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20Cr2Ni4A
§7-1 钢的合金化

在钢中加入合金元素后，钢的基本组元铁和碳与加入的合金元素会发生交互作用。钢的合金化目的是希望利用合金元素与铁、碳的相互作用和对铁碳相图及对钢的热处理的影响来改善钢的组织和性能
相互作用
合金元素与铁、碳的相互作用
合金元素加入钢中后，主要以三种形式存在钢中。即:与铁形成固溶体;与碳形成碳化物;在高合金钢中还可

 几乎所有的合金元素(除)都可溶入铁中, 形成合金铁素体或合金按其对α-Fe或γ-Fe的作用, 可将合金元素分为扩大奥氏体相区和缩小奥氏体相区两大类。
扩大γ相区的元素-亦称奥氏体稳定化元素, 主要Ni、Co、C、N、Cu等, 它们使A3点(γ-Fe α-Fe的转变点)下降, A4点( γ-Fe的转变点)上升, 从而扩大γ-相的存在范围。其中Ni、M等加入到一定量后, 可使γ相区扩大到室温以下, 使α相区消失, 称为完全扩大γ相区元素。另外一些元素(如C、N、Cu等), 虽然扩大γ相区, 但不能扩大到室温, 故称之为部分扩大γ相区的元素。

缩小γ相区元素--亦称铁素体稳定化元素, 主要有Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si、B、、等。它们使A3点上升, A4点下降(铬除外, 铬含量小于7%时, A3点下降; 大于7%后,A3点迅速上升), 从而缩小γ相区存在的范围, 使铁素体稳定区域扩大。按其作用不同可分为完全封闭γ相区的元素(如Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si等)和部分缩小γ相区的元素(如B、、等)。
2. 形成碳化物合金元素按其与钢中碳的亲和力的大小, 可分为碳化物形成元素和非碳化物形成元素两大类。
常见非碳化物形成元素有:Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B等。它们基本上都溶于铁素体和奥氏体中。常见碳化物形成元素有:M、Cr、W、V、N、Z、Ti等(按形成的碳化物的稳定性程度由弱到强的次序排列)，它们在钢中一部分固溶于基体相中，一含量高时可形成新的合金碳化合物。对奥氏体和铁素体存在范围的影响
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M的含量较多时, 可使钢在室温下得到单相 (如1Cr18Ni9和ZGMn13高锰钢等)， 而Cr、Ti、Si等超过一定含量时, 可使钢在室温获得单相铁素体组织 (如1Cr17Ti高铬等)。
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)的碳含量降低，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过程中的组织转变。
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、M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阻止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、

 

金属制品65mn钢板，65mn弹簧板

SAE4140钢材，此钢拥有良好的加工性， 加工变形微小能相当好，属中等等淬透性钢，4140热处理后有较好的强度和良好的综合力学性能，工艺性好为427摄氏度。4140强度、淬透性高，韧性好，淬火时变形小，高温时有高的蠕变强度和持久强度。用于制造要求较35CrMo钢强度更高和调质截面更大的锻件，如机车牵引用的大齿轮、增压器传动齿轮、后轴、受载荷极大的连杆及弹簧夹，也可用于 2000m以下石油深井钻杆接头与打捞工具，并且可以用于折弯机的模具等。化学成分：地区：中国标准：GB/T 3077—1999 碳(C)0.38～0.45硅(Si)0.17～0.3 提供4140合金结构钢提供4140合金结构钢锰(Mn)0.50～0.80 磷(P)≤0.035 硫(S)≤0.035铬(Cr)0.9～1.20 镍(Ni)≤0.3钼(Mo)0.15～0.25铜(Cu)≤0.30力学性能：抗拉强度 σb (MPa)：≥1080(110 屈服强度 σs (MPa)：≥930(95) 伸长率 δ5 (%)：≥12断面收缩率 ψ (%)：≥4冲击功 Akv (J)：≥63 冲击韧性值 αkv (J/cm2)：≥78(8)硬度 ：≤217H 热处理工艺： 退火annealing No.1 "760±10℃退火，炉冷至400℃空冷。HB220-230 正火normalize No.4 860±10℃正火，出炉空冷。调质quenching+tempering No.5 840±10℃淬水或油（视产品型状复杂程度），680-700度回火。 HB<217 调质quenching+tempering No.6 840±10℃淬油，再470度回火处理。 HRC41-45 调质quenching+tempering No.7 840±10℃淬油，再480度回火处理。 HRC35- 调质quenching+tempering No.8 850℃淬油，再510度回火处理。 HRC38-42调质quenching+tempering No.9 850℃淬油，再500度回火处理。 HRC40-43调质quenching+tempering No.10 850℃淬油，再510℃回火处理。 HRC36-42调质分构成: -本标准号(EN10025-2); -钢名或钢号:钢名由以下几部分构成: -符号字母S(结构钢)或者E(工程钢); -有关厚度≤16mm的以MP为单位时，其小屈服强度的描述; -可行时，标记冲击功的质量组成名称; -可行时，标记用于特殊用途的字母;SAE4140钢材，此钢拥有良好的加工性，加工变形微小能相当好，属中等等淬透性钢，4140热处理后有较好的强度和良好的综合力学性能，工艺性好为427摄氏度。4140强度、淬透性高，韧性好，淬火时变形小，高温时有高的蠕变强度和持久强度。用于制造要求较35CrMo钢强度更高和调质截面更大的锻件，如机车牵引用的大齿轮、增压器传动齿轮、后轴、受载荷极大的连杆及弹簧夹，也可用于 2000m以下石油深井钻杆接头与打捞工具，并且可以用于折弯机的模具等。化学成分：地区：中国标准：GB/T 3077—1999 碳(C)0.38～0.45硅(Si)0.17～0.3 提供4140合金结构钢提供4140合金结构钢锰(Mn)0.50～0.80 磷(P)≤0.035 硫(S)≤0.035铬(Cr)0.9～1.20 镍(Ni)≤0.3钼(Mo)0.15～0.25铜(Cu)≤0.30力学性能：抗拉强度 σb (MPa)：≥1080(110 屈服强度 σs (MPa)：≥930(95) 伸长率 δ5 (%)：≥12断面收缩率 ψ (%)：≥4冲击功 Akv (J)：≥63 冲击韧性值 αkv (J/cm2)：≥78(8)硬度 ：≤217H 热处理工艺： 退火annealing No.1 "760±10℃退火，炉冷至400℃空冷。HB220-230 正火normalize No.4 860±10℃正火，出炉空冷。调质quenching+tempering No.5 840±10℃淬水或油（视产品型状复杂程度），680-700度回火。 HB<217 调质quenching+tempering No.6 840±10℃淬油，再470度回火处理。 HRC41-45 调质quenching+tempering No.7 840±10℃淬油，再480度回火处理。 HRC35- 调质quenching+tempering No.8 850℃淬油，再510度回火处理。 HRC38-42调质quenching+tempering No.9 850℃淬油，再500度回火处理。 HRC40-43调质quenching+tempering No.10 850℃淬油，再510℃回火处理。 HRC36-42调质分构成: -本标准号(EN10025-2); -钢名或钢号:钢名由以下几部分构成: -符号字母S(结构钢)或者E(工程钢); -有关厚度≤16mm的以MP为单位时，其小屈服强度的描述; -可行时，标记冲击功的质量组成名称; -可行时，标记用于特殊用途的字母;