第一章钢的合金化基础ppt课件.ppt

第一章 钢的合金化基础,主讲：黄丽红,主要内容,0. 前言1. 钢中合金元素及其分类依据2. 合金元素对钢的作用3. 钢的强化机制4. 改善钢塑性和韧性的途径5. 合金元素对钢相变的影响6. 钢的冶金质量,0 前言,合金化：加入适当元素改变金属性能的方法。合金元素、合金钢（主要元素：Cr、Ni、Mo、W、V 常存元素：Mn、Si ）注意：合金元素不一定直接影响钢性能，大部分是由于影响相变过程。,（1）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。,1. 钢中合金元素及其分类依据,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。,1. 钢中合金元素及其分类依据,一、合金元素在钢中的分布第二周期：B、C、N；第三周期：Al、Si第四周期：Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、第五周期：Zr、Nb、Mo第六周期：W第七周期：稀土元素、TaS、P一般为杂质元素,1. 钢中合金元素及其分类依据,一、合金元素在钢中的分布合金元素的存在形式（溶于钢中或形成新相），主要包括：溶于铁素体、奥氏体或马氏体中，形成固溶体；溶入基体形成强化相；(形成碳化物或金属间化合物)-强化相形成非金属夹杂物；（氧化物、氮化物或硫化物等）第二相以游离状态存在。单质取决于种类特点、含量、冶炼方法及热处理工艺等,合金元素在钢中的存在形式,固溶体,化合物,游离态,固溶体,碳化物,金属间化合物,非金属夹杂物,合金渗碳体,特殊碳化物,合金元素在钢中的存在形式,例：形成合金F 合金元素溶入F后，由于原子半径和晶格类形的差异，必然引起晶格畸变，产生固溶强化，使的强度、硬度，而塑、韧性略有下降。P、Si、Mn、Ni是显著的强化元素。,固溶体,固溶于F、A、M中Ni、Si、Co、Mn、Cr、Mo、W,它是合金元素溶入渗碳体中并置换部分铁原子而形成的碳化物。(Fe , Me)3CMe代表Mn、Cr等合金元素。合金渗碳体比一般渗碳体稳定，硬度高，所以可以提高耐磨性。,合金渗碳体,如（Fe,Mn)3C、 （Fe,Cr)3C、（Fe,Mo)3C、 （Fe,W)3C、等,由中强或强碳化物形成元素形成的碳化物。其共同特点是：熔点高、硬度高、稳定性高、很难溶入中。,特殊碳化物,VC、TiC、NbC、ZrC、WC、MoC 、 W2C、 Mo2C、 Cr23C6、 Cr3C7、 Fe3Mo3C、 Fe3W3C、,金属间化合物,FeS、FeCr、Ni3Al、 Ni3Ti、 Fe2W,非金属夹杂物,Al2O3、AlN、 SiO2、 TiO2 、MnS,游离态,如Pb、Cu等,*合金元素改善钢的热处理工艺性能,除Mn，（P）外，所有合金元素都阻碍钢在加热时A晶粒的长大，尤其是Ti、V、Nb、Zr、Al等，可形成C、N化物，阻碍晶界迁移，细化晶粒。P21王晓敏 工程材料学,1. 细化奥氏体晶粒,除Co外，固溶于A中的合金元素总是不同程度的增加稳定性，延缓的转变，使C曲线右移，淬透性提高。合金钢可选择油淬，高合金钢甚至空冷即可获得M组织。Cr、Mn、Mo、Si、Ni、B,2. 提高淬透性,除Co、Al外，所有合金元素降低Ms 、Mf增加残余奥氏体含量，按作用由强到弱：Mn、Cr、Ni、Mo、W、Si,2. 提高淬透性,3. 提高回火抗力，产生二次硬化，防止第二类回火脆性,回火抗力是指淬火钢在回火过程中抵抗硬度下降的能力，又称回火稳定性。合金元素固溶于淬火M中可减慢碳的扩散，阻碍碳化物从过饱和固溶体中析出，推迟M的分解，延缓硬度下降，因此，合金钢具有较高的回火抗力。,在相同回火温度下，含碳量相同的合金钢的硬度较碳钢高。,在要求相同硬度条件下，合金钢的回火温度高，塑韧性好。,1. 钢中合金元素及其分类依据,二、合金元素的分类1、与铁的相互作用（1）奥氏体（austenite）形成元素：C、N、Mn、Cu、Ni、Co、W等，(优先分布于奥氏体中)奥氏体形成能力=Ni%+30C%+30N%+0.5Mn%+0.25Cu% （2）铁素体（ferrite）形成元素：Cr、V、Si、Al、Ti、Mo、W等，(优先分布于铁素体中),1. 钢中合金元素及其分类依据,二、合金元素的分类2、与碳的相互作用（1）非碳化物形成元素：Al、Si、Cu、Ni、P等，(易溶于奥氏体或铁素体中或形成夹杂)（2）碳化物形成元素：Cr、V、Ti、Mo、 Zr、Nb等，(形成碳化物或溶于固溶体中),1. 钢中合金元素及其分类依据,二、合金元素的分类3、对奥氏体层错能的影响分类（1）提高奥氏体层错能的元素：Cu、Ni、C等；（2）降低奥氏体层错能的元素： Mn、 Cr、Ru(钌)、Ir(铱)等。层错是一种晶体缺陷，它破坏了晶体排列的周期性，引起能量升高。产生单位面积的层错所需能量为“层错能” 。（层错能愈小，出现层错的几率愈大）,一、Me和Fe的作用 纯Fe Fe-C相图的变化特点。Me和Fe的作用：,1、稳定化元素,使A3，A4，区扩大,a) 与区无限固溶 Ni、Mn、Co 开启区 量大时， 室温为相；,b) 与区有限固溶 C、N、Cu 扩大区。,2. 合金元素与铁碳的相互作用及其对奥氏体层错能的影响,2、稳定化元素,使A3，A4，区缩小,a) 完全封闭区 Cr、V、 W、Mo、Ti Cr、V与-Fe完全互溶，量大时相 W、Mo、Ti 等部分溶解,b) 缩小区 Nb等。,稳定相 A形成元素，稳定相 F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,1.2 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,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,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、Co与-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-Fe的点阵结构、原子半径和 电子结构相似无限固溶；,（3）Cu和-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：R8%， 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., 有限固溶 C、N、B、O等, 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-Fe与-Fe 。,溶质原子大小：r，溶解度。 N溶解度比C大 : RN=0.071nm， RC=0.077nm。,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,二、Me和碳（氮）的作用,（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、Zr、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： Me Fe Mn Cr V Mo W Ti Nb rc/rMe 0.61 0.60 0.61 0.57 0.56 0.55 0.53 0.53,（二）K形成的一般规律,rc/rMe 0.59 复杂点阵结构，如Cr、Mn、Fe ，形成Cr7C3、Cr23C6、Fe3C、Mn3C等形式的K；,rc/rMe 0.59 简单结构相，如Mo、W、V、Ti等，形成VC等MC型，W2C等M2C型 。,Me量少时，形成复合K，如（Cr, M）23C6型 。,2、相似者相溶,完全互溶：原子尺寸、电化学因素均相似。 如Fe3C，Mn3C (Fe,Mn)3C；TiC VC。,有限溶解：一般K都能溶解其它元素，形成复合K 如Fe3C中可溶入一定量的Cr、W、V等. 最大值为 20%Cr， 2%W， 0.5%V； MC型不溶入Fe，但可溶入少量W、Mo。,溶入强者,使K稳定性 ;溶入弱者,使K稳定性,3、强者先，依次成,K形成元素中，强者优先与C结合，随C，依次形成K。如：在含Cr、W钢中，随C，依次形成M6C，Cr23C6 ，Cr7C3 , Fe3C。 如果钢中C量有限，则弱的K形成元素溶入固溶体。如：在低碳含Cr、V的钢中，大部分Cr都在基体固溶体中。,4、NM/NC比值决定了K类型,形成什么K主要决定于当时的NM/NC比值。,退火态: 在Cr钢中，随NM/NC ，先后形 成顺序为：M3CM7C3M23C6 。 回火态:基体中的NM/NC，则析出的K中 NM/NC也。如W钢回火时，析出顺序为： Fe21W2C6 WC Fe4W2C W2C，NW/NC 是不断。,5、强者稳，溶解难， 析出难，聚集长大也是难,MC型在1000以上才开始溶解；回火时，在500700才析出，并且不易长大，产生“二次硬化”效果。这在高合金钢中是很重要的强化方法。,（三）金属间化合物 合金钢中由于M之间以及M与Fe之间产生相互作用，可能形成各种金属间化合物。保持金属的特点。 合金钢中比较重要的金属间化合物有： 相（AB） 拉夫斯相（AB2） 有序相（AB3）,相 在高铬不锈钢、铬镍（锰）奥氏体不锈钢、耐热钢及耐热合金中，都会出现相（如Cr46Fe52），伴随着相的析出，钢和合金的塑性和韧性显著下降，脆性增加。 如Cr-Mn、Cr-Co、Mo-Mn等。 AB2 含钨，钼，铌和钛的复杂成分耐热钢和耐热合金中，均存在AB2相，强化相。 如（W,Mo,Nb）（Fe,Ni,Mn,Cr）2 其组元A的原子直径和第二组元B的原子直径之比为1.2/1 。,AB3 各组元之间尚不能形成稳定的化合物，处于固溶体到化合物的过渡状态。有序无序转变温度较低，超过了就形成无序固溶体，如Ni3Fe, Ni3Mn等；有序状态可保持高熔点，更接近金属间化合物，如Ni3Al, Ni3Ti, Ni3Nb。Ni3Al是典型的复杂成分的耐热钢和耐热合金中的强化相 。,（四）Me对奥氏体层错能的影响,（1）提高奥氏体层错能的元素：Cu、Ni、C等；（2）降低奥氏体层错能的元素： Mn、 Cr、Ru、Ir等。层错能越低，有利于位错扩展和形成层错，使滑移困难，使钢的加工硬化趋势增大。如：高镍钢和高锰钢。（锰：加工硬化特点）,对钢相变行为的影响：奥氏体层错能对Fe-Ni-C合金中马氏体形态的影响,（四）Me对奥氏体层错能的影响,一、Me对钢强化的形式及其机理 强化本质：,各种强化途径,塑变抗力,位错运动阻力,钢强度,3. Me对钢的强韧化机制,表达式,对于C、N等间隙原子， n = 0.332.0； 对于Mo、Si、Mn等置换式原子：n = 0.51.0 。,机理,效果,提高强度，降低塑韧性,原子固溶 晶格发生畸变 产生弹性应力场，与位错交互作用位错运动阻力,1、固溶强化,合金元素对低碳铁素体强度和塑性的影响 Si、Mn的固溶强化效应大，但Si 1.1%，Mn 1.8%时，钢的塑韧性将有较大的下降。C、N固溶强化效应最大。,2、位错强化,表达式,机理,位错密度 位错交割、缠结， 有效地阻止了位错运动 钢强度。 对bcc晶体，位错强化效果较好,效果,在强化的同时，同样也降低了伸长率，提高了韧脆转变温度TK,途径：细化晶粒：晶界数量增加，位错数量增加；宜加入细化晶粒的合金元素Al、Nb、V、Ti等（晶界强化）形成第二相粒子：位错遇到第二相粒子会绕过时，位错数量增多；宜加入强碳化物形成元素V、Ti、W、Mo、Nb等促进淬火效应：淬火后获得板条M，位错形亚结构；宜加入提高淬透性元素Mo、Mn、Cr、Ni、Si、B等降低层错能：使位错易于扩展和形成层错，位错交互作用增加，滑移困难，加入降低层错能的元素Mn、 Cr、Ru、Ir等,3、晶界强化,表达式,机理,晶粒越细 晶界、亚晶界越多 有效阻止位错运动，产生位错塞积强化。,效果,钢的强度，塑性和韧度这是最理想的强化途径.,著名的Hall-petch公式 式中，d为晶粒直径，Kg为系数,4、第二相强化,表达式,机理,微粒第二相钉扎位错运动强化效果。 主要有切割机制和绕过机制。在钢中主要是绕过机制。 两种情况：回火时弥散沉淀析出强化， 淬火时残留第二相强化。,效果,有效提高强度，但稍降低塑韧性。,钢强度表达式,小结：工程上屈服强度是四种强化机制共同作用的结果。,0 派纳力；i 某种强化机制引起的屈服强度增加量,对结构钢，晶界强化和沉淀强化贡献最大。合金钢与C钢的强韧性差异，主要不在于Me本身的强化作用，而在于Me对钢相变过程的影响，并且Me的良好作用，只有在进行合适的热处理条件下才能充分得到发挥。,需要充分理解,塑性和韧性是对变形和断裂的综合描述。与应力集中、应力缓和、能量吸收及消散、加工硬化及裂纹的形成和扩散有关。塑性plastic：静拉伸时，断后伸长率和断面收缩率表示；韧性toughness ：断裂前吸收能量和进行塑性变形的能力。包括：变形和断裂吸收功、冲击韧度K、断裂韧性KIC、韧脆转变温度Tk通常以冲击强度的大小来衡量。,4. Me对钢塑韧性的影响,一、改善钢塑性的基本途径塑性指标：均匀真应变（u）：表征均匀塑性变形能力的大小；主要取决于塑性失稳是否易于出现。总真应变（T = u + p ）：表征钢的极限塑性变形的能力。 p：颈缩后的变形，取决于微孔坑或微裂纹形成的能力。 途径：提高均匀塑性的同时，尽量避免或推迟微孔坑的形成，防止裂纹扩展。,二、影响钢塑性的主要因素包括： 强化机制溶质原子的影响 固溶强化晶粒大小的影响 晶界强化第二相的影响 第二相强化位错的影响 位错强化,二、影响钢塑性的主要因素1）溶质原子的影响：在-Fe中，加入合金元素，塑性降低。强化元素量增加，塑性降低。（间隙式溶质原子C、N使塑性下降成都远高于置换式溶质原子，其中Mn、Si使塑性损失最大，且加入量越多，均匀应变越低。）在-Fe中，一般塑性在一定溶质含量处出现最大值。（见图1.5）,二、影响钢塑性的主要因素2）晶粒大小的影响：细化晶粒的元素可改变钢的极限塑性。因为：晶粒尺寸减小，应力集中减弱，推迟微孔坑的形成。工具钢合金化的主要的出发点,二、影响钢塑性的主要因素3）第二相的影响: (第二相强化) 极限塑性(T)第二相粒子通过本身断裂、或与基体的界面开裂，成为诱发微孔坑的部位。第二相数量越多，易形成微孔坑；第二相尺寸越大，越低；粒子呈针状或片状对T危害较大，球状时危害较小；第二相粒子均匀分布时对T危害较小，沿晶界分布危害较大。因此，第二相粒子应为球状、细小、均匀、弥散的分布。（发挥弥散强化的作用）,二、影响钢塑性的主要因素3）第二相的影响: 第二相粒子包括：硫化物、碳化物、氧化物硫化物和氧化物易于使微孔坑在早期形成；碳化物能在微孔坑形成之前经受较大变形，对极限塑性危害较小。因此，改善钢塑性可以对第二相粒子控制,二、影响钢塑性的主要因素3）第二相的影响: 第二相粒子强化时，改善塑性的方法：控制碳化物数量、尺寸、形状和分布； （可以通过合金化与回火、球化处理等方式，使碳化物呈球状、细小、均匀、弥散分布）减少钢中夹杂物数量，控制夹杂物形态。(减少钢中硫和氧含量，并使其氧化物呈球状；加入Ca、Zr或稀土元素，与钢形成难溶硫化物，铸锭时以小颗粒析出。),二、影响钢塑性的主要因素4）位错的影响：位错密度增加，塑性降低。如：在钢强化时，如有间隙原子C、N会钉扎位错（碳氮等小原子偏聚在位错下，使位错稳定化），阻碍位错运动，降低塑性。 此时，加入少量Ti、V、Nb等微量元素固定间隙原子，使之不向位错处偏聚，可一定程度改善塑性。,（1）影响韧性的因素,强化因素,一般情况，钢强度塑韧, 称为强韧性转变矛盾。除细化组织强化外，其它强化因素都会不同程度地韧性。 危害最大是间隙固溶； 沉淀强化较小,但对强化贡献较大。,合金元素,Ni韧性；Mn在少量时也有效果；其它常用元素都在不同程度上韧性,4. Me对钢塑韧性的影响,晶粒度,细晶既S，又TK, 即 韧性 最佳组织因素。,第二相,K韧性。K 小、匀、圆、适量 工艺努力方向。,杂质往往是形变断裂的孔洞形成核心， 提高钢的冶金质量是必须的。,杂质,合金元素对铁素体 冲击韧度的影响,晶粒大小对强度、韧脆转 变温度TK的影响,（2）提高钢韧性的合金化途径,1）细化晶粒、组织 Ti、Nb、V、W、Mo； 2）回火稳定性 强K形成元素 ； 3）改善基体韧性 Ni ； 4）细化K 适量Cr、V，使K细小均布 ； 5）回脆 W、Mo ； 6）在保证强度水平下，适当含C量. 冶金质量。,思考题： 有些零件为什么要经过调质处理，而不直接用正火态?,5.1 Me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,5. Me对钢相变的影响,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）线向下移动。,三、对-Fe区的影响 A形成元素Ni、Mn等使-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-Fe区缩小钢在高温下仍为F体 铁素体钢。,铬对钢区的影响 锰对钢区的影响,5.2 合金钢的加热A化 一、K在A中的溶解规律,基本规律,1）K稳定性越好，溶解度就越小；,2）温度，溶解度， 沉淀析出；,3）K稳定差的先溶解 ;,4）A中有弱K形成元素，则会C 活度ac ， K的溶解；非K形成元素（如Ni）则相 反,ac，K的溶解。如：较多Mn的存在 使VC的溶解温度从1100降至900。,碳（氮）化物在奥氏体中的溶解度与加热温度的关系,二、A体均匀化 A体刚形成时，C和Me的分布是不均匀的. 合金钢加热均匀化与碳钢相比有什么区别 ?,三、A体晶粒长大 1）Ti、Nb、V，W、Mo晶粒长大； 2）C、N、B晶粒长大； 3）Ni、Co、Cu作用不大 。,5.3 过冷A体的分解一、过冷A体的稳定性,过冷A体稳定性实际上有两个意义：孕育期和相变速度。孕育期的物理本质是新相形核的难易程度，转变速度主要涉及新相晶粒的长大。,1）Ni、Si和Mn，大致保持 C钢的“C”线形状，使 “C”线向右作不同程度的移动；,2） Co不改变“C”线，但使“C”线左移；,3）K形成元素，使“C”线右移，且改变形状。 Me不同作用，使“C”曲线出现不同形状，大致 有五种。,“C”曲线五种形状,常用合金元素对奥氏体等温转变曲线的影响 (上左) 强K形成元素 (上右) 中、弱K形成元素 (下左) 非K形成元素,图例1-综合合金化提高过冷的稳定性,图例2-综合合金化提高过冷的稳定性,二、过冷A体的P、B转变 P转变 ：需要C和Me都扩散 ； 综合影响顺序：Mo、W、Mn、Cr、Ni、Si 贝氏体转变 ：C原子作短程扩散，Me几乎没有扩散。 影响顺序：Mn、Cr、Ni、Si ，而W、Mo等影响很小。三、Me对Ms的影响 各种Me对Ms位置的影响程度是不同的。,5.4 合金钢的回火转变一、M分解,低温回火：C和Me扩散较困难，Me影响不大,中温以上：Me活动能力增强，对M分解产生不同程度影响:,1）Ni、Mn的影响很小；,2）K形成元素阻止M分解，其程度与它们与C的亲和力大小有关。这些Meac，阻止了渗碳体的析出长大；,3）Si比较特殊： 300时强烈延缓M分解,Si 和Fe的结合力 Fe和C的结合力 ,ac,-FeXC的形核、长大,Si能溶于，不溶于Fe3C，Si要从中出去, Fe3C。,效果: 含2% Si能使M分解温度从260提高到350以上,4）合金钢回火时M中含C量变化规律,基本规律, 渗碳体形成开始温度与合金化无关；, 含非碳化物形成元素（Si除外）的合金 钢（线2）和C钢（线1）规律相同；, 在相同回火温度Tt下，合金钢马氏体中含 C量要比C钢的高，如图中的C3 C1，2 ；, 不同合金中，马氏体中析出特殊碳化物 的温度TK是不同的，线3的下降幅度也是 不同的。,回火时马氏体中C量的变化,二、回火时K的形成,各元素明显开始扩散的温度为： Me Si Mn Cr Mo W V T, 300 350 400500 500 500550,1）K长大 聚集温度：M3C型，350 400；其它K ，450 600；,2）K成分变化和类型转变K转变 -FeXC Fe3C M3C 亚稳特殊K特殊K T, 500 能否形成特殊K，取决于: Me性质、NM/NC比值； T和t 。,钒钢（0.3C,2.1V）在1250淬火不同温度回火2h，碳化物成分、结构和硬度的变化,3）特殊K的形成 原位析出：M 0 + M3C MXCY ( M7C3 , M23C6 ) 异位析出 ：M P + M3C 0 + MXCY ( MC ,M2C ) 特殊K析出 二次硬化，直接析出 贡献最大,三、回火脆性 1、第1类回火脆性,脆性特征, 不可逆； 与回火后冷速无关； 晶界脆断。,产生原因,Me作用, Fe3C薄膜在晶界形成； 杂质元素P、S、Bi等偏聚晶界， 晶界强度。,Mn、Cr脆性；V、Al改善脆性； Si 脆性温度区.,2、第2类回火脆性,脆性特征, 可逆； 回火后慢冷产生，快冷抑制； 晶界脆断 .,产生原因, 杂质Sb、S、As或N、P等偏聚晶界； 形成网状或片状化合物,晶界强度。 高于回脆温度，杂质扩散离开晶界或化合物分解；快冷抑制杂质元素扩散。,Me作用,N、O、P、S、As、Bi等是脆化剂； Mn、Ni与杂质元素共偏聚，是促进剂； Cr促进其它元素偏聚，助偏剂； Mo、W、Ti抑制其它元素偏聚，清除剂,一、钢的分类1、按化学成分分,* 钢的分类与牌号,2、按质量分钢的质量是以磷、硫的含量来划分的。分为普通质量钢、优质钢、高级优质钢和特级优质钢.根据现行标准，各质量等级钢的磷、硫含量如下：,3、按冶炼方法分,4、按金相组织分,电弧炉炼钢,5、按用途分,二、钢的编号我国钢材的编号是采用汉语拼音字母、化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法。采用汉语拼音字母表示钢产品的名称、用途、特性和工艺方法时，一般从代表钢产品名称的汉字的汉语拼音中选取第一个字母.,常用钢产品的名称、用途、特性和工艺方法表示符号（GB/T 2212000）,1、碳素结构钢和低合金高强度钢Q+最低屈服强度值+质量等级符号+脱氧方法符号Q表示“屈服强度”；屈服强度值单位是MPa；质量等级符号为A、B、C、D、E。由A到E，其P、S含量依次下降，质量提高。,脱氧方法符号: 沸腾钢F；镇静钢Z；半镇静钢b；特殊镇静钢TZ。如碳素结构钢牌号表示为Q235AF、Q235BZ。,钢板,低合金高强度结构钢都是镇静钢或特殊镇静钢，其牌号中没有表示脱氧方法的符号。如Q345C。根据需要，低合金高强度结构钢的牌号也可以采用两位阿拉伯数字（表示平均含碳量的万分之几）和化学元素符号，按顺序表示，如16Mn。,*说明：通常情况下，屈服强度值小300MPa时为碳素结构钢，大于300MPa时为低合金高强度钢。,热连轧钢板,2、优质碳素结构钢牌号用两位数字表示。这两位数字表示钢平均含碳量的万分之几。如45钢平均含碳量为万分之四十五（即0.45%）的优质碳素结构钢。,钢带,*说明： 含Mn量为0.71.0%时，在两位数字后加元素符号“Mn”，如40Mn。, 对于沸腾钢和半镇静钢, 在钢号后分别加字母F和b，如08F、10b。 高级优质钢在钢号后加字母A，如20A。,钢管,3、合金结构钢和合金弹簧钢两位数字（表示平均含碳量的万分之几）+合金元素符号+该元素百分含量数字+当合金元素的平均含量小于1.50%时，只标元素符号，不标含量；,当合金元素的平均含量为1.502.49%、2.50 3.49%、3.504.49%、4.505.49%、时，在相应的合金元素符号后标2、3、4、5 等数字。如20CrNi3。高级优质钢在牌号后加字母A，如60Si2MnA。特级优质钢在牌号后加字母E，如30CrMnSiE。,不锈钢制管板式换热器,所有合金钢的合金元素量标法相同,钢铁牌号及表示方法,高级优质钢于牌号末尾加注“A”,4、工具钢 碳素工具钢T + 数字T表示“碳素工具钢” ；数字表示平均含碳量的千分之几.如T8其平均含碳量为千分之八(0.8%C)。*说明：碳素工具钢都是优质以上质量的。高级优质钢在钢号后加“A”，如T8A。,丝锥,锉刀, 合金工具钢含碳量+合金元素符号+该元素百分含量+当含碳量小于1.00%时，含碳量用一位数字标明，这一位数字表示平均含碳量的千分之几，如8MnSi.当含碳量大于1.00%时，不标含碳量。,* 高速钢不标含碳量，如W6Mo5Cr4V2(含0.85%C).* 含铬量小于1%时，在含铬量(以千分之一为单位)前加数字“0”，如Cr06。,铣刀,5、轴承钢G+Cr+铬含量(不标含碳量)“G”表示“滚动轴承钢”。* 铬含量以千分之一为单位.如“GCr15”的平均含铬量为1.5%。渗碳轴承钢牌号的表示方法与合金结构钢相同，仅在牌号头部加字母“G”，如“G20CrNiMo”。,6、不锈钢和耐热钢含碳量+合金元素符号+该元素百分含量+含碳量以千分之一为单位。,含碳量的表示方法为：当平均含碳量1.00%时，用两位数字表示，如11Cr17(平均含碳量为1.10%)；,涡轮叶片, 当1.0%平均含碳量0.1%时，用一位数字表示,如2Cr13（平均含碳量为0.20%） 当0.1%含碳量上限 0.03%时，以“0”表示，如0Cr18Ni9（含碳量上限为0.08%） 当0.03%含碳量上限0.01%时（超低碳），以“03”表示，如03Cr19Ni10(含碳量上限为0.03%）, 当含碳量上限0. 01%时(极低碳)，以“01”表示，如01Cr19Ni11（含碳量上限为0.01%）。,汽轮机叶片,* 珠光体耐热钢含碳量的标注同结构钢。如15CrMo注：旧标准含碳量表示方法为：当含碳量0.08%时，以“0”表示，如0Cr18.当含碳量0.03%时，以“00”表示，如00Cr18Ni10.,7、铸钢ZG + 两位数字ZG表示“铸钢”；两位数字表示平均含碳量的万分之几, 如ZG25.,小 结,材料学核心是合金化基本原理，这是材料强韧化矛盾的主要因素。,要真正理解“合金元素的作用，主要在于对合金材料相变过程的影响，而良好的作用只有在合适的处理条件下才能得到体现。”,掌握了合金元素的作用及其在加工过程中的演化规律，才能更好地理解各类钢的设计与发展，才能更好地开发新工艺、新材料。,