合金元素及其含量对热处理工艺性能的影响

东莞弘超技术中心研究表明，合金元素及其含量对热处理工艺性能的影响，主要表现在对加热、冷却和回火过程中相变的影响上。东莞市弘超模具科技有限公司致力于模具钢材应用研究，提供模具失效分析及模具寿命解决方案“一站式”服务，专业销售高品质模具钢（瑞典一胜百模具钢、日本大同模具钢、日本日立模具钢、日本不二越高速钢、瑞典乌德霍姆工具钢UDDEHOLM、德国葛利兹模具钢Groditz、美国熔炉斯伯粉末工具钢以及国产新型模具钢、无磁模具钢、基体高速钢、火焰淬火钢、红冲模具专用模具钢等）。以下是东莞弘超技术中心编辑整理的有关合金元素及其含量对热处理工艺性能的影响：
㈠、合金元素对加热时转变的影响
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。
⑴、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A 中的合金碳化物显著阻碍碳的扩散，大大减慢A形成速度。为了加速碳化物的溶解和A成分的均匀化，必须提高加热温度并保温更长的时间。Co、Ni等部分非碳化物形成元素，因增大碳的扩散速度，使A 的形成速度加快。Al、Si、Mn等合金元素对A 形成速度影响不大。
⑵、对奥氏体晶粒大小的影响：
大多数合金元素有阻止A晶粒长大的作用，但影响程度不同。碳化物形成元素的作用最明显，因形成的碳化物在高温下较稳定，不易溶于A中，能阻碍其晶界外移，显著细化晶粒。按照对晶粒长大作用的影响，合金元素可分为：
①、强烈阻止晶粒长大的元素：V、Ti、Nb、Zr等。Al在钢中易形成高熔点AlN、Al2O3细质点，也强烈阻止晶粒长大。
②、中等阻碍晶粒长大的元素：W、Mo、Cr。
③、对晶粒长大影响不大的元素：Si、Ni、Cu。
④、促进晶粒长大的元素：Mn、P、B也略有此倾向。
由于锰钢有较强的过热倾向，其加热温度不应过高，保温时间应较短。
㈡、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A 的稳定性，推迟P类型转变，使C曲线右移，即提高钢的淬透性。这是钢中加入合金元素的主要目的之一。常用提高淬透性的元素有：Mo、Mn、Cr、Si、Ni、B等。微量B（0.0005~0.003％）即能明显提高淬透性，但其作用不稳定。Mo的价格较贵，不单纯作提高淬透性的元素使用。必须指出，加入的合金元素，只有完全溶于A中时才能提高淬透性，如果未完全溶解，则碳化物会成为P形成的核心，反而使钢的淬透性降低。另外，两种或多种合金元素的同时加入对淬透性的影响，比单元素的影响总和还强得多，例如铬锰钢、铬镍钢等。
除Co、Al外，多数合金元素使Ms 、Mf点下降。其作用强度的次序是；Mn、Cr、Ni、Mo、W、Si。其中Mn的作用最强，Si实际上无影响。Ms 、Mf点的下降，使钢中残余A量增多，许多高碳高合金钢中的残余A量可高达30~40％以上。残余A 量过多时钢的硬度和疲劳抗力下降，因此须进行冷处理（将钢冷至Mf点以下）以使其转变为M；或进行多次回火，使残余A因析出合金碳化物而使Ms、Mf点上升，并在冷却过程中转变为M或B(即发生所谓二次淬火)。
此外，合金元素还影响M的形态，Mn、Cr、Ni、Mo、Co等均增大片状M形成的倾向。更多相关资讯，敬请关注东莞弘超模具钢材专业网站www.hongchao-dg.cn。因为专注，所以专业！
㈢、合金元素对回火转变的影响
⑴、提高回火稳定性：
合金元素在回火过程中推迟M的分解和残余A的转变（即将其推向较高温度）；提高F的再结晶温度；使碳化物难以聚集长大而保持较大的弥散度，因此提高了钢对回火软化的抗力，即提高了钢的回火稳定性。使得合金钢在相同温度下回火时，比同样碳含量的碳钢具有更高的硬度和强度（对工具钢和耐热钢特别重要），或者在保证相同强度的条件下，可在更高的温度下回火，而使韧性更好些（对结构钢很重要）。提高回火稳定性作用较强的合金元素有；V、Si、Mo、W、Ni、Mn、Co等。
⑵、产生二次硬化：
一些Mo、W、V含量较高的钢回火时，硬度不是随回火温度的升高单调降低，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，如图1 所示。这是回火过程的二次硬化现象，与回火析出物的性质有关。
①、当回火温度低于约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稳定的难熔碳化物MoC2、WC2、VC，使硬度重新升高，而在550℃左右沉淀过程完成时，硬度达到峰值。称为沉淀硬化。此类合金元素有V、W、Mo、Cr、Ni、Co。
②、二次硬化也可以由回火时冷却过程中残余A 转变为M 的二次淬火所引起。产生此类二次硬化效应的合金元素有Mn、Mo、W、Cr、Ni、Co、V。
⑶、增大回火脆性：
和碳钢一样，合金钢也产生回火脆性，而且更显著，这是合金元素的不利影响。图2为镍铬钢的韧性与回火温度的关系。250~400℃间的第一类回火脆性，是由相变机制本身决定的，无法消除，只能避开，但加入1~3％Si ，可使其温区移向较高温度。450~600℃间发生的第二类回火脆性，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，抑制杂质元素向晶界偏聚，可防止其发生。钢中加入适当的Mo或W（0.5％Mo，1％W），因强烈阻碍和延迟杂质元素等往晶界的扩散偏聚，也可基本上消除这类脆性。
    

 图1  含碳0.35%钼钢的回火温度与硬度的关系                           图2 镍铬钢的韧性与回火温度的关系

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