1、第三節 合金元素對鋼的影響為什么要加入合金元素？為什么要加入合金元素？一、碳鋼的局限性一、碳鋼的局限性 1.淬透性低淬透性低 2.強度和屈強比低強度和屈強比低 3.高溫強度差高溫強度差 4.不能不能滿足特殊性能的要求滿足特殊性能的要求合金元素能起什么作用呢？合金元素能起什么作用呢？二、合金元素對鋼中基本相的影響二、合金元素對鋼中基本相的影響1 1、合金固溶體、合金固溶體 Fe(Me)2 2、合金滲碳體、合金滲碳體 (Fe,Me)3C3 3、合金碳化物、合金碳化物 TiC 、NbC 、 WC 、 VC 、4 4、非金屬夾雜、非金屬夾雜 MnS, MnO, SiO2 , Al2O35 5、Cu ,

2、 Pb Cu , Pb 以游離狀態存在以游離狀態存在合金元素在鋼中的存在形式取決于合金元素在鋼中的存在形式取決于：1 1、合金元素本身的性質、合金元素本身的性質2 2、合金元素的含量以及碳的含量、合金元素的含量以及碳的含量3 3、熱處理條件（加熱溫度、冷卻條件）、熱處理條件（加熱溫度、冷卻條件）1.形成合金碳化物形成合金碳化物 MnMn：弱碳化物形成元素，：弱碳化物形成元素， CrCr、MoMo、WW：屬于中強碳化物形成元素，：屬于中強碳化物形成元素， V V 、TiTi、NbNb、Zr Zr ：是強碳化物形成元素。：是強碳化物形成元素。與與C C的親和力強的合金元素形成的特殊碳化物的親和力強

3、的合金元素形成的特殊碳化物 穩定性好，具有高熔點、高硬度、高耐磨性和穩定性好，具有高熔點、高硬度、高耐磨性和 不易分解等特點。不易分解等特點。碳化物的穩定性越高，熱處理加熱時，碳化物的溶解碳化物的穩定性越高，熱處理加熱時，碳化物的溶解 及奧氏體的均勻化越困難。同樣在冷卻及回火過程中及奧氏體的均勻化越困難。同樣在冷卻及回火過程中 碳化物的析出及其聚集長大也越困難。碳化物的析出及其聚集長大也越困難。2.2.形成合金固溶體形成合金固溶體 凡是溶入鐵素體的合金元素均起固溶強化作凡是溶入鐵素體的合金元素均起固溶強化作用，即，使鋼的強度和硬度提高、韌性降低用，即，使鋼的強度和硬度提高、韌性降低。合金元素對

4、合金元素對F F體斷面收縮率的影響體斷面收縮率的影響三、合金元素對鐵碳合金相圖的影響三、合金元素對鐵碳合金相圖的影響1 1、對奧氏體相區的影響、對奧氏體相區的影響（1 1）擴大）擴大A A區區 NiNi、MnMn、CoCo、C C、N N、CuCu等元素的加入會使奧氏體相等元素的加入會使奧氏體相區擴大，特別是區擴大，特別是NiNi、MnMn的影響更大的影響更大室溫下室溫下1Cr18Ni9 1Cr18Ni9 為單相為單相A A體不銹鋼體不銹鋼高錳鋼高錳鋼 Mn13 Mn13 水韌處理后獲水韌處理后獲得單一的得單一的A A體體（2 2）縮小）縮小A A區區CrCr、WW、MoMo、V V、TiTi

5、、AlAl、Si Si等等元素的加入會使奧氏體相區縮元素的加入會使奧氏體相區縮小，特別是小，特別是CrCr、 Si Si含量高時將含量高時將限制限制A A體區，甚至完全消失。體區，甚至完全消失。1Cr17Ti 1Cr17Ti 0Cr13 0Cr13 為單相為單相F F體體2 2、對鐵碳相圖中、對鐵碳相圖中S S點、點、E E點的影響點的影響3 3、對共析轉變溫度、對共析轉變溫度A A1 1的影響的影響所有的合金元素都使所有的合金元素都使S S點左移，而大部分合金點左移，而大部分合金元素均使元素均使E E點左移，因此，含碳量相同的碳鋼點左移，因此，含碳量相同的碳鋼和合金鋼具有不同的顯微組織。和合

6、金鋼具有不同的顯微組織。使共析轉變點使共析轉變點S S左移左移 鋼中鋼中P%P%，強度增，強度增加加 。使共晶轉變點使共晶轉變點E E 左移左移 鋼中出現鋼中出現Ld Ld 。擴大擴大A A相區的元素使鐵碳合金相圖中共析轉變相區的元素使鐵碳合金相圖中共析轉變溫度溫度A A1 1下降；縮小下降；縮小A A相區的元素則使其上升，相區的元素則使其上升，并都使共析反應在一個溫度范圍內進行。并都使共析反應在一個溫度范圍內進行。四、合金元素對鋼熱處理的影響四、合金元素對鋼熱處理的影響1 1、合金元素對加熱時相變的影響、合金元素對加熱時相變的影響 對奧氏體形成速度的影響對奧氏體形成速度的影響 CrCr、Mo

7、Mo、W W、V V、TiTi、NbNb、ZrZr等等強碳化物形成元素強碳化物形成元素與與C C的親和力強，形成難溶于奧氏體的合金碳化物，顯的親和力強，形成難溶于奧氏體的合金碳化物，顯著阻礙著阻礙C C的擴散，大大減慢奧氏體形成速度。為了加速的擴散，大大減慢奧氏體形成速度。為了加速碳化物的溶解和奧氏體成分的均勻化，必須提高加熱溫碳化物的溶解和奧氏體成分的均勻化，必須提高加熱溫度并保溫更長時間。度并保溫更長時間。 CoCo、NiNi等部分等部分非碳化物形成元素非碳化物形成元素能增大能增大C C的擴散速的擴散速 度，使奧氏體形成速度加快。度，使奧氏體形成速度加快。 AlAl、SiSi、MnMn等合

8、金元素對奧氏體形成速度影響不大。等合金元素對奧氏體形成速度影響不大。對奧氏體晶粒大小的影響對奧氏體晶粒大小的影響除除CoCo、NiNi以外，絕大多數合金元素，特別是強以外，絕大多數合金元素，特別是強碳化物形成元素由于形成合金滲碳體和特殊碳化碳化物形成元素由于形成合金滲碳體和特殊碳化物，更難溶入奧氏體中，并且阻礙奧氏體晶界的物，更難溶入奧氏體中，并且阻礙奧氏體晶界的移動和奧氏體晶粒的長大，起到細化晶粒的作用。移動和奧氏體晶粒的長大，起到細化晶粒的作用。V V、TiTi、NbNb、ZrZr強烈阻礙強烈阻礙A A體晶粒長大體晶粒長大 W W、CrCr、MoMo中等阻礙中等阻礙A A體晶粒長大體晶粒長

9、大 MnMn、B B促進促進A A體晶粒長大體晶粒長大2 2、合金元素對過冷奧氏體轉變的影響、合金元素對過冷奧氏體轉變的影響合金元素對合金元素對C C曲線的影響曲線的影響除除CoCo外，幾乎所有合金元素溶入奧氏體后都增大過冷奧外，幾乎所有合金元素溶入奧氏體后都增大過冷奧氏體的穩定性，使氏體的穩定性，使C C曲線右移，即提高鋼的淬透性。曲線右移，即提高鋼的淬透性。MoMo、MnMn、W W、CrCr、NiNi、SiSi、AlAl對淬透性作用依次由強到弱。對淬透性作用依次由強到弱。 對對C C曲線形狀的影響曲線形狀的影響注意：注意：加入合金元素，只有完全溶入奧氏體才能提高淬透性。加入合金元素，只有

10、完全溶入奧氏體才能提高淬透性。兩種或多種合金元素同時加入對淬透性的影響，比單一元兩種或多種合金元素同時加入對淬透性的影響，比單一元素的影響強得多。素的影響強得多。合金元素對合金元素對V VK K影響的示意圖影響的示意圖合金元素對C 曲線影響示意圖Si Si基本不影響基本不影響MsMs、MfMf點，除點，除CoCo、AlAl外，多數外，多數合金元素使合金元素使MsMs、MfMf點下降，導致殘余奧氏體增加。點下降，導致殘余奧氏體增加。合金元素對馬氏體轉變的影響合金元素對馬氏體轉變的影響合金元素對合金元素對MsMs點的影響點的影響合金元素對殘余奧氏體量的影響合金元素對殘余奧氏體量的影響（含含1.0的

11、鋼在的鋼在1150淬火淬火）五、合金元素對回火轉變的影響五、合金元素對回火轉變的影響1 1、提高回火穩定性、提高回火穩定性 回火穩定性回火穩定性：淬火鋼在回火時硬度下降快慢的性質。：淬火鋼在回火時硬度下降快慢的性質。 原因：原因：（1 1）推遲馬氏體的分解和殘余奧氏體的轉變推遲馬氏體的分解和殘余奧氏體的轉變 ( (即在較高溫度才開始分解和轉變即在較高溫度才開始分解和轉變) ) （2 2）提高鐵素體的再結晶溫度）提高鐵素體的再結晶溫度 提高回火穩定性作用較強的合金元素有：提高回火穩定性作用較強的合金元素有： V V、SiSi、MoMo、W W、NiNi、CoCo等。等。2 2、產生二次硬化、產生

12、二次硬化 二次硬化二次硬化：淬火鋼在回火時：淬火鋼在回火時隨著回火溫度的升高，硬度隨著回火溫度的升高，硬度不下降反而升高的現象。不下降反而升高的現象。3 3、增大回火脆性、增大回火脆性 回火脆性回火脆性：在某些溫度區間回火時，鋼的硬度顯著下：在某些溫度區間回火時，鋼的硬度顯著下降的現象。降的現象。 消除方法：消除方法：快冷；快冷；加入加入 Mo Mo 或或 W W合金鋼的強化機制：合金鋼的強化機制：合金合金F F 的的固溶強化固溶強化M M位錯強化位錯強化細晶強化細晶強化（F F、M M晶粒度，晶粒度，P P片間距片間距）彌散強化彌散強化（也稱第二相（沉淀）強化）（也稱第二相（沉淀）強化）六、結構鋼中常用的合金元素及其作用六、結構鋼中常用的合金元素及其作用主加元素：主加元素：CrCr、NiNi、SiSi、MnMn輔加元素：輔加元素：W W、MoMo、V V、TiTi、B B總結Mo 、Cr 、Mn、B強淬透，強淬透，Ni、Si二者稍落后。二者稍落后