合金钢的影响

    合金钢的影响

    合金元素对铁碳合金相图的影响



    1、合金元素对A相区的影响：1）扩大A相区（Mn、Ni、Co）；2）缩小A相区（Cr、V、Mo、Si)；3）正是这个原因我们可以生产奥氏体钢和铁素体钢；

    2、合金元素对S、E点的影响：凡是扩大A相区的元素均使S、E点向左下方移动；凡是缩小A相区的元素均使S、E点向左上方移动。

    合金元素对S、E点的影响：如图1所示：

    合金元素对钢热处理的影响

    1、对奥氏体化的影响——大多数合金元素（镍、钴除外）都减缓奥氏体化过程。所以在热处理时就需要比碳钢更高的加热温度和更长的保温时间。——碳化物不宜分解。

    2、对奥氏体晶粒大小的影响——大多数合金元素有阻碍奥氏体晶粒长大的作用。但锰和硼却相反，可以促进奥氏体晶粒长大，所以，除锰钢外，合金钢在加热时不易过热。这样有利于在淬火后获得细马氏体；也有利于适当提高加热温度，使奥氏体中溶有更多的合金元素增加淬透性和提高钢的力学性能。[2]

    3、合金元素对过奥氏体转变的影响——除钴外，所有合金元素都使C曲线右移，降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性（如图7-4）。有些合金元素还使C曲线的形状发生改变。另外，大多数合金元素还使Ms点下降。

    对钢加热和冷却时相变的影响

    钢加热时的主要固态相变是非奥氏体相向奥氏体相的转变，即奥氏体化的过程。整个过程都和碳的扩散有关。合金元素中，非碳化物形成元素降低碳在奥氏体中的激活能，增加奥氏形成的速度；而强碳化物形成元素强烈妨碍碳在钢中的扩散，显著减慢奥氏体化的过程。

    钢冷却时的相变是指过冷奥氏体的分解，包括珠光体转变（共析分解）、贝氏体相变及马氏体相变。仅举合金元素对过冷奥氏体等温转变曲线的影响为例，大多数合金元素，除钴和铝外，均起减缓奥氏体等温分解的作用，但各类元素所起的作用有所不同。不形成碳化物的（如硅、磷、镍、铜）和少量的碳化物形成元素（如钒、钛、钼、钨），对奥氏体到向珠光体的转变和向贝氏体的转变的影响差异不大，因而使转变曲线向右推移。

    碳化物形成元素（如钒、钛、铬、钼、钨）如果含量较多，将使奥氏体向珠光体的转变显著推迟，但对奥氏体向贝氏体的转变的推迟并不显著，因而使这两种转变的等温转变曲线从“鼻子”处分离，而形成两个C形。[3]

    对钢的晶粒度和淬透性的影响

    影响奥氏体晶粒度的因素很多。钢的脱氧和合金化情况均与“奥氏体本质晶粒度”有关。一般来说,一些不形成碳化物的元素,如镍、硅、铜、钴等,阻止奥氏体晶粒长大的作用较弱,而锰、磷则有促进晶粒长大的倾向。碳化物形成元素如钨、钼、铬等，对阻止奥氏体晶粒长大起中等作用。强碳化物形成元素如钒、钛、铌、锆等，强烈地阻止奥氏体晶粒长大，起细化晶粒作用。铝虽然属于不形成碳化物元素，但却是细化晶粒和控制晶粒开始粗化温度的最常用的元素。

    钢的淬透性（见淬火）高低主要取决于化学成分和晶粒度。除钴和铝等元素外，大部分合金元素溶入固溶体后都不同程度地抑制过冷奥氏体向珠光体和贝氏体的相变，增加获得马氏体组织的数量，即提高钢的淬透性。[4]

    对钢的力学性能和回火性能的影响

    钢的性能取决于铁的固溶体和碳化物各自性能以及它们相对分布的状态。合金元素对钢的力学性能的影响也与此有关。固溶于铁素体中的合金元素，起固溶强化作用，使强度和硬度提高，但同时使韧性和塑性相对地降低。

    调质钢的韧性－脆性转变温度是评价力学性能的一项重要指标。

    ①提高转变温度的元素有B、P、C、Si、Cu、Mo、Cr；

    ②降低转变温度的元素有Ni、Mn；

    ③少量时提高、多量时降低转变温度的元素有Ti、V;

    ④少量时降低、多量时提高转变温度的元素有Al。

    合金钢的回火稳定性比碳素钢好，这是由于合金元素在回火时阻碍了钢中原子的扩散，因而在同样温度下，起到延迟马氏体分解和抗回火软化的作用。碳化物形成元素，对回火软化的延迟作用特别显著。钴和硅虽属不形成碳化物元素，但它们对渗碳体晶核的形成和长大，有强烈的延迟作用，因此，也有延迟回火软化的作用。[5]

    对钢的焊接性和被切削性的影响

    焊接性和被切削性是衡量钢的工艺性能好坏的主要方面。凡能提高淬透性的合金元素均对钢的焊接性不利。因为在焊缝热影响区靠近熔合线一侧冷却时易形成马氏体等硬脆组织，有导致开裂的危险。另一方面，热影响区靠近熔合线处的晶粒因受高热容易粗化，因此，合金钢中含有可使晶粒细化的元素如钛、钒等是有益的。

    钢中加入适量的硫、铅等元素可改善钢的被切削性（见易切削钢）。合金钢中的合金元素一般会使钢的硬度增加，因而增高切削抗力，加剧刀具磨损。通过改变钢的基体组织、夹杂物的种类、数量和形状可以影响钢的被切削性。[6]

    对钢的耐蚀性能的影响

    铬是不锈耐酸钢和耐热钢的主要合金元素。合金钢中含铬量若达到12%左右，在钢的表面便形成致密的铬的氧化物，使钢在氧化性介质中的耐蚀性发生突变而大大提高。铬、铝、硅等元素，能提高钢的抗氧化性和抗高温气体的腐蚀性能，但过量的铝和硅则会使钢的热塑性变坏。镍主要用来形成和稳定奥氏体组织，使钢获得良好的力学性能、耐蚀性能和工艺性能。钼能使不锈耐酸钢很快钝化，提高对含有氯离子的溶液及其他非氧化性介质的耐蚀能力。钛、铌通常用来固定合金钢中的碳，使它生成稳定的碳化物，以减轻碳对合金钢耐蚀性能的有害作用。铜和磷配合使用时，可提高钢的耐大气腐蚀性能。