材料工程学ppt课件.pptx

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1、第一章钢的合金化基础碳钢的强度、硬度总的说来还是比较低的，虽然可以通过调节碳含量及热处理的方法来提高其力学性能，但其淬透性及回火稳定性差，限制了其应用。淬透性：表征钢件淬火时形成Ｍ的能力。（用淬硬层深度来表示）淬硬性：以大于上临界冷速的冷却速度冷却时得到的Ｍ的硬度。回火稳定性：在高温下保持硬度和强度的能力。1.1概述为提高碳钢的力学性能、淬透性及回火稳定性，在钢中添加一定量的合金元素－合金钢。常用的合金元素有：Cr、Mn、Ni、Co、Cu、Si、Al、B、W、Mo、V、Ti、Nb、Zr、Re等。微合金化钢是近二、三十年来钢铁

2、生产中的最重要成就。在普通碳钢中只要加入极少量的（≤0.1%)的强碳化物形成元素如Ni、Ti、V或加少量的Al形成AlN再配合以控轧工艺，就可以制成屈服强度达350-550MPa，并具有良好韧性的低碳钢。合金元素的影响是永远的热点。一、合金元素的作用合金元素在钢中的存在形式多样，还会改变相图，影响相变。所以要理解合金钢，必须了解合金元素及其作用，虽然很难，但我们无法回避。成分—组织—性能是材料科学的主旋律。成分的复杂性对研究工作带来困难，但同时也蕴藏着更多的发展潜力。合金元素在钢中的存在形式固溶体化合物游离态固溶体碳化物金属

3、间化合物非金属夹杂物合金渗碳体特殊碳化物例：形成合金F合金元素溶入F后，由于原子半径和晶格类形的差异，必然引起Ｆ晶格畸变，产生固溶强化，使Ｆ的强度、硬度↑，而塑、韧性略有下降。P、Si、Mn、Ni是显著的强化Ｆ元素。固溶体固溶于F、A、M中Ni、Si、Co、Mn、Cr、Mo、W它是合金元素溶入渗碳体中并置换部分铁原子而形成的碳化物。(Fe,Me)3CMe代表Mn、Cr等合金元素。合金渗碳体比一般渗碳体稳定，硬度高，所以可以提高耐磨性。合金渗碳体如（Fe,Mn)3C、（Fe,Cr)3C、（Fe,Mo)3C、（Fe,W)3C、等

4、由中强或强碳化物形成元素形成的碳化物。其共同特点是：熔点高、硬度高、稳定性高、很难溶入Ａ中。特殊碳化物VC、TiC、NbC、ZrC、WC、MoC、W2C、Mo2C、Cr23C6、Cr3C7、Fe3Mo3C、Fe3W3C、金属间化合物FeS、FeCr、Ni3Al、Ni3Ti、Fe2W非金属夹杂物Al2O3、AlN、SiO2、TiO2、MnS游离态如Pb、Cu等（一）合金元素改善钢的热处理工艺性能除Mn，（P）外，所有合金元素都阻碍钢在加热时A晶粒的长大，尤其是Ti、V、Nb、Zr、Al等，可形成C、N化物，阻碍晶界迁移，细化晶

5、粒。P21《王晓敏工程材料学》1.细化奥氏体晶粒除Co外，固溶于A中的合金元素总是不同程度的增加Ａ稳定性，延缓Ａ的转变，使C曲线右移，淬透性提高。合金钢可选择油淬，高合金钢甚至空冷即可获得M组织。Cr、Mn、Mo、Si、Ni、B2.提高淬透性非碳化物形成元素及Mn，使C曲线右移。Mn,Ni,Cu…碳化物形成元素使C曲线右移，还改变C曲线形状。使P转变和B转变明显分开成两个转变图。Cr使B转变图右移的作用大于使P转变右移的作用。碳化物形成元素Mo、W等使P转变图右移的作用大于使B转变右移的作用。空冷可获得B组织。除Co、Al外

6、，所有合金元素降低Ms、Mf增加残余奥氏体含量，按作用由强到弱：Mn、Cr、Ni、Mo、W、Si2.提高淬透性3.提高回火抗力，产生二次硬化，防止第二类回火脆性回火抗力是指淬火钢在回火过程中抵抗硬度下降的能力，又称回火稳定性。合金元素固溶于淬火M中可减慢碳的扩散，阻碍碳化物从过饱和固溶体中析出，推迟M的分解，延缓硬度下降，因此，合金钢具有较高的回火抗力。在相同回火温度下，含碳量相同的合金钢的硬度较碳钢高。在要求相同硬度条件下，合金钢的回火温度高，塑韧性好。一些含Cr、Ｗ、Mo、V等合金元素较多的合金钢，在500～600℃范围

7、内回火时，由于沉淀析出这些合金元素的碳化物并呈弥散状分布，因而对材料起到沉淀强化的作用。淬火钢在较高温度回火时，硬度不降低反而升高的现象称为二次硬化。回火温度HRCwSi↑回火温度HRCwMo↑多次回火过程中AR发生合金碳化物析出回火过程中AR中的碳及合金元素“贫化”，使其Ms高于室温，在冷却过程中AR转变为M。二次淬火大部分合金元素均延缓α相的回复与再结晶过程几种元素的综合作用可更显著提高α相再结晶温度。淬火钢回火后的韧性下降现象称为回火脆性。在250~400℃出现韧性下降，称第一类回火脆性；在500~600℃回火后缓慢冷

8、却时韧性亦会下降，称第二类回火脆性。回火温度℃AK快冷300500650慢冷产生回火脆性的原因第一类回火脆性与M及残余A分解时沿M针条边界析出薄片状Fe3C有关。目前尚无有效方法消除，只能尽量避开在此温度范围内回火。第二类回火脆性，是因钢中的杂质S、P、Mn、Si在晶界上偏聚引起的。对小型