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1、《工程材料与热加工基础》第五章工业用钢机械工程系金工教研室工程材料与热加工基础—程晓宇第七章工业用钢钢的基础知识结构钢工具钢特殊性能钢工程材料与热加工基础—程晓宇第一节钢的基础知识一.合金元素对钢的组织和性能的影响杂质及合金元素与铁和碳的作用。合金元素对Fe-Fe3C相图的影响。合金元素对钢的热处理的影响。工程材料与热加工基础—程晓宇一）杂质和气体的影响Mn—脱氧、去硫,提高钢的强度和硬度。Si—有很强的固溶强化作用,能脱氧。1.有益元素工程材料与热加工基础—程晓宇2.有害元素:P—有很强的固溶强化作用,低温韧性差(
2、冷脆)。S—能引起钢在热加工时或高温工作下开裂(热裂)。工程材料与热加工基础—程晓宇3.气体元素:N：钢中过饱和N在常温放置过程中会发生时效脆化。加Ti、V、Al等元素可消除时效倾向。O：钢中的氧化物易成为疲劳裂纹源。H：原子态的过饱和氢时将降低韧性,引起氢脆。当氢在缺陷处以分子态析出时，会产生很高内压，形成微裂纹，其内壁为白色，称白点或发裂。钢中白点工程材料与热加工基础—程晓宇二)合金元素与铁和碳的作用1.溶于基体中形成合金F或合金A。2.与碳作用形成合金碳化物(Fe,Cr)3C。3.单独形成特殊碳化物TiC、VC
3、。工程材料与热加工基础—程晓宇1.溶于基体中形成合金F或合金A工程材料与热加工基础—程晓宇1.溶于基体中形成合金F或合金A工程材料与热加工基础—程晓宇2.与碳作用形成合金碳化物Fe、Mn、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr弱强弱碳化物元素:Fe、Mn。中强碳化物元素:Cr、Mo、W。强碳化物元素:V、Ti、Nb、Zr。工程材料与热加工基础—程晓宇碳化物形成元素在周期表中都是位于铁元素的左边的过渡族金属元素,它们都有一个未填满的d电子亚层,当形成碳化物时,碳原子首先将其价电子填入金属原子未填满的d电子亚层,使形成的碳
4、化物具有金属键结合的性质,金属原子的d电子亚层愈不满(周期表中,在铁左边离铁愈远),则其与碳的亲和力愈强,形成碳化物的能力愈大,愈稳定,而且不易分解。工程材料与热加工基础—程晓宇3.单独形成特殊碳化物熔点、硬度、耐磨性最高。稳定性最高。TiC、NbC、VC。工程材料与热加工基础—程晓宇三)合金元素对Fe-Fe3C相图的影响扩大奥氏体区缩小奥氏体区改变共晶点和共析点的参数工程材料与热加工基础—程晓宇1.扩大奥氏体区的合金元素Mn、Ni、Co等元素。作用:使A3线温度下降,A4线温度上升。工程材料与热加工基础—程晓宇Mn
5、元素对奥氏体区的影响工程材料与热加工基础—程晓宇2.缩小奥氏体区的合金元素Cr、Mo、W、V、Ti、Si等元素。作用:使A3线温度上升,A4线温度下降。工程材料与热加工基础—程晓宇Cr元素对奥氏体区的影响工程材料与热加工基础—程晓宇3.改变共晶点和共析点参数的元素几乎所有的合金元素。作用:使S点和E点的成分向左移。使A1线的温度变化。工程材料与热加工基础—程晓宇合金元素对S点成分的影响工程材料与热加工基础—程晓宇合金元素对A1线的影响工程材料与热加工基础—程晓宇四)合金元素对钢的热处理的影响加热时对奥氏体形成的影响对
6、过冷奥氏体转变的影响对回火转变的影响工程材料与热加工基础—程晓宇1.合金元素对加热时奥氏体形成的影响除Mn元素外,所有合金元素的加入,均使奥氏体的形成速度减慢。强碳化物形成元素能强烈的阻止奥氏体晶粒长大(Ti、V、Zr、Nb等)。非碳化物形成元素能轻微的阻止奥氏体晶粒长大(Si、Ni、Cu、Co等)。工程材料与热加工基础—程晓宇2.合金元素对过冷奥氏体转变的影响除Co元素外,所有的合金元素均使钢的TTT曲线向右移。除Co、Al元素外,所有的合金元素都使马氏体转变温度下降。提高钢的淬透性,常用的元素有:Cr、Mn、Mo
7、、Si、Ni、B等。工程材料与热加工基础—程晓宇3.合金元素对回火转变的影响回火抗力的增加二次硬化的产生产生回火脆性工程材料与热加工基础—程晓宇W、Mo、V等碳化物在550℃时,使钢达到最高硬度,产生二次硬化。工程材料与热加工基础—程晓宇Cr-Ni钢的回火脆性示意图工程材料与热加工基础—程晓宇防止第二类回火脆性的产生的方法:在500～600℃快速冷却。加入合金元素W、Mo。工程材料与热加工基础—程晓宇二.合金元素在钢中的作用1.主加元素:对提高钢的性能起主要作用。Si、Mn、Cr、Ni、B。2.辅加元素:配合主加元素
8、进一步提高钢的性能,弥补主加元素的不足与缺陷。W、Mo、V、Ti、Nb。工程材料与热加工基础—程晓宇三、碳素钢的编号及用途1.碳素结构钢:Q235—A·F沸腾钢A等级235MPa屈服强度工程材料与热加工基础—程晓宇2.优质碳素结构钢*45---Wc=45%00*较高锰质量分数的优质碳素结构钢45Mn---Wc=45%00;WMn=0.7%～1.
