第1章钢合金化概论钢的强化和韧化ppt课件.ppt

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1、1.3钢的强化机制一、Me对钢强化的形式及其机理强化本质：各种强化途径↑塑变抗力↑位错运动阻力↑钢强度表达式对于C、N等间隙原子，n=0.33~2.0；对于Mo、Si、Mn等置换式原子：n=0.5~1.0机理效果提高强度，降低塑韧性原子固溶→晶格发生畸变→产生弹性应力场，与位错交互作用→↑位错运动阻力1、固溶强化固溶强化的规律（1）溶质元素在溶剂中的饱和溶解度愈小，其固溶强化效果愈好。置换元素对α-Fe屈服强度的影响固溶强化的规律（2）溶质元素溶解量增加，固溶体的强度也增加。例如：对于无限固溶体，当溶质原子浓度为50%时

2、强度最大；而对于有限固溶体，其强度随溶质元素溶解量增加而增大（3）形成间隙固溶体的溶质元素（如C、N、B等元素在Fe中）其强化作用大于形成置换固溶体（如Mn、Si、P等元素在Fe中）的溶质元素。但对韧性、塑性的削弱也很显著，而置换式固溶强化却基本不削弱基体的韧性和塑性。（4）溶质与基体的原子大小差别愈大，强化效果也愈显著。2、细晶强化表达式机理晶粒越细→晶界、亚晶界越多→有效阻止位错运动，产生位错塞积强化。效果↑钢的强度，又↑塑性和韧度这是最理想的强化途径.著名的Hall-petch公式式中，d为晶粒直径，Ks为系数3、

3、第二相强化表达式机理微粒第二相钉扎位错运动→强化效果主要有切割机制和绕过机制。在钢中主要是绕过机制。两种情况：回火时弥散沉淀析出强化，淬火时残留第二相强化。效果有效提高强度，但稍降低塑韧性。钢强度表达式位错被质点障碍物所挡住4、位错强化表达式机理位错密度ρ↑→↑↑位错交割、缠结，→有效地阻止了位错运动→↑钢强度。效果在强化的同时，同样也降低了伸长率，提高了韧脆转变温度TK晶界处位错塞积现象在低碳结构钢中各种强化效果示意图1.4改善钢的塑性和韧性的基本途径强化因素一般情况，钢强度↑→塑韧↓,称为强韧性转变矛盾。除细化组织强

4、化外，其它强化因素都会程度不同地↓韧性。危害最大是间隙固溶；合金元素Ni↑韧性；Mn在少量时也有效果；其它常用元素都在不同程度上↓韧性1、引言晶粒度细晶既↑σS，又↑韧性→最佳组织因素。第二相K↓韧性。K小、匀、圆、适量→工艺努力方向。杂质往往是形变断裂的孔洞形成核心，→提高钢的冶金质量是必须的。杂质溶质原子↓韧性，间隙溶质原子>置换溶质原子。2、影响塑性的因素1.改善延性断裂的途径2.改善解理断裂抗力的途径3.改善沿晶断裂抗力的途径3、改善钢韧性的途径4、提高钢韧度的合金化途径1）细化晶粒、组织——如Ti、V、Mo；2

5、）↑回火稳定性——如强K形成元素；3）改善基体韧度——Ni；4）细化K——适量Cr、V，使K小而匀；5）↓回脆——W、Mo；6）在保证强度水平下，适当↓含C量.↑冶金质量。1.5合金元素对钢相变的影响一、Me对Fe-C相图的影响1、对S、E点的影响A形成元素均使S、E点向左下方移动，F形成元素使S、E点向左上方移动。S点左移—意味着共析C量减小；E点左移—意味着出现莱氏体的C量降低。合金元素对共析温度的影响合金元素对共析碳量的影响2、对共析温度的影响A形成元素Ni、Mn等使A1（A3）线向下移动，使点S左移；F形成元素C

6、r、Si等使A1（A3）线向上移动，也使点S左移。锰对钢γ区的影响铬对钢γ区的影响3、对γ-Fe区的影响A形成元素Ni、Mn等使γ-Fe区扩大→钢在室温下也为A体—A钢；F形成元素Cr、Si等使γ-Fe区缩小→钢在高温下仍为F体—铁素体钢。二、合金钢的加热A化α+Fe3C(或K)→γα→γ：需要Fe重组和C扩散Fe3C或K：需要溶解于γA形成过程A的形核A的长大渗碳体的溶解A成分均匀化Me对钢的热处理的影响（1）Me对A形成速度的影响A的形成速度取决于A晶核的形成和长大，两者都与C的扩散有关。非K元素——Co、Ni等提高

7、C扩散速度，增大A的形成速度。Si、Al、Mn等对C在A中的扩散速度影响较小，对A的形成速度影响不大。强K元素——Cr、Mo、W、V等与C的亲和力较大，显著妨碍C在A中的扩散，减慢A的形成速度。碳化物的分解：A形成后，还残留有一些稳定性各不相同的碳化物。稳定性高的碳化物，要求其分解并溶入A中，必须提高加热温度，甚至超过其平衡临界点几十或几百度。A的成分均匀化：由于碳化物的不断溶入，不均匀程度更加严重。要使A成分均匀化，C和Me均需扩散。由于合金元素的扩散很缓慢，因此对合金钢应采取较高的加热温度和较长的保温时间，以得到比较

8、均匀的A，从而充分发挥合金元素的作用。但对需要具有较多未溶碳化物的合金工具钢，则不应采用过高的加热温度和过长的保温时间。（2）Me对A晶粒长大倾向的影响合金元素形成的碳化物在高温下越稳定，越不易溶入A中，能阻碍晶界长大，显著细化晶粒。按照对晶粒长大作用的影响，合金元素可分为：①Ti、V、Zr、Nb等强烈阻止A晶粒长大