第六章合金钢课件.ppt
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- 第六 合金钢 课件
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1、第七章 合金结构钢 Metallography and heat-treatment 多媒体教学课件多媒体教学课件授课院系:冶金化工系授课院系:冶金化工系课件制作:王晓丽课件制作:王晓丽 初立新初立新 王静王静本章目的:本章目的:1 介绍合金钢的概念及其分类、编号的方法;介绍合金钢的概念及其分类、编号的方法;2 揭示合金元素在钢中的作用,即合金化原揭示合金元素在钢中的作用,即合金化原理;理;3 分别介绍各种主要类型的合金钢。分别介绍各种主要类型的合金钢。(1)合金元素对钢的组织与性能影响规律;合金元素对钢的组织与性能影响规律;(2)各类钢主要的性能要求、成分及合金化各类钢主要的性能要求、成分及
2、合金化特点,合金元素的主要作用,主要的热处特点,合金元素的主要作用,主要的热处理方法、应用理方法、应用;(3)各类钢的典型钢种。各类钢的典型钢种。1 概述 2合金元素在钢中的作用 3 低合金结构钢 4机械结构用合金钢 一、合金钢的概念 二、为什么发展合金钢 所谓的合金钢,就是为了改善钢的性能,特意地加入一些合金元素的钢。常用的合金元素:Cr、Mn、Ni、Co、Cu、Si、Al、B、W、M。V、Ti、Nb、Zn及稀土Re。碳钢还存在着以下几个主要缺点,使它的应用受到一定限制。碳钢还存在着以下几个主要缺点,使它的应用受到一定限制。(1)碳钢的淬透性低碳钢的淬透性低碳钢制成的零件尺寸不能太大,否则淬
3、不透,出现内外性能不均,对碳钢制成的零件尺寸不能太大,否则淬不透,出现内外性能不均,对于一些大型的机械零件,(要求内外性能均匀),就不能采用碳钢制于一些大型的机械零件,(要求内外性能均匀),就不能采用碳钢制作,如发电机转子,汽轮机叶片,汽车、拖拉机的连杆螺栓等。作,如发电机转子,汽轮机叶片,汽车、拖拉机的连杆螺栓等。(2)回火抗力差)回火抗力差碳钢淬火后,只有经低温回火才能保持高硬度,若其回火温度超过碳钢淬火后,只有经低温回火才能保持高硬度,若其回火温度超过200,其硬度就显著下降。即回火抗力差,不能在较高的温度下保,其硬度就显著下降。即回火抗力差,不能在较高的温度下保持高硬度,因此对于要求耐
4、磨,切削速度较高,刃部受热超过持高硬度,因此对于要求耐磨,切削速度较高,刃部受热超过200的刀具就不能采用碳钢制作。的刀具就不能采用碳钢制作。(3)碳钢不能满足一些特殊性能的要求)碳钢不能满足一些特殊性能的要求如耐热性、耐腐蚀性、耐低温性(低温下高韧性)如耐热性、耐腐蚀性、耐低温性(低温下高韧性)为了弥补碳钢的不足,满足上述条件的要求,目前工业上广泛发展和为了弥补碳钢的不足,满足上述条件的要求,目前工业上广泛发展和使用了合金钢材料。使用了合金钢材料。1.合金元素在钢中的存在方式 2.合金元素对铁碳相图的影响 3.合金元素对钢的热处理的影响 4.合金元素使合金钢具有某些特殊性能 1)合金元素在钢
5、中的主要存在形式 2)合金元素对钢的性能的影响 (1)形成固溶体通常与碳的亲和力很弱,主要固溶于铁素体、奥氏体、马氏体中,而不形成碳化物,如:Ni、Si、Al、Co。(2)形成碳化物碳化物形成元素可形成合金渗碳体和特殊碳化物(3)游离状态对于固态下不溶于铁或在铁中溶解度很小的少数元素,如Pb、Cu、(0.8)等,常以游离态存在。合金元素Mn与碳的亲合力较弱,它的大部分是固溶于铁素体、奥氏体、马氏体中,而少部分固溶于渗碳体中形成合金渗碳体,如(Fe,Mn)3C。Cr、Mo、W等与碳的亲合力中等,它们一部分固溶于铁素体、奥氏体、马氏体中,一部分部分固溶于渗碳体中形成合金渗碳体。合金元素与碳的亲合力
6、很强,主要以特殊碳化物形式存在,如V、Ti、Nb、Zn。合金元素(Cr、Mo、W)与碳的亲合力较强,当含量较少时,它们主要固溶于渗碳体中,而含量较高时,才能形成特殊碳化物如:Cr23C6、WC、MoC、Cr7C6。A 产生固溶强化 B 使渗碳体的硬度和稳定性提高 C 形成特殊碳化物对钢性能的影响 D 游离态存在对钢性能的影响 合金元素溶入铁素体后,凡合金元素的原子半径与铁的原子半径相差越大,晶格类型越不相同,必然引起铁素体晶格畸变,产生固溶强化,使铁素体的强度、硬度提高,但塑性、韧性都有下降趋势。合金元素溶于渗碳体内增加了铁与碳的亲合力,从而提高了其稳定性,且这种稳定性较高的合金渗碳体较难溶于
7、奥氏体,较难聚集长大,可提高钢的强度、硬度、耐磨性。形成特殊碳化物:(VC、TiC、WC、MoC)因其稳定性很高,具有高熔点和高硬度,更难溶于奥氏体,难以聚集长大。随特殊碳化物数量增多,钢的硬度增大,耐磨性增加,但塑性、韧性下降,特别是当这类碳化物大小不一,分布不均匀时,钢的脆性显著增加。游离态存在:显著降低钢的强度、塑性和韧性,但可提高切削加工性。1)影响A和F存在的范围 2)使S、E点左移 3)对A点的影响(1)扩大相区(2)缩小相区使A3点(-Fe-Fe的转变点)下降,A4点(-Fe的转变点)上升,从而扩大-相的存在范围。完全扩大相区元素(室温下单相A)Mn,Ni1Cr18Ni9(奥氏体
8、不锈钢)和ZGMn13(高锰钢)部分扩大相区的元素C、N、Cu使A3点上升,A4点下降(铬除外,铬含量小于7%时,A3点下降;大于7%后,A3点迅速上升),从而缩小相区存在的范围,使铁素体稳定区域扩大。完全封闭相区的元素(如Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si等)。如Cr17、Cr25、Cr28等铬不锈钢均属铁素体钢。部分缩小相区的元素(如B、Nb、Zr等)。无论是扩大区的合金元素,还是缩小区的合金均使E点和S点左移,即降低共析点的含碳量及碳在奥氏体中的最大溶解度。因此使相同含碳量的碳钢和合金钢具有不同的显微组织,如含碳0.4%的碳钢具有亚共析组织,而含C0.4%,13%Cr的合金钢则具有过共
9、析组织。因为此时的共析成分已不再是0.77%,而是变为0.3%C了,另外,由于E点的左移,使含碳量远低于2.11%C的合金钢中出现莱氏体。如18%W的高速工具钢,含0.70-0.80%C,其铸态组织中出现了莱氏体。扩大相区元素,使A1下降 缩小相区元素,使A1上升 临界温度的位置是制订热处理工艺和其它热加工工艺的重要依据。由于合金元素的加入,改变了临界温度的位置,因而合金钢的热处理及其它热加工工艺参数都与碳钢明显不同。(1)对钢加热时奥氏体形成的影响 (2)对过冷奥氏体的转变的影响 (3)对淬火钢回火的影响 对奥氏体形成速度的影响 对奥氏体晶粒大小的影响 奥氏体化过程包括奥氏体的形成,剩余碳化
10、物的溶解和奥氏体成分均匀化,均是由合金元素和碳的扩散所控制。非碳化物形成元素:Co和Ni提高碳在奥氏体中扩散速度,加速奥氏体的形成。Si、Al、Mn等元素,对C的扩散速度影响不大。因而对奥氏体的形成速度影响不大。碳化物形成元素:Cr、W、Nb、Mo、Ti、V阻碍C的扩散,缓减奥氏体的形成速度。合金元素的扩散能力远比碳小,因此,要获得均匀的奥氏体,合金钢的加热温度应比碳钢高,保温时间应比碳钢长。碳化物形成元素:Ti、V、Nb、Zr阻碍晶粒长大 非碳化物形成元素:Cu、Si、Ni阻止晶粒长大;P、Cu促进晶粒长大。实质上是对C曲线的影响 除Co以外,大多数合金元素都增加奥氏体的稳定性,使C曲线右移
11、。且非碳化物形成元素Al、Ni、Si、Cu等不改变C曲线的形状,只使其右移,碳化物形成元素Mn、Cr、Mo、W等除使C曲线右移外,还改变其形状。碳化物形成元素Mn、Cr、Mo、W等将C曲线分裂为珠光体转变的贝氏体转变两个C曲线,并在此二曲线之间出现一个过冷奥氏体的稳定区其中Cr和Mn推迟贝氏体转变的作用大于珠光体转变;而Mo、W推迟珠光体转变的作用大于贝氏体的。合金元素使C曲线位置和形状的改变,有重要的实际意义,由于合金元素使C曲线右移,因而使淬火的临界冷却速度降低,提高了钢的淬透性,这样就可采用较小的冷却速度,甚至在空气中冷却就能得到马氏体,从而避免了由于冷却速度过大而引起的变形和开裂另一方
12、面由于形状的改变,使某些钢28CrMoNiVB采取空冷便得贝氏体组织,具有良好的综合机械性能,就不用采取等温淬火。(1)提高回火稳定性 (2)产生二次硬化现象(3)增大回火脆性 合金元素固溶于马氏体中,减慢了碳的扩散,从而减慢了马氏体及残余奥氏体的分解过程和阻碍碳化物析出,聚集长大,因而在回火过程中合金钢的软化速度比碳钢慢,即合金钢具有较高的回火抗力,在较高的回火温度下仍保持较高的硬度,即在回火温度相同时,合金钢的硬度及强度比相同含碳量的碳钢高,而回火至相同硬度时,合金钢的回火温度高,内应力的消除比较彻底,因此,其塑性和韧性比碳钢好。若钢中Cr、W、Mo、V等元素超过一定量时,除了提高回火拉力
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