金属材料学 第1章_钢铁中的合金相课件.ppt

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1、第1章钢铁中的合金相1.1Me和Fe基二元相图一、钢中的Me1、杂质元素（impurity-element）常存杂质冶炼残余，由脱氧剂带入。Mn、Si、Al；S、P难清除。隐存杂质偶存杂质生产过程中形成，微量元素O、H、N等。与炼钢时的矿石、废钢有关，如Cu、Sn、Pb、Cr等。热脆性——S——FeS(低熔点989℃)；？冷脆性——P——Fe3P（硬脆）；？氢脆——H——白点。2、合金元素（alloying-element）为合金化目的加入，其加入量有一定范围的元素称为合金元素。钢中常用合金元素：Si、Mn、Cr、Ni、W、Mo、V、Ti等。二、Me和Fe的作用纯Fe→Fe-C相图的变化特

2、点。Me和Fe的作用：1、γ稳定化元素使A3↓，A4↑，γ区扩大a)与γ区无限固溶——Ni、Mn、Co开启γ区——量大时，室温为γ相；b)与γ区有限固溶——C、N、Cu——扩大γ区。2、α稳定化元素使A3↑，A4↓，γ区缩小a)完全封闭γ区—Cr、V、W、Mo、TiCr、V与α-Fe完全互溶，量大时→α相?W、Mo、Ti等部分溶解b)缩小γ区——Nb等。稳定γ相——A形成元素，稳定α相——A形成元素。(a)Ni，Mn，Co(b)C，N，Cu(c)Cr，V(d)Nb,B等图1合金元素和Fe的作用状态1.1.3Me对Fe-C相图的影响一、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

3、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二、对临界点的影响A形成元素Ni、Mn等使A1（A3）线向下移动；F形成元素Cr、Si等使A1（A3）线向上移动三、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—奥氏体钢；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。铬对钢γ区的影响锰对钢γ区的影响1.3铁基固溶体一、置换固溶体合金元素在铁点阵中的固溶情况MeTiVCrMnCoNiCuCN溶解度αFe~7(1340℃)无限无限~376100

4、.20.020.1γFe0.68~1.412.8*无限无限无限8.52.062.8注：有些元素的固溶度与C量有关不同元素的固溶情况是不同的。为什么?简单地说：这与合金元素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或fccfcc/hcpfccfcc电子结构235567810原子半径/nm0.1450.1360.1280.1310.1270.1260.1240.128ΔR，%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（1）Ni、Mn、C

5、o与γ-Fe的点阵结构、原子半径和电子结构相似——无限固溶；（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%，可以形成无限固溶；≤±15%，形成有限固溶；>±15%，溶解度极小。结论合金元素的固溶规律，即Hume-Rothery规律决定组元在置换固溶体中的溶解度因素是点阵结构、原子半径和电子因素，无限固溶必须使这些因素相同或相似.①有限固溶C、N、B、O等②溶解度溶剂金属点阵结构：同一溶剂金属不同点阵结构，溶解度是不同的——如γ-Fe与α-Fe。溶质原子

6、大小：r↓，溶解度↑。N溶解度比C大:RN=0.071nm，RC=0.077nm。③间隙位置优先占据有利间隙位置——畸变为最小。间隙位置总是没有被填满——最小自由能原理。二、间隙固溶体1.3碳（氮）化物一、钢中常见的碳化物K类型、大小、形状和分布对钢的性能有很重要的作用。非K形成元素：Ni、Si、Al、Cu等K形成元素：Ti、Nb、V；W、Mo、Cr；Mn、Fe（由强到弱排列）钢中常见的K类型有：M3C：渗碳体，正交点阵；M7C3：例Cr7C3，复杂六方；M23C6：例Cr23C6，复杂立方；M2C：例Mo2C、W2C。密排六方；MC：例VC、TiC，简单面心立方点阵；M6C：不是一种金属

7、K。复杂六方点阵。K也有空位存在；可形成复合K,如(Cr,Fe,Mo，…)7C3复杂点阵结构：M23C6、M7C3、M3C。特点：硬度、熔点较低，稳定性较差；简单点阵结构：M2C、MC。又称间隙相。特点：硬度高，熔点高，稳定性好。M6C型不属于金属型的碳化物,复杂结构，性能特点接近简单点阵结构。1、K类型K类型与Me的原子半径有关。各元素的rc/rMe的值如下：MeFeMnCrVMoWTiNbrc/rMe0.610.60