分析铁碳合金的冷却过程

1.5.1　合金元素在钢中的作用

合金钢中常用合金元素有锰（Mn）、硅（Si）、铬（Cr）、镍（Ni）、钼（Mo）、钨（W）、钒（V）、钛（Ti）、铌（Ni）、锆（Zr）等元素。

合金元素在钢中可以与铁和碳形成固溶体和碳化物，也可以相互之间形成金属间的化合物，从而改变钢的组织和性能，它们在钢中的作用主要有以下几点：

（1）形成合金铁素体。大多数合金元素都能溶入铁素体，形成含合金元素的铁素体。合金元素的溶入，产生了固溶强化，使铁素体的强度、硬度有所提高。

（2）形成合金碳化物。有些合金元素能与碳形成合金碳化物。它们与碳的亲和力有强弱之分，把这些碳化物形成元素从强到弱依次排列为钛、铌、钒、钨、钼、铬、锰、铁。当钢中同时存在几种碳化物的形成元素时，亲和力强的元素优先与碳化合。合金碳化物比渗碳体具有更高的硬度、耐磨性和熔点，受热时不易聚集长大，也难以溶入奥氏体。当合金碳化物以细小粒状均匀分布时，能提高钢的强度和耐磨性，而不增加其脆性。

（3）提高共析温度并使S、E点左移。钢中加入的合金元素除锰、镍外，均使S点上升。这就意味着大多数合金钢的热处理温度要比相同含碳量的碳钢高一些。

合金元素均能使钢中的S、E点成分左移，所以，共析钢中的含碳量就不是0.77%，而是小于0.77%，出现共晶组织的最低含碳量不再是2.11%，而是小于2.11%了。

（4）细化晶粒。大多数合金元素（Mn除外）在加热时能细化奥氏体晶粒，尤其是钒、铌、钛等强碳化物的形成元素，能使钢在较高的温度下仍保持细小的晶粒。

（5）提高淬透性。除Co以外，大多数合金元素溶入奥氏体后，能使钢的C曲线右移，v_k减小，从而提高钢的淬透性。因此，合金钢工件在淬火时，常常采用冷却能力较小的淬火介质，可减小淬火内应力和变形、开裂倾向。特别是对于合金钢制造的大尺寸工件很有利，可在整个截面上获得均匀的组织，使其综合力学性能得到提高。

（6）提高回火稳定性。淬火钢在回火时抵抗软化的能力称为回火稳定性。在相同的回火温度下，硬度下降较低的钢，回火稳定性好。合金元素可阻碍马氏体的分解，阻碍碳化物的聚集长大，提高钢的回火稳定性。高的回火稳定性使钢在较高温度下仍保持高硬度和高耐磨性，这种性能称为热硬性。它对于切削速度较高的刀具有重要意义。

（7）使钢获得特殊性能。合金元素加入钢中，可以使钢形成稳定的单相组织或形成致密的氧化膜和金属间化合物，从而使钢获得耐腐蚀、耐热等特殊特性。