存 在 形 式
溶入Fe3C形成合金渗碳体
3．形成强化相： 与C形成碳化物
合金元素间形成金化 属合 间物
4．自由存在：某些合金元素如银和铅等，既不溶于铁中基体中又不与
之形成化合物，而以游离状态存在于基体中。
存在形式决定于？
元素种类 含量 冶炼、加工方法 热处理
三、合金元素与铁、碳的相互作用 (一)合金元素与铁的相互作用
钢的合金化基础 (2)优秀课件Fra bibliotek钢合 碳金 钢F钢 ：e、： C合有金意及识 一 微地 种 量加 或 元入 多 素种合金元素
低合金钢：合 5％ 金（ w元 ％素 ）＜ 合金钢：合金钢化 中以 合后 金的 钢：5合 ～1金 ％ 0 元素
高合金钢：合 1％ 0金 元素＞
二、为什么发展合金钢？
改善提高钢的性能，弥补碳钢的不足。 如有些特殊条件下的使用要求：韧性、耐蚀、抗氧化、耐磨、高温强 度等，车削速度较高的刀具要求红硬性，大尺寸零件要求高的淬透性… 这时碳钢已不能满足要求。
(一)按照与铁相互作用的特点分类 合金元素与铁的相互作用主要是影响铁的同素异构结构。 Fe的同素异构转变： Fe 912 ℃ － Fe 1394 ℃ －Fe
奥氏体(A)： C溶于γ－Fe，面心立方，C溶解度大；
铁素体 (F)：C溶于α－Fe，体心立方，C溶解度小。
1)奥氏体形成元素: 如碳、氮、镍、锰、铜、钴等。稳定和扩大A区，优先 分
非碳化物形成元素易溶入铁素体和奥氏体等固溶体中；而碳化物形成元 素易于溶入碳化物中。如加入少量碳化物形成元素时，它也可以溶入固溶 体中，或溶入渗碳体中形成合金渗碳体等，当加入数量较多时，形成特殊 碳化物。
1.形成碳化物的规律 碳化物形成元素在周期表中都是过渡族元素（次d层未排满）： 与Fe原子相比，次d层越不满，形成碳化物的趋势越强，碳化物越稳定。
同时向钢中加入两类元素时，其作用往往相互抵消。但也有例外，如铬是 铁素体形成元素，当钢中含wcr18%与镍同时加入时却促进奥氏体的形成。
(二)合金元素与碳的相互作用 是形成碳化物，还是形成固溶体？ 取决于形成碳化物的趋势及其含量。xC＋yM＝MxCy △G 非碳化物形成元素：如镍、铜、硅、磷、铝、钴等。 碳化物形成元素：如钛、铌、锆、钒、钼、钨、铬、锰等。
钢的合金化原理内容相当广泛，包括不同合金元素的不同作用，不同 合金元素的交互作用，不同合金元素在不同热处理工艺、C含量、杂质含 量条件下的不同行为…
合金化基础：合金元素与Fe、C的基本作用，一般规律，即共性。主要 内容分为以下5个方面：
1) 钢中合金元素及其分类。 2) 合金元素与钢中铁和碳的相互作用。 3) 钢的强化。 4) 改善钢的塑性与韧性的途径。 5) 合金元素对钢的相变和热处理工艺性能的影响
第一节 钢中的合金元素及其与铁和碳的相互作用
一、钢中合金元素的分类 钢中常加入的合金元素有： 第二周期：硼、碳、氮； 第三周期：铝、硅； 第四周期：钛、钒、铬、锰、钴、镍、铜； 第五周期：锆、铌、钼； 第六周期：钨； 第七周期：稀土元素。 硫、磷等元素通常作为有害元素看待，但有时也可当作合金元素(如在易切 削钢中硫被用来改善切削性能)。
布于A中。 2)铁素体形成元素: 如铬、硅、钒、钛、钼、钨、铌、钽、铝、锆等。稳定
和扩大F区，优先分布于F中。 但合金元素的实际分布还与加入量和热处理条件有关。 (二)按照与碳相互作用的特点分类 1) 非碳化物形成元素：如镍、铜、硅、铝、磷等。易溶入F或A中 2) 碳化物形成元素： 如铬、钼、钨、钒、钛、锆、铌等。
rC/rM与 e 碳化 ＞ ＜ 物 0 0..5 5种 9 9 复 简 类杂 单点 点阵 阵M碳 碳 形 C 畸 化 化 T ， 变 i、 物 物 CVC ， ：点阵
含 量 稍 很高 低： ：形 置成 换 F ， ， eF 多 渗 如 2M e 形 元 碳 4C o（ 成 M 碳 体 6C 合 形 化 中 金 （ ） F 物 的 F2e渗 W 1 e 、 2） C C 3C 6(碳 M r2C 36 体 ) ，如
其它杂质：
1．形成非金属夹杂：与钢中O、N、S、Si等结合形成化合物，残留在
钢中。使塑韧性和疲劳强度降低，还降低耐磨性、耐蚀性，并影响淬
合 透性。其危害与夹杂物成分(性能）、形状、大小、数量和分布有关。
金 元
但AlN可弥散于钢中，提高性能。
素 2．溶入固溶体：溶于F、A和M。不同元素在不同的组织中溶解度不同。
另外，热处理方式→影响扩散条件→影响碳化物种类
2. 碳化物特性 碳化物是钢中最重要的强化相→提高强度、硬度。 碳素钢、合金钢, 镍基、钴基等高温合金中碳化物的强化作用都占有相当 重要的地位。因此，应对碳化物的特性作进一步分析。 根据合金钢中常见的碳化物种类，主要有以下几个方面特性：
易与C形成碳化物，但加入数量较少时也可溶入固溶体 或渗碳体
(三)按照对A层错能的影响分类 1) 提高A层错能的元素：如镍、铜、碳等。 2) 降低A层错能的元素：如锰、铬、钌、铱等。
A的层错能低，利于位错扩展→形成层错→滑移困难→加工硬化趋势增大
二、钢中杂质、合金元素存在形式
S：生Fe、燃料带入，溶解度很小，晶界低熔点FeS-Fe，热脆。加Mn形成高熔点MnS 杂 P：形成Fe3P硬脆相，冷脆脆。 质 H：固溶，氢脆。
合金元素含量高到形成σ相，合金将严重发脆。
合金元素与铁的相互作用的工程实际意义：为了保证钢具有良好的耐蚀性(如 不锈钢)，需要在室温下获得单一相组织，就是运用上述合金元素与铁的相互 作用规律，通过控制钢中合金元素的种类和含量，使钢在室温条件下获得单 相奥氏体或铁素体等单一组织来实现。例如，为了获得奥氏体型不锈钢，通 常向钢中加人大量的Ni、Mn、N等奥氏体形成元素；为获得铁素体型不锈钢， 通常向钢中加入大量的Cr、Si、A1、Mo、Ti等铁元素形成元素。
按照合金元素与铁的相互作用所形成的二元状态图的不同形式，可将合金元
素分为两大类： 扩区 大A ： 4点 ， A3点 ， 区扩 A 大 形成元素 缩区 小A ： 4点 ， A3点 ， 区缩 F小 形成元素
为什么有的合金元素扩大γ区，而有的缩小γ区呢? 取决于：点阵类型、原子尺寸、电子结构和电化学等因素