§7-1 鋼的合金化
在鋼中加入合金元素后，鋼的基本組元鐵和碳與加入的合金元素會(huì)發(fā)生交互作用。鋼的合金化目的是希望利用合金元素與鐵、碳的相互作用和對(duì)鐵碳相圖及對(duì)鋼的熱處理的影響來(lái)改善鋼的組織和性能
相互作用
合金元素與鐵、碳的相互作用
合金元素加入鋼中后，主要以三種形式存在鋼中。即:與鐵形成固溶體;與碳形成碳化物;在高合金鋼中還可
幾乎所有的合金元素(除)都可溶入鐵中, 形成合金鐵素體或合金按其對(duì)α-Fe或γ-Fe的作用, 可將合金元素分為擴(kuò)大奧氏體相區(qū)和縮小奧氏體相區(qū)兩大類。
擴(kuò)大γ相區(qū)的元素-亦稱奧氏體穩(wěn)定化元素, 主要Ni、Co、C、N、Cu等, 它們使A3點(diǎn)(γ-Fe α-Fe的轉(zhuǎn)變點(diǎn))下降, A4點(diǎn)( γ-Fe的轉(zhuǎn)變點(diǎn))上升, 從而擴(kuò)大γ-相的存在范圍。其中Ni、M等加入到一定量后, 可使γ相區(qū)擴(kuò)大到室溫以下, 使α相區(qū)消失, 稱為完全擴(kuò)大γ相區(qū)元素。另外一些元素(如C、N、Cu等), 雖然擴(kuò)大γ相區(qū), 但不能擴(kuò)大到室溫, 故稱之為部分?jǐn)U大γ相區(qū)的元素。
縮小γ相區(qū)元素--亦稱鐵素體穩(wěn)定化元素, 主要有Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si、B、、等。它們使A3點(diǎn)上升, A4點(diǎn)下降(鉻除外, 鉻含量小于7%時(shí), A3點(diǎn)下降; 大于7%后,A3點(diǎn)迅速上升), 從而縮小γ相區(qū)存在的范圍, 使鐵素體穩(wěn)定區(qū)域擴(kuò)大。按其作用不同可分為完全封閉γ相區(qū)的元素(如Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si等)和部分縮小γ相區(qū)的元素(如B、、等)。
2. 形成碳化物合金元素按其與鋼中碳的親和力的大小, 可分為碳化物形成元素和非碳化物形成元素兩大類。
常見(jiàn)非碳化物形成元素有:Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B等。它們基本上都溶于鐵素體和奧氏體中。常見(jiàn)碳化物形成元素有:M、Cr、W、V、N、Z、Ti等(按形成的碳化物的穩(wěn)定性程度由弱到強(qiáng)的次序排列)，它們?cè)阡撝幸徊糠止倘苡诨w相中，一含量高時(shí)可形成新的合金碳化合物。對(duì)奧氏體和鐵素體存在范圍的影響
擴(kuò)大或縮小γ相區(qū)的元素均同樣擴(kuò)大或縮小Fe-Fe3C相圖中的γ相區(qū), 且同樣Ni或M的含量較多時(shí), 可使鋼在室溫下得到單相 (如1Cr18Ni9和ZGMn13高錳鋼等)， 而Cr、Ti、Si等超過(guò)一定含量時(shí), 可使鋼在室溫獲得單相鐵素體組織 (如1Cr17Ti高鉻等)。
對(duì)Fe-Fe3C相圖臨界點(diǎn)(S和E點(diǎn))的影響
擴(kuò)大γ相區(qū)的元素使Fe-Fe3C相圖中的共析轉(zhuǎn)變溫度下降, 縮小γ相區(qū)的元素則使其上升, 并都使共析反應(yīng)在一個(gè)溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。幾乎所有的合金元素都使共析點(diǎn)(S)和共晶點(diǎn)(E)的碳含量降低，即S點(diǎn)和E點(diǎn)左移, 強(qiáng)碳化物形成元素的作用尤為強(qiáng)烈。
合金元素對(duì)鋼熱處理的影響
合金元素的加入會(huì)影響鋼在熱處理過(guò)程中的組織轉(zhuǎn)變。
1. 合金元素對(duì)加熱時(shí)相轉(zhuǎn)變的影響
合金元素影響加熱時(shí)奧氏體形成的速度和奧氏體晶粒的大小。
(1)對(duì)奧氏體形成速度的影響: Cr、Mo、W、V等強(qiáng)碳化物形成元素與碳的親合力大, 形成難溶于奧氏體的合金碳化物, 顯著減慢奧氏體形成速度;Co、Ni等部分非碳化物形成元素, 因增大碳的擴(kuò)散速度, 使奧氏體的形成速度加快;Al、Si、M等合金元素對(duì)奧氏體形成速度影響不大。
(2)對(duì)奧氏體晶粒大小的影響:大多數(shù)合金元素都有阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大的作用, 但影響程度不同。強(qiáng)烈阻礙晶粒長(zhǎng)大的元素有:V、
| 219 | 18.601 | 21.209 | 23.805 | 26.388 |
| 273 | 23.262 | 26.536 | 29.797 | 33.046 |
| 325 | 27.750 | 31.665 | 35.568 | 39.458 |
| 355 | 38.897 | 43.158 | 47.406 | 51.641 |
| 377 | 41.339 | 45.871 | 50.390 | 54.897 |
| 426 | 46.777 | 51.913 | 57.036 | 62.147 |
| 450 | ||||
| 480 | ||||
| 530 | ||||
| 630 | ||||
| 單位:Kg/m | 壁 厚 | |||
| 外 徑 | 6.5 | 7 | 8 | 8.5 |
| 32 | 4.088 | |||
| 38 | 5.049 | |||
| 42 | 5.691 | |||
| 45 | 6.172 | |||
| 50 | 6.973 | 7.423 | 8.286 | 8.699 |
| 54 | 7.614 | 8.114 | 9.075 | 9.538 |
| 57 | 8.095 | 8.632 | 9.667 | 10.167 |
| 60 | 8.576 | 9.149 | 10.259 | 10.796 |
| 63.5 | 9.137 | 9.754 | 10.950 | 11.529 |
| 68 | 9.858 | 10.530 | 11.838 | 12.473 |
| 70 | 10.179 | 10.876 | 12.232 | 12.892 |
| 73 | 10.660 | 11.394 | 12.824 | 13.521 |
| 76 | 11.141 | 11.912 | 13.416 | 14.150 |
| 89 | 13.225 | 14.156 | 15.981 | 16.875 |
| 108 | 16.270 | 17.436 | 19.729 | 20.858 |
| 133 | 20.278 | 21.751 | 24.662 | 26.098 |
| 159 | 24.446 | 26.240 | 29.791 | 31.548 |
| 219 | 34.064 | 36.598 | 41.629 | 44.126 |
| 273 | 42.720 | 45.920 | 52.283 | 55.445 |
| 325 | 51.056 | 54.897 | 62.542 | 66.346 |
| 355 | 55.865 | 60.076 | 68.460 | 72.634 |
| 377 | 59.391 | 63.873 | 72.801 | 77.246 |
| 426 | 67.246 | 72.332 | 82.468 | 87.518 |
| 450 | 71.093 | 76.475 | 87.203 | 92.549 |
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| D | 420 | 400 | 380 | 520-680 | 18 | 34 | 2a | 3a | ||||
| E | 420 | 400 | 380 | 520-680 | 18 | 27 | 2a | 3a | ||||
| AH60 | A | 460 | 440 | 420 | ≥570 | 16 | 2a | 3a | ||||
| B | 460 | 440 | 420 | ≥570 | 16 | 34 | 2a | 3a | ||||
| C | 460 | 440 | 420 | ≥570 | 16 | 34 | 2a | 3a | ||||
| D | 460 | 440 | 420 | ≥570 | 16 | 34 | 2a | 3a | ||||
| Q460 | C | 460 | 440 | 420 | 550-720 | 16 | 34 | 2a | 3a | |||
| D | 460 | 440 | 420 | 550-720 | 16 | 34 | 2a | 3a | ||||
| E | 460 | 440 | 420 | 550-720 | 16 | 27 | 2a | 3a |
