金属材料科学（第一章 钢的合金化）ppt课件.ppt

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1、第1章钢的合金化二、合金元素的分类1.按照与铁相互作用的特点：（1）奥氏体形成元素（降低AC3，减少过冷度）C、N、Mn、Ni、Cu、Co优先分布在奥氏体中（2）铁素体形成元素（升高AC3，增加过冷度）Cr、Mo、W、V、Ti、Si、Al优先分布在铁素体中1.2合金元素与铁和碳的相互作用二、合金元素的分类2.按照与碳相互作用的特点：（1）碳化物形成元素Cr、Mo、W、V、Ti、Si、Nb、Zr等（2）非碳化物形成元素Ni、Si、Al、Cu、P等Ni、Cu、C——提高奥氏体层错能Mn、Cr——降低奥氏体层错能1.2合金元素与铁和碳的相互作用三、合金元素与铁的相互作用1γ相稳定化元素γ

2、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γ相区。根据Fe-Me相图的不同，可分为：①开启γ相区(无限扩大γ相区)（图1-1）②扩展γ相区(有限扩大γ相区)（图1-2）1.2合金元素与铁和碳的相互作用三、合金元素与铁的相互作用①开启γ相区(无限扩大γ相区)（图1-1）这类合金元素主要有Mn、Ni、Co等。如果加入足够量的Ni或Mn，可完全使体心立方的α相从相图上消失，γ相保持到室温（即A1点降低），故而由γ相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。与γ-Fe无限固溶；与α-Fe有限固溶1.2合金元素与铁和碳的相

3、互作用1.2合金元素与铁和碳的相互作用图1-1扩大γ相区并与γ-Fe无限互溶的Fe-Me相图(a)及Fe-Ni相图(b)三、合金元素与铁的相互作用②扩展γ相区(有限扩大γ相区)（图1-2）?虽然γ相区也随合金元素的加入而扩大，但由于合金元素与α-Fe和γ-Fe均形成有限固溶体，并且也使A3（GS线）降低，A4（JN线）升高，但最终不能使γ相区完全开启。?这类合金元素主要有C、N、Cu、Zn、Au等。γ相区借助C及N而扩展，当C含量在0-2.11%（重量）范围内，均可以获得均匀化的固溶体（奥氏体），这构成了钢的整个热处理的基础。1.2合金元素与铁和碳的相互作用1.2合金元素与铁和碳的

4、相互作用图1-2扩大γ相区并与γ-Fe有限互溶的Fe-Me相图(a)及Fe-C相图(b)1.2合金元素与铁和碳的相互作用γ稳定化元素使A3↓，A4↑，γ区扩大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。1.2合金元素与铁和碳的相互作用2α相稳定化元素合金元素使A4降低，A3升高，在较宽的成分范围内，促使铁素体形成，即缩小了γ相区。根据Fe-Me相图的不同，可分为：①封闭γ相区(无限扩大α相区)（图1-3）②缩小γ相区(但不能使γ相区封闭)（图1-4）1.2合金元素与铁和碳的相互作用①封闭γ相区(无限扩大α相区

5、)（图1-3）?当合金元素达到某一含量时，A3与A4重合，其结果使δ相与α相区连成一片。当合金元素超过一定含量时，合金不再有α-γ相变，与α-Fe形成无限固溶体（这类合金不能用正常的热处理制度）。1.2合金元素与铁和碳的相互作用图1-3封闭γ相区并与α-Fe无限互溶的Fe-Me相图(a)及Fe-Cr相图(b)1.2合金元素与铁和碳的相互作用?这类合金元素有：Si、Al和强碳化物形成元素Cr、W、Mo、V、Ti及P、Be等。但应该指出，含Cr量小于7%时，A3下降；含Cr量大于7%时，A3才上升。1.2合金元素与铁和碳的相互作用②缩小γ相区(但不能使γ相区封闭)（图1-4）?合金元素

6、使A3升高，A4下降，使γ相区缩小但不能使其完全封闭。?这类合金元素有：B、Nb、Zr、Ta等。1.2合金元素与铁和碳的相互作用图1-4缩小γ相区的Fe-Me相图(a)及Fe-Nb相图(b)1.2合金元素与铁和碳的相互作用α稳定化元素使A3↑，A4↓，γ区缩小a)完全封闭γ区—Cr、V、W、Mo、TiCr、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——Nb等。稳定γ相——A形成元素，稳定α相——F形成元素。1.2合金元素与铁和碳的相互作用3、合金元素与铁相互作用的机理解释与点阵类型、原子半径之比、电子结构及作用有关。γ相稳定化元素：Ni、Mn、Co与F

7、e原子半径差小与Fe无限固溶α相稳定化元素：除Si、Al外，均为体心立方结构Cr与Fe原子半径接近，无限固溶其它元素，半径差大，有限固溶1.2合金元素与铁和碳的相互作用4、工程应用：根据合金元素缩小和扩大γ区的作用，可以通过控制钢中合金元素的种类和含量，使钢在室温下获得单相组织。如发展奥氏体钢时，需要往钢中加入Ni、Mn、N等奥氏体形成元素；欲发展铁素体钢时，需要往钢中加入大量的Cr、Si、Al、Mo、Ti等铁素体形成元素。注意：Cr、Ni同时存在，Cr反而促进奥氏体