、硅的影响硅是作为脱氧剂而加入的。作用：可消除FeO,改善钢的品质。(脱氧能力比锰强）可大部分溶于F中,使F强化,提高钢的强度及硬度。但塑性、韧性有所下降。易与氧生成脆性SiO2，对钢的性能不利。3、硫的影响硫是在炼钢时由矿石和燃料带进的,在一般钢中是有害杂质,必须严格控制。有害原因：它不溶于铁,以FeS的形式存在。并且与Fe形成低熔点(985℃)的共晶体,分布在晶界上;当钢材在1000~1200
3、℃进行热加工时,它会熔化,使钢材变脆,称为热脆现象。有利：硫与锰形成的MnS在高温时塑性好,利于钢的热轧产生纤维组织。4、磷的影响磷是由矿石带进的,在一般钢中是有害杂质,应严格限制。有害原因：能够溶于F中,提高了F的强度和硬度。但室温下使钢的塑性急剧下降,变脆,称为冷脆现象。合金钢：为了改善钢的组织与性能，有意识地在碳钢中加入某些合金元素所获得的钢种。与碳钢相比：1、合金钢强度高。如20钢的b≥410MPa16Mn(<1%Mn)钢的b≥520MPa2、合金钢的淬透性好,故大型构件的性能分布比较均匀
4、。3、合金钢具有耐高温、耐腐蚀、高耐磨性等。§7-2合金元素在钢中的作用一、合金元素在钢中的主要作用1、合金元素在钢中的存在形式：(1)固溶体：合金元素溶入铁素体、奥氏体和马氏体中，以固溶体的溶质形式存在。作用：固溶强化(2)化合物：主要是和碳之间形成的碳化物。如：(Fe、Mn)3C,VC,TiC,WC,MoC等。作用：弥散强化钢中的合金元素按与碳的结合力大小可分为两类：1、非碳化物形成元素：Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B等2、碳化物形成元素：Zr、Cr、Ti、V、W、Mo、Mn、Nb等它们对钢
5、的相变、组织和性能的影响，主要取决于与钢中的铁和碳的相互作用的情况。1、钢的基本相为铁素体和渗碳体：加入量少时：对非碳化物形成元素：溶入铁素体中，形成合金铁素体。对碳化物形成元素：置换渗碳体中的铁原子,形成合金渗碳体。加入量多时：碳化物形成元素除与渗碳体形成合金渗碳体外，还形成其他合金碳化物,再剩余的合金元素将溶于铁素体中。(3)游离态：如Pb、Cu等既难溶于铁，也不易生成化合物，而是以游离态存在。对性能产生不利影响。合金元素的量不同合金元素的种类不同2、合金元素的加入对钢性能的影响3、合金元素的加入
6、强化的原因(1)形成合金铁素体,使铁素体晶格发生畸变。溶入的原子直径与铁原子的有差别,F晶格发生畸变,使塑性变形抗力提高。(2)形成合金渗碳体,提高了合金渗碳体的稳定性。渗碳体中的Fe与C的亲合力较弱,不稳定,合金元素的溶入增强了Fe与C的结合,并且这种合金渗碳体极难溶入A,也不聚集长大。(3)形成稳定性较高的合金碳化物和间隙相。在高碳高合金钢中,除渗碳体型的碳化物外,还有稳定性较高的合金碳化物和间隙相,并且它们难溶于A,也难聚集长大,使钢的强度、硬度显著增加。二、合金元素对铁碳合金相图的影响1、使奥
7、氏体的单相区扩大或缩小扩大：Mn,Ni,Co,N,Cu等元素的加入使奥氏体相区扩大,是奥氏体的稳定化元素。随Mn含量增加,共析温度和共析成分向低温、低碳方向移动;若含量很高时,有可能在室温下形成单相奥氏体钢。2.5%Mn4%Mn6.5%Mn9%Mn缩小：Cr,Mo,W,V,Ti,Si,Al等元素的加入使A相区缩小,是铁素体的稳定化元素。随Cr含量增加:共析温度和共析成分向高温、低碳方向移动;若含量很高时,有可能在室温下形成单相铁素体。0%Cr5%Cr12%Cr15%Cr19%Cr2、使共析成分及共析温
8、度发生变化合金元素的加入使共析成分的含碳量降低。对共析温度影响有所不同。三、合金元素对钢热处理的影响1、对钢在加热时奥氏体化的影响(1)对奥氏体的形成速度的影响合金钢的Ａ化是由碳的扩散来控制的。Co,Ni等非碳化物形成元素能增加碳的扩散速度,可加速Ａ的形成。Cr,Mo,W,V等强碳化物形成元素与C的亲和力大,形成难溶于A、难分解的特殊碳化物,阻碍了碳的扩散,显著减慢Ａ形成速度,使A均匀化过程困难,只有采用升温或延长保温时间来使A均匀化。Al,Si,Mn对
