第4章 合金鋼總論

1、第四章第四章 合金鋼總論合金鋼總論合金元素：特別添加到鋼中為了保證獲得所要求合金元素：特別添加到鋼中為了保證獲得所要求的組織、結(jié)構(gòu)、物理化學(xué)性能和機(jī)械性能的的組織、結(jié)構(gòu)、物理化學(xué)性能和機(jī)械性能的化學(xué)元素?；瘜W(xué)元素。合金鋼：在化學(xué)成分上特別添加合金元素合金鋼：在化學(xué)成分上特別添加合金元素(Me)用用以保證一定的生產(chǎn)和加工工藝以及所要求的組以保證一定的生產(chǎn)和加工工藝以及所要求的組織與性能的鐵基合金?？椗c性能的鐵基合金?；靖拍罨靖拍畹谝还?jié)第一節(jié) 合金元素在鋼中的作用合金元素在鋼中的作用l Fe-Me Fe-Me 相圖相圖l 1) 1) 擴(kuò)大擴(kuò)大相區(qū)的元素相區(qū)的元素l 2) 2) 縮小縮小相區(qū)的元

2、素相區(qū)的元素1) 1) 奧氏體穩(wěn)定化元素奧氏體穩(wěn)定化元素a. 開啟開啟相區(qū)的元素：相區(qū)的元素：Ni、Mn、Co等等1) 1) 奧氏體穩(wěn)定化元素奧氏體穩(wěn)定化元素b. b. 擴(kuò)展擴(kuò)展相區(qū)的元素：相區(qū)的元素：C C、N N、CuCu等等2) 2) 鐵素體穩(wěn)定化元素鐵素體穩(wěn)定化元素a. 封閉封閉相區(qū)元素：相區(qū)元素：Al、Si、P、Sn、As、V、Cr、Ti、W、Mo等。等。2) 2) 鐵素體穩(wěn)定化元素鐵素體穩(wěn)定化元素b. 縮小縮小相區(qū)元素：相區(qū)元素：B、Zr、Nb、Ta、S、Ce等。等。2 2 合金元素對合金元素對Fe-CFe-C相圖臨界點(diǎn)的相圖臨界點(diǎn)的影響影響縮小縮小區(qū)元素區(qū)元素 ：Cr、V、Mo、

3、W、Ti 。擴(kuò)大擴(kuò)大區(qū)元素區(qū)元素 ：Mn、Ni、Cu、Co、C和和N元素。元素。 1)1)奧氏體相區(qū)的變化：奧氏體相區(qū)的變化： 2) 共析溫度變化：共析溫度變化：合金元素對共析溫度合金元素對共析溫度A1的影響的影響 3) 共析成分的變化：共析成分的變化：合金元素對共析點(diǎn)含碳量的影響合金元素對共析點(diǎn)含碳量的影響3 鋼中的合金相合金相固溶體：、 和固溶體化合物碳化物及氮化物金屬間化合物非金屬相1) 鐵基固溶體 在合金鋼中，主要有三類固溶體、 和固溶體。2) 碳化物及氮化物非碳化物形成元素：Ni、Co、Si、Al、Cu等碳化物形成元素：Hf、Zr、Ti、Ta、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe2)

4、 2) 碳化物及氮化物碳化物及氮化物2) 碳化物及氮化物形成規(guī)律：形成規(guī)律：lIV、V元素形成的單一碳化物，具有元素形成的單一碳化物，具有NaCl形面心立方結(jié)構(gòu)。特點(diǎn)：形面心立方結(jié)構(gòu)。特點(diǎn)：具有高強(qiáng)度和高硬度，是硬質(zhì)合金、粉末高速鋼、高溫金屬陶瓷具有高強(qiáng)度和高硬度，是硬質(zhì)合金、粉末高速鋼、高溫金屬陶瓷材料的主要組成部分。材料的主要組成部分。lVIVIII 元素在鋼中可以形成元素在鋼中可以形成23種復(fù)雜晶體結(jié)構(gòu)的碳化物。種復(fù)雜晶體結(jié)構(gòu)的碳化物。l a. WC和和MoC以及以及W2C和和Mo2C分別具有簡單和復(fù)雜的六方點(diǎn)陣。分別具有簡單和復(fù)雜的六方點(diǎn)陣。l b. Cr7C3：在含：在含Cr約約34

5、的結(jié)構(gòu)鋼中出現(xiàn)，具有復(fù)雜六方點(diǎn)的結(jié)構(gòu)鋼中出現(xiàn)，具有復(fù)雜六方點(diǎn)陣。陣。l c. Cr23C6：在含：在含Cr大于大于58的高合金鋼中出現(xiàn)，具有復(fù)雜六的高合金鋼中出現(xiàn)，具有復(fù)雜六方點(diǎn)陣。方點(diǎn)陣。l d. M6C： 通常在高速鋼中出現(xiàn)，具有復(fù)雜的六方點(diǎn)陣，在含通常在高速鋼中出現(xiàn)，具有復(fù)雜的六方點(diǎn)陣，在含W、Mo的鋼中，通常表示為的鋼中，通常表示為(W, Mo, Fe)6C。l e. 合金滲碳體：弱碳化物形成元素，一部分進(jìn)入固溶體，另一合金滲碳體：弱碳化物形成元素，一部分進(jìn)入固溶體，另一部分進(jìn)入滲碳體，取代部分鐵原子，形成合金滲碳體。除部分進(jìn)入滲碳體，取代部分鐵原子，形成合金滲碳體。除Mn以外，以外，

6、當(dāng)元素含量超過一定限度時(shí)，又形成特殊碳化物。當(dāng)元素含量超過一定限度時(shí)，又形成特殊碳化物。2) 2) 碳化物及氮化物碳化物及氮化物 氮化物：FeN、Fe2N、FE4N、CrN、Cr2N、MnN、 TiN、NbN、ZrN、VN、TaN以及AlN 產(chǎn)生彌散強(qiáng)化作用：當(dāng)合金元素與碳化合形成產(chǎn)生彌散強(qiáng)化作用：當(dāng)合金元素與碳化合形成特殊碳化物，它們的結(jié)構(gòu)簡單、熔點(diǎn)高、硬度高、特殊碳化物，它們的結(jié)構(gòu)簡單、熔點(diǎn)高、硬度高、穩(wěn)定性高，以細(xì)小的質(zhì)點(diǎn)分布在固溶體基體上，其穩(wěn)定性高，以細(xì)小的質(zhì)點(diǎn)分布在固溶體基體上，其強(qiáng)度得以提高。強(qiáng)度得以提高。2) 2) 碳化物及氮化物碳化物及氮化物3) 3) 金屬間化合物金屬間化合

7、物 金屬間化合物是合金元素與鐵之間金屬間化合物是合金元素與鐵之間或合金元素之間形成的化合物，常見的或合金元素之間形成的化合物，常見的金屬間化合物有金屬間化合物有LavesLaves相、相、相以及相以及B B3 3A A形密排有序結(jié)構(gòu)。形密排有序結(jié)構(gòu)。4) 4) 非金屬相非金屬相 鐵以及合金元素生成的氧化物、硫鐵以及合金元素生成的氧化物、硫化物和硅酸鹽等。一般不具有金屬性或化物和硅酸鹽等。一般不具有金屬性或者金屬性較弱。者金屬性較弱。第二節(jié)第二節(jié) 合金元素對鋼中固態(tài)相變及組織合金元素對鋼中固態(tài)相變及組織的影響的影響1 1 合金元素對鋼在加熱時(shí)相和組織轉(zhuǎn)變的影合金元素對鋼在加熱時(shí)相和組織轉(zhuǎn)變的影響

8、響（1）改變奧氏體形成的速度：）改變奧氏體形成的速度：（2）對奧氏體的晶粒大小的影響對奧氏體的晶粒大小的影響2 2 合金元素對過冷奧氏體轉(zhuǎn)變的影響合金元素對過冷奧氏體轉(zhuǎn)變的影響 1) 非碳化物形成元素非碳化物形成元素(Ni、Al、Si、Cu、Co)加入，加入，C曲曲線形狀保持不變，只是位置改變，線形狀保持不變，只是位置改變，Ni、Si、Cu使得孕育使得孕育期延長，期延長，C曲線右移，曲線右移，Al、Co則相反使得則相反使得C曲線左移；曲線左移； 2) Cr、Mo、W、V等碳化物形成元素的加入，不僅使等碳化物形成元素的加入，不僅使C曲線位置改變，還改變了曲線位置改變，還改變了C曲線的形狀，出現(xiàn)兩

9、個(gè)鼻溫，曲線的形狀，出現(xiàn)兩個(gè)鼻溫，甚至使珠光體區(qū)域與貝氏體區(qū)域完全分開，出現(xiàn)一個(gè)過甚至使珠光體區(qū)域與貝氏體區(qū)域完全分開，出現(xiàn)一個(gè)過冷奧氏體極端穩(wěn)定的溫度區(qū)間。冷奧氏體極端穩(wěn)定的溫度區(qū)間。 鋼中最常采用的提高淬透性的元素有鋼中最常采用的提高淬透性的元素有：Cr、 Mn、 Si、 Ni、 B 鋼的過冷奧氏體分解動(dòng)力學(xué)曲線的基本類型鋼的過冷奧氏體分解動(dòng)力學(xué)曲線的基本類型1) 1) 合金元素對珠光體轉(zhuǎn)變的影響合金元素對珠光體轉(zhuǎn)變的影響 除了除了Co以外，鋼中的大多數(shù)合金元素，以外，鋼中的大多數(shù)合金元素，只要溶于奧氏體中，就會(huì)或多或少的增大只要溶于奧氏體中，就會(huì)或多或少的增大過冷奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變的穩(wěn)定

10、性。過冷奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變的穩(wěn)定性。2) 2) 合金元素對貝氏體轉(zhuǎn)變的影響合金元素對貝氏體轉(zhuǎn)變的影響 除除Co能夠加速貝氏體的形成外，其他能夠加速貝氏體的形成外，其他合金元素的加入都將延緩貝氏體的形成，合金元素的加入都將延緩貝氏體的形成，尤其以尤其以C、Cr、Mn、Ni最為明顯。最為明顯。3) 3) 合金元素對馬氏體轉(zhuǎn)變溫度的影響合金元素對馬氏體轉(zhuǎn)變溫度的影響 除除Co、 Al以外，所有的合金元素都使馬氏體轉(zhuǎn)變溫度以外，所有的合金元素都使馬氏體轉(zhuǎn)變溫度下降下降 。因此在相同的含碳量下，合金鋼中殘余奧氏體比碳。因此在相同的含碳量下，合金鋼中殘余奧氏體比碳鋼中的多鋼中的多合金元素對合金元素對1.0

11、C碳鋼的碳鋼的Ms點(diǎn)的影響點(diǎn)的影響 合金元素對合金元素對1.0C碳鋼碳鋼1150淬淬火后殘余奧氏體量的影響火后殘余奧氏體量的影響 4) 4) 合金元素對淬火鋼回火過程的影響合金元素對淬火鋼回火過程的影響回火過程馬氏體的分解特殊碳化物的形成及其聚集長大殘余奧氏體的分解相的回復(fù)再結(jié)晶4) 4) 合金元素對淬火鋼回火過程的影響合金元素對淬火鋼回火過程的影響 提高鋼的回火穩(wěn)定性的作用較強(qiáng)提高鋼的回火穩(wěn)定性的作用較強(qiáng)的合金元素有：的合金元素有： V，Si， Mo， W， Cr，Ni， Mn， Co。 0.35C的的Mo鋼中鋼中Mo含量含量對回火硬度的影響對回火硬度的影響 （1 1）提高了鋼的回火穩(wěn)定性）

12、提高了鋼的回火穩(wěn)定性 許多合金元素都可使回許多合金元素都可使回火過程中各個(gè)轉(zhuǎn)變的速度大大減慢，并將其推向更高溫火過程中各個(gè)轉(zhuǎn)變的速度大大減慢，并將其推向更高溫度。度。 回火穩(wěn)定性：回火穩(wěn)定性：鋼對于回火時(shí)發(fā)生軟化過程的抵抗能力。鋼對于回火時(shí)發(fā)生軟化過程的抵抗能力。 （2 2）二次硬化和二次淬火）二次硬化和二次淬火 二次硬化：在一些含二次硬化：在一些含W W、MoMo、V V較多的鋼中，回火后的硬較多的鋼中，回火后的硬度隨回火溫度的升高不是單調(diào)的降低，而是在某一回火度隨回火溫度的升高不是單調(diào)的降低，而是在某一回火后，硬度反而增加。這種在一定溫度下硬度出現(xiàn)峰值的后，硬度反而增加。這種在一定溫度下硬

13、度出現(xiàn)峰值的現(xiàn)象稱為二次硬化。（見下圖）現(xiàn)象稱為二次硬化。（見下圖）4) 4) 合金元素對淬火鋼回火過程的影響合金元素對淬火鋼回火過程的影響 二次淬火：在高合金鋼中回火冷卻時(shí)殘余二次淬火：在高合金鋼中回火冷卻時(shí)殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體使硬度升高的現(xiàn)象稱為二奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體使硬度升高的現(xiàn)象稱為二次淬火。（在高速鋼和高鉻鋼中常出現(xiàn)二次淬次淬火。（在高速鋼和高鉻鋼中常出現(xiàn)二次淬火現(xiàn)象）火現(xiàn)象） 4) 4) 合金元素對淬火鋼回火過程的影響合金元素對淬火鋼回火過程的影響第三節(jié)第三節(jié) 合金鋼的分類及編號合金鋼的分類及編號1、合金鋼的分類、合金鋼的分類合金鋼合金鋼結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)鋼工具鋼工具鋼特殊性能鋼特殊性能鋼機(jī)器結(jié)構(gòu)鋼機(jī)器結(jié)構(gòu)鋼工程結(jié)構(gòu)鋼：工程結(jié)構(gòu)鋼：刃具鋼刃具鋼模具鋼模具鋼量具鋼量具鋼耐蝕鋼耐蝕鋼耐熱鋼耐熱鋼耐磨鋼耐磨鋼低合金結(jié)構(gòu)鋼低合金結(jié)構(gòu)鋼調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼軸承鋼軸承鋼彈簧鋼彈簧鋼滲碳鋼滲碳鋼第三節(jié) 合金鋼的分類及編號 2、合金鋼的編號、合金鋼的編號 字母字母 + 數(shù)字?jǐn)?shù)字 + 化學(xué)元素符號化學(xué)元素符號 + 數(shù)字?jǐn)?shù)字 + 字母字母 表示某些表示某些專門用途專門用途鋼例如鋼例如“G”、“Y” 或無或無表示含表示含碳量以碳量以萬分之一萬分之一或千分之一或千分之一為單位為單位或無或無合