第1章鋼的合金化基礎(chǔ)

1、第第1章章 鋼的鋼的合金化合金化基礎(chǔ)基礎(chǔ)為什么從鋼的合金化講起？為什么從鋼的合金化講起？ 鋼鐵是最常用最主要的工程材料，在所有金屬材料中人類對鋼鐵的研鋼鐵是最常用最主要的工程材料，在所有金屬材料中人類對鋼鐵的研究時間最長，最深入，最系統(tǒng)。對所有金屬材料合金化的具有普遍意義。究時間最長，最深入，最系統(tǒng)。對所有金屬材料合金化的具有普遍意義。所有金屬、合金包括陶瓷材料在組織性能的改善以及性能的提高方面都可所有金屬、合金包括陶瓷材料在組織性能的改善以及性能的提高方面都可借鑒鋼鐵方面的一般規(guī)律和研究成果。借鑒鋼鐵方面的一般規(guī)律和研究成果。 重點在于建立鋼的成份組織性能關(guān)系的一般模型。重點在于建立鋼的成份

2、組織性能關(guān)系的一般模型。一、鋼的合金化一、鋼的合金化 在鋼中加入合金元素，與鋼中的鐵、碳發(fā)生作用，改善組織結(jié)構(gòu)和工在鋼中加入合金元素，與鋼中的鐵、碳發(fā)生作用，改善組織結(jié)構(gòu)和工藝性能，提高使用性能。藝性能，提高使用性能?；瘜W(xué)性能物理性能力學(xué)性能改善使用性能改善工藝性能改善組織合金元素作用鑄鐵（生鐵）：鋼：工業(yè)純鐵：鋼鐵69. 611. 211. 20218. 00218. 0CCC二、為什么發(fā)展合金鋼？二、為什么發(fā)展合金鋼？ 改善提高鋼的性能，彌補碳鋼的不足。改善提高鋼的性能，彌補碳鋼的不足。 如有些特殊條件下的使用要求：韌性、耐蝕、抗氧化、耐磨、高溫強如有些特殊條件下的使用要求：韌性、耐蝕、抗

3、氧化、耐磨、高溫強度等，車削速度較高的刀具要求紅硬性，大尺寸零件要求高的淬透性度等，車削速度較高的刀具要求紅硬性，大尺寸零件要求高的淬透性 這時碳鋼已不能滿足要求。這時碳鋼已不能滿足要求。一種或多種合金元素合金鋼：有意識地加入合金及微量元素、碳鋼：鋼CFe高合金鋼：合金元素中合金鋼：合金元素）（低合金鋼：合金元素鋼合金鋼：合金化以后的101055w 鋼的合金化原理內(nèi)容相當廣泛，包括不同合金元素的不同作用，不同鋼的合金化原理內(nèi)容相當廣泛，包括不同合金元素的不同作用，不同合金元素的交互作用，不同合金元素在不同熱處理工藝、合金元素的交互作用，不同合金元素在不同熱處理工藝、C含量、雜質(zhì)含含量、雜質(zhì)含量

4、條件下的不同行為量條件下的不同行為 合金化基礎(chǔ)：合金元素與合金化基礎(chǔ)：合金元素與Fe、C的基本作用，一般規(guī)律，即共性。主要的基本作用，一般規(guī)律，即共性。主要內(nèi)容分為以下內(nèi)容分為以下5個方面：個方面：1) 鋼中合金元素及其分類。鋼中合金元素及其分類。2) 合金元素與鋼中鐵和碳的相互作用。合金元素與鋼中鐵和碳的相互作用。3) 鋼的強化。鋼的強化。4) 改善鋼的塑性與韌性的途徑。改善鋼的塑性與韌性的途徑。5) 合金元素對鋼的相變和熱處理工藝性能的影響合金元素對鋼的相變和熱處理工藝性能的影響第一節(jié)第一節(jié) 鋼中的合金元素及其與鐵和碳的相互作用鋼中的合金元素及其與鐵和碳的相互作用一、鋼中合金元素的分類一、

5、鋼中合金元素的分類鋼中常加入的合金元素有：鋼中常加入的合金元素有：第二周期：硼、碳、氮；第二周期：硼、碳、氮；第三周期：鋁、硅；第三周期：鋁、硅；第四周期：鈦、釩、鉻、錳、鈷、鎳、銅；第四周期：鈦、釩、鉻、錳、鈷、鎳、銅；第五周期：鋯、鈮、鉬；第五周期：鋯、鈮、鉬；第六周期：鎢；第六周期：鎢；第七周期：稀土元素。第七周期：稀土元素。硫、磷等元素通常作為硫、磷等元素通常作為有害元素有害元素看待，但有時也可當作合金元素看待，但有時也可當作合金元素(如在易切如在易切削鋼中硫被用來改善切削性能削鋼中硫被用來改善切削性能)。(一一)按照與鐵相互作用的特點分類按照與鐵相互作用的特點分類 合金元素與鐵的相互

6、作用主要是影響鐵的同素異構(gòu)結(jié)構(gòu)。合金元素與鐵的相互作用主要是影響鐵的同素異構(gòu)結(jié)構(gòu)。 Fe的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：奧氏體奧氏體(A)： C溶于溶于Fe，面心立方，面心立方，C溶解度大；溶解度大；鐵素體鐵素體 (F)：C溶于溶于Fe，體心立方，體心立方，C溶解度小。溶解度小。912Fe1394FeFe1)奧氏體形成元素奧氏體形成元素: 如碳、氮、鎳、錳、銅、鈷等。穩(wěn)定和擴大如碳、氮、鎳、錳、銅、鈷等。穩(wěn)定和擴大A區(qū)，優(yōu)先分區(qū)，優(yōu)先分 布于布于A中。中。2)鐵素體形成元素鐵素體形成元素: 如鉻、硅、釩、鈦、鉬、鎢、鈮、鉭、鋁、鋯等。穩(wěn)定如鉻、硅、釩、鈦、鉬、鎢、鈮、鉭、鋁、鋯等。穩(wěn)定 和擴大

7、和擴大F區(qū)，優(yōu)先分布于區(qū)，優(yōu)先分布于F中。中。 但合金元素的實際分布還與加入量和熱處理條件有關(guān)。但合金元素的實際分布還與加入量和熱處理條件有關(guān)。(二二)按照與碳相互作用的特點分類按照與碳相互作用的特點分類1) 非碳化物形成元素：如鎳、銅、硅、鋁、磷等。非碳化物形成元素：如鎳、銅、硅、鋁、磷等。易溶入易溶入F F或或A A中中2) 碳化物形成元素：碳化物形成元素： 如鉻、鉬、鎢、釩、鈦、鋯、鈮等。如鉻、鉬、鎢、釩、鈦、鋯、鈮等。 易與易與C C形成碳化物，但加入數(shù)量較少時也可溶入固溶體形成碳化物，但加入數(shù)量較少時也可溶入固溶體 或滲碳體或滲碳體(三三)按照對按照對A層錯能的影響分類層錯能的影響分

8、類1) 提高提高A層錯能的元素：如鎳、銅、碳等。層錯能的元素：如鎳、銅、碳等。2) 降低降低A層錯能的元素：如錳、鉻、釕、銥等。層錯能的元素：如錳、鉻、釕、銥等。 A A的層錯能低，利于位錯擴展的層錯能低，利于位錯擴展形成層錯形成層錯滑移困難滑移困難加工硬化趨勢增大加工硬化趨勢增大二、鋼中雜質(zhì)、合金元素存在形式二、鋼中雜質(zhì)、合金元素存在形式1 1形成非金屬夾雜：形成非金屬夾雜：與鋼中與鋼中O、N、S、Si等結(jié)合形成化合物，殘留在等結(jié)合形成化合物，殘留在鋼中。使塑韌性和疲勞強度降低，還降低耐磨性、耐蝕性，并影響淬透鋼中。使塑韌性和疲勞強度降低，還降低耐磨性、耐蝕性，并影響淬透性。其危害與夾雜物成

9、分性。其危害與夾雜物成分(性能）、形狀、大小、數(shù)量和分布有關(guān)。但性能）、形狀、大小、數(shù)量和分布有關(guān)。但AlN可彌散于鋼中，提高性能?？蓮浬⒂阡撝校岣咝阅?。2 2溶入固溶體：溶入固溶體：溶于溶于F、A和和M。不同元素在不同的組織中溶解度不同。不同元素在不同的組織中溶解度不同。3 3形成強化相：形成強化相：化合物合金元素間形成金屬間形成碳化物與形成合金滲碳體溶入CCFe34 4自由存在：自由存在：某些合金元素如銀和鉛等，既不溶于鐵中基體中又不與某些合金元素如銀和鉛等，既不溶于鐵中基體中又不與之形成化合物，而以游離狀態(tài)存在于基體中。之形成化合物，而以游離狀態(tài)存在于基體中。存在形式?jīng)Q定于？存在形式?jīng)Q

10、定于？熱處理冶煉、加工方法含量元素種類合金元素存在形式合金元素存在形式雜質(zhì)雜質(zhì)S S：生生Fe、燃料帶入，溶解度很小，晶界低熔點、燃料帶入，溶解度很小，晶界低熔點FeS-Fe，熱脆熱脆。加。加Mn形成高熔點形成高熔點MnSP P：形成形成Fe3P硬脆相，硬脆相，冷脆脆冷脆脆。H H：固溶，氫脆。固溶，氫脆。其它雜質(zhì)：其它雜質(zhì)：三、合金元素與鐵、碳的相互作用三、合金元素與鐵、碳的相互作用( (一一) )合金元素與鐵的相互作用合金元素與鐵的相互作用按照按照合金元素與鐵的相互作用所形成的二元合金元素與鐵的相互作用所形成的二元狀態(tài)圖狀態(tài)圖的不同形式，可將合金元的不同形式，可將合金元素分為素分為兩大類兩

11、大類：形成元素區(qū)縮小，點，點區(qū)：縮小形成元素區(qū)擴大，點，點區(qū)：擴大FAAAAA3434為什么有的合金元素擴大為什么有的合金元素擴大區(qū)，而有的縮小區(qū)，而有的縮小區(qū)呢區(qū)呢? ? 取決于：點陣類型、原子尺寸、電子結(jié)構(gòu)和電化學(xué)等因素取決于：點陣類型、原子尺寸、電子結(jié)構(gòu)和電化學(xué)等因素合金元素含量高到形成合金元素含量高到形成相，合金將嚴重發(fā)脆。相，合金將嚴重發(fā)脆。合金元素與鐵的相互作用的工程實際意義：合金元素與鐵的相互作用的工程實際意義：為了保證鋼具有良好的耐蝕性為了保證鋼具有良好的耐蝕性(如如不銹鋼不銹鋼)，需要在室溫下獲得單一相組織，就是運用上述合金元素與鐵的相互，需要在室溫下獲得單一相組織，就是運用

12、上述合金元素與鐵的相互作用規(guī)律，通過控制鋼中合金元素的種類和含量，使鋼在室溫條件下獲得單作用規(guī)律，通過控制鋼中合金元素的種類和含量，使鋼在室溫條件下獲得單相奧氏體或鐵素體等單一組織來實現(xiàn)。相奧氏體或鐵素體等單一組織來實現(xiàn)。例如，為了獲得奧氏體型不銹鋼，通例如，為了獲得奧氏體型不銹鋼，通常向鋼中加人大量的常向鋼中加人大量的Ni、Mn、N等奧氏體形成元素；為獲得鐵素體型不銹鋼，等奧氏體形成元素；為獲得鐵素體型不銹鋼，通常向鋼中加入大量的通常向鋼中加入大量的Cr、Si、A1、Mo、Ti等鐵元素形成元素。等鐵元素形成元素。 同時向鋼中加入兩類元素時，其作用往往相互抵消。但也有例外，如鉻是同時向鋼中加入

13、兩類元素時，其作用往往相互抵消。但也有例外，如鉻是鐵素體形成元素，當鋼中含鐵素體形成元素，當鋼中含wcr18%與鎳同時加入時卻促進奧氏體的形成。與鎳同時加入時卻促進奧氏體的形成。( (二二) )合金元素與碳的相互作用合金元素與碳的相互作用 是形成碳化物，還是形成固溶體？是形成碳化物，還是形成固溶體？ 取決于形成碳化物的趨勢及其含量。取決于形成碳化物的趨勢及其含量。xCyMMxCy G 非碳化物形成元素非碳化物形成元素：如鎳、銅、硅、磷、鋁、鈷等。：如鎳、銅、硅、磷、鋁、鈷等。碳化物形成元素碳化物形成元素：如鈦、鈮、鋯、釩、鉬、鎢、鉻、錳等。：如鈦、鈮、鋯、釩、鉬、鎢、鉻、錳等。 非碳化物形成元

14、素易溶入鐵素體和奧氏體等固溶體中；而碳化物形成非碳化物形成元素易溶入鐵素體和奧氏體等固溶體中；而碳化物形成元素易于溶入碳化物中。如加入少量碳化物形成元素時，它也可以溶入固元素易于溶入碳化物中。如加入少量碳化物形成元素時，它也可以溶入固溶體中，或溶入滲碳體中形成合金滲碳體等，當加入數(shù)量較多時，形成特溶體中，或溶入滲碳體中形成合金滲碳體等，當加入數(shù)量較多時，形成特殊碳化物。殊碳化物。1.1.形成碳化物的規(guī)律形成碳化物的規(guī)律 碳化物形成元素在周期表中都是碳化物形成元素在周期表中都是過渡族元素過渡族元素（次（次d層未排滿）：層未排滿）：與與Fe原子相比，次原子相比，次d層越不滿，形成碳化物的趨勢越強，

15、碳化物越穩(wěn)定。層越不滿，形成碳化物的趨勢越強，碳化物越穩(wěn)定。 畸變復(fù)雜點陣碳化物，點陣、形，簡單點陣碳化物：與碳化物種類59. 059. 0/VCTiCMCrrMeC)(62362216423CMCWFeCMCMoFeCFeCrFe形）、（，如稍高：形成多元碳化物）（，形成合金滲碳體，如很低：置換滲碳體中的含量另外，熱處理方式另外，熱處理方式影響擴散條件影響擴散條件影響碳化物種類影響碳化物種類2. 碳化物特性碳化物特性碳化物碳化物是鋼中是鋼中最重要的強化相最重要的強化相提高強度、硬度提高強度、硬度。碳素鋼、合金鋼碳素鋼、合金鋼, , 鎳基、鈷基等高溫合金中碳化物的強化作用都占有相當鎳基、鈷基等

16、高溫合金中碳化物的強化作用都占有相當重要的地位。因此，應(yīng)對碳化物的特性作進一步分析。重要的地位。因此，應(yīng)對碳化物的特性作進一步分析。根據(jù)合金鋼中常見的碳化物種類，主要有以下幾個方面特性：根據(jù)合金鋼中常見的碳化物種類，主要有以下幾個方面特性：(1)硬度：硬度： 碳化物具有碳化物具有高硬度高硬度，其，其形成碳化物的傾向性越強，其硬度越高形成碳化物的傾向性越強，其硬度越高。 如如TiC，硬度最高。，硬度最高。(2) 穩(wěn)定性：穩(wěn)定性：熔點、分解溫度、溶入固溶體難易熔點、分解溫度、溶入固溶體難易穩(wěn)定性高穩(wěn)定性高難以集聚長大、強化效果好難以集聚長大、強化效果好提高回火溫度、高溫使用性能提高回火溫度、高溫使

17、用性能提高回火溫度提高回火溫度：使基體組織恢復(fù)充分，殘余：使基體組織恢復(fù)充分，殘余A少，碳化物彌散，鋼塑性、少，碳化物彌散，鋼塑性、 韌性、強度好。韌性、強度好。高溫使用高溫使用：在溫度及應(yīng)力長期作用下不易集聚長大：在溫度及應(yīng)力長期作用下不易集聚長大提高材料使用壽命。提高材料使用壽命。 一般，形成碳化物能力越強的元素，碳化物熔點高，穩(wěn)定性亦大。一般，形成碳化物能力越強的元素，碳化物熔點高，穩(wěn)定性亦大。 Fe3CM23C6M6CMC穩(wěn)定性升高。穩(wěn)定性升高。 但碳化物穩(wěn)定，溶入但碳化物穩(wěn)定，溶入A的溫度高，自的溫度高，自M中分解出來的溫度亦高，使用鍛造中分解出來的溫度亦高，使用鍛造 及熱處理方法改

18、變碳化物相的分布狀況變得困難。及熱處理方法改變碳化物相的分布狀況變得困難。 穩(wěn)定性又指：碳化物和基體穩(wěn)定性又指：碳化物和基體(固溶體固溶體)之間不易因原子擴散而發(fā)生之間不易因原子擴散而發(fā)生合金元素合金元素 的再分配的再分配。許多碳化物形成元素同時也是有效的強化固溶體的元素。許多碳化物形成元素同時也是有效的強化固溶體的元素(如鉻、鉬、如鉻、鉬、鎢等鎢等)。故在經(jīng)過適當?shù)臒崽幚碇螅倘荏w和碳化物間應(yīng)保持最佳的合金。故在經(jīng)過適當?shù)臒崽幚碇?，固溶體和碳化物間應(yīng)保持最佳的合金元素含量分配率，以保證高的綜合性能元素含量分配率，以保證高的綜合性能(如強度與塑性，強度與耐蝕性如強度與塑性，強度與耐蝕性)。

19、（3）溶解）溶解 碳化物具有一定的金屬特性，所以其成分不是很固定，而是常常以其分碳化物具有一定的金屬特性，所以其成分不是很固定，而是常常以其分子式所代表的化合物為基底，固溶各種合金元素。子式所代表的化合物為基底，固溶各種合金元素。 如：如：Fe3C能溶解大量的合金元素。在回火最初階段所形成的能溶解大量的合金元素。在回火最初階段所形成的Fe3C，既有，既有碳化物形成元素溶入，又有非碳化物形成元素溶入；只是在提高回火溫度碳化物形成元素溶入，又有非碳化物形成元素溶入；只是在提高回火溫度或延長回火時間時，碳化物形成元素向或延長回火時間時，碳化物形成元素向Fe3C中固溶越來越多，而非碳化物中固溶越來越多

20、，而非碳化物形成元素固溶越來越少。形成元素固溶越來越少。3.合金元素與碳相互作用的實際意義：合金元素與碳相互作用的實際意義： 一方面一方面關(guān)系到所形成碳化物的種類、性質(zhì)和在鋼中的分布，而所有這些都關(guān)系到所形成碳化物的種類、性質(zhì)和在鋼中的分布，而所有這些都會會直接影響到鋼的性能直接影響到鋼的性能，如鋼的強度、硬度、耐磨性以及塑性、韌性、紅硬，如鋼的強度、硬度、耐磨性以及塑性、韌性、紅硬性和某些特殊性能；同時對鋼的性和某些特殊性能；同時對鋼的熱處理熱處理亦有較大影響，如奧氏體化的溫度和亦有較大影響，如奧氏體化的溫度和時間、奧氏體晶粒長大等。時間、奧氏體晶粒長大等。另一方面另一方面由于合金元素與碳有

21、著不同的親和力，對相變過程中碳的擴散速度由于合金元素與碳有著不同的親和力，對相變過程中碳的擴散速度有較大影響；碳化物形成元素阻礙碳的擴散，降低碳原子的擴散速度；弱碳有較大影響；碳化物形成元素阻礙碳的擴散，降低碳原子的擴散速度；弱碳化物形成元素及大多數(shù)非碳化物形成元素則無此作用，甚至某些元素化物形成元素及大多數(shù)非碳化物形成元素則無此作用，甚至某些元素(如鈷如鈷)還有增大碳原子擴散的作用。因而，合金元素與碳的作用還有增大碳原子擴散的作用。因而，合金元素與碳的作用對鋼的相變有重要對鋼的相變有重要的影響的影響。四、合金元素對奧氏體層錯能的影響四、合金元素對奧氏體層錯能的影響(一一)合金元素的影響趨勢合

22、金元素的影響趨勢目前有關(guān)合金元素對奧氏體層錯能的影響規(guī)律尚不完全清楚。但對以下元素目前有關(guān)合金元素對奧氏體層錯能的影響規(guī)律尚不完全清楚。但對以下元素的影響趨勢看法一致：鎳、銅和碳提高的影響趨勢看法一致：鎳、銅和碳提高A層錯能，錳、鉻、釕和銥降低之。層錯能，錳、鉻、釕和銥降低之。 (二二)奧氏體層錯能對鋼的力學(xué)性能影響奧氏體層錯能對鋼的力學(xué)性能影響 層錯能低層錯能低有利于位錯擴展和形成層錯有利于位錯擴展和形成層錯使橫滑移困難使橫滑移困難鋼的加工硬化趨鋼的加工硬化趨勢增大勢增大。所以。所以A層錯能的高低將會直接層錯能的高低將會直接影響到奧氏體鋼的力學(xué)行為影響到奧氏體鋼的力學(xué)行為。如：高鎳鋼和高錳鋼

23、，雖然錳和鎳都是如：高鎳鋼和高錳鋼，雖然錳和鎳都是A形成元素，單獨加入相當數(shù)量的鎳形成元素，單獨加入相當數(shù)量的鎳和錳都可使鋼在室溫下獲得單相和錳都可使鋼在室溫下獲得單相A，但卻發(fā)現(xiàn)鎳鋼易于變形加工；而錳鋼的，但卻發(fā)現(xiàn)鎳鋼易于變形加工；而錳鋼的冷變形性能很差，有很高的加工硬化趨勢與耐磨性。冷變形性能很差，有很高的加工硬化趨勢與耐磨性。 ( 三三)奧氏體層錯能對鋼相變行為的影響奧氏體層錯能對鋼相變行為的影響A層錯能的高低，對層錯能的高低，對Fe-Ni-C合金中合金中M的形態(tài)有直接影響。通常，的形態(tài)有直接影響。通常，A層錯能越層錯能越低越易于形成板條低越易于形成板條M，具有位錯型亞結(jié)構(gòu)；而，具有位錯

24、型亞結(jié)構(gòu)；而A層錯能越高，越易于形成片層錯能越高，越易于形成片狀馬氏體，具有孿晶型亞結(jié)構(gòu)。狀馬氏體，具有孿晶型亞結(jié)構(gòu)。第二節(jié)第二節(jié) 鋼的強化機制鋼的強化機制 鋼的鋼的強化強化主要指主要指提高提高其其屈服強度屈服強度。 屈服強度：使位錯開動、增殖并在金屬中傳播所需要的應(yīng)力。屈服強度：使位錯開動、增殖并在金屬中傳播所需要的應(yīng)力。 因此，阻礙位錯運動，就可達到強化目的?；诖?，鋼中合金元素的強化因此，阻礙位錯運動，就可達到強化目的。基于此，鋼中合金元素的強化作用主要四種基本方式：作用主要四種基本方式：固溶強化固溶強化、晶界強化晶界強化、第二相強化第二相強化及及位錯強化位錯強化。通。通過對這四種方式單

25、相或綜合加以運用，便可有效提高鋼的強度。過對這四種方式單相或綜合加以運用，便可有效提高鋼的強度。一、固溶強化一、固溶強化溶質(zhì)原子溶入基體金屬中形成固溶體使金屬強化，稱溶質(zhì)原子溶入基體金屬中形成固溶體使金屬強化，稱固溶強化固溶強化。固溶強化可分為：固溶強化可分為：間隙固溶強化間隙固溶強化和和置換固溶強化置換固溶強化兩種。兩種。( (一一) )鐵素體的固溶強化鐵素體的固溶強化 1間隙式固溶強化間隙式固溶強化 間隙原子間隙原子C、N固溶于固溶于F晶格間隙晶格間隙，阻礙位錯運動阻礙位錯運動，增加鋼的塑性變形抗力，增加鋼的塑性變形抗力，提高鋼的提高鋼的屈服強度屈服強度，達到，達到強化強化目的。目的。間隙

26、原子間隙原子(碳、氮碳、氮)對強度的影響表達式：對強度的影響表達式： -與與間隙原子性質(zhì)間隙原子性質(zhì)、基體晶格類型基體晶格類型、基體的剛度基體的剛度、溶質(zhì)和溶劑原子直徑差溶質(zhì)和溶劑原子直徑差及及二者化學(xué)性質(zhì)的差別二者化學(xué)性質(zhì)的差別等因素有關(guān)。等因素有關(guān)。 F中固溶度很小（中固溶度很?。–最大僅最大僅0.0218），效果差。常采用相變，造成過飽和），效果差。常采用相變，造成過飽和固溶體（如固溶體（如AM） 間隙固溶可間隙固溶可顯著強化顯著強化，但，但嚴重地損害嚴重地損害鋼的鋼的塑性、韌性塑性、韌性以及以及焊接性能。焊接性能。原子半徑小原子半徑小Ki指數(shù)關(guān)系指數(shù)關(guān)系(二二)奧氏體的固溶強化奧氏體的

27、固溶強化C在在面心立方晶格中面心立方晶格中造成的造成的畸變呈球面對稱畸變呈球面對稱，其，其間隙強化間隙強化作用屬作用屬弱硬化弱硬化。置換式原子置換式原子在在A中的強化作用中的強化作用比碳原子更小比碳原子更小。但置換式原子會影響但置換式原子會影響A層錯能。層錯能低，位錯易擴展，層錯和溶質(zhì)原子交互作層錯能。層錯能低，位錯易擴展，層錯和溶質(zhì)原子交互作用使溶質(zhì)原子偏聚在層錯附近，形成鈴木氣團，釘扎位錯造成用使溶質(zhì)原子偏聚在層錯附近，形成鈴木氣團，釘扎位錯造成A強化。強化。強化作用順序強化作用順序：間隙式原子（間隙式原子（C、N）置換式置換式F形成元素形成元素置換式置換式A形成元素形成元素鋼中加入鎳會使

28、屈服強度降低，這是一種鋼中加入鎳會使屈服強度降低，這是一種固溶軟化現(xiàn)象固溶軟化現(xiàn)象。相對于相對于F F中中置換式固溶強化對置換式固溶強化對F的強化作用小得多，但工程用鋼中不可忽視，因多種元的強化作用小得多，但工程用鋼中不可忽視，因多種元素的強化作用可以壘加，總的強化效果可觀。如在低合金高強度鋼中，加入微素的強化作用可以壘加，總的強化效果可觀。如在低合金高強度鋼中，加入微量多種合金元素就是這個道理。量多種合金元素就是這個道理。 間隙式溶質(zhì)原子強化效果顯著，但受溶解度限制，可采用相變原理。間隙式溶質(zhì)原子強化效果顯著，但受溶解度限制，可采用相變原理?？傊?，總之，影響固溶強化作用影響固溶強化作用錯配度

29、錯配度與與固溶度固溶度。還要考慮對塑、韌性的影響。還要考慮對塑、韌性的影響。2.置換式固溶強化置換式固溶強化置換固溶，晶格置換固溶，晶格畸變畸變多為多為球面對稱球面對稱，強化效果較間隙式小得多（約小兩個數(shù)，強化效果較間隙式小得多（約小兩個數(shù)量級），稱量級），稱弱硬化弱硬化。強度增量與溶質(zhì)原子含量間關(guān)系式：。強度增量與溶質(zhì)原子含量間關(guān)系式： 但但強度隨強度隨CS而直線而直線，且若含量低時，基本，且若含量低時，基本不損害塑韌性不損害塑韌性，這點很重要。，這點很重要。不同合金元素對鐵素體強化作用不同不同合金元素對鐵素體強化作用不同，如磷、硅、錳和鉬強化作用明顯，其如磷、硅、錳和鉬強化作用明顯，其中硅

30、、錳作用最大；鎳、鋁強化作用不大中硅、錳作用最大；鎳、鋁強化作用不大。多種合金元素同時存在，強化可累加。多種合金元素同時存在，強化可累加。二、晶界強化二、晶界強化 晶界的存在可阻礙位錯運動，提高金屬材料屈服強度。晶粒越細，則晶界晶界的存在可阻礙位錯運動，提高金屬材料屈服強度。晶粒越細，則晶界面積越大，屈服強度越高。面積越大，屈服強度越高。 霍爾霍爾配奇配奇(Hall-petch)公式公式：(屈服強度與晶粒大小的關(guān)系）屈服強度與晶粒大小的關(guān)系）2/10dkSS適于一般晶體材料、亞晶等適于一般晶體材料、亞晶等塑性加工熱處理（如相變）相阻晶界移動細化形成細小難熔第、加細化晶粒位錯運動阻力）在晶界偏聚

31、、表面活性元素（兩個途徑FTiVNiAlSiNiNCKSs2: 細化晶粒還可提高金屬塑韌性（應(yīng)力集中小、裂紋擴展困細化晶粒還可提高金屬塑韌性（應(yīng)力集中小、裂紋擴展困難），是難），是各種晶體材料各種晶體材料強韌化的理想措施之一。強韌化的理想措施之一。0-單晶體中位錯運動的摩擦阻力；單晶體中位錯運動的摩擦阻力； KS與材料本質(zhì)有關(guān)而與晶粒直徑無關(guān)的參數(shù)，又稱晶界障礙強度系數(shù)。與材料本質(zhì)有關(guān)而與晶粒直徑無關(guān)的參數(shù)，又稱晶界障礙強度系數(shù)。 面心立方金屬的滑移系比體心立方金屬的多，所以其面心立方金屬的滑移系比體心立方金屬的多，所以其KS比體心立方金屬小。比體心立方金屬小。三、第二相強化三、第二相強化第二

32、相第二相強化分為強化分為沉淀強化和彌散強化沉淀強化和彌散強化。這兩種強化方式共同點是第二相對位。這兩種強化方式共同點是第二相對位錯的阻礙作用，但對位錯運動阻礙的方式不同。錯的阻礙作用，但對位錯運動阻礙的方式不同。沉淀強化沉淀強化：位錯位錯切過切過第二相粒子（粒子可變形），并第二相粒子（粒子可變形），并與母相具有共格關(guān)系。淬與母相具有共格關(guān)系。淬火時效得火時效得，故稱，故稱沉淀強化沉淀強化。基本途徑：合金化加淬火時效?；就緩剑汉辖鸹哟慊饡r效。 最佳沉淀相：最佳沉淀相： 與基體共格，位錯應(yīng)變大；與基體共格，位錯應(yīng)變大； 鍵合強度高，高的派鍵合強度高，高的派-納力與彈納力與彈 性模量；性模量；

33、有序相。有序相。如：在如：在M時效鋼中加入鈦和鉬，形成時效鋼中加入鈦和鉬，形成Ni3Ti、Ni3Mo，基本上滿足上述要求，基本上滿足上述要求， 效果良好。效果良好?；w相以外的相基體相以外的相彌散強化彌散強化：位錯：位錯繞過繞過第二相粒子（粒子不變形），與基體第二相粒子（粒子不變形），與基體非共格非共格。第二相粒子第二相粒子人為加入人為加入或或淬火過時效淬火過時效，不溶入基體，故稱彌散強化。，不溶入基體，故稱彌散強化。彌散強化是鋼中常見的強化機制，例如，淬火回火鋼及球化退火鋼都是利用碳彌散強化是鋼中常見的強化機制，例如，淬火回火鋼及球化退火鋼都是利用碳化物做彌散強化相。合金元素提供彌散分布第二

34、相粒子形成的成分條件。高溫化物做彌散強化相。合金元素提供彌散分布第二相粒子形成的成分條件。高溫回火為使碳化物呈細小、均勻、彌散分布，并防止碳化物聚集長大，要向鋼中回火為使碳化物呈細小、均勻、彌散分布，并防止碳化物聚集長大，要向鋼中加入碳化物形成元素：鈦、釩、鈮、鋯、鉬和鎢等。加入碳化物形成元素：鈦、釩、鈮、鋯、鉬和鎢等。 總之，第二相強化效果與第二相的大小、數(shù)量、分布及性能有關(guān)?？傊?，第二相強化效果與第二相的大小、數(shù)量、分布及性能有關(guān)。 沉淀相體積分數(shù)越大，強化效果越顯著；沉淀相體積分數(shù)越大，強化效果越顯著； 第二相彌散度越大，強化效果越好。第二相彌散度越大，強化效果越好。 沉淀強化比彌散強化

35、效果大。沉淀強化比彌散強化效果大。四、位錯強化四、位錯強化(一一)位錯數(shù)量位錯數(shù)量 位錯密度越高，位錯運動時越易于發(fā)生相互交割，引起位錯纏結(jié)，位錯運位錯密度越高，位錯運動時越易于發(fā)生相互交割，引起位錯纏結(jié)，位錯運動的障礙越大，強化作用越大。動的障礙越大，強化作用越大。 金屬中的位錯密度與變形量有關(guān)，變形量越大，位錯密度就越大，鋼的強金屬中的位錯密度與變形量有關(guān)，變形量越大，位錯密度就越大，鋼的強度則顯著提高，但塑性明顯下降。度則顯著提高，但塑性明顯下降。 (二二)位錯組態(tài)位錯組態(tài)涉及位錯的涉及位錯的分布分布及其及其性質(zhì)性質(zhì)等。等。 1)F鋼：層錯能較高，易于交叉滑移和形成胞狀亞結(jié)構(gòu)。隨形變量增

36、大，胞鋼：層錯能較高，易于交叉滑移和形成胞狀亞結(jié)構(gòu)。隨形變量增大，胞狀結(jié)構(gòu)細化，狀結(jié)構(gòu)細化，b增高。位錯胞尺寸對屈服強度的影響也符合增高。位錯胞尺寸對屈服強度的影響也符合Hall-Petch型關(guān)型關(guān)系。但與晶界相比，位錯胞壁的障礙強度系數(shù)小得多。系。但與晶界相比，位錯胞壁的障礙強度系數(shù)小得多。 2)A鋼：層錯能較低，易形成層錯，加工硬化快，冷變形鋼：層錯能較低，易形成層錯，加工硬化快，冷變形b迅速升高。迅速升高。一般面心立方金屬中的位錯強化效應(yīng)比體心立方金屬中的大，利用位錯強化一般面心立方金屬中的位錯強化效應(yīng)比體心立方金屬中的大，利用位錯強化更有效。更有效。(三三)利用位錯強化的途徑利用位錯強

37、化的途徑 （著眼于塑性變形時使位錯增殖或分解）（著眼于塑性變形時使位錯增殖或分解）1)細化晶粒：通過增加晶界數(shù)量，使晶界附近因變形不協(xié)調(diào)誘發(fā)位錯，同時細化晶粒：通過增加晶界數(shù)量，使晶界附近因變形不協(xié)調(diào)誘發(fā)位錯，同時還可使晶粒內(nèi)位錯塞積群的數(shù)量增多；還可使晶粒內(nèi)位錯塞積群的數(shù)量增多；2)形成第二相粒子：當位錯遇到第二相粒子時，希望位錯繞過第二相粒子而形成第二相粒子：當位錯遇到第二相粒子時，希望位錯繞過第二相粒子而留下位錯圈，使位錯數(shù)量迅速增多；留下位錯圈，使位錯數(shù)量迅速增多；3)促進淬火效應(yīng)：相變體積效應(yīng)誘發(fā)位錯。促進淬火效應(yīng)：相變體積效應(yīng)誘發(fā)位錯。五、有序化強化五、有序化強化 有序固溶體和原固

38、溶體晶格相同，并保持固溶體的特性，這種固溶體的有序固溶體和原固溶體晶格相同，并保持固溶體的特性，這種固溶體的原子按一定次序排列。原子按一定次序排列。 在二元合金中，同類原子間的結(jié)合力比較弱，異類原子間的結(jié)合力比較在二元合金中，同類原子間的結(jié)合力比較弱，異類原子間的結(jié)合力比較強時，固溶體就會產(chǎn)生有序化。強時，固溶體就會產(chǎn)生有序化。 溶劑溶質(zhì)結(jié)合方式相同的區(qū)域和另一結(jié)合方式不同的區(qū)域形成反相疇溶劑溶質(zhì)結(jié)合方式相同的區(qū)域和另一結(jié)合方式不同的區(qū)域形成反相疇界，阻礙位錯運動，使金屬屈服強度提高。界，阻礙位錯運動，使金屬屈服強度提高。 強化效果并不明顯，但可與其他強化方式疊加。強化效果并不明顯，但可與其他

39、強化方式疊加。第三節(jié)第三節(jié) 改善鋼塑性和韌性的基本途徑改善鋼塑性和韌性的基本途徑塑性：承受塑性變形的能力，用延伸率和斷面收縮率表示。塑性：承受塑性變形的能力，用延伸率和斷面收縮率表示。韌性：變形斷裂吸收功，用沖擊韌性韌性：變形斷裂吸收功，用沖擊韌性（KIC）或塑脆轉(zhuǎn)變溫度表示。或塑脆轉(zhuǎn)變溫度表示。一、改善鋼塑性的基本途徑一、改善鋼塑性的基本途徑 因此，改變鋼的極限塑性的途徑是在提高均勻塑性的同時，盡量避免、推因此，改變鋼的極限塑性的途徑是在提高均勻塑性的同時，盡量避免、推遲微孔坑的形成。遲微孔坑的形成。( (一一) )鋼的塑性變形鋼的塑性變形( (二二) )影響鋼的塑性因素影響鋼的塑性因素1.

40、溶質(zhì)原子（固溶）溶質(zhì)原子（固溶）（1）間隙固溶（）間隙固溶（C、N等）：等）： 對塑性下降影響大（較置換式），如對塑性下降影響大（較置換式），如M中中0.2C塑性好，塑性好，0.4的的C冷加工冷加工困難。困難。 C、N還可引起低碳鋼還可引起低碳鋼藍脆藍脆（溫度升至（溫度升至200300時時b、硬度、硬度，塑性，塑性）藍回火色，此時藍回火色，此時C C、N N原子擴散速度與位錯運動速度相當原子擴散速度與位錯運動速度相當斷裂擴展微裂紋縮頸：微孔坑幅度幅度流變應(yīng)力之，需使硬化速率均勻真應(yīng)變：塑性變形變形抗力變形抗力（2 2）置換溶質(zhì)原子：）置換溶質(zhì)原子： 不同合金元素影響差別很大不同合金元素影響差別

41、很大塑韌性促進有序化強度，：層錯能，利于交叉滑移塑韌性：、阻礙交叉滑移：塑韌性、韌性、：、推遲縮頸均勻塑性：、總CoNiMoAlSiPdPtNiMnPSi2.晶粒大小的影響晶粒大小的影響 對均勻真應(yīng)變影響不大，但對提高極限塑性有利對均勻真應(yīng)變影響不大，但對提高極限塑性有利位錯分散，減小應(yīng)位錯分散，減小應(yīng)力集中，不易形成微孔坑、微裂紋。力集中，不易形成微孔坑、微裂紋。3.第二相的影響第二相的影響 使均勻真應(yīng)變稍升或不降低使位錯快速增殖，使硬化速率快速增大；使均勻真應(yīng)變稍升或不降低使位錯快速增殖，使硬化速率快速增大； 對總伸長率不利本身與基體界面斷裂，形成微孔。對總伸長率不利本身與基體界面斷裂，形

42、成微孔。，本身性能好，危害小碳化物：與基體結(jié)合好害大氧化物：脆，易斷，危，危害大硫化物：與基體結(jié)合弱種類大危害小，沿晶分布危害分布：均勻分布對塑性危害大，球狀危害最小形狀：針、片狀對塑性尺寸：越小越好4.位錯強化的影響位錯強化的影響 塑性硬化速率動態(tài)回復(fù)異號位錯相遇流變應(yīng)力位錯可動性塞積交互作用位錯增多,二、改善鋼韌性的途徑二、改善鋼韌性的途徑 延性斷裂、解理斷裂和晶間斷裂過程中吸收的能量越大，韌性越好。延性斷裂、解理斷裂和晶間斷裂過程中吸收的能量越大，韌性越好。(一一)改善延性斷裂抗力的途徑改善延性斷裂抗力的途徑 延性斷裂過程：均勻變形延性斷裂過程：均勻變形-微孔坑出現(xiàn)微孔坑出現(xiàn)聚集聚集長大

43、長大 斷口呈韌窩型斷口呈韌窩型小彌散，不分布于晶界應(yīng)力集中，使強化相細均，組織均勻性：防塑變不等）、中的的元素含量（如基體中固溶強化作用大提高基體組織塑性、分布等）改善第二相形態(tài)（形貌基體結(jié)合強的顆粒細化異相顆粒，選擇與第二相數(shù)量盡量鋼中形成微孔坑的場所NCFe:( (二二) )改善解理斷裂抗力的途徑改善解理斷裂抗力的途徑解理斷裂：原子鍵斷裂，表現(xiàn)為沿晶面斷裂。解理斷裂：原子鍵斷裂，表現(xiàn)為沿晶面斷裂。 普遍存在于體心立方和六方晶體中，一般不存在于面心立方中。普遍存在于體心立方和六方晶體中，一般不存在于面心立方中。 宏觀斷裂表面垂直于應(yīng)力方向，屬脆性斷裂。宏觀斷裂表面垂直于應(yīng)力方向，屬脆性斷裂。

44、F F：溫度降低：溫度降低流變應(yīng)力提高流變應(yīng)力提高發(fā)生解理脆斷；發(fā)生解理脆斷； 溫度升高溫度升高流變應(yīng)力降流變應(yīng)力降形成微孔坑（夾雜、第二相斷裂、脫離）形成微孔坑（夾雜、第二相斷裂、脫離）塑斷塑斷具有冷脆性具有冷脆性成移，使解理斷裂不易形：促進螺型位錯交叉滑加素）、控制軋制、加合金元解理斷裂可能性（正火應(yīng)力集中，位錯塞積數(shù)，細化晶粒：Ni措施：措施：( (三三) )改善晶間斷裂抗力的途徑改善晶間斷裂抗力的途徑防止晶界偏聚：溶質(zhì)原子防止晶界偏聚：溶質(zhì)原子S、As、Sb、Sn與與Ni、Mn交互作用，偏聚于晶界。交互作用，偏聚于晶界。 防止方法：加防止方法：加Mo、Ti,與之作用強，抑制雜質(zhì)元素向晶

45、界移動與之作用強，抑制雜質(zhì)元素向晶界移動減少第二相沿晶界分布，減小晶界處形成微裂紋的可能性。減少第二相沿晶界分布，減小晶界處形成微裂紋的可能性。 如晶界處如晶界處MnS使晶界弱化，加入稀土元素形成穩(wěn)定的稀土硫化物，避免形成之使晶界弱化，加入稀土元素形成穩(wěn)定的稀土硫化物，避免形成之第四節(jié)第四節(jié) 合金元素對鋼相變的影響合金元素對鋼相變的影響一、對一、對平衡狀態(tài)平衡狀態(tài)下相變的影響下相變的影響（一）對奧氏體相區(qū)的影響（一）對奧氏體相區(qū)的影響 （二）對共析溫度的影響（二）對共析溫度的影響 。時就出現(xiàn)共晶萊氏體足線左移，常使鋼中碳不大多數(shù)元素：使鋼；區(qū)完全消失，得到區(qū)縮小，甚至使點上升，形成元素：鋼；區(qū)

46、擴展至室溫，得到區(qū)擴大，甚至使點下降，形成元素：233ESFAFAAAA4A3A1Es點，共析溫度、形成元素：點，共析溫度、形成元素：1313AAFAAA（三）對共析點位置的影響（三）對共析點位置的影響 所有合金元素使所有合金元素使S S點左移，合金鋼中點左移，合金鋼中C C0.770.77時就會析出二次滲碳體時就會析出二次滲碳體（變?yōu)檫^共析鋼）。（變?yōu)檫^共析鋼）。 影響相圖影響相圖具有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的金屬：具有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的金屬： 鐵、鈦、鋯、鈷、錳、錫等鐵、鈦、鋯、鈷、錳、錫等二、對非平衡狀態(tài)下相變的影響二、對非平衡狀態(tài)下相變的影響 ( (一一) ) 對鋼加熱轉(zhuǎn)變的影響對鋼加熱轉(zhuǎn)變的影響 A

47、A形成、殘余碳化物分解、形成、殘余碳化物分解、A A均勻化、均勻化、A A晶粒長大晶粒長大 1.對對A形成速度的影響形成速度的影響 改變改變A A的形成速度（的形成速度（形核和核長大速度形核和核長大速度）改變了改變了A的形成溫度的形成溫度A1、A3和和Acm等等相變點的位置相變點的位置、改變、改變C C的擴散速度的擴散速度（影響（影響C C的重新分布）的重新分布）碳化物形成元素碳化物形成元素（鉻、鉬、鎢、鈦和釩等）（鉻、鉬、鎢、鈦和釩等）：降低：降低 C擴散速度；擴散速度；鈷和鎳鈷和鎳：提高碳在：提高碳在A中的擴散速度，增大奧氏體的形成速度；中的擴散速度，增大奧氏體的形成速度；硅、鋁、錳硅、鋁

48、、錳：對對C在在A中的擴散速度影響不大。中的擴散速度影響不大。2.對殘余碳化物溶解的影響對殘余碳化物溶解的影響 F全部轉(zhuǎn)變?yōu)槿哭D(zhuǎn)變?yōu)锳后，仍有一部分碳化物殘留。后，仍有一部分碳化物殘留。 為了增強奧氏體的合金化程度，以充分發(fā)揮合金元素的作用，就應(yīng)使殘余為了增強奧氏體的合金化程度，以充分發(fā)揮合金元素的作用，就應(yīng)使殘余碳化物充分地溶解于奧氏體中。碳化物充分地溶解于奧氏體中。 由于合金元素擴散困難，再加上合金碳化物的穩(wěn)定性較高，要使碳化物分由于合金元素擴散困難，再加上合金碳化物的穩(wěn)定性較高，要使碳化物分解并溶入解并溶入A中，中，需提高加熱溫度需提高加熱溫度。例如，含。例如，含鉻鉻的碳化物在的碳化物

49、在850850才大量溶解；才大量溶解；含含鉬鉬的碳化物要在的碳化物要在950 950 時才顯著溶解；含時才顯著溶解；含釩、鈦、鈮釩、鈦、鈮的碳化物要達的碳化物要達10501050才溶解。又如，在才溶解。又如，在高速鋼高速鋼的生產(chǎn)中，為了保證碳化物充分溶解，其淬火溫度的生產(chǎn)中，為了保證碳化物充分溶解，其淬火溫度一般都在一般都在1250-12801250-1280，比其臨界點，比其臨界點(A1=820)高出數(shù)百度。高出數(shù)百度。 總之，碳化物愈穩(wěn)定，含量愈高，所需的加熱溫度越高?？傊蓟镉€(wěn)定，含量愈高，所需的加熱溫度越高。3.對奧氏體均勻化的影響對奧氏體均勻化的影響 由于碳化物的溶入，使由于碳

50、化物的溶入，使A不均勻。為使其均勻化，不均勻。為使其均勻化，C、合金元素都需擴散。、合金元素都需擴散。但合金元素的擴散極慢（為但合金元素的擴散極慢（為C擴散速度的千分之幾或萬分之幾），且碳化物形擴散速度的千分之幾或萬分之幾），且碳化物形成元素還降低成元素還降低C在在A中的擴散速度，所以合金鋼的中的擴散速度，所以合金鋼的A化時間比碳鋼長，這也是化時間比碳鋼長，這也是在生產(chǎn)中合金鋼加熱保溫時間往往比碳鋼長的原因所在。在生產(chǎn)中合金鋼加熱保溫時間往往比碳鋼長的原因所在。 綜上所述，對于含有強碳化物形成元素的合金鋼，必須嚴格注意綜上所述，對于含有強碳化物形成元素的合金鋼，必須嚴格注意選擇淬火選擇淬火溫度

51、和保溫時間溫度和保溫時間，以使合金元素能夠充分溶入，以使合金元素能夠充分溶入A中，否則將影響鋼的中，否則將影響鋼的淬透性淬透性及及得到合金度較低的馬氏體，而降低鋼的力學(xué)性能。得到合金度較低的馬氏體，而降低鋼的力學(xué)性能。4.對奧氏體晶粒長大的影響對奧氏體晶粒長大的影響 A晶粒越細小，淬火后得到晶粒越細小，淬火后得到M越細，回火后鋼的力學(xué)性能越好。越細，回火后鋼的力學(xué)性能越好。因而鋼中常加入某些合金元素，以降低鋼加熱時因而鋼中常加入某些合金元素，以降低鋼加熱時A晶粒的長大。一般晶粒的長大。一般:強碳化物形成元素強碳化物形成元素（如鈦、釩、鋯、鈮等）強烈阻止（如鈦、釩、鋯、鈮等）強烈阻止A晶粒長大；

52、晶粒長大；鎢、鉬、鉻等鎢、鉬、鉻等:作用中等；作用中等；非碳化物形成元素非碳化物形成元素(如鎳、硅、銅、鈷等如鎳、硅、銅、鈷等):作用較弱；作用較弱；錳、磷、碳等錳、磷、碳等:促使促使A晶粒長大。晶粒長大。復(fù)合元素復(fù)合元素：影響不一定是簡單的迭加關(guān)系，需要實踐測定。：影響不一定是簡單的迭加關(guān)系，需要實踐測定。生產(chǎn)中常用少量的鋁生產(chǎn)中常用少量的鋁(0005質(zhì)量分數(shù)質(zhì)量分數(shù))脫氧，形成極細小的脫氧，形成極細小的Al2O3和和A1N質(zhì)點，可以阻止奧氏體晶粒長大。但當加熱溫度超過其溶解度溫度時，阻礙質(zhì)點，可以阻止奧氏體晶粒長大。但當加熱溫度超過其溶解度溫度時，阻礙奧氏體晶粒長大的作用即消失，晶粒將急劇

53、長大。奧氏體晶粒長大的作用即消失，晶粒將急劇長大。(二二)對過冷對過冷A分解轉(zhuǎn)變的影響分解轉(zhuǎn)變的影響 1.對過冷對過冷A穩(wěn)定性的影響穩(wěn)定性的影響 除除CoCo外，都使外，都使C C曲線右移，曲線右移，A A穩(wěn)定性穩(wěn)定性獲得大的過冷度獲得大的過冷度淬透性淬透性tT右移注意：注意：只有合金元素溶于只有合金元素溶于A后，才起作用；后，才起作用； 若未溶入（以碳化物形式存在），若未溶入（以碳化物形式存在），A的穩(wěn)定性的穩(wěn)定性原因原因: : A中的中的C、合金元素少，且碳化物作為形核核心。、合金元素少，且碳化物作為形核核心。2.對珠光體轉(zhuǎn)變的影響對珠光體轉(zhuǎn)變的影響 A珠光體（珠光體（-FeFe3C):需

54、需C、合金元素再分配。、合金元素再分配。由于由于合金元素合金元素自擴散很慢，且自擴散很慢，且C擴散速度擴散速度 (除除Co外外)，因此合金元素都不同程度，因此合金元素都不同程度上上使珠光體相變進行遲緩使珠光體相變進行遲緩，鋼的淬透性。鋼的淬透性。1)除鈷、鋁外的除鈷、鋁外的合金元素合金元素推遲珠光體轉(zhuǎn)變，其由強到弱排列：鉬、鎳、鉻、錳；推遲珠光體轉(zhuǎn)變，其由強到弱排列：鉬、鎳、鉻、錳；非碳化物形成元素作用較弱；鈷加速轉(zhuǎn)變，鋁作用不明顯。非碳化物形成元素作用較弱；鈷加速轉(zhuǎn)變，鋁作用不明顯。2)強碳化物形成元素強碳化物形成元素：碳化物極穩(wěn)定，若不溶入：碳化物極穩(wěn)定，若不溶入A，提供成核條件，加速相變

55、。，提供成核條件，加速相變。3)合金元素同時存在合金元素同時存在：對延緩轉(zhuǎn)變不是算術(shù)迭加，往往是迭乘的。在合金元素：對延緩轉(zhuǎn)變不是算術(shù)迭加，往往是迭乘的。在合金元素總量相同時，多元素的低含量的效果遠遠超過單一元素高含量?？偭肯嗤瑫r，多元素的低含量的效果遠遠超過單一元素高含量。4)微量硼微量硼：改變：改變A晶界狀態(tài)，在晶界上形成共格硼相晶界狀態(tài)，在晶界上形成共格硼相 (M23C3B3)，可顯著阻止，可顯著阻止-Fe相的形核，增加相的形核，增加A穩(wěn)定性。穩(wěn)定性。5) 擴大擴大區(qū)元素區(qū)元素：使：使A1；縮小縮小區(qū)元素：區(qū)元素：提高提高A1點，相變溫度點，相變溫度。3.對貝氏體轉(zhuǎn)變的影響對貝氏體轉(zhuǎn)變的

56、影響 貝氏體：貝氏體：介于介于P與與M間，過冷間，過冷A約在約在350240 間轉(zhuǎn)變而得，組織為間轉(zhuǎn)變而得，組織為F+Fe3C， 但但F中有過飽和的中有過飽和的C。 取決于其對取決于其對相變難易程度，自由能差相變難易程度，自由能差，動能，動能，減慢，減慢A分解，分解，貝氏體貝氏體轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)變。1) 鉻、錳、鎳等：鉻、錳、鎳等：兩相自由能差，兩相自由能差，相變動力，相變動力，A分解，推遲貝氏體轉(zhuǎn)變。分解，推遲貝氏體轉(zhuǎn)變。鉻和錳還阻礙碳的擴散，故推遲了貝氏體轉(zhuǎn)變的作用尤為強烈。鉻和錳還阻礙碳的擴散，故推遲了貝氏體轉(zhuǎn)變的作用尤為強烈。2) 鉬、鎢、釩等：既可使轉(zhuǎn)變溫度升高，又可使鉬、鎢、釩等：既可使轉(zhuǎn)

57、變溫度升高，又可使A與與F兩相自由能差加大。但兩相自由能差加大。但C擴散速度，故使上述兩個作用十分微弱。擴散速度，故使上述兩個作用十分微弱。3)硅：強烈推遲轉(zhuǎn)變，因強烈阻礙過飽和固溶體中硅：強烈推遲轉(zhuǎn)變，因強烈阻礙過飽和固溶體中C脫溶（利于形成脫溶（利于形成M）。）。4) 鈷和鋯：鈷和鋯：自由能差，同時鈷還自由能差，同時鈷還C擴散速度，使擴散速度，使A穩(wěn)定性穩(wěn)定性，轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)變?？傢樞颍嚎傢樞颍哄i、鉻、鎳、硅、鉬、鎢、釩、鈷、鋁。錳、鉻、鎳、硅、鉬、鎢、釩、鈷、鋁。推遲作用推遲作用4.合金元素對合金元素對M相變的影響相變的影響 除鈷、鋁外，大多數(shù)合金元素除鈷、鋁外，大多數(shù)合金元素M轉(zhuǎn)變溫度，轉(zhuǎn)變

58、溫度，殘余殘余A量。量。其中碳的作用最強烈，其次是錳、鉻、鎳，再次為鉬、鎢、硅。其中碳的作用最強烈，其次是錳、鉻、鎳，再次為鉬、鎢、硅。對于一般合金鋼，生產(chǎn)上經(jīng)常用下列經(jīng)驗公式估算其對于一般合金鋼，生產(chǎn)上經(jīng)常用下列經(jīng)驗公式估算其Ms點。點。Ms=538317C33Mn28Cr17NillSillMo11W 另外，碳和合金元素對另外，碳和合金元素對M形態(tài)也有影響：低碳馬氏體呈板條狀；高碳形態(tài)也有影響：低碳馬氏體呈板條狀；高碳M呈針呈針葉或透鏡片狀；中碳葉或透鏡片狀；中碳M則為兩種形態(tài)的混合。鋼中合金元素鉻、鉬、錳和鈷等則為兩種形態(tài)的混合。鋼中合金元素鉻、鉬、錳和鈷等增加形成片狀馬氏體的傾向。增加

59、形成片狀馬氏體的傾向。(三三)對淬火鋼回火轉(zhuǎn)變的影響對淬火鋼回火轉(zhuǎn)變的影響1.對馬氏體分解的影響對馬氏體分解的影響 低溫回火低溫回火：C擴散困難，只發(fā)生擴散困難，只發(fā)生C原子偏聚、短距離擴散；原子偏聚、短距離擴散； 合金元素不擴散，仍分布于合金元素不擴散，仍分布于相或相或碳化物，對碳化物，對M分解影響不大。分解影響不大。中、高溫回火中、高溫回火：MF+Fe3C提高回火穩(wěn)定性分解的特殊元素：延緩分解影響小非碳化物形成元素：對分解推遲碳化物形成元素：強烈MSiMM2.對殘余奧氏體分解的影響對殘余奧氏體分解的影響 除鈷、鋁外，大多數(shù)合金元素：除鈷、鋁外，大多數(shù)合金元素：淬火鋼中殘余淬火鋼中殘余A。

60、高速鋼中，殘余高速鋼中，殘余A可達可達2040，必須進行，必須進行多次高溫回火后多次高溫回火后，可降至，可降至2-3以下。以下。 淬火組織中殘余淬火組織中殘余A，具有較大的內(nèi)應(yīng)力和內(nèi)部缺陷，具有較大的內(nèi)應(yīng)力和內(nèi)部缺陷，較容易發(fā)生分解較容易發(fā)生分解。合。合金元素大多使殘余金元素大多使殘余A的分解溫度移向較高溫度范圍，鎳、鉬、鎢、釩的作用的分解溫度移向較高溫度范圍，鎳、鉬、鎢、釩的作用弱，鉻、錳、硅的作用較顯著。弱，鉻、錳、硅的作用較顯著。 某些高合金鋼如高速鋼，回火過程中從殘余某些高合金鋼如高速鋼，回火過程中從殘余A中析出碳化物，使殘余中析出碳化物，使殘余A中碳中碳和合金元素含量下降，至使和合金