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1、对钢材性能产生影响的元素 钢材的质量及性能是根据需要而确定的，不同的需要，要有不同的元素含量。 （1）碳：含碳量越高，刚的硬度就越高，但是它的可塑性和韧性就越差。 （2）硫：是钢中的有害杂物，含硫较高的钢在高温进行压力加工时，容易脆裂，通常叫作热脆性 （3）磷：能使钢的可塑性及韧性明显下降，特别的在低温下更为严重，这种现象叫作冷脆性。在优质钢中，硫和磷要严格控制，但从另方面看，在低碳钢中含有较高的硫和磷，能使其切削易断，对改善钢的可切削性是有利的。 （4）锰：能提高钢的强度，能消弱和消除硫的不良影响，并能提高钢的淬透性，含锰量很高的高合金钢（高锰钢）具有良好的耐磨性和其它的物理性能。 （5）硅
2、：它可以提高钢的硬度，但是可塑性和韧性下降，电工用的钢中含有一定量的硅，能改善软磁性能。 （6）钨：能提高钢的红硬性和热强性，并能提高钢的耐磨性。 （7）铬：能提高钢的淬透性和耐磨性，能改善钢的抗腐蚀能力和抗氧化作用。 （8）钒：能细化钢的晶粒组织，提高钢的强度，韧性和耐磨性当它在高温熔入奥氏体时，可增加钢的淬透性；反之，当它在碳化物形态存在时，就会降低它的淬透性。 （9）钼：可明显的提高钢的淬透性和热强性，防止回火脆性，提高剩磁和娇顽力。 （10）钛：能细化钢的晶粒组织，从而提高钢的强度和韧性在不锈钢中，钛能消除或减轻钢的晶间腐蚀现象。 （11）镍：能提高钢的强度和韧性，提高淬透性含量高时，
3、可显著改变钢和合金的一些物理性能，提高钢的抗腐蚀能力。 （12）硼：当钢中含有微量的（0.0010.005）硼时，钢的淬透性可以成倍的提高。 （13）铝：能细化钢的晶粒组织，阻抑低碳钢的时效提高钢在低温下的韧性，还能提高钢的抗氧化性，提高钢的耐磨性和疲劳强度等。 （14）铜：它的突出作用是改善普通低合金钢的抗大气腐蚀性能，特别是和磷配合使用时更为明显。 11.3 合金元素对热处理的影响11.3.1 合金元素对奥氏体化的影响奥氏体晶粒在铁素体与碳化物边界处生核并长大；剩余碳化物的溶解；奥氏体成分的均匀化，在高温停留时奥氏体晶粒的长大粗化等过程。在钢中加入合金元素对后三个过程有较大的影响。（1）
4、含有碳化物形成元素的合金钢，其组织中的碳化物，是比渗碳体更稳定的合金渗碳体或特殊碳化物，因此，在奥氏体化加热时碳化物较难溶解，即需要较高的温度和较长的时间。一般来说，合金元素形成碳化物的倾向愈强，其碳化物也愈难溶解。（2） 合金元素在奥氏体中的均匀化，也需要较长时间，因为合金元素的扩散速度，均远低于碳的扩散速度。（3） 某些合金元素强烈地阻碍着奥氏体晶粒的粗化过程，这主要与合金碳化物很难溶解有关，未溶解的碳化物阻碍了奥氏体晶界的迁移，因此，含有较强的碳化物形成元素(如钼、钨，钒，铌、钛等)的钢，在奥氏体化加热时，易于获得细晶粒的组织。各合金元素对奥氏体晶粒粗化过程的影响，一般可归纳如下：1）强
5、烈阻止晶粒粗化的元素：钛、铌、钒、铝等，其中以钛的作用最强。2）钨、钼、铬等中强碳化物形成元素，也显著地阻碍奥氏体晶粒粗化过程。3）一般认为硅和镍也能阻碍奥氏体晶粒的粗化，但作用不明显。4）锰和磷是促使奥氏体晶粒粗化的元素。11.3.2 合金元素对奥氏体分解转变的影响多数合金元素使奥氏体分解转变的速度减慢，即C曲线向右移，也就是提高了钢的淬透性。合金元素对马氏体转变的影响：增加冷却时间，降低冷却速度。另外，合金元素对马氏体开始转变温度(Ms点)也有明显的影响。多数合金元素均使马氏体开始转变温度(Ms点)降低，其中锰、铬、镍的作用最为强烈，只有铝、钴是提高Ms点。11.3.3 合金元素对回火转变
6、的影响合金元素对淬火钢回火转变的影响主要有下列三个方面。（1）提高钢的回火稳定性 这主要表现为合金元素在回火过程中推迟了马氏体的分解和残余奥氏体的转变，提高了铁素体的再结晶温度，使碳化物难以聚集长大而保持较大的弥散度，从而提高了钢对回火软化的抗力，即提高了钢的回火稳定性。（2）产生二次硬化一些合金元素加入钢中，在回火时，钢的硬度并不是随回火温度的升高一直降低的，而是在达到某一温度后，硬度开始增加，并随着回火温度的进一步提高，硬度也进一步增大，直至达到峰值。这种现象称为回火过程的二次硬化。图回火二次硬化现象与合金钢回火时析出物的性质有关。当回火温度低于约450时，钢中析出渗碳体，在450以上渗碳
7、体溶解，钢中开始沉淀析出弥散稳定的难熔碳化物Mo2C、VC等，使钢的硬度开始升高，而在550600左右沉淀析出过程完成，钢的硬度达到峰值。（3）增大回火脆性 钢在回火过程中出现的第乙类回火脆性(250400C回火)t即回火马氏体脆性和第二类回火脆性(450600C回火)，即高温回火脆性均与钢中存在的合金元素有关。11.7 几种常用合金元素在钢中的作用 为了合金化而加入的合金元素，最常用的有硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒，钛，铌、硼、铝等。现分别说明它们在钢中的作用。11.7.1 硅在钢中的作用(1)提高钢中固溶体的强度和冷加工硬化程度使钢的韧性和塑性降低。(2) 硅能显著地提高钢的弹性极限、屈服极
8、限和屈强比。这是一般弹簧钢。(3)耐腐蚀性。硅的质量分数为15一20的高硅铸铁，是很好的耐酸材料。含有硅的钢在氧化气氛中加热时，表面也将形成一层SiO2薄膜，从而提高钢在高温时的抗氧化性。缺点：（4）使钢的焊接性能恶化。11.7.2 锰在钢中的作用（1）锰对提高钢的淬透性。（2）锰对提高低碳和中碳珠光体钢的强度有显著的作用。（3）锰对钢的高温瞬时强度有所提高。 锰钢的主要缺点是，含锰较高时，有较明显的回火脆性现象；锰有促进晶粒长大的作用，因此锰钢对过热较敏感t在热处理工艺上必须注意。这种缺点可用加入细化晶粒元素如钼、钒、钛等来克服：当锰的质量分数超过1时，会使钢的焊接性能变坏，锰会使钢的耐锈蚀
9、性能降低。11.7.3 铬在钢中的作用（1）铬可提高钢的强度和硬度。（2）铬可提高钢的高温机械性能。（3）使钢具有良好的抗腐蚀性和抗氧化性（4） 阻止石墨化（5） 提高淬透性。缺点：铬是显著提高钢的脆性转变温度铬能促进钢的回火脆性。11.7.4 镍在钢中的作用（1）可提高钢的强度而不显著降低其韧性。（2）镍可降低钢的脆性转变温度，即可提高钢的低温韧性。（3）改善钢的加工性和可焊性。（4）镍可以提高钢的抗腐蚀能力，不仅能耐酸，而且能抗碱和大气的腐蚀。11.7.5 钼在钢中的作用（1）钼对铁素体有固溶强化作用。（2）提高钢热强性（3）抗氢侵蚀的作用。（4）提高钢的淬透性。缺点：钼的主要不良作用是它
10、能使低合金钼钢发生石墨化的倾向。11.7.6 钨在钢中的作用(1) 提高强度（2）提高钢的高温强度。（3）提高钢的抗氢性能。（4）是使钢具有热硬性。因此钨是高速工具钢中的主要合金元素。11.7.7 钒在钢中的作用(1)热强性。（2）钒能显著地改善普通低碳低合金钢的焊接性能。11.7.8 钛在钢中的作用（1）钛能改善钢的热强性，提高钢的抗蠕变性能及高温持久强度；（2）并能提高钢在高温高压氢气中的稳定性。使钢在高压下对氢的稳定性高达600以上，在珠光体低合金钢中，钛可阻止钼钢在高温下的石墨化现象。因此，钛是锅炉高温元件所用的热强钢中的重要合金元素之一。11.7.9 铌在钢中的作用（1）铌和碳、氮、
11、氧都有极强的结合力，并与之形成相应的极为稳定的化合物，因而能细化晶粒，降低钢的过热敏感性和回火脆性。(2)有极好的抗氢性能。(3)铌能提高钢的热强性11.7.10 硼在钢中的作用 ；（1）提高钢的淬透性。（2）提高钢的高温强度。强化晶界的作用。11.7.11 铝在钢中的作用(1)用作炼钢时的脱氧定氮剂，细化晶粒，抑制低碳钢的时效，改善钢在低温时的韧性，特别是降低了钢的脆性转变温度；(2)提高钢的抗氧化性能。曾对铁铝合金的抗氧化性进行了较多的研究；4AI即可改变氧化皮的结构，加入6A1可使钢在980C以下具有抗氧化性。当铝和铬配合并用时，其抗氧化性能有更大的提高。例如，含铁50一55、铬30一3
12、5、铝10一15的合金，在1 400C高温时，仍具有相当好的抗氧化性。由于铝的这一作用，近年来，常把铝作为合金元素加入耐热钢中。(3)此外，铝还能提高对硫化氢和V2O5，的抗腐蚀性。缺点：脱氧时如用铝量过多，将促进钢的石墨化倾向。当含铝较高时其高温强度和韧性较低。第三章 合金钢一,合金元素在钢中的作用1,合金元素对钢中的基本相的影响合金钢中常用的合金元素很多,按照其与碳结合的倾向大小,可分 非碳化物形成元素(CO,Ni,Si,Cu,B等)，碳化物形成元素(Ti,V,W,Mo,Cr,Mn等)。合金元素在钢中的存在形式有:1）溶解于钢中的基本相(铁素体,奥氏体和渗碳体)2）形成特殊碳化物(如VC,
13、TiC,Cr23c6等)3）非碳化物形成元素和大部分的锰基本上都溶解于铁素体(或奥氏体)中而形成合金铁素体(或合金奥氏体),并产生固溶强化的作用,使合金铁素体的强度,硬度升高,塑性和韧性下降(Cr,Ni,Mn含量少时略有上升).其中,Si,Mn,Ni的强化作用较大.4）碳化物形成元素(除锰外),当含量较低时,主要是溶入Fe3C中而形成合金渗碳体.合金元素的溶入大大地提高了渗碳体的稳定性.当一些强碳化物形成元素如Cr ,Ti,V,W,Mo等的含量较高时,它们还会形成新的稳定性较高或很高的特殊碳化物,如Cr23c6,WC,VC,TiC等.这一类特殊碳化物的特点是高熔点,高硬度.是钢中常用的强化相,
14、对提高钢的强度,硬度和耐磨性有十分重要的意义.2,合金元素对FeFe3C相图的影响 a.合金元素的影响主要表现在扩大或缩小 相区.一些合金元素如Mn,Ni,等将扩大 相区使As线下降,而另一些合金元素如Cr,Mo,W,V, b.Ti,Si,等则缩小 相区并导致As线上升. c.扩大或缩小 相区的结果,必然使FeFe3C相图中的S点,E点和C点的成分和温度发生变化.几乎所有的合金元素都使铁碳相图中S点,E点左移,其中以强碳化物形成元素的作用最为显著.3,合金元素对热处理相变过程的影响 a.合金元素对热处理相变过程的影响主要在于对额奥氏体形成速度和奥氏体晶粒长大的影响. b.合金元素对过冷奥氏体转
15、变的最突出的作用是使C曲线向右移(除钴外),增加过冷奥氏体的稳定性,因而,提高了钢的淬透性.常用的元素有:Cr,Mn,SI,NI和B. c.合金元素对回火转变过程的影响表现在三个方面: aa.提高回火稳定性. bb.产生二次硬化,提高钢的红硬性和高温强度.常用的元素有W,Mo, V. cc.使回火脆倾向增大,但一些元素如W,Mn能减弱或防止第二类脆性.二,合金钢的分类合金钢的分类有三种:a.按成分按合金元素的总含量分:低(5%以下)中(510%)高 b.按所含主加合金元素种类来分:锰钢,硅钢,铬镍钢,c.按正火后组织分:奥氏体钢,铁素体钢,珠光体钢,马氏体钢d.按用途来分: 合金结构钢:普通低合金钢,渗碳钢,调质钢等
