但溶解后的影响不同：
强Ｋ形成元素溶解于弱Ｋ形成元素形成的
Ｋ中可提高其稳定性； 弱Ｋ形成元素溶解于强Ｋ形成元素形成的 Ｋ中可降低其稳定性； 强K形成元素优先夺C，优先形成。
三. 氮化物及硼化物 [自学内容]
四. 金属间化合物
合金钢中由于M之间以及M与Fe之间产生相互作用， 可能形成各种金属间化合物。保持金属的特点。 合金钢中比较重要的金属间化合物有： σ相（AB） 拉夫斯相（AB2） 有序相（AB3）
σ相
在高铬不锈钢、铬镍（锰）奥氏体不锈钢、耐热钢 及耐热合金中，都会出现σ相 ，伴随着σ相的析出， 钢和合金的塑性和韧性显著下降，脆性增加。 如Cr-Mn、Cr-Co、Mo-Mn等。
AB2
含钨，钼，铌和钛的复杂成分耐热钢和耐热合金中， 均存在AB2相，强化相。 如（W,Mo,Nb）（Fe,Ni,Mn,Cr）2 其组元A的原子直径和第二组元B的原子直径之比 为1.2/1 。
五. 合金钢的分类与编号
1. 钢的分类

按用途分类 工程结构钢 机械制造结构钢 工具钢（刃具钢、模具钢、量具钢） 特殊性能钢（不锈钢、耐热钢、耐磨钢、超强钢）

按金相组织分类 1）按平衡状态或退火状态的组织分： 亚共析钢，共析钢，过共析钢和莱氏体钢； 2）按正火组织分: P钢，B钢，M钢，A钢； 3）按加热冷却时有无相变和室温时的金相组织分： F钢，M钢，A钢和双相钢。

2. 非金属夹杂物对轴承钢疲劳寿命的影响

程度按刚玉、球状不变形夹杂、半塑性铝硅酸盐、 塑性硅酸盐、硫化物依次递减；

理想的情况是： 数量少、尺寸小、塑性好、 细条状、均匀分布
3. 生产中的意义

可以利用M扩大和缩小γ相区作用，获得单相组织，具 有特殊性能，在耐蚀钢和耐热钢中应用广泛。
合金元素对相图的影响，可以预测合金钢的组织与性能。

三. M对Fe - C相图的影响
1. 改变了奥氏体区的位置
锰含量及钼含量对铁碳相图奥氏体区的影响
2. 改变了共晶温度
扩大γ相区的元素 使A1，A3下降； 缩小γ相区的元素 使A1，A3升高。
2. K形成规律

K结构与M在周期表中位置有密切关系


强K形成元素形成的K比较稳定
其顺序为： Ti > Zr > Nb >V > W, Mo > Cr > Mn > Fe 各种K相对稳定性如下： MC →M2C →M6C →M23C6 → M7C3 →M3C （高----------------------------------低） K晶体点阵结构均不同于M的点阵结构 M + C →→ MxCy
2）rc/rM>0.59 ，间隙化合物 复杂密排结构，如Cr, Mn, Fe等与C形成的K： M23C6型 复杂立方，Cr, Mn形成的K：Cr23C6 M7 C3 型 复杂六方，Cr, Mn形成的K：Cr7C3, Mn7C3 M3C型 正交晶系，Fe形成的K：Fe3C
3）Fe-M-C形成的三元K M6C型 复杂立方，W、Mo的K： Fe3Mo3C, Fe4Mo2C, Fe3W3C, Fe4W2C。 M23C6型 复杂立方，W、Mo的K： Fe21Mo2C6，Fe21W2C6。
3. 合金钢
在化学成分上特别添加合金元素用以保证一定的生产和加 工工艺以及所要求的组织与性能的铁基合金。 M<5％时，称为低合金钢； M 5~10％，称为中合金钢； M>10％, 称为高合金钢； 不过这种划分并没有严格的规定。
4. 微合金元素与微合金化钢

微合金元素
有些合金元素如V，Nb，Ti,和B等，当其含量只在0.1%左 右（如B 0.001%，V 0.2 %）时，会显著地影响钢的组 织与性能，将这种化学元素称为微合金元素。
2. 杂质元素
由冶炼时所用原材料以及冶炼方法和工艺操作等所带入钢 中的化学元素。 注意: 同一元素既可能作为合金元素又可能杂质，若属于前者， 则决定钢的组织与性能；若属于后者，则影响钢的质量。 如：当H，S，P等元素在钢中一般都为杂质元素，但当 其作为合金元素时：H—储氢合金； S—易切削钢；P—耐磨 钢。
按照M对Fe-M影响:

扩大γ相区 使A3降低，A4升高。一般为奥氏体形成元素。
缩小γ相区： 使A3升高，A4降低。一般为铁素体形成元素。

扩大γ相区
1）开启γ相区
分为两类：
Mn, Ni, Co 与 γ-Fe无限互溶.
开启γ 相区 示意图
Fe-Ni合金
2）扩大γ相区
有C，N，Cu等。如Fe-C相图，形成的扩大的γ相区， 构成了钢的热处理的基础。

§1.2 合金钢中的相组成
固溶体 化合物相
碳化物，氮化物， 硼化物金属间化合物相 非金属相 非金属夹杂物 游离态单质 如Pb，Cu，Be在钢中超过其溶解度。
一. 铁基固溶体
1. 置换（代位）固溶体 Ni, Co, Mn与γ-Fe形成无限固溶体。 Cr, V 与α-Fe形成无限固溶体。 其它置换原子与γ- Fe或α- Fe形成有限固溶体。 2. 间隙固溶体 间隙原子：B，C，N，O，H 间隙原子总是部分占据溶剂金属点阵的八面体或 四面体间隙; 均为有限固溶体。
五. 非金属相（非金属夹杂物）
1. 夹杂物的种类



氧化物 简单氧化物，如FeO、MnO、TiO2、SiO2 复杂氧化物，MgO ·Al2O3, CaO· 2O3等。 2A1 特点: 性脆易裂。这些氧化物在钢材轧锻以后，沿加 工方向呈链状分布。 硫化物： 钢中常见的有MnS、FeS。 特点: 高可塑性，热加工时沿加工方向强烈地伸长。 硅酸盐：成分复杂,是钢中常见的一种夹杂物。
当Mo>8.2%, W>12%, Ti>1.0%, V>4.5%, Si>8.5%， γ相区消失。
3. 改变了共析含碳量
所有合金元素均使S点左移。 提问：对组织与性能有何影响呢？
四. M元素或杂质元素溶入基体后，与晶体缺陷产生交互 作用，溶质原子在内界面缺陷区的浓度大大超过在基体 中的平均浓度，这种现象称晶界内吸附。 如 B, Zr, Ti, Nb, Mo, P, Sb, Re,C, N 等。
AB3

各组元之间尚不能形成稳定的化合物，处于固溶 体到化合物的过渡状态。 有序无序转变温度较低，超过了就形成无序固溶 体， 如Ni3Fe, Ni3Mn等； 有序状态可保持高熔点，更接近金属间化合物， 如Ni3Al, Ni3Ti, Ni3Nb。 Ni3Al是典型的复杂成分的耐热钢和耐热合金中的 强化相 。
第一章 钢的合金化原理
主要内容
钢中的合金元素 合金钢中的相组成 （重点） 合金元素对相变的影响 （重点） 合金元素对钢的强韧性和工艺性能的影响
§1.1 钢中的合金元素
一. 几个概念
1. 合金元素
特别添加到钢中为了保证获得所要求的组织结构从而得 到一定的物理、化学或机械性能的化学元素。（常用M 来表示） 如：B, C, N; Al, Si, P, S; Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu; Y, Zr, Nb, Mo; W, Ta, La系。

微合金钢
二. M分类及Fe-M的类型
1. 合金元素M的分类
铁族金属——Co, Ni, Mn。 难熔金属——W, Mo, Nb, V, Cr. 轻金属——Ti, Al , Mg, Li 稀土金属——La，Ce和Nd等 贵金属元素——Au, Ag
按M与C的亲和力的大小分为： 碳化物形成元素：Ti, Zr, V, Nb, Cr, Mo, W, Mn 非碳化物形成元素：Cu, Ni, Co, Si, Al

各种K之间可以相互溶解 完全溶解 1）Ti, Zr, Nb, V, Ta的同类K之间可以溶解 （V, Nb）C；（Nb, V, Ta）C； 2）W与Mo的同类K之间； 3）Fe, Mn同类Ｋ之间, （Fe, Mn）3C 有限溶解 1）Fe3C中可以溶解一定量的Cr, Mo, W, V； 2）MC型中可溶解Ｍo，Ｗ，Cr，Mn；Fe几乎不 溶解 3）Cr23C6可以部分溶解Fe, Mo, W, Mn, V, Ni； 4）M2C型中可大量溶解Cr。
2. Fe-M二元相图的类型
同素异型转变
A3（910℃） A4（1390℃）
α-Fe ← ---- → γ –Fe ← ---- → δ -Fe


奥氏体形成元素： 在γ-Fe中有较大的溶解度,且能稳定γ相；如 Mn, Ni, Co, C, N, Cu； 铁素体形成元素： 在α-Fe中有较大的溶解度，且能稳定α相。如：V，Nb, Ti 等。
合金元素M


平均含量小于1.5%时，只标元素。如：20MnVB： 0.20%C, <1.5%Mn, <0.2%V, 微量B； 平均含量在1.5-2.49％，2.50-3.49％…22.50-23.49 ％…应相应地写为 2, 3，… , 23； 如 55Si2Mn: 0.55%C, 2%Si, <1.5% Mn 0Cr18Ni9Ti: <0.08%C, 18%Cr, 9%Ni, 少量Ti 注意： 铬轴承钢 含碳量不予标出，铬含量以千分之几表示。 GCr15； 低铬合金工具钢的铬的含量出用千分之几表示，但在其含 量之前加个“0’，例如 Cr06。
按化学成分分：碳素钢和合金钢； 按工艺特点分：铸钢, 渗碳钢, 易削钢等；


按质量等级分: 普通质量钢、优质钢、高级优质钢和特 级优质钢。
2. 合金钢的编号方法




含碳量C：一般以平均含碳量的万分之几来表示。 如 30CrMnA: 平均含碳量为0.30%； 60Si2Mn: 平均含碳量为0.60%。 注意： 不锈钢、耐热钢、高速钢等高合金钢，含碳量一般不予 标出；但如果几个钢的M%相同，C%不同，则用千分 之几表示C%。如0Cr13, 1Cr13, 2Cr13, 3Cr13, 4Cr13； 合金工具钢：当C>1.0%, 不标出；当C<1.0%, 用千 分之几标出, 如9Mn2V, 9CrSi。