Mod.9Cr-1Mo钢微合金化规律的热力学解析

Mod.9Cr-1Mo钢微合金化规律的热力学解析

宛农1，谢锡善2，张家福2，徐志超2，董建新2

（1. 武汉工业学院，武汉，430023；2. 北京科技大学，北京，100083）

摘要：本文从热力学角度出发，以图解的方式直观地揭示了Mod.9Cr-1Mo钢中碳、氮、铝、钒和铌等微量元素之间的交互作用及其对强化相析出的影响规律。分析结果表明在高温服役过程中，钢中较低的铌、钒和铝含量与较高的N含量配合有助于增加VN相的弥散析出和抑制M23C6相的粗化速度，其结论与实际相符。

关键词：Mod.9Cr-1Mo钢，微合金化，热力学，解析

Thermodynamic Resolution of Microalloying Law of Mod.9Cr-1Mo Steel WAN Nong1, Xie Xishan2 , Zhang Jiafu2，Xu Zhichao2 , Dong Jianxin2

(1.Wuhan Polytechnic University, Wuhan 430023, China；

2. University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China）Abstract:. Interaction of minor elements in Mod.9Cr-1Mo steel, such as C, N, Al, V and Nb, and their effects on the precipitating behavior of strengthening phases were revealed by graphics based on thermodynamics theory. The results shows that lower contents of Nb , V as well as Al and upper content of N in Mod.9Cr-1Mo steel is favorable to the dispersal precipitation of VN phase and the suppression of M23C6 carbide coursening process during high temperature service, which are consonant with actuality.

Key words: Steel Mod.9Cr-1Mo; Microalloying; Thermodynamics; Resolution

现代合金钢通常加入了多种微合金元素以满足某项或多项特定性能的要求，为获得良好的高温持久性能，在9Cr-1Mo钢基础上加入钒、铌和氮进行微合金化而发展起来的Mod.9Cr-1Mo钢便是其中一个典型的例子。根据有关文献[1,2,3,4]可以看出，碳、氮、铌、钒和铝等微量元素含量对Mod.9Cr-1Mo 钢中强化相数量和相组成以及高温力学性能具有不可忽视的影响，在实际合金成份范围内，其综合作用强烈且复杂，难以用一、二个元素间的变化予以解释。本文基于NbC、NbN、VC、VN和AlN相的热力学数据，利用图解法比较直观地揭示了碳、氮、铌、钒和铝等元素之间的交互作用及其对高温长时组织性能的影响规律，以进一步加深对其微合金化规律的认识和理解。

1碳化物和氮化物的稳定性

合金元素铬、钼，微合金元素铌、钒、碳和铝在Mod.9Cr-1Mo钢中形成M23C6、NbC、NbN、VC、VN和AlN相，其稳定性取决于具体化学成份。根据J.STRID[5]，纯二元化合物M i X j相(i,j-化学计量数)在绝对温度为T时的溶度积K S可以用下式表示：LnK S=Log[M]i[X]j

=

A/T+B (1) 式中，[M]—在绝对温度为T时合金元素M 的溶解度，wt.%；

[X]—在绝对温度为T时间隙元素X 的溶解度, wt.%，X=C或N。

根据文献[6,7,5,8,9]和Wagner相互作用系数[10]以及式(1)，可以得到Mod.9Cr-1Mo钢中NbC、NbN、VC、VN和AlN相的溶度积K S与绝对温度T的关系以及7800C回火时Cr23C6相的稳定性图，如图1和图2中所示。由图1可见，K NbN

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https://www.wendangku.net/doc/5517597884.html,

是在Mod.9Cr-1Mo钢成份范围内，主要析出物M23C6相比VC或V4C3相具有更强的析出趋势，图2中Cr23C6相稳定性图中极低的碳含量说明9-12%Cr钢中总碳量绝大部分分布在M23C6相中[13,14]。最近高分辨率原子探针分析结果[15,16,17]亦证实了Mod.9Cr-1Mo钢中V(C,N)型碳氮化物仅仅含有极小比例的碳，其成份十分接近VN相，所有这些均支持了上述推测。

图1 Mod.9Cr-1Mo钢中碳化物和氮化物的溶度积K S

Fig.1 Solubility product K S values of carbides and nitrides in steel Mod.9Cr-1Mo.

图 2 7800C时Mod.9Cr-1Mo钢中Cr23C6相稳定性图

Fig.2 Stability plot of precipitated phase Cr23C6 in steel Mod.9Cr-1Mo at 7800C 2铌、钒、碳、氮和铝元素的交互作用2.1 高温正火时交互作用

为简化计算，假设10500C奥氏体化正火时钢中未溶相的组成为NbC0.5N0.5，参照文献[1]中的方法取碳当量C eq=C+12/14N，取K NbN和K NbC的平均值作为NbC0.5N0.5相的溶度积，便得到图3，其中a点代表Mod.9Cr-1Mo钢化学成份坐标。由a点作一与NbC0.5N0.5相化学计量比线相平行的直线ao，并与NbC0.5N0.5相的稳定性曲线相交于o点，再分别过a点和o点作与x轴和y轴相平行的直线交于b点，则o点坐标即代表10500C奥氏体化正火时No.1试验钢奥氏体基体的平衡成份，而ob线的长度代表NbC0.5N0.5相中的Nb含量，故有下列关系式成立：

W Nb/NbC0.5N0.5

=

ob (2) W N/NbC0.5N0.5

=

7ob/93 (3) W C/NbC0.5N0.5

=

6ob/93 (4) NbC0.5N0.5%

=

106ob/93

(5)

式中W i/MX：表示MX相中i组元的重量百分含量，wt.%；106是NbC0.5N0.5相摩尔质量； 93、7、6分别是NbC0.5N0.5相中Nb、N和C的摩尔含量。

显然，当a点在图3中所标示的Mod.9Cr -1Mo钢成份区域左半侧(即C eq≤0.14%)向左

图 3 10500C时Mod.9Cr-1Mo钢中NbC0.5N0.5相稳定性图

Fig.3 Stability plot of precipitated phase NbC0.5N0.5 in steel Mod.9Cr-1Mo at 10500C

或右移动时，也就是说减少或增加钢中的碳、氮含量时， ob线长度(即未溶的Nb含量)变化甚微；当a点移动到图3中所标示的Mod.9Cr-1Mo钢成份区域右半侧(即C eq>0.14%或C=0.09-0.1%，N≥0.047-0.058%)时，ob线的长度才有可察觉的增加；当a 点在图3中所标示的Mod.9Cr-1Mo钢成份区域向下或向上移动时，也就是说减少或增加钢中的铌含量时，ob线的长度也随着减少或增加，说明碳、氮含量低的Mod.9Cr-1Mo 钢高温奥氏体化正火时未溶相Nb(C,N)的数量和相组成仅与钢中的铌含量有关[15,16]，而碳、氮含量高的Mod.9Cr-1Mo钢高温奥氏

体化正火时未溶相Nb(C,N)的数量和相组成不仅取决于钢中的铌含量，而且与钢中的碳、氮含量有关,较高的铌、碳和氮含量有利于未溶相Nb(C,N)数量的增加[4]。

2.2 回火时交互作用

图 4 7800C和6250C时Mod.9Cr-1Mo钢中AlN相稳定性图

Fig.4 Stability plot of precipitated phase AlN in Mod.9Cr-1Mo steel at 7800C and 6250C

图4和图5分别为AlN相和VN相在7800C和6250C时的稳定性图，采用与图3中同样的分析法不难得出如下关系式：

在图4中，Mod.9Cr-1Mo钢在7800C回火时，有：

W Al/AlN=ab (6)

W N/AlN=ob (7) 图 5 7800C和6250C时Mod.9Cr-1Mo钢中VN相稳定性

Fig.5 Stability plot of precipitated phase VN in Mod.9Cr-1Mo steel at 7800C and 6250C

AlN%

=

ab+ob

(8)

在6250C高温长时时效时，AlN相补充析出，其增加量如下：

?AlN%=ab′+o′b′-ab-ob

(9)

在图5中，Mod.9Cr-1Mo钢在780 0C 回火时，有：

W V/VN

=

ab (10) W N/VN

=

ob (11) VN%

=

ab+ob

(12)

在6250C高温长时时效时，VN相补充析出，其增加量如下：

?VN%=ab′+o′b′-ab-ob

(13)

因Mod.9Cr-1Mo钢Cr含量较高和钢中M23C6相溶度积K M23C6数值极小(见图2所示)，基体中固溶碳含量[C]可以忽略不计，则7800C回火时析出的M23C6相数量近似为：

M23C6%≈1268(C%-W C/NbC0.5N0.5)/72 (14) 在图4中，当a点向右移动时，即增加钢中的氮含量，ab和ob线的长度略有增加，所以在Mod.9Cr-1Mo钢成份范围内，氮含量对AlN相数量影响较小；当a点从下向上移动时，即增加钢中的铝含量，ab和ob线的长度也随之增加，表明AlN相数量在增加。氮化物溶度积数据说明铝与氮之间的亲合力和铌与氮之间的亲合力相近，但是远大

于钒与氮之间的亲合力，见图1中所示，增加铝含量的结果是降低了基体中形成VN相的有效氮含量，相当于将图5中的a点向左作了移动。对于高铝钢来说，其左移更大，使形成VN相的有效氮含量几乎趋于零，从而导致VN的析出数量下降[4,15]。

在图5中，当Mod.9Cr-1Mo钢成份坐标落在VN化学计量比线之上时，回火时基体中固溶钒含量[V]有余而固溶氮(见图5中o点所示)含量不足，若将a点向右移动，也就是说增加钢中的氮含量，ab和ob线的长度也随之增加，说明增加钢中的氮含量、降低铝含量，可以增加回火过程中VN相的析出数量，并相应的提高钒的析出能力[4,15,16]；当a点移至VN化学计量比线下方时，回火基体中固溶钒含量[V]不足而固溶氮含量[N]有余，继续增加钢中的氮含量，ab和ob线的长度的增加量非常有限，此时若a点沿y 轴方向移动时，ab和ob线的长度才有较显著的变化，即在这种情况下增加钢中的钒含量才有利于提高回火过程中VN相的析出数量；显然当Mod.9Cr-1Mo钢成份坐标落在VN化学计量比线附近时，回火时基体中固溶钒含量[V]和固溶氮含量[N]配合适当，此时钢中的钒、铌、氮和铝含量达到最佳的VN强化配置效果，此结论与文献[1,3,4]一致。

3析出相聚集长大规律

从热力学角度上讲，在6250C左右高温长时时效或蠕变变形过程中，经过正、回火热处理后的Mod.9Cr-1Mo钢中VN、AlN和M23C6相有进一步析出的趋势，见图4-图5中所示，其初期析出物MX相和M23C6相出于降低系统总表面能需要会出现小颗粒溶解消失而大颗粒聚集长大现象。假设钒、铬等金属元素的扩散是析出物长大的限制性环节(碳、氮元素在铁素体中的扩散系数远大于钒、铬等金属元素的扩散系数)，故MX 相和M23C6相析出物的粗化速度可以用Wagner[5,18]方程表示，即：

r3-r o3=8σD[M]V2t/9RT (15) 式中，r—时间为t时的颗粒平均直径；

r o—t=0时的颗粒平均直径；

[M]—基体中金属元素M含量；

D—金属元素M的扩散系数；

σ—颗粒与基体之间的界面能；

V—颗粒的摩尔体积；

R和T—气体常数和绝对温度。

由此可见，析出物颗粒的粗化速度(r3-r o3)/t与扩散速度最缓慢的金属元素M平衡浓度成正比。考虑到Mod.9Cr-1Mo钢中[V]<<[Cr]，σVN<<σM23C6(VN相与基体之间存在共格或半共格关系[19])，所以VN相粗化速度远小于M23C6相粗化速度，在TEM 下观察其尺寸几乎没有变化，见文献[2,4,20]，表明VN相具有很高的热稳定性。

文献[2,20]在观察分析Mod.9Cr-1Mo钢微观组织时发现V(C,N)相尺寸与钢中的钒含量有关，高钒含量的钢中V(C,N)相尺寸不仅大于低钒含量的钢，而且其析出密度随着钒含量的增加而减少。事实上，增加Mod.9Cr-1Mo钢中的钒、铌、碳和铝含量、降低氮含量，其结果是增加基体中固溶的钒含量[V]，见图3-图5中o点所示，从而导致V(C,N)相的粗化。所以，在控制V(C,N)相尺寸问题上，要全面考虑钒、铌、碳、氮和铝等元素的影响。

5结论

(1) Mod.9Cr-1Mo钢高温奥氏体化正火时未溶相Nb(C,N)的数量和相组成与钢中的铌、碳、氮含量有关,高的铌、碳和氮含量有利于未溶相Nb(C,N)数量的增加；

(2) 当Mod.9Cr-1Mo钢V含量与有效N 含量之比接近3.64时，钢中的钒、铌、氮和铝含量的配置最佳；

(3) Mod.9Cr-1Mo钢中较低的钒、铌和铝含量和较高的氮含量可以降低基体中固溶的钒含量[V]，有利于细小、弥散的V(C,N)相析出。

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研究. 北京：冶金工业部钢铁研究总院硕士

研究生学位论文. 1996:21~48

热力学第二定律习题详解

习题十一 一、选择题 1．你认为以下哪个循环过程是不可能实现的 [ ] （A ）由绝热线、等温线、等压线组成的循环； （B ）由绝热线、等温线、等容线组成的循环； （C ）由等容线、等压线、绝热线组成的循环； （D ）由两条绝热线和一条等温线组成的循环。 答案：D 解：由热力学第二定律可知，单一热源的热机是不可能实现的，故本题答案为D 。 2．甲说：由热力学第一定律可证明，任何热机的效率不能等于1。乙说：热力学第二定律可以表述为效率等于100%的热机不可能制成。丙说：由热力学第一定律可以证明任何可逆热机的效率都等于2 1 1T T -。丁说：由热力学第一定律可以证明理想气体可逆卡诺热机的效率等于2 1 1T T - 。对于以上叙述，有以下几种评述，那种评述是对的 [ ] （A ）甲、乙、丙、丁全对； （B ）甲、乙、丙、丁全错； （C ）甲、乙、丁对，丙错； （D ）乙、丁对，甲、丙错。 答案：D 解：效率等于100%的热机并不违反热力学第一定律，由此可以判断A 、C 选择错误。乙的说法是对的，这样就否定了B 。丁的说法也是对的，由效率定义式2 1 1Q Q η=-，由于在可逆卡诺循环中有2211Q T Q T =，所以理想气体可逆卡诺热机的效率等于21 1T T -。故本题答案为D 。 3．一定量理想气体向真空做绝热自由膨胀，体积由1V 增至2V ，此过程中气体的 [ ] （A ）内能不变，熵增加； （B ）内能不变，熵减少； （C ）内能不变，熵不变； （D ）内能增加，熵增加。 答案：A 解：绝热自由膨胀过程，做功为零，根据热力学第一定律2 1V V Q U pdV =?+?，系统内能 不变；但这是不可逆过程，所以熵增加，答案A 正确。 4．在功与热的转变过程中，下面的那些叙述是正确的？[ ] （A ）能制成一种循环动作的热机，只从一个热源吸取热量，使之完全变为有用功；

第二章热力学第一定律

第二章热力学第一定律 思考题 1设有一电炉丝浸于水中，接上电源，通过电流一段时间。如果按下列几种情况作为系统，试问 A U ， Q，W为正为负还是为零？ (1) 以电炉丝为系统； (2 )以电炉丝和水为系统； (3)以电炉丝、水、电源及其它一切有影响的部分为系统。 2设有一装置如图所示，(1)将隔板抽去以后，以空气为系统时，AJ, Q, W为正为负还是为零？(2) 如右方小室亦有空气，不过压力较左方小，将隔板抽去以后，以所有空气为系统时，A U, Q , W为正为负还是为零？ 作业题 1 (1)如果一系统从环境接受了160J的功，内能增加了200J，试问系统将吸收或是放出多少热？(2)一系统在膨胀过程中，对环境做了10 540J的功，同时吸收了27 110J的热，试问系统的内能变化为若干？ [答案：⑴吸收40J; (2) 16 570J] 2在一礼堂中有950人在开会，每个人平均每小时向周围散发出4. 2xl05J的热量，如果以礼堂中的 空气和椅子等为系统，则在开会时的开始20分钟内系统内能增加了多少？如果以礼堂中的空气、人和其它所有的东西为系统，则其AU = ? [答案:1.3 M08J;0] 3 一蓄电池其端电压为12V,在输出电流为10A下工作2小时，这时蓄电池的内能减少了 1 265 000J,试求算此过程中蓄电池将吸收还是放岀多少热？ [答案：放热401000J] 4体积为4.10dm3的理想气体作定温膨胀，其压力从106Pa降低到105Pa计算此过程所能作出的最大 功为若干？ [答案：9441J] 5在25C下，将50gN2作定温可逆压缩，从105Pa压级到2X106Pa，试计算此过程的功。如果被压缩了的气体反抗恒定外压105Pa作定温膨胀到原来的状态，问此膨胀过程的功又为若干？ [答案：-.33 X04J; 4.20 X03J] 6计算1mol理想气体在下列四个过程中所作的体积功。已知始态体积为25dm3终态体积为100dm3; 始态及终态温度均为100 Co (1) 向真空膨胀； (2) 在外压恒定为气体终态的压力下膨胀； (3) 先在外压恒定为体积等于50dm3时气体的平衡压力下膨胀，当膨胀到50dm3(此时温度仍为100C) 以后，再在外压等于100 dm3时气体的平衡压力下膨胀； (4) 定温可逆膨胀。 试比较这四个过程的功。比较的结果说明了什么问题？ [答案:0; 2326J; 310l J; 4299J] 习

第一章 钢的合金化原理作业题 参考答案要点

第一章钢的合金化原理作业题参考答案要点 1、名词解释： 1）合金元素：特别添加到钢中用以改变钢的组织、提高钢的性能的化学元素。2）微合金元素：有些合金元素如V，Nb，Ti和B等，当其含量只在0.2%左右甚至更低时（如B 0.002%）时，也会显著地影响钢的组织与 性能，将这种化学（合金）元素称为微合金元素。 3）原位析出：在淬火回火过程中，合金元素溶解于原渗碳体中，当其溶解度超过其最大溶解量后，合金渗碳体转变为特殊碳化物的析出方式。4）离位析出：在淬火回火过程中，直接从α相中析出特殊碳化物的析出方式。5）二次硬化：在强K形成元素含量较高的合金钢淬火后，在500- 600℃范围内回火时，在α相中沉淀析出这些元素的特殊碳化物，并使钢的 HRC和强度提高的现象。 6）二次淬火：在强K形成元素含量较高的合金钢淬火后，残余奥氏体十分稳定，甚至加热到500-600℃回火时升温与保温时中仍不分解，而是在 冷却时部分转变成马氏体，使钢的硬度和强度提高的现象。 2、说明钢中常用合金元素（V，Mo，Cr，Ni，Mn，Si，Al, B）对珠光体（贝 氏体）转变影响的作用机制。 答：（1）对珠光体转变影响的作用机制：P20 （2）对贝氏体转变影响的作用机制：P20 3、以低碳回火马氏体钢20SiMn2MoVB 为例，说明其合金化及热处理（淬火 加低温回火）中存在哪些强化与韧化途径？

答：低碳回火马氏体钢通过合金化与热处理工艺相结合，在实现强化的同时，保证有较好的韧性。主要体现在以下方面： （1）强化： ①C及合金元素的固溶强化； ②加入Si, Mn等合金元素能提高奥氏体的过冷能力，从而细化晶粒； ③加入V、Ti后的弥散强化; ④加入V、Ti后的细化晶粒作用； ⑤马氏体中大量位错的位错强化。 （2）韧化： ①低碳马氏体为位错型马氏体，韧性较好； ②Ni,Mn韧性元素的加入有利于提高韧性； ③工艺中的快冷、加入的合金元素对奥氏体过冷能力的提高、第二相粒子对晶粒长大的抑制作用，均能使马氏体晶粒细化，从而提高韧性； ④通过加入Si对低温回火脆性温度的延迟作用以及钢的回火稳定性的增加，可以适当提高回火温度，从而提高韧性水平。 4、为何Si-Mn-Mo-V复合添加可以大大提高钢的淬透性？ 答：Si、Mn、Mo、V这四种合金元素提高过冷奥氏体稳定性的机制不同。 （1）Si在钢中不形成碳化物，也不溶于体，因此碳化物晶核形成必须等待硅的扩散（推迟P转变）。另外，Si能提高铁原子间作用力，提高铁的自扩散激活能，推迟P和B转变； （2）Mn是扩大γ相区元素，大大增加了α形核功；且锰也是碳化物形成元素，推迟合金渗碳体的形核与长大，因此锰不仅使C曲线向右移，且使之向下移； （3）Mo是中强碳化物形成元素，除了推迟珠光体转变时碳化物的形核与长

高温合金切削特点

切削特点 a、切削力大：比切削45号钢大2～3倍。 b、切削温度高：比切削45号钢高50％左右。 c、加工硬化严重：切削它时的加工表面和已加工表面的硬度比基体高50～100％。 d、刀具易磨损：切削时易粘结、扩散、氧化和沟纹磨损。 刀具材料 a、高速钢：应选用高钒、高碳、含铝高速钢。 b、硬质合金：应采用YG类硬质合金。最好采用含TaC或NbC的细颗粒和超细颗粒硬质合金。如YG8、YG6X、YG10H、YW4、YD15、YGRM、YS2、643、813、712、726等。 c、陶瓷：在切削铸造高温合金时，采用陶瓷刀具也有其独特的优越性。 刀具几何参数 变形高温合金(如锻造、热轧、冷拔)。刀具前角γ0为10°左右；铸造高温合金γ0为0°左右，一般不鐾负倒棱。刀具后角一般α=10°～15°。粗加工时刀倾角λs为-5°～-10°，精加工时λs =O～3°。主偏角κr为45°～75°。刀尖圆弧半径r为0.5～2mm，粗加工时，取大值。 切削用量 a、高速钢刀具：切削铸造高温合金切削速度Vc为3m/min左右，切削变形高温合金Vc=5～10m/min。 b、硬质合金刀具：切削变形高温合金Vc：40～60m/min；切削铸造高温合金Vc=7～10m/min。进给量f和切削深度αp均应大于0.1mm，以免刀具在硬化后的表面进行切削，而加剧刀具磨损。 切削液 粗加工时，采用乳化液、极压乳化液。精加工时，采用极压乳化液或极压切削油。铰孔时，采用硫化油85～90％+煤油10～15%，或硫化油(或猪油)+CCl4。高温合金攻丝十分困难，除适当加大底孔直径外，应采用白铅油+机械油，或氯化石蜡用煤油稀释，或用MoS2油膏。 高温合金钻孔

合金化的特点

转炉炼钢脱氧合金化的特点 贾卫国 （陕西略阳钢铁有限责任公司炼钢分厂） 摘要：论述了转炉炼钢脱氧、合金化的特点，并结合实际对脱氧剂使用、合金化工艺进行了探索。 关键词：硅钡钙硅钒氮 一、前言 略阳钢铁有限责任公司二炼钢自投产以来，通常采用硅钡钙、增碳剂、硅铁、锰硅铁、钒氮等作为脱氧、合金化材料。在冶炼HRB335钢时，合金易结块，造成[SI]、[Mn]成分波动大，冶炼HRB400钢时，钒氮合金回收率不稳定，易出现废品等问题，为此，对原有的脱氧、合金化特点进行了解，改进合金加入量，加入方法，有效解决上述问题。 二、各种合金特点 （一）硅钡钙 主要成份Ca30.16%，Ba10.69，Si20.38，采用硅钡钙脱氧，由于在炼钢温度下Ca的蒸汽压非常高，故反应激烈，加上有部分脱氧产物为气体CO，钢液搅动比较强，有利于合金的快速溶化和成分的均匀。 加入到钢中的硅钡钙是以氧化钙、硫化钙、铝酸钙的形式存在于钢中，由于钢中的AI2O3与钙钡的脱氧产物生成复合的钙酸盐夹杂，因此，钢中单纯的铝夹杂减少。 钡在炼钢温度范围内有效地降低钙的蒸气压，增加钙在钢液中的溶解度，同硅钙合金相比，用硅钡钙合金作为钙源加入钢液中，加入的钙量即

使是钙合金加入量的一半时，钢液中的钙含量却是硅钙合金的两倍左右，钙在钢液中也显著提高，充分显示钡在钢液中有效的保护了钙，降低了钙的氧化，从而达到对钢液钙处理的目的。 （二）锰的特点 锰是一种非常弱的脱氧剂，在碳含量非常低，氧含量很高时，可以显示出脱氧作用。 锰的作用是消除钢中硫的热脆倾向，改变硫化物的形态和分布以提高钢质。 锰对铁素体的固溶强化能力极强，可以提高钢的强度，钢含锰量高时，具有明显的回火脆性，锰对钢有使钢过热的倾向，为了克服这一倾向，可在钢中配加少量细化晶粒的元素钒等。钒产生极稳定的碳化物，可以强烈细化晶粒，所以钢中加钒对钢的性能特别有利。 （三）硅的特点 硅是钢中最基本的脱氧剂。普通钢中硅在0.17—0.37%,1450℃钢凝固时，能保证钢中与其平衡的氧小于碳平衡的量，抑制凝固过程中CO气泡的产生。 硅在钢中溶于铁素体内使钢的强度，硬度增加，塑性、韧性降低，硅与钢水中的FeO能结成密度较小的硅酸盐炉渣而被除去。 硅能还原钒 ①2/5V2O5+Si=4/5V+SiO2 ②1/2 V2O4+Si=V+SiO2 ③2/3 V2O3+Si=4/3V+SiO2

第02章 热力学第一定律

第2章 热力学第一定律 思考题 1．判断下列6个过程中，哪些是可逆过程? （1）用摩擦的方法生电； （2）房间内一杯水蒸发为蒸汽； （3）水在沸点时变成同温、同压的蒸汽； （4）在等温等压下混合N 2(g)和O 2(g)； （5）恒温下将1mol 水倾入大量溶液中，溶液浓度未变； （6）水在冰点时变成同温、同压的冰。 2．下面两种说法是否正确？ （1）状态固定后状态函数都固定，反之亦然。 （2）状态改变后，状态函数一定都改变。 3．因为△U=Q V ，△H=Q p ，所以Q V ，Q p 是特定条件下的状态函数。这种说法对吗？ 4．气缸内有一定量理想气体，反抗一定外压做绝热膨胀，则△H=Q p =0。这种说法对不对？ 5．理想气体绝热可逆和绝热不可逆过程的功，都可用公式W=C V △T 计算，两种过程的功是否一样？ 6．请指出下面所列公式的适用条件： （1）△H=Q p ；（2）△U=Q V ；（3）2 1V ln V W nRT 7．用热力学概念判断下列各过程中功、热、热力学能和焓的变化值。 （1）理想气体自由膨胀； （2）Zn(s) + 2HCl(l) = ZnCl 2 + H 2(g)进行非绝热等压反应； （3）H 2(g) + Cl 2(g) = 2HCl(g)在绝热钢瓶中进行； （4）常温、常压下水结成冰(273.15K ，101.325kPa ） 8．在相同的温度和压力下，一定量氢气和氧气从4种不同的途径生成相同终态的水：（1）氢气在氧气中燃烧；（2）爆鸣；（3）氢氧热爆炸；（4）氢氧燃料电池。请问这4种变化途径的热力学能和焓的变化值是否相同？ 9．一定量的水，从海洋蒸发变为云，云在高山上变为雨、雪，并凝结成冰。冰、雪融化变成水流入江河，最后流入大海。整个循环，水的热力学能和焓的变化是多少？ 10．298K ，101kPa 压力下，一杯水蒸发为同温、同压的蒸汽是不可逆过程。试将它设计成可逆过程。 概念题 1．对于理想气体的热力学能有下述4种理解： （1）状态一定，热力学能也一定； （2）对应于某一状态的热力学能是可以直接测定的； （3）对应于某一状态，热力学能只有一个数值，不可能有两个或两个以上的数值； （4）状态改变时，热力学能一定跟着改变。 其中都正确的是： （A ）（1），（2）（B ）（3），（4）（C ）（2），（4）（D ）（1），（3）

(新)耐热钢及高温合金_

耐热钢及高温合金 耐热钢及高温合金 各种动力机械，加热电站中的锅炉和蒸汽轮机、航空和舰艇用的燃汽轮机以及原子反应堆工程等结构中的许多结构件是在高温状态下工作的。工作温度的升高，一方面影响钢的化学稳定性；另一方面降低钢的强度。为此，要求钢在高温下应具有 (1)抗蠕变、抗热松弛和热疲劳性能及抗氧化能力 (2)在一定介质中耐腐蚀的能力以及足够的韧性 (3)具有良好的加工性能及焊接检 (4)按照不同用途有合理的组织稳定性。 耐热钢是指在高温下工作并具有一定强度和抗氧化耐腐蚀能力的钢种，耐热钢包括热稳定钢和热强钢。热稳定钢是指在高温下抗氧化或执高温介质腐蚀而不破坏的钢种，如炉底板、炉栅等。它们工作时的主要失效形式是高温氧化。而单位面积上承受的载荷并不大。热强钢是指在高温下有一定抗氧化能力并具有足够强度而不产生大量变

形或 断裂的钢种，如高温螺栓、涡轮叶片等。它们工作时要求承受较大的载荷，失效的主要原因是高温下强度不够。 1 钢的热稳定性和热稳定钢 一、钢的抗氧化性能及其提高途径 工件与高温空气、蒸汽或燃气相接肽表面要发生高温氧化或腐蚀破坏。因此，要求工件必须具备较好的热稳定性。 除了加入合金元素方法外，目前还采用渗金属的方法，如渗Cr、渗Al或渗Si，以提高钢的抗氧化性能。 二、热稳定钢 热稳定钢(又称抗氧化钢广泛用于工业锅炉中的构件，如炉底板、马弗罐、辐射管等这种用途的热稳定钢有铁素体F型热稳定钢和奥氏体A型热稳定钢两类。 F型热稳定钢是在F不锈钢的基础上进行抗氧化合金化而形成的钢种、具有单相F基体，表面容易获得连续的保护性氧化膜。根据使用

温度，可分为Cr13型钢、Cr18型钢和Cr25型钢等。F型热稳定钢和F不锈钢一样，因为没有相变，所以晶粒较粗大，韧性较低，但抗氧化性很强。 A型热稳定钢是在A型不锈钢的基础上进一步经Si、Al抗氧化合金化而形成的钢种。A型热稳定钢比F型热稳定钢具有更好的工艺性能和热强性。但这类钢因消耗大量的Cr、Ni资源，故从50年代起研究了Fe-Al－Mn系和Cr－Mn-N系热稳定钢，并已取得了一定进展。 2 金属的热强性 一、高温下金属材料力学性能特点 在室温下，钢的力学性能与加载时间无关，但在高温下钢的强度及变形量不但与时间有关，而且与温度有关，这就是耐热钢所谓的热强性。热强性系指耐热钢在高温和载荷共同作用下抵抗塑性变形和破坏的能力。由此可见在评定高温条件下材料的力学性能时，必须用热强性来评定。热强性包括材料高温条件下的瞬时性能和长时性能。 瞬时性能是指在高温条件下进行常现力学性能试验所测得的性能指标。如高温拉伸、高温冲击和高温硬度等。其特点是高温、短时加载，一般说来瞬时性能P是钢热强性的一个侧面，所测得的性能指标一般

02热力学第一定律

1 热力学第一定律 一、选择题 1. 理想气体向真空作绝热膨胀。 (A) 膨胀后，温度不变，压强减小; (B) 膨胀后，温度降低，压强减小; (C) 膨胀后，温度升高，压强减小; (D) 膨胀后，温度不变，压强不变。 2. 氦、氮、水蒸气（均视为理想气体），它们的摩尔数相同，初始状态相同，若使它们在体积不变情况下吸收相等的热量，则 (A) 它们的温度升高相同，压强增加相同; (B) 它们的温度升高相同，压强增加不相同; (C) 它们的温度升高不相同，压强增加不相同; (D) 它们的温度升高不相同，压强增加相同。 3. 如图所示，一定量理想气体从体积1V 膨胀到体积2V 分别经历的过程是：A →B 等压过程；A →C 等温过程；A →D 绝热过程。其中吸热最多的过程 (A) 是A →B ; (B) 是A →C ; (C) 是A →D ; (D) 既是A →B ，也是A →C ，两过程吸热一样多。 4. 一个绝热容器，用质量可忽略的绝热板分成体积相等的两部分。两边分别装入质量相等、温度相同的H 2和O 2。开始时绝热板P 固定，然后释放之，板P 将发生移动（绝热板与容器壁之间不漏气且摩擦可以忽略不计）。在达到新的平衡位 置后，若比较两边温度的高低，则结果是： (A) H 2比O 2温度高; (B) O 2比H 2温度高; (C) 两边温度相等, 且等于原来的温度; (D) 两边温度相等, 但比原来的温度降低了。 5. 如图所示，一绝热密闭的容器，用隔板分成相等的两部分， 左边盛有一定量的理想气体，压强为0p ，右边为真空。今将隔 板抽去，气体自由膨胀，当气体达到平衡时，气体的压强是 0(A)p （B ）2/0p 02(C)p γ (D) γ2/0p （v p C C /=γ） 6. 1 mol 的单原子分子理想气体从状态A 变为状态B ，如果不知是什么气体，变化过程也不知道，但A 、B 两态的压强、体积和温度都知道，则可求出： (A) 气体所作的功; (B) 气体内能的变化; (C) 气体传给外界的热量; (D) 气体的质量。 二、填空题 1. 一定量的理想气体处于热动平衡状态时，此热力学系统不随时间变化的三个宏观量是 ，而随时间不断变化的微观量是 。 2. 不规则地搅拌盛于良好绝热容器中的液体，液体温度在升高，若将液体看作系统，则： (1) 外界传给系统的热量 零； (2) 外界对系统作的功 零； (3) 系统的内能的增量 零。 （填大于、等于、小于） 3. 处于平衡态A 的热力学系统，若经准静态等容过程变到平衡 p

合金化原理

1、影响加热速度的因素有哪些？为什么？ 答：（1）加热方法（加热介质）的不同。 由综合传热公式Q=а（T介-T工）得知，当加热介质与被加热工件表面温度差（T 介-T工）越小，单位表面积上在单位时间内传给工件表面的热量越小，因而加热速度越慢。 （2）工件在炉内排布方式的影响。 工件在炉内的排布方式直接影响热量传递的通道，例如辐射传递中的挡热现象及对流传热中影响气流运动情况等，从而影响加热速度。 （3）工件本身的影响。 工件本身的几何形状、工件表面积与其体积之比以及工件材料的物理性能（C、λ、γ等）直接影响工件内部的热量传递及温度，从而影响加热速度。同种材料制成的工件，当其特征尺寸s与形状系数k的乘积相等时，以同种方式加热时则加热速度相等 2、回火炉中装置风扇的目的是什么？气体渗碳炉中装置风扇的目的是什么？ 答：回火炉中装置风扇的目的是为了温度均匀，避免因为温度不均而造成材料回火后的硬度不均。气体渗碳炉中装置的风扇的目的是为了气氛的均匀，避免造成贫碳区从而影响组织性能。 3、今有T8钢工件在极强的氧化气氛中分别与950度和830度长时间加热，试述加热后表层缓冷的组织结构，为什么？ 答：根据题意，由于气氛氧化性强，则炉火碳势低。在950℃长时间加热时，加热过程中工件表面发生氧化脱碳。工件最外层发生氧化反应，往里，由于950℃高于Fe-C状态图中的G点，所以无论气氛碳势如何低，脱碳过程中从表面至中心始终处于A状态，缓冷后，由表面至中心碳浓度由于脱碳和扩散作用，碳含量依次升高直至0.8%，所以组织依次为铁素体和珠光体逐渐过渡到珠光体，再至相当于碳含量为0.8%的钢的退火组织（P+C）。当工件在830℃加热时，温度低于G点，最外层依然会发生氧化反应。往里，工件将在该温度下发生脱碳。由于气氛氧化性极强，则碳势将位于铁素体和奥氏体的双相区，所以工件发生完全脱碳。由外及里的组织在缓冷后依次是铁素体，铁素体加珠光体，珠光体加渗碳体。 4、今有一批ZG45铸钢件，外形复杂，而机械性能要求高，铸后应采用何种热处理？为什么？ 答：实现应该采用均匀化退火，以消除铸件的偏析和应力（如果偏析不严重，也可以采用完全退火。就机械性能而言，45最好为调质，如果形状确实太复杂，淬火时容易变形、开裂、可用正火代替。 5、20GrMnTi钢拖拉机传动齿轮，锻后要进行车内孔，拉花键及滚齿等机械加工，然后进行渗碳淬火，回火。问锻后和机械加工前是否需要热处理？若需要，应进行何种热处理？主要工艺参数如何选择？ 答：锻后和机械加工前需要正火处理，这样可使同批毛坯具有相同的硬度（便于切削加工），可以细化精粒,均匀组织,为后续的渗碳与淬火提供良好的组织状态;二则应该是把硬度调整到利于切削加工的硬度 正火工艺：正火加热温度为Ac3以上120~150（即在960℃左右），其原则是在不引起晶粒粗话的前提下尽量采用高的加热温度，以加速合金碳化物的溶解和奥氏体的均匀化,然后风冷5分钟左右,接着在640℃等温适当时间后空冷，硬度在HB180左右，利于切削加工。 6、45钢普通车床传动齿轮，其工艺路线为锻造---热处理---机械加工----高频淬火—回火。试问锻后应进行何种热处理，为什么？ 答：常用淬火介质及冷却特性；进行正火处理，45钢市中碳钢，正火后其硬度接近于最佳切削加工的硬度。对45钢，虽然碳含量较高，硬度稍高，但由于正火生产率高，成本低，随意采用正火处理。

热力学第二定律习题解析

第二章热力学第二定律 习题 一 . 选择题： 1. 理想气体绝热向真空膨胀，则 ( ) (A) △S = 0，W = 0 (B) △H = 0，△U = 0 (C) △G = 0，△H = 0 (D) △U = 0，△G = 0 2. 熵变△S 是 (1) 不可逆过程热温商之和 (2) 可逆过程热温商之和 (3) 与过程无关的状态函数 (4) 与过程有关的状态函数 以上正确的是（） (A) 1，2 (B) 2,3 (C) 2 (D) 4 3. 对于孤立体系中发生的实际过程，下式中不正确的是：（） (A) W = 0 (B) Q = 0 (C) △S > 0 (D) △H = 0 4. 理想气体经可逆与不可逆两种绝热过程（） (A) 可以从同一始态出发达到同一终态 (B) 不可以达到同一终态 (C) 不能断定 (A)、(B) 中哪一种正确 (D) 可以达到同一终态，视绝热膨胀还是绝热压缩而定 5. P?、273.15K 水凝结为冰，可以判断体系的下列热力学量中何者一定为零？ (A) △U (B) △H (C) △S (D) △G 6. 在绝热恒容的反应器中，H2和 Cl2化合成 HCl，此过程中下列各状态函数的变 化值哪个为零？ ( ) (A) △r U m (B) △r H m (C) △r S m (D) △r G m 7. 在绝热条件下，用大于气筒内的压力，迅速推动活塞压缩气体，此过程的熵变为： ( ) (A) 大于零 (B) 等于零 (C) 小于零 (D) 不能确定 8. H2和 O2在绝热钢瓶中生成水的过程：（） (A) △H = 0 (B) △U = 0 (C) △S = 0 (D) △G = 0

工程结构钢的合金化原理

一、工程结构钢的合金化原理 1、低碳：由于低温韧性、焊接性和冷成型性能的要求高，其碳质量分数一般不超过0.25％。 2、加入以锰为主的合金元素，起固溶强化作用，提高钢的强度和韧性。 3、加入铌、钛或钒等辅加元素，起弥散强化作用，提高钢的强度和韧性。 4、加入少量铜（＜0.4％）和磷（0.1％左右）等，可提高抗腐蚀性能。 二、调质钢合金化特点 1、中碳，碳质量分数一般在0.25％～0.50％之间，以0.4％居多。碳量过低，不易淬硬，回火后强度不够；碳量过高则韧性不够。 2、加入提高淬透性的元素，如Cr、Mn、Ni、Si、B等。 3、加入防止第二类回火脆性的元素，如Mo、W等。 三、轴承钢的合金化特点 1、高碳，为了保证轴承钢的高硬度、高耐磨性和高强度，碳质量分数应较高，一般为0.95％～1.10％。 2、铬为基本合金元素，铬含量为0.40％～1.65％。铬能提高淬透性，并与基体金属形成合金渗碳体（Fe，Cr）3C，呈细密、均匀分布，从而提高钢的耐磨性，特别是疲劳强度。 3、加入硅、锰、钒等提高淬透性 四、渗碳钢的合金化特点 （1）碳质量分数一般在0.10％～0.25％之间，以保证零件心部有足够的塑性和韧性。 （2）加入提高淬透性的合金元素，常加入Cr、Ni、Mn等，以提高经热处理后心部的强度和韧性。Cr还能细化碳化物、提高渗碳层的耐磨性，Ni则对渗碳层和心部的韧性非常有利。 （3）加入阻碍奥氏体晶粒长大的元素，主要加入少量强碳化物形成元素Ti、V、W、Mo等，形成稳定的合金碳化物。除了能阻止渗碳时奥氏体晶粒长大外，还能增加渗碳层硬度，提高耐磨性。 五、氮化钢的合金化特点 1、低碳 2、铬、钼、锰可使钢获得足够的淬透性。 3、钼及钒能使钢在500~580℃之间长时间保温时保持强度。为了防止或减轻钢发生回火脆化，往往须要在氮化钢中加入0.2～0.5％钼。 六、弹簧钢的合金化特点 1、中、高碳。一般为0.50％～0.70％。碳质量分数过低，强度不足。碳质量分数过高时，塑性、韧性降低，疲劳抗力也下降。 2、加入以Si、Mn为主的提高淬透性的元素。 七、耐磨钢的合金化特点 1、高碳：保证钢的耐磨性和强度。其碳质量分数不超过1.4％。 2、高锰：提高钢的加工硬化率及良好的韧性。 3、一定量的硅：硅可改善钢水的流动性，并起固溶强化的作用。 八、高速钢的合金化主要特点 1、工作温度可达500~600℃，有很高的热硬性（593℃HRC＞55）。 3、高碳（0.70~1.10％C），保证硬度和耐磨性。 4、加入较多的钨、钼、钒、铬等元素。钨、钼、可产生“二次硬化”以保证热硬性，同时较多的碳化物可显著地提高耐磨性。 九、热作模具钢的合金化特点 1、中碳（0.30~0.50％C）范围 2、加入铬、硅、锰等提高淬透性，铬和硅还能提高抗氧化和抗烧蚀性。 3、镍可提高钢的韧性，并与铬、钼一起提高耐热疲劳性能。 4、钨、钼、钒可产生二次硬化效果，钼还能防止第二类回火脆性、提高高温硬度和回火稳定性。

热力学第二定律详解

热力学第二定律（英文：second law of thermodynamics）是热力学的四条基本定律之一，表述热力学过程的不可逆性——孤立系统自发地朝着热力学平衡方向──最大熵状态──演化，同样地，第二类永动机永不可能实现。 这一定律的历史可追溯至尼古拉·卡诺对于热机效率的研究，及其于1824年提出的卡诺定理。定律有许多种表述，其中最具代表性的是克劳修斯表述（1850年）和开尔文表述（1851年），这些表述都可被证明是等价的。定律的数学表述主要借助鲁道夫·克劳修斯所引入的熵的概念，具体表述为克劳修斯定理。 虽然这一定律在热力学范畴内是一条经验定律，无法得到解释，但随着统计力学的发展，这一定律得到了解释。 这一定律本身及所引入的熵的概念对于物理学及其他科学领域有深远意义。定律本身可作为过程不可逆性[2]:p.262及时间流向的判据。而路德维希·玻尔兹曼对于熵的微观解释——系统微观粒子无序程度的量度，更使这概念被引用到物理学之外诸多领域，如信息论及生态学等 克劳修斯表述 克劳修斯 克劳修斯表述是以热量传递的不可逆性（即热量总是自 发地从高温热源流向低温热源）作为出发点。 虽然可以借助制冷机使热量从低温热源流向高温热源， 但这过程是借助外界对制冷机做功实现的，即这过程除 了有热量的传递，还有功转化为热的其他影响。 1850年克劳修斯将这一规律总结为： 不可能把热量从低温物体传递到高温物体而不产生其他影响。 开尔文表述 参见：永动机#第二类永动机

开尔文勋爵 开尔文表述是以第二类永动机不可能实现这一规律作为 出发点。 第二类永动机是指可以将从单一热源吸热全部转化为 功，但大量事实证明这个过程是不可能实现的。功能够 自发地、无条件地全部转化为热；但热转化为功是有条 件的，而且转化效率有所限制。也就是说功自发转化为热这一过程只能单向进行而不可逆。 1851年开尔文勋爵把这一普遍规律总结为： 不可能从单一热源吸收能量，使之完全变为有用功而不产生其他影响。 两种表述的等价性 上述两种表述可以论证是等价的： 1.如果开尔文表述不真，那么克劳修斯表述不真：假设存在违反开尔文表述 的热机A，可以从低温热源吸收热量并将其全部转化为有用功。假设存在热机B，可以把功完全转化为热量并传递给高温热源（这在现实中可实现）。此时若让A、B联合工作，则可以看到从低温热源流向高温热源，而并未产生任何其他影响，即克劳修斯表述不真。 2.如果克劳修斯表述不真，那么开尔文表述不真：假设存在违反克劳修斯表 述的制冷机A，可以在不利用外界对其做的功的情况下，使热量由低温热源流向高温热源。假设存在热机B，可以从高温热源吸收热量 并将其中的热量转化为有用功，同时将热量传递给低温热源（这在现实中可实现）。此时若让A、B联合工作，则可以看到A与B联合组成的热机从高温热源吸收热量并将其完全转化为有 用功，而并未产生任何其他影响，即开尔文表述不真。 从上述二点，可以看出上述两种表述是等价的。

物理化学课后答案解析_热力学第一定律

第二章热力学第一定律 【复习题】 【1】判断下列说法是否正确。 （1）状态给定后，状态函数就有一定的值，反之亦然。 （2）状态函数改变后，状态一定改变。 （3）状态改变后，状态函数一定都改变。 （4）因为△U=Q v, △H =Q p，所以Q v，Q p是特定条件下的状态函数。 （5）恒温过程一定是可逆过程。 （6）汽缸内有一定量的理想气体，反抗一定外压做绝热膨胀，则△H= Q p=0。 （7）根据热力学第一定律，因为能量不能无中生有，所以一个系统若要对外做功，必须从外界吸收热量。 （8）系统从状态Ⅰ变化到状态Ⅱ，若△T=0，则Q=0，无热量交换。 （9）在等压下，机械搅拌绝热容器中的液体，使其温度上升，则△H = Q p = 0。 （10）理想气体绝热变化过程中，W=△U，即W R=△U=C V△T，W IR=△U=C V△T，所以W R=W IR。（11）有一个封闭系统，当始态和终态确定后； （a）若经历一个绝热过程，则功有定值； （b）若经历一个等容过程，则Q有定值（设不做非膨胀力）； （c）若经历一个等温过程，则热力学能有定值； （d）若经历一个多方过程，则热和功的代数和有定值。 （12）某一化学反应在烧杯中进行，放热Q1，焓变为△H1，若安排成可逆电池，使终态和终态都相同，这时放热Q2，焓变为△H2，则△H1=△H2。 【答】（1）正确，因为状态函数是体系的单质函数，体系确定后，体系的一系列状态函数就确定。相反如果体系的一系列状态函数确定后，体系的状态也就被惟一确定。（2）正确，根据状态函数的单值性，当体系的某一状态函数改变了，则状态函数必定发生改变。 （3）不正确，因为状态改变后，有些状态函数不一定改变，例如理想气体的等温变化，内能就不变。 （4）不正确，ΔH＝Qp，只说明Qp 等于状态函数H的变化值ΔH，仅是数值上相等，并不意味着Qp 具有状态函数的性质。ΔH＝Qp 只能说在恒压而不做非体积功的特定条件下，Qp

各种合金元素对钢性能的影响

三、各种合金元素对钢性能的影响 目前在合金钢中常用的合金元素有：铬(Cr)，锰(Mn)，镍(Ni)，硅(Si)，硼(B)，钨(W)，钼(Mo)，钒(V)，钛(Ti)和稀土元素(Re)等。五大元素:硅、锰、碳、磷、硫。五大杂质元素:氧、氮、磷、硫、氢。 1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。 2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。如果钢中含硅量超过0.50-0.60%，硅就算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。硅量增加，会降低钢的焊接性能。硅可提高强度、高温疲劳强度、耐热性及耐H2S等介质的腐蚀性。硅含量增高会降低钢的塑性和冲击韧性。 3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。锰可提高钢的强度，增加锰含量对提高低温冲击韧性有好处。 4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。 5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。 6、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢、耐热钢的重要合金元素。铬是合金结构钢主加元素之一，在化学性能方面它不仅能提高金属耐腐蚀性能，也能提高抗氧化性能。当其含量达到13％时，能使钢的耐腐蚀能力显著提高，并增加钢的热强性。铬能提高钢的淬透性，显著提高钢的强度、硬度和耐磨性，但它使钢的塑性和韧性降低。 7、镍（Ni）：镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。但由于镍是较稀缺的资源，故

钢的合金化原理

1 合金化原理 (1) 主要内容： (1) 1.1 碳钢概论 (1) 一、碳钢中的常存杂质 (1) 二、碳钢的分类 (2) 三、碳钢的用途 (2) 1.2 钢的合金化原理 (3) 一、合金元素的存在形式※ (3) 二、合金元素与铁和碳的相互作用及其对γ层错能的影响 (4) 三、合金元素对Fe-Fe3C相图的影响 (5) 四、合金元素对钢的热处理的影响 (6) 五、合金元素对钢性能的影响 (7) 1.3 合金钢的分类 (7) 1 合金化原理 主要内容： 概念： ⑴合金元素：特别添加到钢中为了保证获得所要求的组织结构、物理、化学和机械性能的化学元素。 ⑵杂质：冶炼时由原材料以及冶炼方法、工艺操作而带入的化学元素。 ⑶碳钢：含碳量在0.0218-2.11%范围内的铁碳合金。 ⑷合金钢：在碳钢基础上加入一定量合金元素的钢。 ①低合金钢：一般指合金元素总含量小于或等于5%的钢。 ②中合金钢：一般指合金元素总含量在5～10%范围内的钢。 ③高合金钢：一般指合金元素总含量超过10%的钢。 ④微合金钢：合金元素(如V,Nb,Ti,Zr,B)含量小于或等于0.1%，而能显著影响组织和性能的钢。 1.1 碳钢概论 一、碳钢中的常存杂质 1.锰（Mn ）和硅（Si ） ⑴Mn：W ％<0.8％①固溶强化②形成高熔点MnS夹杂物（塑性夹杂物），减Mn 少钢的热脆（高温晶界熔化，脆性↑） ％<0.5％①固溶强化②形成SiO2脆性夹杂物， ⑵Si：W Si ⑶Mn和Si是有益杂质，但夹杂物MnS、SiO2将使钢的疲劳强度和塑、韧性下降。2．硫（S）和磷（P） ⑴S：在固态铁中的溶解度极小， S和Fe能形成FeS，并易于形成低熔点共晶。

第02节热力学第一定律

第三节热力学第一定律能量守恒定律 班级______________ 姓名____________________ 【学习目标】 1、会判断W、Q、△U的正负号，能运用热力学第一定律解释自然界能量的转化转移问题 2、通过能量守恒定律的学习，认识自然规律的多样性和统一性 【课前预习】 1、一个热力学系统如果跟外界不发生热交换，那么外界对它做功，它的内能就______，反之_________。 2、一个热力学系统如果跟外界之间没有做功，那么外界对它传递热量，它的内能就______，反之______。 3、理想气体的内能只与____________有关 4、一个热力学系统的内能等于______________与___________的和，这个关系叫做热力学第一定律，关系式为：_________________． 5、第一类永动机 （1）第一类永动机：____需要任何______或______，却能_______地________的机器。 【新课教学】 【问题引入】 一定质量的气体，结过绝热压缩过程，外界对气体做的功是85J，气体内能如何变化？如果气体体积不变，气体放热135J，气体内能如何变化？如果外界对气体做功85J，同时气体放热135J，则这种情况下气体内能如何变化？变化了多少呢？ 一、热力学第一定律的内容与理解 1、内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的________和与外界对它所做的功的和。 2、表达式：ΔU＝___________。 4、热力学第一定律的应用举例 理想气体的内能只跟气体的温度有关，与体积无关。 (1)请分析一定质量的理想气体的等压膨胀过程对应的W、Q、△U的正负。

钛合金高温合金

高温合金是指以镍、钴、钛等为基，能在６００°c 以上的高温及一定应力作用下长期工作的一类金属材料。随着冶金技术的不断发展，使高温合金的综合性能得以进一步提高，具有更高的强度、硬度、抗氧化、抗腐蚀能力。同时也增加了这些金属的加工难度。 ２高温合金加工特点 对于镍合金、钛合金以及钴合金等高温合金来说，耐高温的特性直接提高了加工难度。在加工时的重切削力和产生的高温共同作用下，使刀具产生碎片或变形，进而导致刀具断裂。此外，大多数此类合金都会迅速产生加工硬化现象。工件在加工时产生的硬化表面会导致刀具切削刃在切深处产生缺口，并使工件产生不良应力，破坏加工零件的几何精度。 加工钛合金同样面临这些问题。尽管加工钛合金所需的切削力只比钢稍微高一点，但由于钛合金的特殊性能，使加工它比加工同等硬度的钢要困难得多。 主要有以下几点：１〕钛合金和其它高温合金一样，也容易产生加工硬化；２〕钛基合金导热能力很低，使加工时产生的所有热量几乎都集中在切削刃上；３〕钛合金的弹性模量很小，尤其是在重切削力时，使工件容易受刀具偏移和震动的影响；４〕最严重的是钛合金比其它高温合金化学性能都要活泼，这一点使钛合金工件在加工时很容易与刀具发生化学反应，从而导致工件产生缩孔。因为以上原因，加工耐高温合金需要特殊的加工技术，以下介绍一些加工工艺注意事项。 ３工艺方法 （１）尽量在硬化期前加工合金 许多类镍合金和钛合金都有硬化期，这意味着合金的硬度在热处理后急剧上升，使晶相排列发生变化，强度提高，研磨性提高，因而加工难度也就增大，因此，我们应该在合金硬度较小的阶段加工，典型方法是：最好在固融退火条件下将工件加工到接近最终尺寸，然后再热处理强化，在硬化期后，如果表面精度已经达到要求，只需要进行最后的精整工序。（２）使用锋利的锐角切刃的刀具 同样的原因，轻微磨过的切刃或者锋利的锐角切刃提高加工效率。钝角刀刃会导致切削力增加、积屑、材料撕裂、变形、使表面精度降低。因为锐角刀刃强度较低，较易发生崩刃，所以在对表面要求较低的粗加工中，应该使用轻微磨过的切刃，锐角刀刃则用于精加工。（３）使用强度高的几何外形的刀具 只要加工要求允许，就应该尽可能使用刀尖半径较大的刀具。较大的刀尖半径，可以使更多的刀刃投入切削，减小了每一点的受力，从而可以避免由于局部应力集中而导致的刀具断裂。（４）采取提高钢度措施的刀具 加工过程中，刀具振动会影响工件表面精度和刀具寿命，而提高刀具钢度可以减少振动，同时钢度提高也有利于保证严格的公差要求。 （５）防止工件偏移 钛合金的柔韧性相对较大，因此需要采取一些特殊措施防止工件的移动。比如使用填充金属或者特殊的夹具。 （６）在钻削加工中，采用较大的导程角 大的导程角有助于尽量减少刀具缺口，特别是在切削深度线位置，由于有更多的刀刃参加了切削，刀具损坏的可能性也就相应降低。 （７）当走刀次取大于１时，改变切削深度 切削深度线位置的缺口是由于工件表面引起的，在重复的走刀路径上使用不同的切削深度，

第三章 热力学第二定律讲解学习

第三章热力学第二定律 一、选择题 1.理想气体与温度为T 的大热源接触，做等温膨胀吸热Q，而所做的功是变到相同终态最大功的20%，则体系的熵变为（） A.ΔS = 5Q /T B.ΔS = Q /T CΔS= Q/5T D.ΔS =T/Q A 2.下列过程哪一种是等熵过程（） A. 1mol 某液体在正常沸点下发生相变 B. 1mol 氢气经一恒温可逆过程 C. 1mol 氮气经一绝热可逆膨胀或压缩过程 D. 1mol 氧气经一恒温不可逆过程 C 3.d G = ?S d T+V d p 适用的条件是（） A.只做膨胀功的单组分,单相体系 B. 理想气体 C. 定温、定压 D. 封闭体系 A 4．熵变△S 是 (1) 不可逆过程热温商之和 (2) 可逆过程热温商之和 (3) 与过程无关的状态函数 (4) 与过程有关的状态函数 以上正确的是：（） A.1,2 B. 2,3 C. 2 D.4 C 5．体系经历一个不可逆循环后（） A.体系的熵增加 B.体系吸热大于对外做功 C.环境的熵一定增加 C环境内能减少 C 6．理想气体在绝热可逆膨胀中，对体系的ΔH 和ΔS 下列表示正确的是（）A. ΔH > 0, ΔS > 0 B. ΔH = 0, ΔS = 0 C. ΔH < 0, ΔS = 0 D.ΔH < 0, ΔS < 0 B 7.非理想气体绝热可逆压缩过程的△S（） A.=0 B.>0 C.<0 D.不能确定 A 8.一定条件下，一定量的纯铁与碳钢相比，其熵值是（） A.S（纯铁）>S（碳钢） B.S（纯铁）