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钢材一直与人类的生产，加工，制造等息息相关，而钢材市场的行情变化，也往往与人类社会的经济，发展密切关联。扩大或缩小γ相区的元素均同样扩大或缩小fe-fe3c相图中的γ相区, 且同样ni或mn的含量较多时, 可使钢在室温下单相奥氏体组织(如1cr18ni9奥氏体不锈钢和zgmn13高锰钢等)， 而cr、ti、si等超过一定含量时, 可使钢在室温单相铁素体组织 (如1cr17ti高铬铁素体不锈钢等)。
对fe-fe3c相图临界点(s和e点)的影响
扩大γ相区的元素使fe-fe3c相图中的共析转变温度下降, 缩小γ相区的元素则使其上升, 并都使共析反应在一个温度范围内进行。几乎所有的合金元素都使共析点(s)和共晶点(e)的碳含量，即s点和e点左移, 强碳化物形成元素的作用尤为强烈。
合金元素对钢热处理的影响
合金元素的加入会影响钢在热处理中的组织转变。
1. 合金元素对加热时相转变的影响
合金元素影响加热时奥氏体形成的速度和奥氏体晶粒的大小。
(1)对奥氏体形成速度的影响: cr、mo、w、v等强碳化物形成元素与碳的亲合力大, 形成难溶于奥氏体的合金碳化物, 显著减慢奥氏体形成速度；co、ni等部分非碳化物形成元素, 因增大碳的扩散速度, 使奥氏体的形成速度加快；al、si、mn等合金元素对奥氏体形成速度影响不大。
(2)对奥氏体晶粒大小的影响:大多数合金元素都有奥氏体晶粒长大的作用, 但影响程度不同。强烈阻碍晶粒长大的元素有:v、ti、nb、zr等；中等阻碍晶粒长大的元素有:w、mn、cr等；对晶粒长大影响不大的元素有:si、ni、cu等；促进晶粒长大的元素:mn、p等。
2. 合金元素对过冷奥氏体分解转变的影响
除co外, 几乎所有合金元素都增大过冷奥氏体的性, 推迟珠光体类型组织的转变, 使c曲线右移, 即钢的淬透性。常用淬透性的元素有:mo、mn、cr、ni、si、b等。必须指出, 加入的合金元素, 只有完全溶于奥氏体时, 才能淬透性。如果未完全溶解, 则碳化物会成为珠光体的核心, 反而钢的淬透性。另外, 两种或多种合金元素的同时加入(如, 铬锰钢、铬镍钢等), 比单个元素对淬透性的影响要强得多。
除co、al外, 多数合金元素都使ms和mf点下降。其作用大小的次序是:mn、cr、ni、mo、w、si。其中mn的作用强, si实际上无影响。ms和mf点的下降, 使淬火后钢中残余奥氏体量增多。残余奥氏体量过多时,可进行冷处理(冷至mf点以下), 以使其转变为马氏体; 或进行多次回火, 这时残余奥氏体因析出合金碳化物会使ms、mf点上升, 并在冷却中转变为马氏体或贝氏体(即发生所谓二次淬火)。
3. 合金元素对回火转变的影响
(1)回火性 合金元素在回火中推迟马氏体的分解和残余奥氏体的转变(即在较高温度才开始分解和转变)， 铁素体的再结晶温度, 使碳化物难以长大，因此了钢对回火软化的抗力, 即了钢的回火性。回火性作用较强的合金元素有:v、si、mo、w、ni、co等。
(2)产生二次硬化 一些mo、w、v含量较高的高合金钢回火时, 硬度不是随回火温度升高而, 而是到某一温度(约400℃)后反而开始增大, 并在另一更高温度(一般为550℃左右)达到峰值。这是回火的二次硬化现象, 它与回火析出物的性质有关。当回火温度低于450℃时, 钢中析出渗碳体; 在450℃以上渗碳体溶解, 钢中开始沉淀出弥散的难熔碳化物mo2c、w2c、vc等, 使硬度重新升高, 称为沉淀硬化。回火时冷却中残余奥氏体转变为马氏体的二次淬火所也可二次硬化。
产生二次硬化效应的合金元素
产生二次硬化的原因 合 金 元 素
残余奥氏体的转变 沉淀硬化 mn、mo、w、cr、ni、co①、v v、mo、w、cr、ni①、co①
①仅在高含量并有其他合金元素存在时, 由于能生成弥散分布的金属间化合物才有效。
(3)增大回火脆性 和碳钢一样, 合金钢也产生回火脆性, 而且更明显。这是合金元素的不利影响。在450℃-600℃间发生的第二类回火脆性(高温回火脆性) 主要与某些杂质元素以及合金元素本身在原奥氏体晶界上的严重偏聚有关, 多发生在含mn、cr、ni等元素的合金钢中。 这是一种可逆回火脆性, 回火后快冷(通常用油冷)可防止其发生。钢中加入适当mo或w(0.5%mo, 1%w)也可基本上这类脆性。
合金元素对钢的机械性能的影响
钢的强度是加入合金元素的主要目的之一。欲强度, 就要设法增大位错运动的阻力。金属中的强化机制主要有固溶强化、位错强化、细晶强化、第二相(沉淀和弥散)强化。合金元素的强化作用, 正是利用了这些强化机制。
1. 对退火状态下钢的机械性能的影响
结构钢在退火状态下的基本相是铁素体和碳化物。合金元素溶于铁素体中, 形成合金铁素体, 依靠固溶强化作用, 强度和硬度, 但同时塑性和韧性。
2.对退火状态下钢的机械性能的影响
由于合金元素的加入了共析点的碳含量、使c曲线右移, 从而使组织中的珠光体的比例增大, 使珠光体层片距离减小, 这也使钢的强度, 塑性下降。但是在退火状态下, 合金钢没有很大的优越性。
由于过冷奥氏体性增大, 合金钢在正火状态下可层片距离更小的珠光体, 或贝氏体甚至马氏体组织, 从而强度大为。mn、cr、cu的强化作用较大, 而si、al、v、mo等在一般含量(例如一般结构钢的实际含量)下影响很小。
3. 对淬火、回火状态下钢的机械性能的影响
合金元素对淬火、回火状态下钢的强化作用显著, 因为它充分利用了全部的四种强化机制。淬火时形成马氏体, 回火时析出碳化物, 造成强烈的第二相强化，同时使韧性大大, 故马氏体并对其回火是钢的经济和有效的综合强化。
合金元素加入钢中, 首要的目的是钢的淬透性, 保证在淬火时容易马氏体。其次是钢的回火性, 使马氏体的保持到较高温度，使淬火钢在回火时析出的碳化物更、均匀和。这样, 在同样条件下, 合金钢比碳钢具有更高的强度。
合金元素对钢的工艺性能的影响
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