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一、章节: 第七章低合金与合金钢
第一节合金元素在钢中的作用第二节低合金钢
二、教学目的:使学生了解合金元素在钢中的作用及低合金钢的分类、作用与编号。
三、教学方法:
讲授法。
四、教学重点:
合金元素在钢中的作用与低合金钢的应用。
五、教学难点:
合金元素在钢中的作用与低合金钢的应用。
六、使用教具:
挂图。
七、课后作业:
P127:1、2、18。
八、课后小结:
低合金与合金钢
碳钢虽然具有良好的工艺性能,价格低廉,应用广泛,但淬透性低,强度较低,且不能满足某些特殊性能要求(如耐蚀、耐热、抗氧化、耐磨性等)。
为改善碳钢的组织和性能,在碳钢基础上有目的地加入一种或几种合金元素所形成的铁基合金,称为低合金钢或合金钢。常加入的合金元素有硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒、钛、硼、铝、铌、等。通常低合金钢中加入合金元素的种类和数量较合金钢少。
第一节合金元素在钢中的作用
一、合金元素与铁、碳的作用
几乎所有合金元素都能不同程度地溶人铁素体或奥氏体中形成合金铁素体或合金奥氏体,起到固溶强化作用。提高铁素体强度,又能提高其韧性。因此,在低合金钢与合金钢中对合金元素含量应有一定限制。
由于合金奥氏体的强度较高,因此对此类钢进行压力加工时要用较高吨位的设备和较严格的工艺规范。
与碳形成碳化物的合金元素称为碳化物形成元素,如钛、钒、钨、钼、铬、锰、铁等;不与碳形成磷化物的合金元素称为非碳化物形成元素,如镍、硅、铝、氮等。不同的碳化物形成元素,形成的碳化物性质不同,强碳化物形成元素钒、钛、铌、锆等与碳形成极稳定的特殊碳化物,如VC、TiC等,这类碳化物有高的熔点、硬度和耐磨性,当在钢中弥散分布时,将显著提高钢的强度、硬度和耐磨性,且韧性不降低。中强碳化物形成元素铬、钨、钼等,当其含量较高时,与碳形成稳定性较高的合金碳化物,当其含量较低时,这些合金元素只能置换渗碳体中的铁原子,形成稳定性较差的合金渗碳体,硬度比渗碳体高。弱碳化物形成元素锰、铁等,只能形成合金渗碳体和渗碳体。
一般,碳化物越稳定,其硬度越高;碳化物颗粒越细小,对钢的强化效果越显著。高速工具钢制作的刃具,因含有大量稳定性高的碳化物,所以硬度高,耐磨性好。
二、合金元素对Fe—Fe3C相图的影响
合金元素镍、锰、钴等可使GS线向左下方移动,扩大了奥氏体单相区。当钢中含
有大量能扩大奥氏体相区的元素时,有可能在室温形成单相奥氏体组织,这种钢称为“奥氏体钢”。
合金元素铬、钼、钨、钒、钛、硅等可使GS线向左上方移动,缩小了奥氏体单相区,当钢中含有大量能缩小奥氏体相区的元素时,有可能在室温形成单相铁素体组织,这种钢称为“铁素体钢”。
单相奥氏体和单相铁素体具有抗蚀、耐热等性能,是不锈、耐蚀、耐热钢中常见的组织。
、E点的影响
大多数合金元素均使S、E点左移。S点左移表明共析点含碳量降低,使含碳量相同的磷钢与合金钢具有不同的组织和性能。
由于合金元素使钢的S、E点发生变化,必然导致钢的相变点发生相应的变化。
三、合金元素对钢热处理的影响
低合金钢和合金钢的奥氏体化过程与碳钢相同,即包括奥氏体形核与长大、剩余碳化物溶解、奥氏体均匀化等过程。奥氏体化过程与碳的扩散能力有关,除钴、镍等元素外,大多数合金元素均使碳的扩散能力降低,尤其是强碳化物形成元素(如钒等)所形成的特殊碳化物,能阻碍碳的扩散。这种碳化物稳定性大,又难以分解,使奥氏体均匀化过程变得困难。因此,大多数低合金钢与合金钢为获得成分均匀的奥氏体,需提高加热温度和延长保温时间。’
合金元素(除锰、磷外)均不同程度的阻碍奥氏体晶粒长大,尤其是强碳化物形成元素(如钛、钒、铌等)更为显著,它们形成的碳化物在高温下较稳定,且呈弥散质点分布在奥氏体晶界上,能阻碍奥氏体晶粒长大。因此,低合金钢与合金钢经热处理后的晶粒比相同含碳量的碳钢更细小,其性能较高。
由于固溶于奥氏体中的合金元素(除钴、铝以外)均不同程度地阻碍碳的扩散,使奥氏体稳定性增加,C曲线右移,提高了淬透性。硅、镍、锰等合金元素使C曲线右移,但形状不变。
(1)提高钢的耐回火耐回性火是指淬火钢在回火时抵抗软化的能力。
(2)产生二次硬化含有较多铬、钼、钨、钒等碳化物形成元素的合金钢,在500—600℃回火时,将从马氏体中析出特殊碳化物。这类碳化物硬度高、颗粒细小、数量多、分散均匀,使钢回火后硬度有所提高,称此现象为二次硬化。二次硬化实质上是一种弥散强化。另外,某些合金钢在50