金属学与热处理 加入合金元素改变碳在钢中扩散速度。例如碳化物形成元素Cr、Mo、W、Ti、V等,由于 它们与碳有较强的亲和力,显著减慢了碳在奥氏体中扩散速度,故奥氏体形成速度大大减 慢。另一方面,奥氏体形成后,要使稳定性高的碳化物完全分解并固溶于奥氏体中,需要 进一步提高加热温度,这类合金元素也将使奥氏体化时间延长。另外合金钢奥氏体成分均 匀化过程还需要合金元素的扩散,而即使在1000℃高温,合金元素扩散速度也很小,仅是 碳扩散速度的千分之几,因此,合金钢的奥氏体成分均匀化比碳钢更缓慢。 2)对奥氏体晶粒度的影响 凡未溶的碳化物等第二相质点均阻碍奥氏体晶粒长大。如强碳化物形成元素Ti、V、 等,形成高熔点高稳定性碳化物,强烈阻碍奥氏体晶粒长大,起细化晶粒作用。而非碳 化物形成元素Ni、Si、Cu、Co等阻碍奥氏体晶粒长大作用很小。 2.合金元素对钢冷却时组织转变的影响 除Co以外,大多数合金元素不同程度延缓珠光体和贝氏体相变,这是由于它们溶入 奥氏体后,增大其稳定性,使C曲线右移。其中碳化物形成元素影响最为显著。如果碳化 物形成元素未能溶入奥氏体,以残存未溶碳化物微粒形式存在,则起相反作用。除Co、Al 外,大多数合金元素不同程度地降低马氏体转变温度,增加残余奥氏体量。 3.合金元素对钢回火时组织转变的影响 碳化物形成元素可阻碍碳的扩散,从而显著提高马氏体的分解温度。合金元素一般都 能提高残余奥氏体转变的温度范围。某些高合金钢(如高速钢)中的残余奥氏体十分稳定, 只有加热到500℃~600℃时才开始发生部分分解,使奥氏体稳定性下降,在随后快速冷却 过程中转变为马氏体,使钢硬度有较大提高,这种现象称“二次淬火”。 强碳化物形成元素(V、Mo、W等)加入后,在500℃~600℃回火时从马氏体中析出特 殊碳化物,高度弥散分布在马氏体基体上,并与基体保持共格关系,阻碍位错运动,使硬 度上升,发生“二次硬化”现象。这对工具钢具有十分重要的意义。 7.3碳素钢 工业使用的钢铁材料中碳素钢占有重要地位。常用的碳素钢含碳量一般都小于1.3%, 强度和韧性较好。与合金钢相比,碳素钢冶炼简便,加工容易,价格便宜,一般可满足使 用性能要求,应用广泛。碳素钢也可按含碳量分低碳、中碳和高碳钢,按冶金质量分普通 碳素钢、优质碳素钢和高级优质碳素钢,按用途分碳素结构钢和工具钢等。 7.3.1碳素结构钢 碳素结枃钢主要制造各种工程枃件(如桥梁、船舶、建筑用钢)和机器零件(如齿轮、轴、 螺钉、螺母、曲轴、连杆等)。这类钢一般属于低碳和中碳钢,分普通碳素结构钢和优质碳 素结构钢。 1.普通碳素结构钢 这类钢冶炼容易、工艺性好、价廉,而且力学性能上也能满足一般工程结构及普通机 器零件要求,应用很广。仅钢中的S、P和非金属夹杂物含量比优质碳素结构钢多,在相同 136·136· 金属学与热处理 ·136· 加入合金元素改变碳在钢中扩散速度。例如碳化物形成元素 Cr、Mo、W、Ti、V 等，由于 它们与碳有较强的亲和力，显著减慢了碳在奥氏体中扩散速度，故奥氏体形成速度大大减 慢。另一方面，奥氏体形成后，要使稳定性高的碳化物完全分解并固溶于奥氏体中，需要 进一步提高加热温度，这类合金元素也将使奥氏体化时间延长。另外合金钢奥氏体成分均 匀化过程还需要合金元素的扩散，而即使在 1000℃高温，合金元素扩散速度也很小，仅是 碳扩散速度的千分之几，因此，合金钢的奥氏体成分均匀化比碳钢更缓慢。 2) 对奥氏体晶粒度的影响 凡未溶的碳化物等第二相质点均阻碍奥氏体晶粒长大。如强碳化物形成元素 Ti、V、 Nb 等，形成高熔点高稳定性碳化物，强烈阻碍奥氏体晶粒长大，起细化晶粒作用。而非碳 化物形成元素 Ni、Si、Cu、Co 等阻碍奥氏体晶粒长大作用很小。 2. 合金元素对钢冷却时组织转变的影响 除 Co 以外，大多数合金元素不同程度延缓珠光体和贝氏体相变，这是由于它们溶入 奥氏体后，增大其稳定性，使 C 曲线右移。其中碳化物形成元素影响最为显著。如果碳化 物形成元素未能溶入奥氏体，以残存未溶碳化物微粒形式存在，则起相反作用。除 Co、Al 外，大多数合金元素不同程度地降低马氏体转变温度，增加残余奥氏体量。 3. 合金元素对钢回火时组织转变的影响 碳化物形成元素可阻碍碳的扩散，从而显著提高马氏体的分解温度。合金元素一般都 能提高残余奥氏体转变的温度范围。某些高合金钢(如高速钢)中的残余奥氏体十分稳定， 只有加热到 500℃～600℃时才开始发生部分分解，使奥氏体稳定性下降，在随后快速冷却 过程中转变为马氏体，使钢硬度有较大提高，这种现象称“二次淬火”。 强碳化物形成元素(V、Mo、W 等)加入后，在 500℃～600℃回火时从马氏体中析出特 殊碳化物，高度弥散分布在马氏体基体上，并与基体保持共格关系，阻碍位错运动，使硬 度上升，发生“二次硬化”现象。这对工具钢具有十分重要的意义。 7.3 碳 素 钢 工业使用的钢铁材料中碳素钢占有重要地位。常用的碳素钢含碳量一般都小于 1.3%， 强度和韧性较好。与合金钢相比，碳素钢冶炼简便，加工容易，价格便宜，一般可满足使 用性能要求，应用广泛。碳素钢也可按含碳量分低碳、中碳和高碳钢，按冶金质量分普通 碳素钢、优质碳素钢和高级优质碳素钢，按用途分碳素结构钢和工具钢等。 7.3.1 碳素结构钢 碳素结构钢主要制造各种工程构件(如桥梁、船舶、建筑用钢)和机器零件(如齿轮、轴、 螺钉、螺母、曲轴、连杆等)。这类钢一般属于低碳和中碳钢，分普通碳素结构钢和优质碳 素结构钢。 1. 普通碳素结构钢 这类钢冶炼容易、工艺性好、价廉，而且力学性能上也能满足一般工程结构及普通机 器零件要求，应用很广。仅钢中的 S、P 和非金属夹杂物含量比优质碳素结构钢多，在相同