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1、第一章 钢的合金化 0钢的合金化概念一、为什么要合金化：变更运用性能（1）强韧性（2）耐磨性（3）抗蚀性（4）高温强度（5）磁性变更工艺性能（1）热塑性（2）冷变形（3）淬透性（4）焊接性（5）超塑性0钢的合金化概念二、合金化概念：成分组织性能合金化热处理合金元素：为了保证获得所要求的组织结构、物理、化学或力学性能而特殊添加的化学元素，称为合金元素。合金化：加入适量的合金元素达到变更金属材料性能的方法，称为合金化1.0钢的合金化概念三、合金钢：加入了合金元素的钢低合金钢：5%中合金钢：510%高合金钢：10%第一章 钢的合金化 1.1钢中的合金元素钢：Fe基合金元素来源：原材料引入：矿石、废钢
2、工艺过程引入：脱氧、造渣、炉壁材料合金化引入：S、P作为杂质元素；其它作为残留元素；1.1钢中的合金元素一、五大元素：C、Si、Mn、S、P1.C：钢中的主要强化元素，形成间隙固溶体，确定了钢的强度和硬度。是必要条件。重要的点：0.0218，0.77，2.11，4.31.1钢中的合金元素2.Mn、Si：炼钢过程中随脱氧剂或者由生铁残存而进入钢中的。Mn：在碳钢中的含量一般小于0.8%。可固溶，也可形成高熔点MnS（1600）夹杂物。MnS在高温下具有确定的塑性，不会使钢发生热脆，加工后硫化锰呈条状沿轧向分布，各向异性。Si：在钢中的含量通常小于0.5%。可固溶，也可形成SiO2夹杂物。Mn和S
3、i是有益杂质，但夹杂物MnS、SiO2将使钢的疲惫强度和塑、韧性下降1.1钢中的合金元素3硫（S）和磷（P）S：在固态铁中的溶解度微小，S和Fe能形成FeS（熔点989），并易于形成低熔点共晶。发生热脆(裂)。P：可固溶于-铁，猛烈地降低钢的韧性，特殊是低温韧性；形成Fe3P，性质硬而脆，在冷加工时产生应力集中，易产生裂纹而形成冷脆。磷可以提高钢在大气中的抗腐蚀性能。S和P是有害杂质，但可以改善钢的切削加工性能。1.1钢中的合金元素二、其它杂质元素氮（N）、氢（H）、氧（O）N：在-铁中可溶解，含过饱和N的钢经受冷变形后析出氮化物机械时效或应变时效。N可以与钒、钛、铌等形成稳定的氮化物，有细化
4、晶粒和沉淀强化。H：在钢中和应力的联合作用将引起金属材料产生氢脆。O：在钢中形成硅酸盐2MnOSiO2、MnOSiO2或复合氧化物MgOAl2O3、MnOAl2O3。N、H、O是有害杂质。1.1钢中的合金元素三、合金元素：其次周期：B、C、N第三周期：Al、Si、P、S第四周期：Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu第五周期：Y、Zr、Nb、Mo第六周期：La、Ta、W第七周期：稀土元素常用合金元素：Si、Mn、Cr、Ni、W、Mo、V、Ti等。1.1钢中的合金元素1.2合金元素与铁和碳的相互作用一、合金元素的存在形式1形成铁基固溶体（1）形成铁基置换固溶体NiNi、CoCo、MnMn、CrC
5、r、V V等元素可与Fe形成无限固溶体。其中Ni、Co和Mn形成以-Fe为基的无限固溶体，Cr和V形成以-Fe为基的无限固溶体。MoMo和和WW只能形成较宽溶解度的有限固溶体。如-Fe(Mo)和-Fe(W)等。TiTi、NbNb、TaTa只能形成具有较窄溶解度的有限固溶体；Zr、Hf、Pb在Fe具有很小的溶解度。1.2合金元素与铁和碳的相互作用（2）形成铁基间隙固溶体对-Fe，间隙原子优先占据的位置是八面体间隙。对-Fe，间隙原子优先占据的位置是八面体或四面体间隙。间隙原子的溶解度随间隙原子尺寸的减小而增加，即按B、C、N、O、H的依次而增加。1.2合金元素与铁和碳的相互作用2形成合金渗碳体（
6、1）合金渗碳体（碳化物）、氮化物和碳、氮化物间隙化合物相，是钢中的基本强化相。（2）过渡族金属与碳、氮的亲和力、碳化物和氮化物的强度（或稳定性）按下列规律递减：Hf、Zr、Ti、Ta、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe1.2合金元素与铁和碳的相互作用2形成强化相（1）合金渗碳体，其中：、族金属的碳化物与氮化物具有简洁的点阵结构，如TiC、VC、TiN、TaC等；、金属的碳化物与氮化物具有困难的点阵结构，如Cr7C3、Cr23C6、W2C、Mo2C、(W、Mo、Fe)6C等。在钢中，铁的碳化物与合金碳化物相比，是最不稳定的。渗碳体中Fe的原子可以被若干合金元素的原子所取代。如(Fe,Mn)3C
7、、(Fe,Cr)23C等。1.2合金元素与铁和碳的相互作用（2）形成金属间化合物1）金属化合物的类型通常分为正常价化合物、电子化合物及间隙化合物三类。金属间化合物通常仅指电子化合物。2）在奥氏体不锈钢、马氏体时效钢及很多高温合金中较为重要的金属间化合物是(Cr46Fe54)、(TiFe2)、(Cr21Mo17Fe62)、(Co7Mo6)、P(Cr18Ni40Mo42)、R(Cr18Co51Mo31)、Ni3(Al,Ti)、Ni3(Al,Nb)、(TiAl3)、(TiAl)、NiAl、NiTi、FeAl、2(Ti3Al)等。1.2合金元素与铁和碳的相互作用3形成非金属相（非碳化合物）及非晶体相（
8、1）钢中的非金属相有：FeO、MnO、TiO2、SiO2、Al2O3、Cr2O3、MgOAl2O3、MnOAl2O3、MnS、FeS、2MnOSiO2、CaOSiO2等。非金属夹杂物一般都是有害的。（2）AlN和一些稀土氧化物弥散质点可用来强化钢或其它有色金属合金。（3）在特殊条件下（如快速冷却凝固），可使某些金属或合金形成非晶体相结构。钢中非晶体相的作用目前仍缺乏较具体的试验和理论依据。1.2合金元素与铁和碳的相互作用4以自由状态存在非碳化物形成元素，如Cu、Pb、Be，含量超过溶解度后，呈游离态存在；C，石墨化合金元素原委以何种方式存在，取决于：（1）元素种类、含量、冶炼方法、热处理（2）
9、其它元素的协同、交互作用人有了学问，就会具备各种分析实力，人有了学问，就会具备各种分析实力，明辨是非的实力。明辨是非的实力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说古人说“书中自有黄金屋。书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富学问，通过阅读科技书籍，我们能丰富学问，培育逻辑思维实力；培育逻辑思维实力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培育文学情趣；培育文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的学问面。通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的学问面。有很多书籍还能培育我们的道德情操，有很多书籍还能培育我们的道德情操，给我们巨大的精神力气，给我们巨大的精神力气，鼓舞我们前进。鼓舞我们前进。