第一部分钢铁中的合金元素ppt课件.ppt

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1、第一章钢铁中的合金元素第一节合金元素对合金相图的影响第二节合金元素与晶体缺陷的相互作用第三节合金中的化合物第四节合金元素对钢在加热时转变的影响第五节合金元素对过冷奥氏体转变的影响第六节合金元素对淬火钢回火转变的影响钢铁合金化的必要性碳钢缺点:淬透性不高、耐回火性较差和不能满足更高的力学性能要求或某些特殊性能（如耐热、耐蚀）等；合金钢:有意加入合金元素，克服了碳钢使用性能的不足，从而可在重要或某些特殊场合下使用。碳钢:性能较好、容易加工、成本低廉，工程上应用最广、使用量最大（90%）；第一节合金元素对合金

2、相图的影响钢中的合金元素钢中合金元素的存在方式：1)固溶：合金铁素体2)合金渗碳体：如(Fe、Mn)3C、(Fe、W)3C3)合金碳化物：VC、TiC、WC、MoC、Cr7C3、Cr23C6常用合金元素：Mn、Si、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr、Ni、RE(稀土)等;合金元素对相图固溶体区域的影响扩大奥氏体区：C、N、Co、Ni、Mn、Cu右图:奥氏体形成元素Mn对相图的影响(低温、低碳)右图:铁素体形成元素Cr对铁碳合金相图的影响(高温、低碳)缩小奥氏体区：Cr、Mo、W、V、Ti、S

3、i、Al合金元素对共析温度的影响727℃缩小γ区扩大γ区合金元素对共析含碳量的影响0.77％第二节合金元素与晶体缺陷的相互作用从系统的能量考虑,基于原子的尺寸因素和电子因素等因素,合金元素将与这些晶体缺陷产生相互作用.以下是两种主要的作用方式:晶界偏聚:溶质原子与界面结合;柯氏气团:溶质原子与位错作用.相互作用的方式产生晶界偏聚和柯氏气团的主要原因是溶质原子与基体原子的弹性作用.概括起来有以下几点:溶质原子在完整晶体中内引起的畸变能很高(主要是与基体原子之间存在尺寸差异等);2)晶体缺陷处点阵畸变严重,

4、具有较高能量;3)溶质原子向晶体缺陷处迁移,可松弛点阵畸变(以较小的点阵畸变形式存在),有利于系统能量的降低.相互作用机理溶质原子的偏聚是一个自发过程,其一般规律是:较基体原子大的代位原子趋向于缺陷区受膨胀的点阵;较基体原子小的代位原子趋向于缺陷区受压缩的点阵;间隙原子趋向于缺陷区受膨胀的点阵间隙位置.溶质原子的以上行为都是为了使点阵得到松弛,从而降低系统的内能.不同溶质原子在位错周围的分布状态晶界区溶质偏聚的函数表达式：晶界偏聚的影响因素其中，Cg￣￣￣偏聚在晶界区的溶质浓度；C0￣￣￣基体中的溶质浓

5、度；β￣￣￣晶界区的溶质原子富集系数，表征溶质的晶偏聚倾向。E￣￣￣溶质原子在晶内和晶界区引起畸变能之差,即晶界偏聚的驱动力.(主要由原子尺寸因素引起)引起晶界偏聚的因素:1、溶质与基体原子尺寸差异大，即E↑→β↑；2、溶质在基体中的固溶度，即Co↓→β↑；3、温度低，即T↓→β↑。备注：固溶度是合金尺寸因素和电子因素的综合体现。溶质原子的偏聚温度晶界偏聚的其它问题表：一些溶质原子出现晶界偏聚和柯氏气团的温度范围HC、NPMo、Nb（铌）0℃以下室温附近＞350℃＞500℃溶质原子的偏聚区宽度溶质原子的

6、偏聚区宽度受晶界区宽度窄的影响，一般在nm级范围，如P：6nm；Sb（锑）：7nm。各种溶质元素在晶界偏聚中的相互影响1、偏聚位置的竞争，E越大的元素有限偏聚；如Ce（铈）＞P2、影响晶界偏聚的速度；如Ce能减慢Sb在Fe晶界的偏聚速度3、影响偏聚元素在晶内的溶解度；如La（镧）的存在，降低了P和Sn在晶内的溶解度4、出现共偏聚。第三节合金中的化合物1、化合物对合金性能的影响方式有：晶体类型、成分、数量、尺寸大小、形状及分布状态等。2、合金中的化合物主要有两大类：一是C或N与合金元素反应形成的碳化物和氮

7、化物；二是合金元素之间和合金元素与铁之间形成的σ相、AB2相及AB3相。概述碳化物和氮化物的稳定性取决于金属元素与C、N亲和力的大小，主要取决于过渡族金属原子的d电子数。d层电子越少，碳化物和氮化物的稳定性越高或生成热ΔH越大，碳化物和氮化物越稳定。（见图1－7所示）碳化物和氮化物碳化物和氮化物的稳定性排序有：Hf、Zr、Ti、Ta、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe碳化物和氮化物的点阵结构氮化物均属简单密排结构，碳化物则有简单和复杂密排结构两种形式。碳化物的点阵结构WTaHfMoNbZrNiCoFe

8、MnCrVTiⅧⅦⅥⅤⅣ简单密排复杂密排点阵结构判据：rx/rM＜0.59简单密排结构rx/rM＞0.59复杂密排结构碳化物和氮化物的类型1、简单密排碳化物或氮化物：以MeC、MeN和Me2C、Me2N为主（合金元素含量少时）2、复杂密排碳化物：以Me3C、Me7C3、Me23C6为主（合金元素含量多时）3、复式碳化物：金属原子部分替换，如Fe3W3C、Fe21Mo2C64、碳氮化物：C和N原子部分替换，如Ti(C,N)、(Cr,Fe)23