第四章--鋼的合金化對(duì)組織和性能的影響解析課件

1、第四章 鋼的合金化對(duì)組織和性能的影響第一節(jié) 合金元素在鋼中的存在形式和作用第二節(jié) 合金元素對(duì)鋼的熱處理的影響第三節(jié) 合金元素對(duì)鋼加工性能的影響第四節(jié) 鋼中雜質(zhì)對(duì)鋼性能的影響第五節(jié) 鋼的分類簡介合金鋼的概念所謂的合金鋼，就是為了改善鋼的性能，特意地加入一些合金元素的鋼。 常用的合金元素：Cr、Mn、Ni、Co、Cu、Si、Al、B、W、M。V、Ti、Nb、Zn及稀土Re。 返回發(fā)展合金鋼的原因碳鋼還存在著以下幾個(gè)主要缺點(diǎn)，使它的應(yīng)用受到一定限制。（1） 碳鋼的淬透性低碳鋼制成的零件尺寸不能太大，否則淬不透，出現(xiàn)內(nèi)外性能不均，對(duì)于一些大型的機(jī)械零件，（要求內(nèi)外性能均勻），就不能采用碳鋼制作，如發(fā)電

2、機(jī)轉(zhuǎn)子，汽輪機(jī)葉片，汽車、拖拉機(jī)的連桿螺栓等。返回（2）回火抗力差碳鋼淬火后，只有經(jīng)低溫回火才能保持高硬度，若其回火溫度超過200，其硬度就顯著下降。即回火抗力差，不能在較高的溫度下保持高硬度，因此對(duì)于要求耐磨，切削速度較高，刃部受熱超過200的刀具就不能采用碳鋼制作。（3）碳鋼不能滿足一些特殊性能的要求如耐熱性、耐腐蝕性、耐低溫性（低溫下高韌性）為了彌補(bǔ)碳鋼的不足，滿足上述條件的要求，目前工業(yè)上廣泛發(fā)展和使用了合金鋼材料。1）合金元素在鋼中的主要存在形式：合金元素加入鋼中,與鐵形成固溶體，或與碳形成碳化物，少量存在于夾雜物中，在高合金鋼中還可能形成金屬間化合物。（1）形成固溶體（2）形成碳化

3、物（3）游離狀態(tài)第一節(jié) 合金元素在鋼中的存在形式和作用（1）形成固溶體幾乎所有的合金元素(除Pb外)都可溶于鐵中,形成合金鐵素體或合金奧氏體。通常與碳的親和力很弱合金元素，主要固溶于鐵素體、奧氏體、馬氏體中，而不形成碳化物，如：Ni、Si、Al、Co。 返回（2）形成碳化物碳化物形成元素可形成合金滲碳體和特殊碳化物A 合金滲碳體B 特殊碳化物A 合金滲碳體 合金元素與碳的親合力較弱，它們大部分是固溶于鐵素體、奧氏體、馬氏體中，而少部分固溶于滲碳體中形成合金滲碳體，如（Fe，Mn）3C。 返回B 特殊碳化物合金元素與碳的親合力很強(qiáng)，主要以特殊碳化物形式存在，如V、Ti、Nb、Zr。特殊碳化物熔點(diǎn)

4、、硬度、耐磨性最高，穩(wěn)定性最高。合金元素（Cr、Mo、W）與碳的親合力較強(qiáng)，當(dāng)含量較少時(shí)，它們主要固溶于滲碳體中，而含量較高時(shí)，才能形成特殊碳化物如：Cr23C6、WC、MoC、Cr7C6。 返回與碳作用形成合金碳化物 Fe、Mn、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr弱強(qiáng) 弱碳化物元素: Fe、Mn。 中強(qiáng)碳化物元素: Cr、Mo、W。 強(qiáng)碳化物元素: V、Ti、Nb、Zr。工程材料與熱加工基礎(chǔ)程曉宇 碳化物形成元素在周期表中都是位于鐵元素的左邊的過渡族金屬元素, 它們都有一個(gè)未填滿的d電子亞層,當(dāng)形成碳化物時(shí),碳原子首先將其價(jià)電子填入金屬原子未填滿的d電子亞層,使形成的碳化物具有金屬鍵結(jié)合的

5、性質(zhì), 金屬原子的d電子亞層愈不滿(周期表中,在鐵左邊離鐵愈遠(yuǎn)),則其與碳的親和力愈強(qiáng),形成碳化物的能力愈大,愈穩(wěn)定,而且不易分解。工程材料與熱加工基礎(chǔ)程曉宇（3）游離狀態(tài)對(duì)于固態(tài)下不溶于鐵或在鐵中溶解度很小的少數(shù)元素，如Pb、Cu、（0.8)等，常以游離態(tài)存在 。返回1.溶于基體中形成合金F或合金A工程材料與熱加工基礎(chǔ)程曉宇1.溶于基體中形成合金F或合金A工程材料與熱加工基礎(chǔ)程曉宇 第二節(jié) 合金元素對(duì)鋼的熱處理的影響 合金元素對(duì)Fe-Fe3C相圖的影響。 合金元素對(duì)鋼的熱處理的影響。工程材料與熱加工基礎(chǔ)程曉宇1 合金元素對(duì)鐵碳相圖的影響（1） 改變A相區(qū) 擴(kuò)大A相區(qū)元素縮小A相區(qū)元素使A1，

6、A3，Acm線使A1，A3，Acm線 （2 ） 改變S、E點(diǎn)位置多數(shù)元素使S點(diǎn)左移 0.77%C的鋼中可能 出現(xiàn)過共析組織多數(shù)元素使E點(diǎn)左移 2.11%C的鋼中可能 出現(xiàn)萊氏體組織1)影響A和F存在的范圍（1）擴(kuò)大相區(qū)（2）縮小相區(qū)工程材料與熱加工基礎(chǔ)程曉宇(1)擴(kuò)大相區(qū)使A3點(diǎn)(-Fe -Fe的轉(zhuǎn)變點(diǎn))下降, A4點(diǎn)( -Fe的轉(zhuǎn)變點(diǎn))上升, 從而擴(kuò)大-相的存在范圍。完全擴(kuò)大相區(qū)元素(室溫下單相A) Mn，Ni1Cr18Ni9（奧氏體不銹鋼）和ZGMn13（高錳鋼）部分?jǐn)U大相區(qū)的元素C、N、Cu下頁工程材料與熱加工基礎(chǔ)程曉宇擴(kuò)大相區(qū)示意圖返回工程材料與熱加工基礎(chǔ)程曉宇(2)縮小相區(qū)使A3點(diǎn)上

7、升, A4點(diǎn)下降(鉻除外, 鉻含量小于7%時(shí), A3點(diǎn)下降; 大于7%后,A3點(diǎn)迅速上升), 從而縮小相區(qū)存在的范圍, 使鐵素體穩(wěn)定區(qū)域擴(kuò)大。 完全封閉相區(qū)的元素(如Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si等)。如Cr17、Cr25、Cr28等鉻不銹鋼均屬鐵素體鋼。部分縮小相區(qū)的元素(如B、Nb、Zr等)。下頁工程材料與熱加工基礎(chǔ)程曉宇縮小相區(qū)示意圖返回工程材料與熱加工基礎(chǔ)程曉宇(2)使S、E點(diǎn)左移 無論是擴(kuò)大區(qū)的合金元素，還是縮小區(qū)的合金均使E點(diǎn)和S點(diǎn)左移，即降低共析點(diǎn)的含碳量及碳在奧氏體中的最大溶解度。因此使相同含碳量的碳鋼和合金鋼具有不同的顯微組織。 如含碳0.4%的碳鋼具有亞共析組織，而含

8、C0.4%，13%Cr的合金鋼則具有過共析組織。因?yàn)榇藭r(shí)的共析成分已不再是0.77%，而是變?yōu)?.3%C了，另外，由于E點(diǎn)的左移，使含碳量遠(yuǎn)低于2.11%C的合金鋼中出現(xiàn)萊氏體。如18%W的高速工具鋼，含0.70-0.80%C，其鑄態(tài)組織中出現(xiàn)了萊氏體。 工程材料與熱加工基礎(chǔ)程曉宇Mn 元素對(duì)S、E點(diǎn)的影響圖工程材料與熱加工基礎(chǔ)程曉宇Cr 元素對(duì)S、E點(diǎn)的影響圖工程材料與熱加工基礎(chǔ)程曉宇 合金元素對(duì) S 點(diǎn)成分的影響工程材料與熱加工基礎(chǔ)程曉宇(3)對(duì)A點(diǎn)的影響擴(kuò)大相區(qū)元素，使A1下降縮小相區(qū)元素，使A1上升臨界溫度的位置是制訂熱處理工藝和其它熱加工工藝的重要依據(jù)。由于合金元素的加入，改變了臨界

9、溫度的位置，因而合金鋼的熱處理及其它熱加工工藝參數(shù)都與碳鋼明顯不同。 返回工程材料與熱加工基礎(chǔ)程曉宇合金元素對(duì)A1線的影響工程材料與熱加工基礎(chǔ)程曉宇2.合金元素對(duì)鋼的熱處理的影響（1） 對(duì)鋼加熱時(shí)奧氏體形成的影響 （2） 對(duì)過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變的影響 （3） 對(duì)淬火鋼回火的影響 工程材料與熱加工基礎(chǔ)程曉宇合金元素對(duì)熱處理的影響1 對(duì)加熱的影響 多數(shù)元素減緩A形成，阻礙晶粒長大合金鋼需要 加熱溫度， 保溫時(shí)間 保證A均勻化 對(duì)冷卻的影響 多數(shù)元素溶入A后 過冷A穩(wěn)定性 Vc 淬透性 Ms點(diǎn) 殘余A量 （看后圖） 合金鋼可以制造大截面的零件，淬火不易變形3 對(duì)回火的影響 回火穩(wěn)定性 抗回火軟化的能力

10、產(chǎn)生二次硬化 HRC（1） 對(duì)鋼加熱時(shí)奧氏體形成的影響對(duì)奧氏體形成速度的影響 對(duì)奧氏體晶粒大小的影響工程材料與熱加工基礎(chǔ)程曉宇鋼加熱時(shí)對(duì)奧氏體形成速度的影響 奧氏體化過程包括奧氏體的形成，剩余碳化物的溶解和奧氏體成分均勻化，均是由合金元素和碳的擴(kuò)散所控制。非碳化物形成元素：Co和Ni提高碳在奧氏體中擴(kuò)散速度，加速奧氏體的形成。Si、Al、Mn等元素，對(duì)C的擴(kuò)散速度影響不大。因而對(duì)奧氏體的形成速度影響不大。碳化物形成元素：Cr、W、Nb、Mo、Ti、V阻礙C的擴(kuò)散，緩減奧氏體的形成速度。合金元素的擴(kuò)散能力遠(yuǎn)比碳小，因此，要獲得均勻的奧氏體，合金鋼的加熱溫度應(yīng)比碳鋼高，保溫時(shí)間應(yīng)比碳鋼長。 返回工

11、程材料與熱加工基礎(chǔ)程曉宇鋼加熱時(shí)對(duì)奧氏體晶粒大小的影響碳化物形成元素：Ti、V、Nb、Zr阻礙晶粒長大非碳化物形成元素：Cu、Si、Ni阻止晶粒長大的作用不大；Mn、P、B促進(jìn)晶粒長大。返回工程材料與熱加工基礎(chǔ)程曉宇（2）對(duì)過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變的影響實(shí)質(zhì)上是對(duì)C曲線的影響除Co以外，大多數(shù)合金元素都增加奧氏體的穩(wěn)定性，使C曲線右移，且：非碳化物形成元素Al、Ni、Si、Cu等不改變C曲線的形狀，只使其右移；碳化物形成元素Mn、Cr、Mo、W等除使C曲線右移外，還改變其形狀。下頁工程材料與熱加工基礎(chǔ)程曉宇合金元素對(duì)C曲線的影響碳化物形成元素Cr、Mo、W、V等將C曲線分裂為珠光體轉(zhuǎn)變和貝氏體轉(zhuǎn)變兩個(gè)

12、C曲線，并在此二曲線之間出現(xiàn)一個(gè)過冷奧氏體的穩(wěn)定區(qū)下頁工程材料與熱加工基礎(chǔ)程曉宇合金元素對(duì)C曲線的影響圖工程材料與熱加工基礎(chǔ)程曉宇對(duì)過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變影響的實(shí)際意義 合金元素使C曲線位置和形狀的改變，有重要的實(shí)際意義，由于合金元素使C曲線右移，因而使淬火的臨界冷卻速度降低，提高了鋼的淬透性，這樣就可采用較小的冷卻速度，甚至在空氣中冷卻就能得到馬氏體，從而避免了由于冷卻速度過大而引起的變形和開裂。另一方面由于形狀的改變，使某些鋼28CrMoNiVB采取空冷便得貝氏體組織，具有良好的綜合機(jī)械性能，就不用采取等溫淬火。返回工程材料與熱加工基礎(chǔ)程曉宇（3） 對(duì)淬火鋼回火的影響(1)提高回火穩(wěn)定性 (2)

13、產(chǎn)生二次硬化現(xiàn)象(3)增大回火脆性 工程材料與熱加工基礎(chǔ)程曉宇(1)提高回火穩(wěn)定性 合金元素固溶于馬氏體中，減慢了碳的擴(kuò)散，從而減慢了馬氏體及殘余奧氏體的分解過程和阻礙碳化物析出，聚集長大，因而在回火過程中合金鋼的軟化速度比碳鋼慢，即合金鋼具有較高的回火抗力，在較高的回火溫度下仍保持較高的硬度。 即在回火溫度相同時(shí)，合金鋼的硬度及強(qiáng)度比相同含碳量的碳鋼高，而回火至相同硬度時(shí)，合金鋼的回火溫度高，內(nèi)應(yīng)力的消除比較徹底，因此，其塑性和韌性比碳鋼好。 返回工程材料與熱加工基礎(chǔ)程曉宇(2)產(chǎn)生二次硬化現(xiàn)象 若鋼中Cr、W、Mo、V等元素超過一定量時(shí)，除了提高回火抗力外，在400以上還會(huì)形成彌散分布的特

14、殊碳化物，使硬度重新升高，直到500600硬度達(dá)最高值，出現(xiàn)所謂的二次硬化現(xiàn)象。600以后硬度下降是由于這些彌散分布的碳化物聚集長大的結(jié)果。 二次硬化現(xiàn)象對(duì)高合金工具鋼 十分重要，通過500600回火可使其硬度比淬火態(tài)硬度高 HRC5以上。 返回工程材料與熱加工基礎(chǔ)程曉宇Mo對(duì)鋼(0.35%C)淬火回火后硬度的影響工程材料與熱加工基礎(chǔ)程曉宇(3)增大回火脆性第一類回火脆性第二類回火脆性第二類回火脆性的消除方法工程材料與熱加工基礎(chǔ)程曉宇第一類回火脆性第一類回火脆性：結(jié)構(gòu)鋼回火時(shí)在250-400出現(xiàn)的沖擊韌性下降的現(xiàn)象。這類回火脆性無論是在碳鋼還是合金鋼中均會(huì)出現(xiàn)，它與鋼的成分和冷卻速度無關(guān)，即使

15、加入合金元素及回火后快冷或重新加熱到此溫度范圍內(nèi)回火，都無法避免，故又稱“不可逆回火脆性”。但合金元素可使第一類回火脆性的溫度范圍移向較高的溫度。一般認(rèn)為這類回火脆性的產(chǎn)生與馬氏體，殘余奧氏體的分解及Fe3C析出有關(guān)，防止方法就是避開這一溫度范圍回火。返回工程材料與熱加工基礎(chǔ)程曉宇第二類回火脆性第二類回火脆性：500-650回火后緩慢冷卻出現(xiàn)的沖擊韌性下降現(xiàn)象。這類回火脆性如果在回火時(shí)快冷就不會(huì)出現(xiàn)，另外，如果脆性已經(jīng)發(fā)生，只要再加熱到原來的回火溫度重新回火并快冷，則可完全消除，因這類回火脆性又稱為“可逆回火脆性”。返回工程材料與熱加工基礎(chǔ)程曉宇Cr-Ni 鋼的回火脆性示意圖工程材料與熱加工基

16、礎(chǔ)程曉宇第二類回火脆性的消除方法并非所有的鋼都有第二類回火脆性，它只在含Cr、Mn或Cr-Ni、Cr-Si的合金鋼中出現(xiàn)，發(fā)生了這類回火脆性的鋼不僅室溫下的沖擊韌性低且韌脆轉(zhuǎn)化溫度高，因此必須設(shè)法防止或避免。產(chǎn)生原因是P、Mn、S、Si等元素在晶界偏聚。消除方法：（1）自回火溫度快冷消除P、MnS、Si元素的偏聚。 （2）在鋼中加入0.2-0.3%Mo或0.4-0.8%W來減緩偏聚過程發(fā)生，從而消除或減輕回火脆性。 返回工程材料與熱加工基礎(chǔ)程曉宇第三節(jié) 合金元素對(duì)鋼加工性能的影響工程材料與熱加工基礎(chǔ)程曉宇第四節(jié) 鋼中雜質(zhì)對(duì)鋼性能的影響基本元素：Fe、C合金元素：為改善鋼的性能而有意加入雜質(zhì)元素

17、：無法去除的有害元素殘留元素：為去除雜質(zhì)元素而加入的元素非合金鋼中的常存元素 冷脆性有害礦石中P 熱脆性有害礦石中S 溶入F 固溶強(qiáng)化有益煉鋼時(shí)殘留Mn 溶入F 固溶強(qiáng)化有益煉鋼時(shí)殘留Si作用來源 Mn 脫氧、去硫,提高鋼的強(qiáng)度和硬度。但生成的MnS夾雜在鋼中，影響鋼的性能。 Si 有很強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用,能脫氧。但生成的SiO2夾雜在鋼中，影響鋼的性能。1.有益元素工程材料與熱加工基礎(chǔ)程曉宇2.有害元素: P 有很強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用,低溫韌性差 ( 冷脆 )。 S 能引起鋼在熱加工時(shí)或高溫工作下開裂 ( 熱裂 )。工程材料與熱加工基礎(chǔ)程曉宇硫 鋼中的硫來源于煉鋼時(shí)的生鐵和燃料。 硫不溶于鐵，而與

18、鐵生成熔點(diǎn)為1190 左右的FeS，且FeS常與Fe一起形成低熔點(diǎn) (約989)的共晶體，分布在奧氏體晶界上。當(dāng)鋼進(jìn)行熱加工時(shí)(如在9001200鍛造或軋制、焊接等)，共晶體將熔化，使鋼的強(qiáng)度尤其是韌性大大下降而產(chǎn)生脆性開裂，這種現(xiàn)象稱為熱脆。因此，必須嚴(yán)格控制鋼中的硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)。熱脆的減輕或防止措施有二：其一是采用精煉方法降低鋼中的硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)，但此舉會(huì)增加鋼的生產(chǎn)成本；其二是通過適當(dāng)增加鋼中的錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)，使s與Mn優(yōu)先生成高熔點(diǎn)(約1620(：)的MnS，從而避免熱脆，這是降低硫的有害作用的主要手段。磷鋼中的磷來源于煉鋼時(shí)的生鐵。磷主要溶于鐵素體中，它雖然有明顯提高強(qiáng)度、硬度的作用，但也劇烈地

19、降低了鋼的塑性、韌性、尤其是低溫韌性，并使冷脆轉(zhuǎn)化溫度升高；此外，過多的磷也會(huì)生成極脆的Fe3P化合物，且易偏析于晶界上而增加脆性，這種現(xiàn)象稱為冷脆。因此，必須嚴(yán)格控制鋼中磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)。3.氣體元素:O：鋼中的氧化物易成為疲勞裂紋源。N：鋼中過飽和N在常溫放置過程中會(huì)發(fā)生時(shí) 效脆化。加Ti、V、Al等元素可消除時(shí)效 傾向。 H：原子態(tài)的過飽和氫時(shí)將降低韌性, 引起氫 脆。當(dāng)氫在缺陷處以 分子態(tài)析出時(shí)，會(huì)產(chǎn) 生很高內(nèi)壓，形成微 裂紋，其內(nèi)壁為白色， 稱白點(diǎn)或發(fā)裂。鋼中白點(diǎn)工程材料與熱加工基礎(chǔ)程曉宇1. 氧的影響 由于氧在固態(tài)鋼中的溶解度遠(yuǎn)低于在鋼液中的溶解度(氧在低碳鋼液中溶解度為0.03%0.0

20、8%，在室溫下的溶解度小于0.0003%)，所以液態(tài)鋼中溶解的氧在溫度降低和凝固時(shí)將會(huì)以氧化物夾雜的形式析出。煉鋼過程是一個(gè)高溫氧化和還原的過程，因此在冶煉過程中要向爐內(nèi)供氧，用來氧化鋼中的雜質(zhì)元素。但是所產(chǎn)生的氧化產(chǎn)物，會(huì)部分地殘留在鋼中成為夾雜物，降低鋼的塑性、韌性、強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度等力學(xué)性能，并且提高鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度；降低不銹鋼的抗腐蝕性能；氧還會(huì)與碳反應(yīng)生成CO氣泡，形成氣孔缺陷，因此煉鋼過程中必須充分脫氧和排除脫氧的產(chǎn)物。 目前，生產(chǎn)中采用的合金脫氧、保護(hù)澆注、爐外精煉、真空冶煉等技術(shù)，目的就是盡量減少鋼中的氧，這就是氧在煉鋼過程中所具有的二重性。2. 氮的影響 鋼中的氮主要來自爐料和

21、爐氣，碳素鋼中的氮含量一般在0.001%0.02%之間。氮能溶于鐵中，591時(shí)在-Fe中的溶解度為0.1%，而在室溫時(shí)只有0.001%。因此，氮能固溶于鋼中，也能以氮化物和氣體形式存在于鋼中。鋼材在室溫長時(shí)間放置時(shí)，溶于鋼中過飽和的氮會(huì)以Fe4N形式析出，從而使鋼的強(qiáng)度、硬度升高，而塑性、韌性下降，這種現(xiàn)象叫時(shí)效。鋼中含氮量越高，這種時(shí)效傾向就越大。如果在澆注前向鋼液中加入少量的鋁(每1t鋼加0.51.0kgAl)，可以形成AlN而大大降低固溶于鐵素體中的氮化物，從而降低氮的時(shí)效作用。氮以氮化物質(zhì)點(diǎn)形式存在于鋼中，能阻礙奧氏體晶粒長大，細(xì)化鋼的晶粒，從而改善鋼的力學(xué)性能。氮還能以氣體形式存在于

22、鋼中，使鋼中產(chǎn)生氣泡和疏松。3. 氫的影響 鋼中的氫主要是由銹蝕或潮濕的爐料，爐氣和澆注系統(tǒng)的水分帶入。氫一般是以間隙原子形式固溶在鋼中，所以氫在固態(tài)鋼中的溶解度很小，一般在0.0005%0.0025%之間，并隨溫度降低而降低。氫會(huì)使鋼的塑性、韌性降低，易于脆斷，引起“氫脆”；氫還會(huì)使鋼的內(nèi)部產(chǎn)生顯微裂紋，使鋼基體的連續(xù)性遭到破壞。由氫而造成的微裂紋有兩類：一類是所謂的“白點(diǎn)”，即將含氫量高的鋼材打斷口，在斷口上可觀察到呈銀亮色的斑點(diǎn)。另一類是氫氣泡及顯微孔隙在加工時(shí)沿軋制方向上被拉長而形成的微裂紋，通常稱為“發(fā)紋”，它們通常是進(jìn)行塔形檢驗(yàn)時(shí)才能檢測(cè)到。為防止鋼中微裂紋的產(chǎn)生，在煉鋼和澆注過程

23、中應(yīng)采取各種工藝措施，盡可能地降低鋼中的氫含量。 鋼中氣體常造成鋼的一些缺陷如白點(diǎn)、氣孔、裂紋等，氮還促使低碳鋼發(fā)生時(shí)效硬化和藍(lán)脆，所以在煉鋼時(shí)要盡量降低鋼中氣體。只有極特殊情況下，利用氮能擴(kuò)大奧氏體區(qū)這一特點(diǎn)，把氮作為奧氏體化合金元素來利用，例如錳氮奧氏體不銹鋼。 藍(lán)脆：鋼在300上下時(shí)，由于應(yīng)變時(shí)效，其塑性及韌性降低或基本上消失的現(xiàn)象。 鋼的應(yīng)變時(shí)效定義為在塑性變形時(shí)或變形后，固溶狀態(tài) 的間隙溶質(zhì)（C、N）與位錯(cuò)交互作用，釘扎位錯(cuò)阻止變 形，導(dǎo)致強(qiáng)度提高，韌性下降的力學(xué)冶金現(xiàn)象。由于可以導(dǎo) 致鋼材塑性急劇下降，脆性增加，所以常常需要防止其發(fā)生。 由于氮是導(dǎo)致應(yīng)變時(shí)效的最主要元素，一般為抵抗

24、應(yīng)變時(shí)效的發(fā)生采用添加固氮元素的做法。常見的固氮和固碳元素有：釩V、鈦、鋁、鈮等等?？筛鶕?jù)應(yīng)變時(shí)效原理，將鋼板在沖壓之前先進(jìn)行一道微量冷軋(如12的 壓下量)工序，使屈服點(diǎn)消除，隨后進(jìn)行沖壓成型。 藍(lán)脆：鋼在300上下時(shí)，由于應(yīng)變時(shí)效，其塑性及韌性降低或基本上消失的現(xiàn)象。 氫和氮在大氣中都以雙原子的氣體存在，高溫下則都分解成單原子溶解。氣體接觸到固態(tài)或液態(tài)的表面后產(chǎn)生物理吸附，當(dāng)氣體和鋼的表面分子結(jié)合力大于氣體內(nèi)部分子的結(jié)合力時(shí)發(fā)生化學(xué)吸附，吸附的分子可以分解成原子，由鋼的表面擴(kuò)散到內(nèi)部。 鋼中氣體很易偏析，氫氣的偏析最大，對(duì)鋼品質(zhì)的影響也最嚴(yán)重，是形成鋼中白點(diǎn)、發(fā)紋、氣孔等缺陷的主要原因。微

25、孔隙中的氫在低溫時(shí)產(chǎn)生很大的氫氣分壓力，致使孔隙周邊鋼中溶解了大量的氫，故鋼的韌性顯著降低，再加上低溫時(shí)鋼本身的相變應(yīng)力，使鋼產(chǎn)生不同方位的細(xì)微裂紋，在軋制、鍛造材的縱向斷口上呈現(xiàn)白點(diǎn)。 第五節(jié) 鋼的分類簡介一、碳鋼的分類與牌號(hào)工程材料與熱加工基礎(chǔ)程曉宇一、碳素鋼的編號(hào)及用途 1.碳素結(jié)構(gòu)鋼: Q 235 A F沸騰鋼A等級(jí)235 MPa屈服強(qiáng)度普通碳素結(jié)構(gòu)鋼一般都在供貨狀態(tài)下使用，不作熱處理。工程材料與熱加工基礎(chǔ)程曉宇2.優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼* 45 - Wc = 45%00* 較高錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 45Mn - Wc = 45%00 ; WMn = 0.7%1.0%優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼制作的

26、零部件一般都使要經(jīng)過熱處理后使用。工程材料與熱加工基礎(chǔ)程曉宇3.碳素工具鋼T 12 A高級(jí)優(yōu)質(zhì) Wc = 12%0碳素工具鋼碳素工具鋼一般都是優(yōu)質(zhì)鋼，如果是高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼，則在鋼號(hào)后加“A”。工程材料與熱加工基礎(chǔ)程曉宇4.鑄造碳鋼ZG 200 - 400b 400MPas 200MPa鑄鋼工程材料與熱加工基礎(chǔ)程曉宇二、合金鋼的分類工程材料與熱加工基礎(chǔ)程曉宇合金結(jié)構(gòu)鋼用數(shù)字+化學(xué)元素+數(shù)字的方法表示前面的數(shù)字表示鋼的平均含碳量的萬分?jǐn)?shù)，合金元素用漢字或化學(xué)符合表示，其后面的數(shù)字表示合金元素含量，一般以平均含量的百分?jǐn)?shù)表示，當(dāng)合金元素含量小于1.5%時(shí)，牌號(hào)中只標(biāo)明元素而不標(biāo)明含量，如果平均含量等于或

27、大于1.5%、2.5%、3.5%時(shí)，相應(yīng)地以2、3、4等表示，如含0.370.44%C，0.81.10%Cr的鋼40Cr，含0.570.65%C，1.52.0%Si，0.60.9%Mn的鋼用60Si2Mn表示，對(duì)于滾珠軸承鋼，在鋼號(hào)前注明“滾”或“G”，后面的數(shù)字則表示鉻含量的千分?jǐn)?shù)，如GCr15的平均含Cr量1.5%（含C%為1%左右）含S、P量較低（S0.02%,P0.03% ）的高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼，則在鋼號(hào)加“高”或“A”。易切削鋼，在鋼號(hào)前加“易”或“Y”如Y12（Mn、Si、C、P） 返回工程材料與熱加工基礎(chǔ)程曉宇合金工具鋼與合金結(jié)構(gòu)鋼大致相同，只是含碳量的表示方法不同。含碳量：平均含量1.

28、0%時(shí)不標(biāo)出；1.0%時(shí)用千分之幾表示。高速鋼例外，其平均含碳量1.0%時(shí)也不標(biāo)出。合金元素表示方法與結(jié)構(gòu)鋼相同。如：（1）CrMn表示平均含量1.0%，Cr、Mn平均含量均1.5%合金工 具鋼。 （2）9SiCr表示平均含量0.9%，Si 、Cr平均含量均1.5%合金工具鋼。 （3）W18Cr4V含碳量為0.700.80%，W、Cr、V分別為18%、4%1.5%的高速鋼。 返回工程材料與熱加工基礎(chǔ)程曉宇特殊性能鋼 其含碳量的表示方法與合金工具鋼相同，即1.0%時(shí)不標(biāo)出，1.0%時(shí)以千分之幾表示，而合金元素用百分?jǐn)?shù)表示。如9Cr18 平均含碳0.9% Cr 18%Mn13 含碳量1.0% Mn

29、 13%但如果含碳量0.03%及0.08%時(shí)，在鋼號(hào)前分別定擬“00”及“0”表示，如：00Cr18Ni10： 含0.03% 18%Cr 10%Ni 0 Cr18 ： 含0.08% 18%Cr返回工程材料與熱加工基礎(chǔ)程曉宇 （一）、 合金結(jié)構(gòu)鋼 ( Alloy Constructional Steel )普通低合金鋼合金滲碳鋼 合金調(diào)質(zhì)鋼彈簧鋼滾動(dòng)軸承鋼易切削鋼工程材料與熱加工基礎(chǔ)程曉宇 普通低合金鋼 ( common low alloyed steel )1.化學(xué)成分: 碳素結(jié)構(gòu)鋼 + 合金元素主加合金元素: Mn 1.8 %以內(nèi)。輔加合金元素:V、Ti、Nb、B。工程材料與熱加工基礎(chǔ)程曉宇

30、普通低合金鋼2. 牌號(hào): Q 345 C 質(zhì)量等級(jí)345 MPa屈服強(qiáng)度工程材料與熱加工基礎(chǔ)程曉宇普通低合金鋼Q460鋼含Mo、B，正火組織 為B，強(qiáng)度高，用于石化中溫 高壓容器。壓力容器南京長江大橋 Q345鋼(16Mn)綜合性能好， 用于船舶、橋梁、車輛等大 型鋼結(jié)構(gòu)。 Q390鋼含V、Ti、Nb，強(qiáng)度 高，用于中等壓力的容器。萬噸遠(yuǎn)洋輪工程材料與熱加工基礎(chǔ)程曉宇合金調(diào)質(zhì)鋼的牌號(hào)40Cr40Mn40MnB35CrMo38 Cr Mo Al A25Cr2Ni4WA工程材料與熱加工基礎(chǔ)程曉宇碳素彈簧鋼及合金彈簧鋼1.對(duì)彈簧鋼的性能要求:高的e、高的s/ b、高的-1、良好的韌性。2.對(duì)彈簧鋼含

31、碳量的要求:中、高碳。3.熱成型彈簧鋼的熱處理特點(diǎn):淬火 + 中溫回火( 450550 )工程材料與熱加工基礎(chǔ)程曉宇合金彈簧鋼的牌號(hào)6565 Mn55 Si 2 Mn60 Si 2 Mn50 Cr V A50 Cr Mn A55 Si Mn Mo V Nb工程材料與熱加工基礎(chǔ)程曉宇滾動(dòng)軸承鋼 ( bearing steel )1.性能要求:高的硬度強(qiáng)度和耐磨性;高的接觸疲勞強(qiáng)度;足夠的韌性和耐蝕性;高的純凈度;滾珠軸承滾針軸承滾柱軸承工程材料與熱加工基礎(chǔ)程曉宇滾動(dòng)軸承鋼 ( bearing steel )2.化學(xué)成分特點(diǎn):高碳, Wc = 0.91.1%。主加Cr, 0.41.65 % 輔加S

32、i、Mn。優(yōu)質(zhì)鋼材。工程材料與熱加工基礎(chǔ)程曉宇（二）、 合金工具鋼合金刃具鋼 ( alloy cutting steel )合金模具鋼 ( alloy die steel )合金量具鋼( alloy measuring steel )工程材料與熱加工基礎(chǔ)程曉宇量 具刃 具模 具工程材料與熱加工基礎(chǔ)程曉宇（三）.特殊性能鋼(1)不銹鋼(2)耐熱鋼(3)耐磨鋼工程材料與熱加工基礎(chǔ)程曉宇一.不銹鋼1.定義: 在腐蝕介質(zhì)中具有很高的抗腐 蝕能力的鋼。2.概念:*在空氣中的年腐蝕量為0.01mm 以內(nèi)的鋼, 稱為在空氣中使用的 不銹鋼。 *在強(qiáng)酸、強(qiáng)堿介質(zhì)中的年腐蝕 量為0.1mm以內(nèi)的鋼,稱為在強(qiáng) 酸

33、、強(qiáng)堿介質(zhì)中使用的不銹鋼。3.金屬腐蝕的機(jī)理金屬腐蝕的種類:1)化學(xué)腐蝕: 金屬與介質(zhì) ( 干燥氣體和 非電解質(zhì)溶液 ) 發(fā)生化學(xué) 反應(yīng)而產(chǎn)生的腐蝕。 例如:高溫氧化、脫碳等。2)電化學(xué)腐蝕:金屬與介質(zhì) ( 電解質(zhì)溶 液,即酸、堿、鹽溶液 ) 發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生 的腐蝕。 電化學(xué)腐蝕過程示意圖 珠光體電化學(xué)腐蝕示意圖4.金屬的防腐措施:1)覆蓋層保護(hù): 涂漆、電鍍、發(fā)藍(lán)、磷 化等工藝。2)形成氧化層: 加入合金元素Cr、Al、 Si 等,形成Cr2O3、SiO2、 Al2O3等氧化膜。 3)提高金屬的電極電位: 加入合金元素 Cr、Ni、Si等,提高金屬 基體的電極電位。4)使鋼在室溫下呈單

34、相組織:加入合金元素 Mn、Ni、Co等能擴(kuò)大 區(qū),可在室溫獲得奧氏體鋼。加入合金元素 Cr、Mo、W、V、Ti、 Si 等能擴(kuò)大區(qū),可在室溫獲得鐵素體 鋼。5)減少與消除鋼中的各種不均勻現(xiàn)象: 偏析、應(yīng)力、組織等。6)犧牲陽極保護(hù)陰極 : 鑲嵌一些比金屬 或合金基體電極電位更低的金屬塊。5.化學(xué)成分特點(diǎn): * 低碳:耐蝕性要求愈高,碳含量愈低。 * 合金元素:主加Cr。 輔加Ni、Mo、Cu、Ti、 Nb、Mn 等。常用的不銹鋼分類a、馬氏體型不銹鋼b、奧氏體不銹鋼c、鐵素體型不銹鋼a、馬氏體型不銹鋼0Cr134Cr13 9Cr13 淬透性高，空冷便得M而得名。0Cr132Cr13 含C量低

35、具有良好的綜合機(jī)械性能，可進(jìn)行深沖、卷邊、焊接等，制不銹鋼結(jié)構(gòu)中（如汽輪機(jī)葉片等）淬火+高溫回火3 Cr13、 4Cr13 硬度高、焊接性差，耐蝕工件，醫(yī)療工具，不銹軸承，淬火+低回。弱腐蝕介質(zhì)：大氣、海水、淡水、水蒸汽。 1Cr13金相組織圖1Cr13供貨狀態(tài)組織 ( 化染 ) 580 b、奧氏體型不銹鋼-18 8型鋼化學(xué)成分特點(diǎn): Wc = 0.08 0.14 %、WCr = 1719 %、WNi = 811 %、Cu、Ti、Mo等。加工特點(diǎn):不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化,只能冷塑性變形強(qiáng)化。0cCr18Ni9 1Cr18Ni9 0Cr18Ni9Ti 1Cr18Ni9Ti含C量在0.1%以下，通常為單相A，比馬氏體不銹鋼的耐蝕性好，好的冷變形性能，有好的韌性，焊接性。熱處理特點(diǎn):固溶處理;穩(wěn)定化處理; 消除應(yīng)力退火。牌號(hào): 0Cr18Ni9、1Cr18Ni9、 0Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9Ti。用途: 化工容器、管道等。大型化工儲(chǔ)罐(304)管板換熱器 ( 304 ) 1Cr18Ni9Ti固溶處理組織金相圖1Cr18Ni9Ti固溶處理組織 580 c、鐵素體型不銹鋼化學(xué)成分特點(diǎn): Wc = 0.1 %左右 W