第1章鋼的合金化原理-2012

第一章鋼的合金化原理主要內(nèi)容鋼中的合金元素合金鋼中的相組成（重點(diǎn)）合金元素對(duì)相變的影響（重點(diǎn)）合金元素對(duì)鋼的強(qiáng)韌性和工藝性能的影響§1.1鋼中的合金元素一.幾個(gè)概念1.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)從而得到一定的物理、化學(xué)或機(jī)械性能的化學(xué)元素。（常用M來(lái)表示）如：B,C,N;Al,Si,P,S;Ti,V,Cr,Mn,Co,Ni,Cu;Y,Zr,Nb,Mo;W,Ta,La系。2.雜質(zhì)元素由冶煉時(shí)所用原材料以及冶煉方法和工藝操作等所帶入鋼中的化學(xué)元素。常存雜質(zhì)

冶煉殘余，由脫氧劑帶入。Mn、Si、Al；S、P難清除。隱存雜質(zhì)偶存雜質(zhì)

生產(chǎn)過(guò)程中形成，微量元素O、H、N等。

與煉鋼時(shí)的礦石、廢鋼有關(guān)，如Cu、Sn、Pb、Cr等。注意:

同一元素既可能作為合金元素又可能雜質(zhì)，若屬于前者，則決定鋼的組織與性能；若屬于后者，則影響鋼的質(zhì)量。如：當(dāng)H，S，P等元素在鋼中一般都為雜質(zhì)元素，但當(dāng)其作為合金元素時(shí)：H—儲(chǔ)氫合金；S—易切削鋼；P—耐磨鋼。

熱脆性——S——FeS(低熔點(diǎn)989℃)；？

冷脆性——P——Fe3P（硬脆）；？氫脆——H——白點(diǎn)。3.合金鋼

在化學(xué)成分上特別添加合金元素用以保證一定的生產(chǎn)和加工工藝以及所要求的組織與性能的鐵基合金。M<5％時(shí)，稱為低合金鋼；M5~10％，稱為中合金鋼；M>10％,稱為高合金鋼；不過(guò)這種劃分并沒(méi)有嚴(yán)格的規(guī)定。4.微合金元素與微合金化鋼

微合金元素有些合金元素如V，Nb，Ti,和B等，當(dāng)其含量只在0.1%左右（如B0.001%，V0.2%）時(shí)，會(huì)顯著地影響鋼的組織與性能，將這種化學(xué)元素稱為微合金元素。微合金鋼二.M分類及Fe-M的類型

1.合金元素M的分類鐵族金屬——Co,Ni,Mn。難熔金屬——W,Mo,Nb,V,Cr.輕金屬——Ti,Al,Mg,Li稀土金屬——La，Ce和Nd等貴金屬元素——Au,Ag

按M與C的親和力的大小分為：碳化物形成元素：Ti,Zr,V,Nb,Cr,Mo,W,Mn非碳化物形成元素：Cu,Ni,Co,Si,Al2.Fe-M二元相圖的類型

同素異型轉(zhuǎn)變A3（910℃）A4（1390℃）α-Fe←----→γ–Fe←----→δ-Fe奧氏體形成元素：在γ-Fe中有較大的溶解度,且能穩(wěn)定γ相；如Mn,Ni,Co,C,N,Cu；鐵素體形成元素：在α-Fe中有較大的溶解度，且能穩(wěn)定α相。如：V，Nb,Ti等。按照M對(duì)Fe-M影響:擴(kuò)大γ相區(qū)使A3降低，A4升高。一般為奧氏體形成元素?？s小γ相區(qū)：使A3升高，A4降低。一般為鐵素體形成元素。擴(kuò)大γ相區(qū)分為兩類：

1）開(kāi)啟γ相區(qū)

Mn,Ni,Co與γ-Fe無(wú)限互溶.Fe-Ni合金開(kāi)啟γ相區(qū)示意圖2）擴(kuò)大γ相區(qū)

有C，N，Cu等。如Fe-C相圖，形成的擴(kuò)大的γ相區(qū)，構(gòu)成了鋼的熱處理的基礎(chǔ)。

擴(kuò)大γ相區(qū)示意圖Fe-C相圖縮小γ相區(qū)：也分為兩類:1）封閉γ相區(qū)使相圖中γ區(qū)縮小到一個(gè)很小的面積形成γ圈,其結(jié)果使δ相區(qū)與α相區(qū)連成一片。如V,Cr,Si,A1,Ti,Mo,W,P,Sn,As,Sb。封閉γ相區(qū)示意圖2）縮小γ相區(qū)：Zr,Nb,Ta,B,S,Ce等。3.生產(chǎn)中的意義可以利用M擴(kuò)大和縮小γ相區(qū)作用，獲得單相組織，具有特殊性能，在耐蝕鋼和耐熱鋼中應(yīng)用廣泛。合金元素對(duì)相圖的影響，可以預(yù)測(cè)合金鋼的組織與性能。

三.M對(duì)Fe-C相圖的影響

1.改變了奧氏體區(qū)的位置錳含量及鉬含量對(duì)鐵碳相圖奧氏體區(qū)的影響2.改變了共晶溫度

擴(kuò)大γ相區(qū)的元素使A1，A3下降；縮小γ相區(qū)的元素使A1，A3升高。當(dāng)Mo>8.2%,W>12%,Ti>1.0%,V>4.5%,

Si>8.5%，

γ相區(qū)消失。

3.改變了共析含碳量

所有合金元素均使S點(diǎn)左移。

提問(wèn)：對(duì)組織與性能有何影響呢？

四、Me在鋼中的存在形式

1、退火、正火態(tài)非K形成元素基本上固溶于基體中，而K形成元素視C和本身量多少而定。優(yōu)先形成K，余量溶入基體。

2、淬火態(tài)Me分布與淬火工藝有關(guān)。溶入A體的元素淬火后存在于M、B中或AR中；未溶者仍在K中。

3、回火態(tài)低回:Me不重新分布；>400℃，Me開(kāi)始重新分布。非K形成元素仍在基體中，K形成元素逐步進(jìn)入析出的K中，其程度決定于回火溫度和時(shí)間。（一）Me在不同狀態(tài)下的分布（二）Me的偏聚（segregation）

Me偏聚→缺陷處C’>基體平均C這種現(xiàn)象也稱為吸附現(xiàn)象。

偏聚現(xiàn)象對(duì)鋼的組織和性能產(chǎn)生了較大影響，如晶界擴(kuò)散、晶界斷裂、晶界腐蝕、相變形核等都與此有關(guān).

Me+⊥：溶質(zhì)原子在刃型位錯(cuò)處吸附，形成柯氏氣團(tuán)；Me+≡：溶質(zhì)原子在層錯(cuò)處吸附形成鈴木氣團(tuán)；Me+◎：溶質(zhì)原子在螺位錯(cuò)吸附形成Snoek氣團(tuán).偏聚機(jī)理

溶質(zhì)原子在缺陷處偏聚，使系統(tǒng)自由能↓，符合自然界最小自由能原理。結(jié)構(gòu)學(xué)：缺陷處原子排列疏松，不規(guī)則，溶質(zhì)原子容易存在；能量學(xué)：原子在缺陷處偏聚，使系統(tǒng)自由能↓，符合自然界最小自由能原理。（在沒(méi)有強(qiáng)制外力作用下，事物總是朝著↓能量的方向發(fā)生。即使暫時(shí)不發(fā)生，也存在潛在的趨勢(shì)。熱力學(xué)：該過(guò)程是自發(fā)進(jìn)行的，其驅(qū)動(dòng)力是溶質(zhì)原子在缺陷和晶內(nèi)處的畸變能之差。影響因素

缺陷處溶質(zhì)濃度溫度T：T↓，內(nèi)吸附強(qiáng)烈；時(shí)間t：偏聚需要原子擴(kuò)散→需要一定時(shí)間；缺陷本身：缺陷越混亂，E↑，吸附也越強(qiáng)烈;其它元素：①間接作用:優(yōu)先吸附問(wèn)題,B與C②直接作用:影響吸附元素D

,Mn↑DP，使P擴(kuò)散加快，促進(jìn)了鋼的回火脆性；Mo則相反，是消除或減輕回火脆性的有效元素。點(diǎn)陣類型：bcc點(diǎn)陣內(nèi)吸附較fcc強(qiáng)烈對(duì)組織與性能影響很大回火脆性：當(dāng)P，As，Sn，Bi，Sb在晶界發(fā)生偏聚時(shí)----晶界脆性；淬透性：鋼中加微量B時(shí)，大大提高鋼的淬透性；晶界強(qiáng)化：耐熱鋼中加入B，Zr等，提高晶界強(qiáng)度；晶界遷移與晶界擴(kuò)散晶間腐蝕優(yōu)先成核：相變時(shí)晶體缺陷處優(yōu)先成核。

五.合金鋼的分類與編號(hào)

1.鋼的分類按用途分類工程結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼工具鋼（刃具鋼、模具鋼、量具鋼）特殊性能鋼（不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼、超強(qiáng)鋼）按金相組織分類

1）按平衡狀態(tài)或退火狀態(tài)的組織分：亞共析鋼，共析鋼，過(guò)共析鋼和萊氏體鋼；

2）按正火組織分:P鋼，B鋼，M鋼，A鋼；

3）按加熱冷卻時(shí)有無(wú)相變和室溫時(shí)的金相組織分：

F鋼，M鋼，A鋼和雙相鋼。按化學(xué)成分分：碳素鋼和合金鋼；按工藝特點(diǎn)分：鑄鋼,滲碳鋼,易削鋼等；按質(zhì)量等級(jí)分:普通質(zhì)量鋼、優(yōu)質(zhì)鋼、高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼和特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼。2.合金鋼的編號(hào)方法含碳量C：一般以平均含碳量的萬(wàn)分之幾來(lái)表示。如30CrMnA:平均含碳量為0.30%；

60Si2Mn:平均含碳量為0.60%。注意：不銹鋼、耐熱鋼、高速鋼等高合金鋼，含碳量一般不予標(biāo)出；但如果幾個(gè)鋼的M%相同，C%不同，則用千分之幾表示C%。如0Cr13,1Cr13,2Cr13,3Cr13,4Cr13；合金工具鋼：當(dāng)C>1.0%,不標(biāo)出；當(dāng)C<1.0%,用千分之幾標(biāo)出,如9Mn2V,9CrSi。合金元素M平均含量小于1.5%時(shí)，只標(biāo)元素。如：20MnVB：0.20%C,<1.5%Mn,<0.2%V,微量B；平均含量在1.5-2.49％，2.50-3.49％…22.50-23.49％…應(yīng)相應(yīng)地寫為2,3，…,23；如55Si2Mn:0.55%C,2%Si,<1.5%Mn

0Cr18Ni9Ti:<0.08%C,18%Cr,9%Ni,少量Ti注意：鉻軸承鋼

含碳量不予標(biāo)出，鉻含量以千分之幾表示。GCr15；低鉻合金工具鋼的鉻的含量出用千分之幾表示，但在其含量之前加個(gè)“0’，例如Cr06?！?.2合金鋼中的相組成

固溶體化合物相

碳化物，氮化物，硼化物金屬間化合物相非金屬相

非金屬夾雜物游離態(tài)單質(zhì)

如Pb，Cu，Be在鋼中超過(guò)其溶解度。

一.鐵基固溶體

1.置換（代位）固溶體Ni,Co,Mn與γ-Fe形成無(wú)限固溶體。Cr,V與α-Fe形成無(wú)限固溶體。其它置換原子與γ-Fe或α-Fe形成有限固溶體。2.間隙固溶體

間隙原子：B，C，N，O，H間隙原子總是部分占據(jù)溶劑金屬點(diǎn)陣的八面體或四面體間隙;均為有限固溶體。合金元素在鐵點(diǎn)陣中的固溶情況MeTiVCrMnCoNiCuCN溶解度α-Fe~7(1340℃)無(wú)限無(wú)限~376100.20.020.1γ-Fe0.68~1.412.8*無(wú)限無(wú)限無(wú)限8.52.062.8

常用合金元素點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)和原子半徑第四周期TiVCrMnFeCoNiCu點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)bccbccbccbcc或fccfcc/hcpfccfcc電子結(jié)構(gòu)235567810原子半徑/nm0.1450.1360.1280.1310.1270.1260.1240.128ΔR，%14.27.10.83.1—0.82.40.8注：1、電子結(jié)構(gòu)是3d層電子數(shù)；2、原子半徑是配位數(shù)12的數(shù)值

（1）Ni、Mn、Co與γ-Fe的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)、原子半徑和電子結(jié)構(gòu)相似——無(wú)限固溶；（2）Cr、V與α-Fe的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)、原子半徑和電子結(jié)構(gòu)相似——無(wú)限固溶；（3）Cu和γ-Fe點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)、原子半徑相近，但電子結(jié)構(gòu)差別大——有限固溶；（4）原子半徑對(duì)溶解度影響：ΔR≤±8%，可以形成無(wú)限固溶；≤±15%，形成有限固溶；>±15%，溶解度極小。結(jié)論

①有限固溶C、N、B、O等

②溶解度溶劑金屬點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)：同一溶劑金屬不同點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，溶解度是不同的——如γ-Fe與α-Fe。溶質(zhì)原子大?。簉↓，溶解度↑。N溶解度比C大:RN=0.071nm，RC=0.077nm。

③間隙位置優(yōu)先占據(jù)有利間隙位置——畸變?yōu)樽钚　ｉg隙位置總是沒(méi)有被填滿——最小自由能原理。

間隙固溶體二.碳化物（K）

1.結(jié)構(gòu)1）rc/rM<0.59簡(jiǎn)單密排結(jié)構(gòu)

V,Nb,Ta,Zr,Hf,Mo,WMC型面心立方，V,Nb,Ta，Zr,Hf，如VC，ZrC等。六方點(diǎn)陣，Mo,W，如MoC,WC。M2C型六方點(diǎn)陣，Mo,W，如：Mo2C,W2C2）rc/rM>0.59，間隙化合物

復(fù)雜密排結(jié)構(gòu)，如Cr,Mn,Fe等與C形成的K：M23C6型

復(fù)雜立方，Cr,Mn形成的K：Cr23C6M7C3型復(fù)雜六方，Cr,Mn形成的K：Cr7C3,Mn7C3M3C型正交晶系，F(xiàn)e形成的K：Fe3C3）Fe-M-C形成的三元KM6C型復(fù)雜立方，W、Mo的K：Fe3Mo3C,Fe4Mo2C,Fe3W3C,Fe4W2C。M23C6型復(fù)雜立方，W、Mo的K：Fe21Mo2C6，F(xiàn)e21W2C6。1）K類型

K類型與Me的原子半徑有關(guān)。各元素的rc/rMe的值如下：MeFeMnCrVMoWTiNbrc/rMe0.610.600.610.570.560.550.530.53

2、K形成的一般規(guī)律rc/rMe>0.59—復(fù)雜點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，如Cr、Mn、Fe，形成Cr7C3、Cr23C6、Fe3C、Mn3C等形式的K；rc/rMe<0.59—簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)相，如Mo、W、V、Ti等，形成VC等MC型，W2C等M2C型。Me量少時(shí)，形成復(fù)合K，如（Cr,M）23C6型。2）相似者相溶

完全互溶：原子尺寸、電化學(xué)因素均相似。如Fe3C，Mn3C→(Fe,Mn)3C；TiC~VC。

有限溶解：一般K都能溶解其它元素，形成復(fù)合K如Fe3C中可溶入一定量的Cr、W、V等.最大值為<20%Cr，<2%W，<0.5%V；MC型不溶入Fe，但可溶入少量W、Mo。

溶入強(qiáng)者,使K穩(wěn)定性↑;溶入弱者,使K穩(wěn)定性↓3）強(qiáng)者先，依次成

K形成元素中，強(qiáng)者優(yōu)先與C結(jié)合，隨C↑，依次形成K。如：在含Cr、W鋼中，隨C↑，依次形成M6C，Cr23C6，Cr7C3,Fe3C。如果鋼中C量有限，則弱的K形成元素溶入固溶體。如：在低碳含Cr、V的鋼中，大部分Cr都在基體固溶體中。4）NM/NC比值決定了K類型

形成什么K主要決定于當(dāng)時(shí)的NM/NC比值。

退火態(tài):在Cr鋼中，隨NM/NC↑，先后形成順序?yàn)椋篗3C→M7C3→M23C6?；鼗饝B(tài):基體中的NM/NC↑，則析出的K中NM/NC也↑。如W鋼回火時(shí)，析出順序?yàn)椋篎e21W2C6→WC→Fe4W2C→W2C，NW/NC是不斷↑。5）強(qiáng)者穩(wěn)，溶解難，析出難，聚集長(zhǎng)大也是難

MC型在1000℃以上才開(kāi)始溶解；回火時(shí)，在500~700℃才析出，并且不易長(zhǎng)大，產(chǎn)生“二次硬化”效果。這在高合金鋼中是很重要的強(qiáng)化方法。其順序?yàn)椋篢i>Zr>Nb>V>W,Mo>Cr>Mn>Fe各種K相對(duì)穩(wěn)定性如下：MC→M2C→M6C→M23C6→M7C3→M3C（高----------------------------------低）三.氮化物及硼化物[自學(xué)內(nèi)容]四.金屬間化合物

合金鋼中由于M之間以及M與Fe之間產(chǎn)生相互作用，可能形成各種金屬間化合物。保持金屬的特點(diǎn)。

合金鋼中比較重要的金屬間化合物有：σ相（AB）拉夫斯相（AB2）有序相（AB3）

σ相

在高鉻不銹鋼、鉻鎳（錳）奧氏體不銹鋼、耐熱鋼及耐熱合金中，都會(huì)出現(xiàn)σ相，伴隨著σ相的析出，鋼和合金的塑性和韌性顯著下降，脆性增加。如Cr-Mn、Cr-Co、Mo-Mn等。

AB2

含鎢，鉬，鈮和鈦的復(fù)雜成分耐熱鋼和耐熱合金中，均存在AB2相，強(qiáng)化相。如（W,Mo,Nb）（Fe,Ni,Mn,Cr）2

其組元A的原子直徑和第二組元B的原子直徑之比為1.2/1

。AB3

各組元之間尚不能形成穩(wěn)定的化合物，處于固溶體到化合物的過(guò)渡狀態(tài)。有序無(wú)序轉(zhuǎn)變溫度較低，超過(guò)了就形成無(wú)序固溶體，如Ni3Fe,Ni3Mn等；有序狀態(tài)可保持高熔點(diǎn)，更接近金屬間化合物，如Ni3Al,Ni3Ti,Ni3Nb。Ni3Al是典型的復(fù)雜成分的耐熱鋼和耐熱合金中的強(qiáng)化相。五.非金屬相（非金屬夾雜物）

1.夾雜物的種類氧化物

簡(jiǎn)單氧化物，如FeO、MnO、TiO2、SiO2

復(fù)雜氧化物，MgO·Al2O3,

CaO·2A12O3等。

特點(diǎn):性脆易裂。這些氧化物在鋼材軋鍛以后，沿加工方向呈鏈狀分布。硫化物：鋼中常見(jiàn)的有MnS、FeS。特點(diǎn):高可塑性，熱加工時(shí)沿加工方向強(qiáng)烈地伸長(zhǎng)。硅酸鹽：成分復(fù)雜,是鋼中常見(jiàn)的一種夾雜物。根據(jù)檢驗(yàn)時(shí)金相形態(tài)來(lái)分類：脆性?shī)A雜物

如剛玉(Al2O3)、MgO·Al2O3,沿軋制方向排列呈點(diǎn)鏈狀分布。塑性?shī)A雜物

在變形過(guò)程中有良好的塑性，沿軋向呈連續(xù)條狀分布，有MnS和鐵錳硅酸鹽。

球狀不變形夾雜物

SiO2，鈣的鋁酸鹽。半塑性?shī)A雜物

主要是復(fù)相鋁硅酸鹽，含有Al2O3或尖晶石氧化物。

2.非金屬夾雜物對(duì)軸承鋼疲勞壽命的影響程度按剛玉、球狀不變形夾雜、半塑性鋁硅酸鹽、塑性硅酸鹽、硫化物依次遞減；理想的情況是：

數(shù)量少、尺寸小、塑性好、細(xì)條狀、均勻分布3.非金屬夾雜物的形成與消除脫氧產(chǎn)物;凝固時(shí)析出的氧化物和硫化物;殘留在鋼中的渣;冶煉和澆注時(shí)鋼液對(duì)耐火材料的浸蝕;出鋼時(shí)鋼液的二次氧化等。完全脫氧是獲得高純凈鋼的必要條件；利用真空脫氣、爐外精煉和電渣重熔。4.對(duì)組織性能的影響

與夾雜物的成分，數(shù)量有關(guān)，而且和它的形狀、大小特別是分布狀態(tài)有關(guān)。非金屬夾雜物差不多總是看成是有害的。

1.3合金元素對(duì)相變的影響

合金元素對(duì)鋼加熱時(shí)轉(zhuǎn)變的影響合金元素對(duì)過(guò)冷γ轉(zhuǎn)變的影響合金元素對(duì)淬火鋼回火轉(zhuǎn)變的影響一.M對(duì)鋼γ化的影響

α+Fe3C(或K)→γ

α→γ：需要Fe重組和C擴(kuò)散Fe3C或K：需要溶解于γ1.M對(duì)γ相形成的影響

對(duì)于（強(qiáng)）K形成元素:1）K穩(wěn)定難于溶解,阻礙γ的形成；2）增加C在γ中的擴(kuò)散激活能，減慢C的擴(kuò)散。對(duì)于非K形成元素：降低C在γ中的擴(kuò)散激活能，加速C的擴(kuò)散。2.M對(duì)γ成分不均勻的影響

能阻礙γ均勻化----則查阻礙γ轉(zhuǎn)變1）M擴(kuò)散慢；2）K形成元素對(duì)C的親和力較強(qiáng)，M均勻化前實(shí)際上C也很難均勻化；3）存在合金元素及雜質(zhì)元素的內(nèi)吸附;可通過(guò)提高淬火溫度來(lái)促進(jìn)γ成分均勻化

3.對(duì)γ晶粒長(zhǎng)大的影響

促進(jìn)A晶粒長(zhǎng)大C，P，Mn（高C）提高了Fe的自擴(kuò)散系數(shù)。強(qiáng)烈阻礙晶粒長(zhǎng)大Al、Ti、Nb、V等機(jī)械阻礙理論。中等阻止晶粒長(zhǎng)大W、Mo等。二.合金元素對(duì)過(guò)冷γ轉(zhuǎn)變的影響1.對(duì)P轉(zhuǎn)變的影響2.對(duì)B轉(zhuǎn)變的影響3.對(duì)M轉(zhuǎn)變的影響1.對(duì)P轉(zhuǎn)變的影響合金鋼中的P轉(zhuǎn)變過(guò)程的分析

1）孕育期：C與合金元素的重新擴(kuò)散與分布。2）K形核長(zhǎng)大：A．優(yōu)先形成特殊碳化物；B．需要C和合金元素的擴(kuò)散，合金元素本身擴(kuò)散慢。

對(duì)于非碳化物形成元素：擴(kuò)散開(kāi)去以便K形成，也需要擴(kuò)散。

3）γ→α，α形核長(zhǎng)大

合金元素對(duì)γ→α的影響主要：提高α相的形核功或者同素異型轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)變激活能。Ni，Mn：主要是增加了α形核功（從過(guò)冷度考慮）；Cr,W,Mo,Si等：通過(guò)延緩C的擴(kuò)散；或者提高Fe的自擴(kuò)散激活能，均可以提高轉(zhuǎn)變激活能。

Cr-Ni,Cr-Ni-Mo,Cr-Ni-W復(fù)合加入時(shí)，大大提高過(guò)冷γ的穩(wěn)定性

2.合金元素對(duì)B轉(zhuǎn)變的影響

半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變，只有C的擴(kuò)散和重新分布,Fe和合金元素都難以或不能擴(kuò)散.γ→α+Fe3C或ε-FexC

Si,Mn,Cr,B,Ni：推遲B轉(zhuǎn)變。W,Mo,V,Nb

：推遲B轉(zhuǎn)變的作用相對(duì)較小。（主要推遲P轉(zhuǎn)變）Co：

有加速作用。合金元素對(duì)過(guò)冷γ轉(zhuǎn)變（主要是P）的綜合作用Ti,Nb,Zr,V

主要是通過(guò)推遲（P轉(zhuǎn)變時(shí)）K形核與長(zhǎng)大來(lái)提高過(guò)冷γ的穩(wěn)定性。W，Mo,Cr

1）推遲K形核與長(zhǎng)大。作用：W，Mo>Cr。

2）增加固溶體原子間的結(jié)合力，降低Fe的自擴(kuò)散系數(shù)，增加Fe的擴(kuò)散激活能。作用大小為：Cr>W，Mo3）減緩C的擴(kuò)散。作用：W，Mo>Cr。

Mn1）（Fe,Mn）3C,減慢P轉(zhuǎn)變時(shí)合金滲碳體形核與長(zhǎng)大；

2）擴(kuò)大γ相區(qū)，強(qiáng)烈推遲γ→α轉(zhuǎn)變，提高α的形核功。Ni

開(kāi)放γ相區(qū)，并穩(wěn)定γ相，提高α相的形核功。Co

雖擴(kuò)大γ相區(qū)，但能使A3溫度提高（特例），使γ→α轉(zhuǎn)變?cè)诟叩臏囟冗M(jìn)行，降低了過(guò)冷γ的穩(wěn)定性，使C曲線向左移。

Al,Si

1）不形成各自K，也不溶解在滲碳體中，必須擴(kuò)散出去為K形核創(chuàng)造條件；

2）Si可提高Fe原子的結(jié)合力。B，Re

強(qiáng)烈的內(nèi)吸附元素，富集于晶界，降低了γ的界面能，阻礙α相和K形核。多種合金元素的綜合合金化將強(qiáng)K形成元素，弱碳化物形成元素與非碳化物形成元素相結(jié)合,大大提高過(guò)冷γ的穩(wěn)定性。圖例1----綜合合金化提高過(guò)冷γ的穩(wěn)定性圖例2---綜合合金化提高過(guò)冷γ的穩(wěn)定性

合金元素對(duì)P轉(zhuǎn)變和B轉(zhuǎn)變有不同的作用

Ti,Nb,V,W,Mo等強(qiáng)碳化物形成元素:

Cr,Mn

中、弱碳化物形成元素：

推遲P轉(zhuǎn)變，強(qiáng)烈推遲B轉(zhuǎn)變。

Al,Si

非碳化物形成元素

增加過(guò)冷γ的穩(wěn)定性,推遲B轉(zhuǎn)變更強(qiáng)烈。Ni

強(qiáng)烈推遲珠光體轉(zhuǎn)變；Co

降低過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性；但Ni和Co不改變C曲線的形狀；B，P，Re等

強(qiáng)烈晶界偏聚,使先共析F轉(zhuǎn)變顯著推遲，對(duì)P和B轉(zhuǎn)變推遲較弱,也不改變C曲線的形狀。3.M對(duì)馬氏體轉(zhuǎn)變的影響

合金元素對(duì)馬氏體轉(zhuǎn)變的動(dòng)力學(xué)影響較小。合金元素的作用表現(xiàn)在：

1）對(duì)馬氏體點(diǎn)Ms-Mf溫度的影響；

2）改變馬氏體形態(tài)及精細(xì)結(jié)構(gòu)（亞結(jié)構(gòu)）。

除Al,Co

外，都降低Ms溫度。

其降低程度：強(qiáng)C→Mn→Cr→Ni→V→Mo,W,Si

弱。提高γ’含量。可利用此特點(diǎn)使Ms溫度降低于0℃，以下，得到全部γ組織。如加入Ni,Mn,C,N等。合金元素有增加形成孿晶馬氏體的傾向，且亞結(jié)構(gòu)與合金成分和馬氏體的轉(zhuǎn)變溫度有關(guān)。三.合金元素對(duì)淬火鋼回火轉(zhuǎn)變的影響

淬火鋼通常具有馬氏體M和γ’（Ar）兩個(gè)介穩(wěn)相。

M：C要析出，形成K；γ’（Ar）：分解；K：聚集長(zhǎng)大；α：在回火過(guò)程中回復(fù)與再結(jié)晶。

這些過(guò)程有先有后，有的交叉進(jìn)行。1.M對(duì)馬氏體分解的影響

1）K形成元素：由于減緩C的擴(kuò)散，推遲M分解過(guò)程。非K形成元素：Si,Al延緩K的形成；Ni,Mn影響不大。2）生產(chǎn)上可以合金元素來(lái)提高馬氏體的分解溫度，提高馬氏體的抗回火能力。

2.合金元素對(duì)回火時(shí)γ’轉(zhuǎn)變的影響

淬火鋼中殘留奧氏體回火時(shí)轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)基本遵循過(guò)過(guò)冷奧氏體恒溫轉(zhuǎn)變的規(guī)律。無(wú)論在P或B轉(zhuǎn)變區(qū)間．殘留奧氏體轉(zhuǎn)變的孕育期較短，但都轉(zhuǎn)變不完全。當(dāng)合金元素含量較高時(shí)，也有一個(gè)中溫穩(wěn)定區(qū)。γ’可能轉(zhuǎn)變成B，也可能轉(zhuǎn)變成P。

定義:

在強(qiáng)K形成元素含量較高的合金鋼中淬火后γ’十分穩(wěn)定，甚至加熱到500-600℃回火時(shí)升溫與保溫時(shí)中仍不分解，而是在冷卻時(shí)部分轉(zhuǎn)變成馬氏體，使鋼的硬度提高。原因:

可能是γ’中析出部分K，使C%，M%下降，Ms升高，冷卻時(shí)γ’→M。應(yīng)用:

在高合金鋼中可以利用鋼的二次淬火現(xiàn)象來(lái)消除γ’。重要概念：二次淬火3.M對(duì)K形成的影響

M在α相中開(kāi)始顯著擴(kuò)散的溫度為：Si>300℃;Mn>350℃;Cr>400℃;Mo、W、V>500℃;回火過(guò)程中M的特殊K形成的機(jī)制

原位轉(zhuǎn)變（析出）：Cr離位轉(zhuǎn)變（析出）：V，Nb，Ti,W,Mo兼有兩種析出機(jī)制。1）原位轉(zhuǎn)變（析出）

元素向滲碳體富集，其濃度超過(guò)在合金滲碳體中的溶解度時(shí),合金滲碳體就在原位轉(zhuǎn)變成特殊碳化物。如Cr鋼中的Cr：ε-FexC→Fe3C→（Fe,Cr）3C→（Cr,Fe）7C3→（Cr,Fe）23C6

通式為：

αM→α0+（Fe,M）3C→α0+MxCyαM—淬火馬氏體;α0—回火馬氏體

2）離位轉(zhuǎn)變（析出）在回火過(guò)程中直接從α相中析出特殊碳化物，同時(shí)伴隨著滲碳體的溶解，可使HRC和強(qiáng)度提高（二次硬化效應(yīng)）。如V，Nb,Ti等都屬于此類型。

通式為：αM→αP+Fe3C→α0+MxCy

αP—部分分解的馬氏體；α0—回火馬氏體。例如，V鋼：1）當(dāng)回火T<500℃，VC并不析出，但也只有40%C形成Fe3C，60%C留在α相中；2）當(dāng)回火T>500℃，從α中直接析出VC；3）當(dāng)回火T繼續(xù)升高或回火時(shí)間延長(zhǎng)，VC%提高，F(xiàn)e3C%降低，甚至消失。3）同時(shí)存在原位析出與離位析出

W，Mo回火時(shí)特殊K機(jī)制：在高于500℃回火時(shí)，W，Mo向Fe3C中富集，在原位轉(zhuǎn)變成M2C型碳化物；同時(shí)也從α相基體中直接析出M2C型K；在長(zhǎng)時(shí)間回火后，M2C型碳化物轉(zhuǎn)變成M6C型特殊碳化物原位轉(zhuǎn)變：Fe3C—(Fe,W)3C—W2C—M6C離位轉(zhuǎn)變：αM—W2C—M6C

重要概念：二次硬化定義在含有Ti,V,Nb,Mo,W等較高合金鋼淬火后，在500-600℃范圍內(nèi)回火時(shí)，在α相中沉淀析出這些元素的特殊碳化物，并使鋼的HRC和強(qiáng)度提高。

當(dāng)然，不同合金元素的效果并不一樣。

但只有離位析出時(shí)才有二次硬化現(xiàn)象。

圖回火溫度與硬度的關(guān)系4.M對(duì)α相回復(fù)與再結(jié)晶的影響

M可提高α相的再結(jié)晶溫度，能使α相和馬氏體形態(tài)保持到更高的回火溫度，從而保持較高的強(qiáng)度水平。

Co,Mo,W,V,Cr可顯著提高；Si,Mn可提高；Ni影響不大。

5.M對(duì)鋼的回火脆性的影響1）低溫回火脆性（第I類）產(chǎn)生：回火溫度為200-400℃之間。不具有可逆性。形成原因：沿條狀馬氏體的間界析出K薄片；S，P,As,Bi,Sn等雜質(zhì)元素及H，N等的促進(jìn)作用。防止：a）不在此溫度區(qū)間內(nèi)回火；b）采用等溫淬火；c）加入Si,脆化溫度提高300℃；或加入Mo,減輕作用。2）高溫回火脆性（第II類）產(chǎn)生：500-650℃回火的調(diào)質(zhì)鋼中；原因：與鋼雜質(zhì)元素向原奧氏體晶界偏聚有關(guān)?？赡嫘裕阂延谢鼗鸫嘈缘匿摷訜嶂粱鼗饻囟?，再快冷，可消除回火脆性。消除與防止：a）利用其可逆性,重新加熱至>600℃,快冷；b）加入W，Mo消除或延緩雜質(zhì)元素偏聚；c）提高鋼的純凈度。1.4M對(duì)強(qiáng)韌性和工藝性能的影響

使用性能：在使用條件下表現(xiàn)出的性能，如機(jī)械、物理、化學(xué)性能。機(jī)械性能：強(qiáng)度、韌性、塑性等。工藝性能：冷熱加工過(guò)程中表現(xiàn)出的性能，如鑄造、壓加、焊接、切削、熱處理性能等。強(qiáng)度與韌性往往是一對(duì)矛盾——事實(shí)鋼強(qiáng)化，防止脆化——發(fā)展目標(biāo)1.強(qiáng)化的主要途徑與基本強(qiáng)化機(jī)制強(qiáng)化的主要途徑宏觀上：鋼的合金化、冷熱加工及其綜合運(yùn)用是鋼強(qiáng)化的主要手段。微觀上：在金屬晶體中造成盡可能多的阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的障礙。一.強(qiáng)化與韌化基本強(qiáng)化機(jī)制1）固溶強(qiáng)化

有韌性損失結(jié)構(gòu)鋼：主要有C，Si,Mn,Cr,Ni；耐熱鋼：常用Mo,Cr,W等。2）細(xì)晶強(qiáng)化

Al脫氧，控制軋制，熱處理，合金化等。細(xì)晶強(qiáng)化對(duì)韌性有利。3）亞結(jié)構(gòu)強(qiáng)化（位錯(cuò)、孿晶、層錯(cuò)等）

冷加工，相變硬化都能提高位錯(cuò)密度。冷加工：冷軋，冷鐓，冷拔等。相變硬化：M轉(zhuǎn)變，B轉(zhuǎn)變等。4）“第二相（粒子）”強(qiáng)化[第二相（粒子）包括有序偏聚物、亞穩(wěn)相、過(guò)渡相、穩(wěn)定相等]彌散強(qiáng)化析出強(qiáng)化沉淀強(qiáng)化時(shí)效強(qiáng)化過(guò)剩相強(qiáng)化二次硬化沉淀強(qiáng)化過(guò)飽和固溶體在回火或時(shí)效過(guò)程中第二相粒子（包括碳化物、金屬間化合物、其它析出相等）的彌散析出，具有強(qiáng)化作用。時(shí)效強(qiáng)化過(guò)飽和固溶體在自然或人工時(shí)效過(guò)程中有偏聚物，過(guò)渡相、亞穩(wěn)相或穩(wěn)定第二相粒子的彌散析出有引起的強(qiáng)化作用。彌散強(qiáng)化

彌散細(xì)小的第二相粒子對(duì)基體的強(qiáng)化。

重點(diǎn)在組織形態(tài)上粒子的彌散細(xì)小，有強(qiáng)烈的強(qiáng)化作用。析出強(qiáng)化

概念的重點(diǎn)在過(guò)飽和基體中析出第二相粒子，當(dāng)析出物細(xì)小時(shí)，有很好的強(qiáng)化作用。二次硬化含碳及強(qiáng)碳化物形成元素的過(guò)飽和固溶體在淬火后的回火過(guò)程中硬度不降，反而升高的現(xiàn)象。過(guò)剩相強(qiáng)化

通過(guò)形成或加入過(guò)多的第二相粒子而引起的強(qiáng)化。如過(guò)共晶中先析出的化合物；預(yù)先加入的第二相質(zhì)點(diǎn)（粒子）。2.韌化途徑

細(xì)化晶粒；降低有害元素的含量；加入能提高韌性的