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1、奥氏体的形核 奥氏体的长大 渗碳体的溶解 奥氏体成分均匀化 Chapter 1 金属材料的合金化原理 1.3 合金元素对钢的组织转变的影响 1.3.1 AE对钢加热时奥氏体形成过程的影响 奈 钻 本 摆 泅 桌 晓 皂 瘸 哪 饼 克 方 整 捅 转 呛 款 碧 备 舒 阿 眉 曰 垂 傲 牙 家 从 慑 兢 移 金 属 材 料 合 金 化 原 理 金 属 材 料 合 金 化 原 理 1. AE对奥氏体形成速度的影响 l非碳化物形成元素 Co和Ni等提高碳在奥氏体中的扩散速度 Si、Al、Mn对奥氏体的形成速度影响不大。 l强碳化物形成元素Cr、Mo、W、V等与碳的亲和 力较大，减慢了奥氏体的
2、形成速度。 1.2 钢的合金化原理 Chapter 1 金属材料的合金化原理 碳化物的分解 稳定性高的碳化物，难溶入奥 氏体中。 奥氏体的成分均匀化 奥氏体均匀，碳和合金 元素均需扩散。 阵 我 醛 席 豆 探 致 拄 窟 椅 盾 桓 逐 拖 薪 盂 亿 池 哪 盛 抿 分 娶 奇 歧 姐 杜 菇 且 崎 净 津 金 属 材 料 合 金 化 原 理 金 属 材 料 合 金 化 原 理 图1-10 碳化物和氮化物在奥氏体中溶解度与温度的关系 Chapter 1 金属材料的合金化原理 1.2 钢的合金化原理 开 谅 耗 劲 嘴 敖 落 声 积 炸 直 廖 倦 座 絮 食 啪 费 谴 鲁 靠 炭 盔
3、 洋 盂 媚 靖 哟 竖 姿 磕 藩 金 属 材 料 合 金 化 原 理 金 属 材 料 合 金 化 原 理 4 2.AE对奥氏体晶粒长大倾向的影响 Chapter 1 金属材料的合金化原理 碳化物在高温下越稳定，越不易溶入奥氏体 中，能阻碍晶界长大，显著细化晶粒。 C、N、B、P等元素促进奥氏体晶粒的长大。 晶界偏聚和降低晶界铁原子间的结合力。 Mn在低碳钢中可以细化珠光体组织，也可以细 化奥氏体晶粒。在中碳以上钢中，Mn加强了碳促进奥 氏体晶粒长大的作用。 Cr对奥氏体晶粒有细化作用。 讽 萎 奴 鲸 逆 溯 芦 词 宅 巢 阑 鸦 傈 臆 羹 小 第 抵 躲 疥 呵 役 聘 陀 言 殴
4、弧 索 滋 驼 逛 已 金 属 材 料 合 金 化 原 理 金 属 材 料 合 金 化 原 理 5 Al和Si含量极少时，仅以高熔点AlN、 Al2O3的非金属夹杂物形式存在，可以阻止奥氏 体晶粒粗化，如下图所示。但当含量足够高， 作为合金元素溶入固溶体时，可以使钢在高温 时也为相，促进相的晶粒粗化。 Ni、Cu、Co等非碳 化物形成元素，对奥氏体 晶粒的长大影响不大。 Chapter 1 金属材料的合金化原理 遭 酿 籽 悍 暇 浴 赖 桶 估 相 略 同 盏 青 祖 旁 帕 笋 王 平 杭 名 翅 蔫 握 仅 猿 材 制 澡 重 湖 金 属 材 料 合 金 化 原 理 金 属 材 料 合
5、金 化 原 理 标准晶粒度等级示意图 14级为本质粗晶粒钢 58级为本质细晶粒钢 Chapter 1 金属材料的合金化原理 肩 乞 徘 兴 憋 玉 落 椰 雇 戊 谷 犹 晃 泊 芭 烩 两 受 沛 释 蔬 反 萄 行 半 闷 汛 歹 要 匹 截 凛 金 属 材 料 合 金 化 原 理 金 属 材 料 合 金 化 原 理 7 总 之 合金元素对奥氏体晶粒长大主要从三个方面起作用 ： 第一，当合金元素形成未溶、处于晶界上高度弥散 的质点，对奥氏体晶粒的粗化起到阻碍作用。 第二，合金元素溶入奥氏体中时，可以改变奥氏体 的晶界能，因而会改变奥氏体的长大倾向。 第三，合金元素溶入奥氏体中可以改变原子间
6、的结 合强度，引起激活能和铁自扩散系数的变化，从而 影响奥氏体晶粒的长大。 因此，应从以上三个方面综合考虑。 Chapter 1 金属材料的合金化原理 蚊 娄 尿 量 舷 堪 茶 狈 填 匀 淋 陕 豢 涌 阻 洁 蔽 蜂 故 刽 怠 瞪 萧 即 踞 爆 署 飘 酮 尾 转 近 金 属 材 料 合 金 化 原 理 金 属 材 料 合 金 化 原 理 8 1.3.2 AE对钢的过冷奥氏体分解转变的影响 Chapter 1 金属材料的合金化原理 Chapter 1 金属材料的合金化原理 强K形成元素 中、弱K形成元素 Co 非K形成元素 典 抵 蔷 昂 扦 簧 贸 魄 搬 纸 味 俺 栅 赚 甩
7、裕 石 户 捂 圈 书 跑 片 捎 怕 坊 单 各 贴 捎 襟 且 金 属 材 料 合 金 化 原 理 金 属 材 料 合 金 化 原 理 9 1. AE对过冷奥氏体稳定性的影响 （C曲线） 非碳化物形成元素（Ni、Al、Si、Cu、Co），C曲 线仍保持与碳钢相同的形式，只是位置有所改变。 Ni、Si、Cu使转变孕育期变长，即C曲线右移。Al 、Co则相反，使C曲线左移。 碳化物形成元素（Cr、M、W、V）等，不仅使C曲 线的位置移动，而且也使C曲线的形状改变，出现 两个鼻温，甚至使珠光体区域和贝氏体区域完全分 开，出现一个过冷奥氏体极端稳定的区间。 对高温转变（珠光体转变）的影响； 对中温
8、转变（贝氏体转变）的影响； 对低温转变（马氏体转变）的影响。 Chapter 1 金属材料的合金化原理 春 瘟 晕 屎 馋 绳 嗣 伸 克 抢 盂 盂 彰 卷 敞 碗 发 幕 窘 圈 缩 阜 赖 沽 伙 刁 还 上 慨 勒 碉 俘 金 属 材 料 合 金 化 原 理 金 属 材 料 合 金 化 原 理 10 2. AE对高温转变（珠光体转变）的影响 （1）合金元素对珠光体转变的综合作用 强碳化物Ti、Nb、V 推迟碳化物的形核和长大。 中强碳化物形成元素W、Mo、Cr推迟碳化物形核 和长大，还通过增加固溶体原子间结合力、降低铁原 子的自扩散而减慢转变。 弱碳化物形成元素Mn推迟珠光体转变时合金
9、渗碳 体的形核和长大，同时Mn又是扩大相区的元素，起 稳定奥氏体并强烈推迟转变的作用。 Chapter 1 金属材料的合金化原理 非碳化物形成元素Ni、Co Ni是开启相区并稳定 奥氏体的元素，增加相的形核功，降低转变温度。 Co由于促进铁的扩散，因而增加相长大速度。 丽 淡 窃 夯 铁 溯 啪 条 勘 安 辑 斯 葛 宿 好 渗 策 霞 带 当 凰 数 开 浅 犹 炊 壁 炯 隔 早 迂 奥 金 属 材 料 合 金 化 原 理 金 属 材 料 合 金 化 原 理 (2) AE对珠光体转变(淬透性)的影响 除Co外，几乎所有的合金元素使C曲线右移 （即增大过冷奥氏体的稳定性，推迟珠光体 型的转
10、变）。C曲线右移的结果，降低了钢 的临界冷却速度，提高了钢的淬透性。合金 元素对淬透性影响的大小取决于该元素的作 用强度及其可能的溶解量。 1.2 钢的合金化原理 Chapter 1 金属材料的合金化原理 奉 羞 衣 俩 岩 牲 垒 镐 储 墓 振 镊 劲 拥 鸳 镇 潭 藏 雷 鸣 骏 辫 揉 虫 蔗 莲 槛 笨 减 伙 路 烽 金 属 材 料 合 金 化 原 理 金 属 材 料 合 金 化 原 理 l碳、锰、镍、铬、钼、钒、钛等元素都降低 BS点，使得在贝氏体和珠光体转变温度之间 出现过冷奥氏体的中温稳定区，形成两个转 变的C曲线。 1.2 钢的合金化原理 Chapter 1 金属材料的合
11、金化原理 l合金元素还改变贝氏体转变动力学过程，增长转 变孕育期，减慢长大速度。 碳、硅、锰、镍、铬的作用较强 钨、钼、钒、钛的作用较小 3. 对中温转变（贝氏体转变）的影响 乳 罕 勤 荚 淖 吁 戌 烩 寨 坏 身 澎 锋 貉 晦 茂 液 恶 丽 犊 倔 清 悲 闹 秦 咏 贮 惦 甘 嘴 诫 候 金 属 材 料 合 金 化 原 理 金 属 材 料 合 金 化 原 理 合金元素的作用表现在对马氏体点MsMf温 度的影响，并影响钢中残留奥氏体含量及马 氏体的精细结构。 l除Co、Al以外， 绝大多数合金元 素都使Ms和Mf 下降 1.2 钢的合金化原理 Chapter 1 金属材料的合金化原
12、理 4. 对低温转变（马氏体转变）的影响 村 痹 鞘 唬 苞 宴 割 韦 光 遭 伪 敷 得 牲 越 肿 儒 染 贷 桩 简 肌 的 破 塌 绒 又 带 暖 赖 薪 粹 金 属 材 料 合 金 化 原 理 金 属 材 料 合 金 化 原 理 u合金钢中高的残余奥氏体含量对钢的性能 产生很大影响残余奥氏体量过高（有时达 30%-40%）时，钢的硬度降低，疲劳抗力 下降。 u对于奥氏体不锈钢，为了要在室温下或零 温度下（ Ms点远低于室温或零下）获得稳 定的单相奥氏体组织，必须加入大量奥氏体 形成元素。通常是加入镍、锰、铬、碳、氮 等元素。 Chapter 1 金属材料的合金化原理 1.2 钢的合
13、金化原理 坠 滴 杆 怨 惕 眶 也 舞 隙 机 丝 甩 柔 晰 崎 健 唾 榜 龚 范 甭 宅 返 擦 垒 雷 鞍 斑 迁 已 它 贴 金 属 材 料 合 金 化 原 理 金 属 材 料 合 金 化 原 理 u对于合金结构钢，为了降低残余奥氏体量，需要 进行附加的处理： 冷处理就是将淬火后的钢件在负温下继续冷却， 使残余奥氏体转变为马氏体的工艺。如生产上采 用干冰与酒精混合可获得-70的低温。 多次回火过程中残余奥氏体发生合金碳化物的析 出，降低了残余奥氏体中的合金成分，使残余奥 氏体的Ms、Mf点升高，而在回火后的冷却过程中 ，转变为马氏体或贝氏体（称为二次淬火），从 而使残余奥氏体量减少
14、。 1.2 钢的合金化原理 Chapter 1 金属材料的合金化原理 滥 岛 遏 匿 抱 跃 局 移 扇 碰 介 白 锹 话 羔 纽 省 添 畴 费 点 霹 广 虎 竿 庸 岭 禽 菊 隧 嚷 牧 金 属 材 料 合 金 化 原 理 金 属 材 料 合 金 化 原 理 l合金元素还影响马氏体的形态和马氏体的亚结构。Fe- C系合金分界温度约为200 u当Ms点温度较高时，由于滑移的临界分切应力较低， 在Ms点以下形成位错结构的马氏体； u在Ms点温度较低时，孪生分切应力低于滑移临界分切 应力，则马氏体相变以孪生形成孪晶结构的马氏体。 1.2 钢的合金化原理 Chapter 1 金属材料的合金化
15、原理 n一般钢中碳或氮w(C)0.2的钢都是位错马氏体， w(C)0.6的钢为孪晶马氏体。合金元素如锰、铬 、镍、钼或钴都使Ms和Mf下降，增加形成孪晶马 氏体倾向。 马氏体形态与含碳量的关系 0.45%C0.2%C1.2%C 篷 拭 姚 硷 梗 陷 甫 襟 埠 宙 谢 沈 困 裂 疵 蚤 赋 琅 摈 懂 郸 捌 苞 谰 疙 屠 黎 鸥 胳 株 伸 挑 金 属 材 料 合 金 化 原 理 金 属 材 料 合 金 化 原 理 5合金元素对淬火钢的回火转变过程的影响 主要表现在提高钢的回火稳定性，即钢对回火时 发生软化过程的抵抗能力，使回火过程各个阶段 的转变速度大大减慢，将其推向更高的温度。具
16、体为 （1）AE对马氏体分解的影响 （2）AE对残余奥氏体转变的影响 （3）AE对碳化物的形成、聚集和长大的影响 （4）AE对铁素体回复再结晶的影响 （5）AE对回火脆性的影响 1.2 钢的合金化原理 Chapter 1 金属材料的合金化原理 储 立 竖 旬 挫 晴 悍 宜 森 技 戎 臼 石 斗 峙 牧 江 糊 那 屎 字 官 鹅 坐 招 迪 萌 赫 数 拘 献 峰 金 属 材 料 合 金 化 原 理 金 属 材 料 合 金 化 原 理 （1）AE对马氏体分解的影响 M在发生第二阶段分解时，碳化物形成元素 V、Nb、Cr、Mo、W等对碳有较强的亲和 力，溶于M中的碳化物形成元素阻碍碳从M 中
17、析出，因而使M分解的第二阶段减慢。 在碳钢中，实际上所有的碳从M的析出温度 都在250350左右，而在含碳化物形成 元素的钢中，可将这一过程推移到更高的温 度（400500），其中V、Nb的作用比 Cr、W、Mo更强烈。 1.2 钢的合金化原理 Chapter 1 金属材料的合金化原理 环 拉 煮 辗 茫 饥 介 获 侗 继 海 姻 毅 接 悲 闷 列 槛 狂 哀 启 疤 垂 刽 萄 节 讳 鹿 啃 汗 牌 缚 金 属 材 料 合 金 化 原 理 金 属 材 料 合 金 化 原 理 图1-17质量分数分别为0.3C、2.1V钒钢1250淬火 不同温度回火2小时碳化物成分、结构和硬度的变化 1.
18、2 钢的合金化原理 器 秋 侣 陆 斗 用 芭 匈 檬 岩 序 淬 饱 鹏 氰 谋 蒜 猿 势 亮 饱 楼 勋 骸 踢 为 凄 尼 畜 先 炎 唐 金 属 材 料 合 金 化 原 理 金 属 材 料 合 金 化 原 理 低于500钒仍固溶于马氏体，强烈阻碍 马氏体分解，只有40的碳以Fe3C析出， 大部分碳仍保留在马氏体基体中。 高于500，直接从马氏体基体相中析出 VC，VC形核的有利位置是位错。VC的 形状呈细片状，约1nm厚，与基体保持共 格。VC不断析出，同时Fe、C逐渐溶解。 直到700，VC已全部析出，Fe3C全部溶 解。 1.2 钢的合金化原理 Chapter 1 金属材料的合金
19、化原理 蹄 私 纶 诈 拔 描 困 喻 弦 拂 灼 取 范 侩 洽 奶 渐 将 利 弄 歪 敞 疯 哄 罪 删 离 兰 脆 捣 腑 谩 金 属 材 料 合 金 化 原 理 金 属 材 料 合 金 化 原 理 （2）AE对A残转变的影响 Me大都使A残的分解温度向高温方向推移。 其中尤以Cr、Mn、Si的作用最为显著。 在含有较多的W、Mo、V等合金元素的高合 金钢中（如高速钢），由于A残在回火过程 中析出碳化物，造成A残中的碳及合金元素 贫化，使其Ms点高于室温，因而在冷却过程 中转变为M。通过这种回火之后，淬火钢的 硬度不但没有降低，反而有所升高，这种现 象称为二次淬火。 1.2 钢的合金化
20、原理 Chapter 1 金属材料的合金化原理 症 谅 烷 妙 专 肪 揭 腥 诌 袖 砍 灿 嗓 版 鸭 淤 法 幢 仅 状 宽 伎 泉 种 忆 徽 介 砷 瞩 题 午 邹 金 属 材 料 合 金 化 原 理 金 属 材 料 合 金 化 原 理 （3）AE对碳化物的形成、聚集和长大的影响 AE对-碳化物的形成没有影响。随着回火温 度的升高，碳钢中-碳化物于200转变为 渗碳体，合金元素中Cr、Si和Al推迟这一转 变，使转变温度升高。 对于合金渗碳体的聚集长大，Ni没有影响， 而Si和V、W、Mo、Cr则对其聚集长大过程 起阻碍作用。 1.2 钢的合金化原理 Chapter 1 金属材料的合
21、金化原理 缸 锤 累 长 首 秸 渔 栽 呈 耀 翱 呵 吕 干 方 论 熊 矗 奏 陡 筛 隅 璃 拥 直 染 芋 蓑 笺 熄 擂 崖 金 属 材 料 合 金 化 原 理 金 属 材 料 合 金 化 原 理 在含W、Mo、V较多的钢中，回火后的 硬度随回火温度的升高不是单调降低， 而是在某一回火温度后，硬度反而增加 ，并在某一温度（一般为550左右） 达到峰值。这种在一定回火温度下硬度 出现峰值的现象称为二次硬化。 Chapter 1 金属材料的合金化原理 1.2 钢的合金化原理 翠 透 若 泼 慧 苗 裂 酌 窿 拢 睡 往 崭 毯 渊 妖 烙 射 睫 迁 确 肮 岿 领 唐 汕 讽 墅
22、诅 寄 芳 链 金 属 材 料 合 金 化 原 理 金 属 材 料 合 金 化 原 理 产生二次硬化的原因： l一方面是由于高温回火时从M中析出的高度 分散的合金碳化物粒子所造成的。这类碳化 物粒子在高温下非常稳定，很不容易聚集长 大，从而使钢具有很好的高温强度；这是造 成二次硬化的主要原因。 l另一方面是二次淬火造成的。 1.2 钢的合金化原理 Chapter 1 金属材料的合金化原理 闲 锦 雍 搽 磕 浪 低 毗 婿 乓 辽 县 亦 陀 降 泳 享 敏 怯 运 金 办 看 研 咕 坪 网 瘟 惕 贝 乓 帘 金 属 材 料 合 金 化 原 理 金 属 材 料 合 金 化 原 理 图1-1
23、8 钒钢（0.32C,1.36V）、 钼钢（0.11C,2.14Mo）和 铬钢（0.19C,2.91Cr）回火时的二次硬化 在高温下工作的 钢，特别是高速 切削工具及热变 形模具用钢，二 次硬化现象对需 要较高红硬性的 工模具钢是极为 重要的。必须指 出的是，不同碳 化物所引起的二 次硬化效果也不 同（图1-18）。 Chapter 1 金属材料的合金化原理 1.2 钢的合金化原理 毛 士 综 阑 砖 坟 例 愤 训 护 售 乞 碑 凤 你 皂 匡 技 菩 呢 曰 晦 捅 藻 泼 揪 谷 鸟 烹 火 弥 匣 金 属 材 料 合 金 化 原 理 金 属 材 料 合 金 化 原 理 （4）AE对铁
24、素体回复再结晶的影响 大多数AE延缓相回复与再结晶过程，其中 lCo、Mo、W、Cr、V显著提高相的再结晶温 度； lSi、Mn的影响次之； lNi的影响较小。 在碳钢中，相高于400开始回复，500开始 再结晶。当往钢中加入Co（wCo=2%）时，可将 相的再结晶温度升高到630。 1.2 钢的合金化原理 Chapter 1 金属材料的合金化原理 赌 坟 术 戳 算 得 仅 打 杆 寒 劫 讫 继 舞 膏 戳 摹 妹 拙 侧 孩 纫 划 能 嗜 龋 卉 罩 械 怀 德 储 金 属 材 料 合 金 化 原 理 金 属 材 料 合 金 化 原 理 提高相的再结晶温度的机理是这些合 金元素增加固溶
25、体中原子间的结合力或 这些合金元素的碳化物钉扎位错。 几种合金元素的综合作用可以更显著地 提高再结晶温度，大大减缓高温回火软 化进程。 Chapter 1 金属材料的合金化原理 1.2 钢的合金化原理 汝 依 凌 郁 抠 涌 抓 税 宅 踌 波 斌 馋 畦 斌 捧 淤 招 徊 个 佩 赦 挖 晴 墨 梗 嚎 忠 妄 貉 番 研 金 属 材 料 合 金 化 原 理 金 属 材 料 合 金 化 原 理 （5）AE对回火脆性的影响 淬火钢在一定温度范围内回火时，表现出明 显的脆化现象，这种现象就是回火脆性。 l第一类回火脆性（ 250400），这类回火 脆性是和低温回火时碳化物析出形态不良有 关，是
26、一种不可逆回火脆性，不可能用热处 理和合金化的方法消除，只能避开。 u但Mo、W、V、Al等元素可稍微减弱这类 回火脆性；而Mn、Cr则促进这类回火脆性 的发展。加入Si、Cr等可使这类回火脆性的 温度向高温方向推移。 1.2 钢的合金化原理 Chapter 1 金属材料的合金化原理 猖 僚 床 予 圆 嚎 亮 邓 届 锅 尚 芍 善 谓 葬 倘 迎 设 凡 衫 刮 川 草 撑 翼 放 喻 诱 抉 武 雷 讯 金 属 材 料 合 金 化 原 理 金 属 材 料 合 金 化 原 理 l第二类回火脆性（450600），主要与 某些杂质元素以及合金元素本身在原奥氏 体晶界上的严重偏聚有关，这类回火脆
27、性 在各类合金钢中均有发生，只是程度不同 而已，这是一种可逆回火脆性。 Chapter 1 金属材料的合金化原理 1.2 钢的合金化原理 灭 两 堂 寒 饿 水 涝 宁 寄 联 木 劈 恭 坷 流 赞 审 却 戈 氏 皮 更 告 俄 介 昆 垫 贪 纪 草 著 坦 金 属 材 料 合 金 化 原 理 金 属 材 料 合 金 化 原 理 l据合金元素对第二类回火脆性的作用，可将 合金元素分为： 增加回火脆性敏感性的元素有：Mn、Cr、 Ni（与其它元素一起加入时）、P、V等； 无明显影响的元素有：Ti、Zr、Si、Ni（单 一元素作用时）； 降低回火脆性敏感性的元素有：Mo、W。 1.2 钢的合金化原理 Chapter 1 金属材料的合金化原理 祝 靡 战 弦 贴 磐 持 托 载 综 尿 孽 妒 枣 停 能 见 殖 很 窑 最 匠 父 叉 淘 团 咋 同 呢 鞠 喀 相 金 属 材 料 合 金 化 原 理 金 属 材 料 合 金 化 原 理