合金元素的基本定義(已修改)
2025-02-27 17:33 本頁面
【正文】 第一章 鋼鐵中的合金元素 第一節(jié) 合金元素對合金相圖的影響 第二節(jié) 合金元素與晶體缺陷的相互作用 第三節(jié) 合金中的化合物 第四節(jié) 合金元素對鋼在加熱時轉(zhuǎn)變的影響 第五節(jié) 合金元素對過冷奧氏體轉(zhuǎn)變的影響 第六節(jié) 合金元素對淬火鋼回火轉(zhuǎn)變的影響 ? 鋼鐵合金化的必要性 碳鋼缺點 : 淬透性不高、耐回火性較差和不能滿足更高的力學性能要求或某些特殊性能（如耐熱、耐蝕）等； 合金鋼 : 有意加入合金元素，克服了碳鋼使用性能的不 足，從而可在重要或某些特殊場合下使用。 碳鋼 : 性能較好、容易加工、成本低廉，工程上應用最廣、使用量最大（ 90%）； 第一節(jié) 合金元素對合金相圖的影響 ? 鋼中的合金元素 鋼中合金元素的存在方式： 1) 固 溶：合金鐵素體 2) 合金滲碳體：如 (Fe、 Mn)3C 、 (Fe、 W)3C 3) 合金碳化物： VC、 TiC、 WC、 MoC、 Cr7C Cr23C6 常用合金元素： Mn、 Si、 Cr、 Mo、 W、 V、 Ti、 Nb、Zr、 Ni、 RE(稀土 ) 等 。 ? 合金元素對相圖固溶體區(qū)域的影響 擴大奧氏體區(qū)： C、 N、 Co、 Ni、 Mn、 Cu 右圖 :奧氏體形成元素 Mn對相圖的影響 (低溫、低碳 ) 右圖 : 鐵素體形成元素 Cr對鐵碳合金相圖的影響 (高溫、低碳 ) 縮小奧氏體區(qū)： Cr、 Mo、 W、 V、 Ti、 Si、 Al ? 合金元素對共析溫度的影響 727℃ 縮小 γ區(qū) 擴大 γ區(qū) ? 合金元素對共析含碳量的影響 ％ 第二節(jié) 合金元素與晶體缺陷的相互作用 從系統(tǒng)的能量考慮 ,基于原子的尺寸因素和電子因素等因素 ,合金元素將與這些晶體缺陷產(chǎn)生相互作用 .以下是兩種主要的作用方式 : 晶界偏聚 : 溶質(zhì)原子與界面結(jié)合 。 柯氏氣團 : 溶質(zhì)原子與位錯作用 . ? 相互作用的方式 產(chǎn)生晶界偏聚和柯氏氣團的主要原因是溶質(zhì)原子與基 體原子的彈性作用 .概括起來有以下幾點 : 1) 溶質(zhì)原子在完整晶體中內(nèi)引起的畸變能很高 (主要是與 2) 基體原子之間存在尺寸差異等 )。 3) 2) 晶體缺陷處點陣畸變嚴重 ,具有較高能量 。 4) 3) 溶質(zhì)原子向晶體缺陷處遷移 ,可松弛點陣畸變 (以較小 5) 的點陣畸變形式存在 ),有利于系統(tǒng)能量的降低 . ? 相互作用機理 溶質(zhì)原子的偏聚是一個自發(fā)過程 ,其 一般規(guī)律 是 : 1) 較基體原子大的代位原子趨向于缺陷區(qū)受膨脹的點陣 。 2) 較基體原子小的代位原子趨向于缺陷區(qū)受壓縮的點陣 。 3) 間隙原子趨向于缺陷區(qū)受膨脹的點陣間隙位置 . 4) 溶質(zhì)原子的以上行為都是為了使點陣得到松弛 ,從而 5) 降低系統(tǒng)的內(nèi)能 . 不同溶質(zhì)原子在位錯周圍的分布狀態(tài) 晶界區(qū)溶質(zhì)偏聚的函數(shù)表達式： ? 晶界偏聚的影響因素 )RTEexp(0g ??CCβ其中， Cg￣￣￣ 偏聚在晶界區(qū)的溶質(zhì)濃度； C0 ￣￣￣ 基體中的溶質(zhì)濃度； β ￣￣￣ 晶界區(qū)的溶質(zhì)原子富集系數(shù)，表征溶質(zhì)的晶 偏聚傾向。 E￣￣￣ 溶質(zhì)原子在晶內(nèi)和晶界區(qū)引起畸變能之差 ,即 晶界偏聚的驅(qū)動力 .(主要由原子尺寸因素引起 ) )RTEexp(0g ??CCβ 引起晶界偏聚的因素 : 溶質(zhì)與基體原子尺寸差異大，即 E↑→ β ↑ ； 溶質(zhì)在基體中的固溶度，即 Co↓→ β ↑ ； 溫度低，即 T↓→ β ↑ 。 備注：固溶度是合金尺寸因素和電子因素的綜合體現(xiàn)。 ? 溶質(zhì)原子的偏聚溫度 ? 晶界偏聚的其它問題 表：一些溶質(zhì)原子出現(xiàn)晶界偏聚和柯氏氣團的溫度范圍 H C、 N P Mo、 Nb（鈮） 0℃ 以下 室溫附近 ＞ 350 ℃ ＞ 500 ℃ ? 溶質(zhì)原子的偏聚區(qū)寬度 溶質(zhì)原子的偏聚區(qū)寬度受晶界區(qū)寬度窄的影響，一般 在 nm級范圍，如 P： 6nm； Sb（銻）： 7nm。 ? 各種溶質(zhì)元素在晶界偏聚中的相互影響 偏聚位置的競爭， E越大的元素有限偏聚 ； 如 Ce（鈰）＞ P 影響晶界偏聚的速度 ； 如 Ce能減慢 Sb在 Fe晶界的偏聚速度 影響偏聚元素在晶內(nèi)的溶解度 ； 如 La（鑭）的存在，降低了 P和 Sn在晶內(nèi)的溶解度 出現(xiàn)共偏聚 。 第三節(jié) 合金中的化合物 化合物對合金性能的影響方式 有：晶體類型、成分、數(shù)量、尺寸大小、形狀及分布狀態(tài)等。 合金中的化合物主要有兩大類：一是 C或 N與合金元素反應形成的 碳化物和氮化物 ；二是合金元素之間和合金元素與鐵之間形成的 σ 相、 AB2相及 AB3相 。 ? 概述 ? 碳化物和氮化物的穩(wěn)定性 取決于金屬元素與 C、 N親和力的大小，主要取決于過渡族金屬原子的 d電子數(shù)。 d層電子越少，碳化物和氮化物的穩(wěn)定性越高 或 生成熱 Δ H越大，碳化物和氮化物越穩(wěn)定 。 （見圖 1－ 7所示） ? 碳化物和氮化物 碳化物和氮化物的穩(wěn)定性排序有： Hf、 Zr、 Ti、 Ta、 Nb、 V、 W、 Mo、 Cr、 Mn、 Fe ? 碳化物和氮化物的點陣結(jié)構(gòu) 氮化物均屬簡單密排結(jié)構(gòu)，碳化物則有簡單和復雜密 排結(jié)構(gòu)兩種形式。 碳化物的點陣結(jié)構(gòu) W Ta Hf Mo Nb Zr Ni Co Fe Mn C
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