山大材料科学基础考研第十一章.ppt

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1、材料科学基础2007.12第十一章材料概论Ⅱ主要内容:合金元素在钢中的作用低合金高强度钢合金结构钢合金工具钢不锈钢与耐热钢铸铁有色金属铝合金铜合金§11.1合金元素在钢中的作用一、合金元素对钢性能的影响增加淬透性淬火回火钢力学性能相似性：不同成分机器零件用钢完全淬透再回火至相同硬度时，钢的各种常规力学性能大致相同；影响强度主要因素：马氏体量除钴外，所有合金元素都使C曲线向右降低临界冷却速度，淬硬层加深，淬透性提高，马氏体量增加，强度提高；§11.1合金元素在钢中的作用一、合金元素对钢性能的影响提高回火抗力回火抗力：在较高回火温度下仍能保持

2、高硬度或强度的能力—回火稳定性；Si、Cr、Mo、W等阻止马氏体分解，阻碍回火过程进行；合金元素必须溶入奥氏体才能起作用；二次硬化：高速钢等高温回火，回火硬度高于淬火硬度的现象：合金碳化物的弥散析出；二次淬火：残余奥氏体中碳含量下降，转变成马氏体。§11.1合金元素在钢中的作用一、合金元素对钢性能的影响获得碳钢不具备的特殊性能获得单相组织(F、A)或双相组织(F+A)—耐腐蚀、耐热、低温性能好等；合金元素对回火硬度的影响CrSiMo§11.1合金元素在钢中的作用二、Me对钢平衡组织的影响合金元素在钢中的分布形成非金属夹杂：MnS,Cr2O3等；溶入固溶体：

3、Ni、Si、Co等只溶于铁素体；形成强化相：碳化物：VC、TiC、NbC、WC等；合金碳化物：(FeMn)3C、(FeCr)3C；其他：AlN，金属间化合物等；自由存在:以游离状态存在于基体中，如银Ag、铅Pb。§11.1合金元素在钢中的作用二、Me对钢平衡组织的影响合金元素对Fe-Fe3C相图的影响扩大相区的元素：C、N、Ni、Mn，提高A4点，降低A3及A1温度，相稳定存在区域扩大—奥氏体形成(稳定)元素；缩小相区的元素：Cr、V、Mo、Ti、Si等，A4下降，A3及A1上升，缩小相区—铁素体形成元素；所有合金元素使E点和S点左移。Mn的影响C

4、r的影响§11.1合金元素在钢中的作用三、Me对钢不平衡组织的影响除Co外所有溶入奥氏体的合金元素均使C曲线右移—提高淬透性；非或弱碳化物形成元素使C曲线整体右移—不改变曲线形状；强碳化物形成元素使C曲线分成两部分—珠光体转变曲线和贝氏体转变曲线：Cr等强烈阻碍贝氏体转变，对珠光体转变影响不大；Mo(W)等则有效推迟珠光体转变而对贝氏体转变影响较小。§11.1合金元素在钢中的作用Ni的影响Cr的影响W的影响钢的分类按用途分工程构件用钢机器零件用钢特殊性能钢工具钢低合金高强度钢渗碳钢调质钢弹簧钢轴承钢刃具钢模具钢不锈钢耐热钢钢的分类按金相组织分亚共析钢过共析

5、钢莱氏体钢共析钢平衡组织珠光体钢马氏体钢奥氏体钢贝氏体钢正火组织钢的分类按冶炼方法分冶炼设备电炉钢转炉钢平炉钢碱性酸性脱氧程度镇静钢半镇静钢沸腾钢钢的分类按冶金质量分(S、P含量)普通钢≤0.04%P≤0.05%S优质钢≤0.025%P≤0.025%S高级优质钢≤0.025%P≤0.015%S钢的分类按成分分碳素钢低碳钢＜0.25%C中碳钢0.25-0.6%C高碳钢>0.6%C合金钢低合金钢＜5%Me中合金钢5～10%Me高合金钢>10%Me§11.2低合金高强度钢低合金高强度钢:HSLA(HighStrengthLowAlloysteel)—构

6、件用钢,低碳、低合金，高强度，保持塑性、韧性。一、低合金高强度钢的性能要求高屈服强度—减轻自重,降低成本;良好的塑性和韧性，塑脆转变温度低；好的工艺性能(冷加工成形能力和可焊性)和耐蚀性普通低碳钢：s≈240MPaHSLA钢:s≈350~500MPa3~20mm厚的钢板：5≥21%,ak纵向≥80J·cm-2,ak横向≥60J·cm-2，Tk≤-40℃§11.2低合金高强度钢二、低合金高强度钢的成分与组织成分低碳：wc<0.2%碳含量增加，b提高，s影响不大，脆断倾向大大增加，工艺性能变差。主加合金元素：Mn强化效果有显著的固溶强化作用

7、；细化铁素体晶粒；增加珠光体数量.Mn:扩大相区的元素,明显降低Ar3线,奥氏体向铁素体转变温度降低.Mn含量不能超过1.5%—出现贝氏体;加入V、Nb、N等形成碳化物或氮化物—沉淀强化；加入稀土元素改善夹杂物形态；加入少量P、Cu增加耐大气腐蚀性。§11.2低合金高强度钢二、低合金高强度钢的成分与组织组织s<500MPa，铁素体+珠光体；s>500MPa，低碳贝氏体、铁素体+贝氏体、铁素体+马氏体。三、控制轧制微合金化钢成分：低碳+少量Nb、Ti、V；控制轧制：首先在高温奥氏体快速再结晶区粗轧几道；降温一定时间;降温至奥氏体不能再结晶和两

8、相区时，终轧，继续变形；停轧后转变成晶粒极为细小的铁素体。初轧温度