ch1钢的合金化原理ppt课件.ppt

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1、第1章钢的合金化原理◆合金元素与铁的相互作用◆合金钢中的相组成◆合金元素在钢中的分布及偏聚◆合金钢中的相变◆合金元素对钢强韧化的影响◆合金元素对钢工艺性能的影响◆微量元素在钢中的作用◆合金钢的分类与编号本章主要内容21.2合金钢中的相组成31.2.1铁基固溶体（1）置换固溶体MeTiVCrMnCoNiCuCN溶解度α-Fe~7(1340℃)无限无限~376100.20.020.1γ-Fe0.68~1.412.8无限无限无限8.52.062.8合金元素在铁中的溶解度注：有些元素的固溶度与C量有关不同合金元素的固溶情况是不同的，为什么？1.2合金钢中的相组成简单地说：

2、与其点阵类型、电子结构、原子半径有关，即在元素周期表中的位置有关。常用合金元素点阵结构、电子结构和原子半径第四周期TiVCrMnFeCoNiCu点阵结构bccbccbccbcc/fccfcc/hcpfccfcc电子结构235567810原子半径/nm0.1450.1360.1280.1310.1270.1260.1240.128△R，℅14.27.10.83.1-0.82.40.8注：1、电子结构是3d层电子数；2、原子半径是配位数12的数值3、△R是合金元素与Fe的原子半径相对差值结论（1）Ni、Mn、Co与γ-Fe的点阵结构、原子半径和电子结构相似——无限固溶

3、；（2）Cr、V与α-Fe的点阵结构、原子半径和电子结构相似——无限固溶；（3）Cu和γ-Fe点阵结构、原子半径相近，但电子结构差别大——有限固溶；（4）原子半径对溶解度影响：ΔR≤±8%，可形成无限固溶体；≤±15%，形成有限固溶体；>±15%，溶解度极小。合金元素的固溶规律，即Hume-Rothery（休姆－罗瑟里）规律决定组元在置换固溶体中的溶解度因素是：点阵结构、原子半径、电子结构无限固溶必须使这些因素相似①有限固溶C、N、B、O等②溶解度溶剂金属点阵结构：同一溶剂金属点阵结构不同，溶解度不同，如γ-Fe与α-Fe溶质原子大小：r↓，溶解↑。N的溶解度比C

4、大：RN=0.071nm，RC=0.077nm③间隙位置优先占据有利间隙位置——畸变为最小。对α-Fe为八面体间隙，对γ-Fe为八面体或四面体间隙间隙位置总是没有被填满——最小自由能原理。1.2.1铁基固溶体（2）间隙固溶体（1）一般特点K的类型、大小、形状和分布对钢的性能有重要影响碳化物具有金属键和共价键的特点，以金属键占优。1.2合金钢中的相组成1.2.2钢中的碳化物（用K表示）K具有高硬度、高熔点、脆性大—表明具有共价键特点K具有正的电阻温度系数、导电特性—表明具有金属键特点（2）碳化物的结构若间隙足于容纳C原子时,K可形成简单点阵结构1.2.2钢中的碳化物

5、过渡族金属K中，M原子和C原子可形成简单点阵或复杂点阵结构，M处于点阵结点上，而较小的C处于点阵的间隙位置若间隙不足于容纳C原子时,K就形成复杂点阵结构因此过渡族金属的原子半径(γM)和碳原子半径(γC)的比值(γC/γM)决定了K是形成简单密排结构还是复杂结构。1、当γC/γM<0.59时，形成简单点阵K（MC、M2C）(1)形成NaCl型简单立方点阵的碳化物如VC、NbC、TiC、ZrC等，这种MC相不具备严格的化学计算成分和化学式，一般形式是MC，其中0.5≤C≤1。K中C浓度↓，使K硬度↓(2)形成六方点阵的碳化物如Mo2C、W2C、MoC、WC。γC/γ

6、M值γC/γM值2、当γC/γM>0.59,形成复杂点阵碳化物(1)复杂立方点阵（M23C6、M6C）如Cr23C6,Mn23C6,Fe3W3C,Fe3Mo3C，Fe4W2C(2)复杂六方点阵（M7C3）如Cr7C3，Mn7C3；(3)正交晶系点阵（M3C）如Fe3C，Mn3C。M量少时，可形成复合K，如(Cr,M）23C6型钢中常见的六种碳化物类型：MC：VC、TiC、NbC，一般为简单面心立方点阵M2C：例Mo2C、W2C，密排六方点阵；M3C：渗碳体、Fe3C，复杂正交点阵；M7C3：例Cr7C3，复杂六方点阵；M23C6：例Cr23C6，复杂立方点阵；M6

7、C：不是一种金属K，复杂立方点阵。如：Fe3W3C,Fe3Mo3C，Fe4W2CK也有空位存在；可形成复合K，如(Cr,Fe,Mo，……）7C3复杂点阵结构K：M23C6、M7C3、M3C。特点：硬度较低，熔点较低，稳定性较差。简单点阵结构K：MC、M2C。又称间隙相。特点：硬度高，熔点高，稳定性好。M6C型属于多元复合碳化物，复杂点阵结构，性能特点：接近简单点阵结构K。钢中各种K的相对稳定性，对于K的形成和转变、溶解、析出和聚集、长大有着极大的影响。1.2.2钢中的碳化物（3）碳化物的稳定性K在钢中的相对稳定性取决于M与C的亲和力的大小，即取决于M的d层电子数。

8、M的d层电