合金元素在金屬中的作用

1、1合金元素在鋼種的作用隨著現(xiàn)代工業(yè)和科技的開展,在機(jī)械制造中,對零件的強(qiáng)度、硬度、耐磨、耐 腐蝕性以及其他物理化學(xué)性能的要求越來越高,碳鋼已不能完全滿足這些要求.為 使鋼合金化而增強(qiáng)其綜合性能,必須要添加其他合金元素.本節(jié)主要介紹兒種常見 的元素對鋼性能的影響.1.1硅在鋼種的作用L.對鋼性能的影響1提升鐵素體和奧氏體的強(qiáng)度和硬度；顯著提升鋼的彈性極限、屈服強(qiáng)度和屈 服比,對疲勞強(qiáng)度也有所提升.2改善鋼的耐磨性3在硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過3%時(shí),鋼的塑性和韌性顯著下降.4使鋼種形成帶狀組織,造成橫向性能低于縱向性能.5使鋼的密度、電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率和電阻溫度系數(shù)降低.6提升鋼在高溫情況下的抗氧化水平.7使

2、鋼的焊接性變差8當(dāng)鋼的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過2. 5%時(shí),鋼的塑性加工較為困難.2.在鋼中的應(yīng)用1在普通低合金鋼中提升強(qiáng)度,改善局部腐蝕水平,在調(diào)質(zhì)鋼中提升淬透性和 耐回火性.2硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 5%2. 8%的SiMn或SiMnB鋼廣泛用于高載負(fù)荷彈簧材 料.3通常所說的硅鋼片是硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1. 0%4. 5%的低碳鋼和超低碳鋼,常用 于電動(dòng)機(jī)和變壓器.4在不銹鋼中與M.、隊(duì)Cr、Ti、N等配用可提升鋼的耐腐蝕性以及抗高溫氧 化性.5硅含量較高的石墨鋼用于冷作模具材料.1.2鎰在鋼種的作用1對鋼性能的影響1在增增強(qiáng)度的同時(shí),對延展性無影響.2由于珠光體被細(xì)化,顯著提升了低碳和中碳珠光體鋼種的強(qiáng)度,

3、使延展性有 所降低.3通過提升淬透性可提升鋼的力學(xué)性能.4在嚴(yán)格限制熱處理工藝的前提下,鎰不會(huì)降低鋼的韌性.5使鋼的電導(dǎo)率急劇下降,電阻率相應(yīng)增大.6隨著鎰含量的增加,鋼的熱導(dǎo)率急劇下降,線膨脹系數(shù)上升,使快速加熱或冷 卻成型時(shí)形成較大內(nèi)應(yīng)力,零件開裂傾向加大.7對永磁合金有利,對軟磁合金有害.8當(dāng)鎰的含量很高時(shí),鋼的抗氧化性能下降.9可消除鋼的熱脆性,改善熱加工性能.10由于提升了淬透性和降低了馬氏體轉(zhuǎn)變溫度,對焊接性有不利影響.2在鋼種的應(yīng)用1易切削鋼中常有適量的Mn和P, MnS使切削易于碎斷.2在普通低合金鋼中利用鎰提升鋼的強(qiáng)度,鎰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為心%3滲碳和調(diào)制合金結(jié)構(gòu)鋼的許多系列中

4、含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過2%的鎬.4在彈簧鋼、軸承鋼和工具鋼產(chǎn)品中,鎰可提升淬透性.1.3鐐在鋼中的作用1. 對鋼性能的影響.1強(qiáng)化鐵素體并細(xì)化和增多珠光體,提升鋼的強(qiáng)度,對鋼的塑性影響較小.常 用來生產(chǎn)各種工具2含鐐鋼的碳含量可適當(dāng)降低,因而可使韌性和塑性有所改善.3由于對提升鋼的淬透性和耐回火性的作用并不十清楚顯,所以鐐對調(diào)制鋼的 意義不大.4提升鋼的疲勞性能,減小鋼對缺口的敏感性.5強(qiáng)烈降低鋼的熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率.6當(dāng)鐐的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過15%20%的鋼對硫酸和鹽酸有很高的耐蝕性,但不能耐 硝酸腐蝕.7含鐐較高的鋼在焊接時(shí)應(yīng)采用奧氏體焊條,以預(yù)防裂紋的產(chǎn)生.2在鋼中的應(yīng)用1單純的鐐鋼只有在要求特別高的

5、沖擊韌度或很低的工作溫度才能使用.2機(jī)械制造中使用鐐銘或者鐐銘鉗鋼,在熱處理后獲得強(qiáng)度和韌性配合良好的 綜合力學(xué)性能.含鐐鋼特別適用于需要便面滲碳的零件.3在高合金奧氏體不休耐熱鋼中鐐是奧氏體化元素,能提供良好的綜合性能, 主要為NiCr系鋼.1.4鉆在鋼中的作用1. 對鋼性能的影響1強(qiáng)化鋼的基體,在退火或正火狀態(tài)的碳素鋼中提升硬度和強(qiáng)度,但會(huì)引起塑 性和沖擊韌度的下降.2顯著提升特殊用途鋼的熱強(qiáng)性和高溫硬度.3提升馬氏體時(shí)效鋼的綜合力學(xué)性能,使其具有超強(qiáng)韌性.4提升耐熱鋼的抗氧化性能.5增加磁飽和性能2在鋼中的應(yīng)用1主要用于高速鋼、馬氏體時(shí)效鋼、耐熱鋼以及精密合金等.1.5銘在鋼中的作用1對

6、鋼性能的影響1提升鋼的強(qiáng)度和硬度,同時(shí)參加其它合金元素時(shí),效果顯著.2顯著提升鋼的韌脆轉(zhuǎn)變溫度.3含銘量較高時(shí)沖擊韌度急劇下降.4提升鋼的耐磨性,易獲得較低的外表粗糙值.5降低鋼的電導(dǎo)率和電阻溫度系數(shù).6銘使鋼的外表形成鈍化膜,顯著提升鋼的耐蝕性.假設(shè)有銘的碳化物析出時(shí), 使鋼的耐蝕性能下降.7提升鋼的抗氧化性能.8可以降低鋼的塑性.2在鋼中的應(yīng)用1合金結(jié)構(gòu)鋼中主要利用銘提升淬透性,并可在滲碳外表形成銘碳化合物,以 調(diào)高其耐磨性.2彈簧中利用銘和其他元素一起提升鋼的綜合性能.3軸承鋼中利用銘對耐磨性的頁獻(xiàn)及耐磨后外表粗糙度值小的有點(diǎn).4工具鋼和高速鋼中主要利用銘提升耐磨性的作用,及具有一定的耐

7、回火性和 韌性等優(yōu)點(diǎn).5不銹鋼、耐熱鋼中銘常與鎰、氮、鐐聯(lián)合使用.當(dāng)需形成奧氏體鋼時(shí),穩(wěn)定 鐵素體的常與穩(wěn)定奧氏體的鎰、鐐之間應(yīng)有一定的比例.1.6鑰在鋼中的作用1. 對鋼性能的影響1鑰對鐵素體有固溶強(qiáng)化作用,同時(shí)也提升碳化物的穩(wěn)定性,從而提升鋼的強(qiáng) 度.2鉗對改善鋼的延展性、韌性、以及耐磨性起到有利作用.3鑰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于3%時(shí),鋼的抗氧化性減弱.4鑰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過8%的鋼仍可以鍛、軋,但含量較高時(shí),鋼對熱加工變形 增高.5鑰可以調(diào)高鋼的耐蝕性,預(yù)防鋼在氯化物溶液中點(diǎn)蝕.6在碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1. 5%的磁鋼中,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為的鑰可調(diào)高剩余磁感和嬌 頑力.2. 在鋼中的作用1鑰鋼在許多強(qiáng)狂下可代替銘

8、鐐來制造重要零件,常常被用于制造一些耐高 溫、耐高壓的I閥門和壓力容器.2在調(diào)制和滲碳結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼、軸承鋼、工具鋼、不銹耐酸鋼、耐熱鋼、 磁鋼中都到達(dá)廣泛的應(yīng)用.1.7M在鋼中的作用1. 對鋼性能的影響1少量機(jī)可使晶粒細(xì)化、提升韌性.2饑含量較高時(shí)會(huì)導(dǎo)致碳化物彌散析出時(shí),機(jī)可調(diào)高鋼的高溫持久強(qiáng)度和蠕變 抗力.3機(jī)含量較高時(shí)會(huì)導(dǎo)致聚集的碳化物出現(xiàn),使強(qiáng)度降低,碳化物在晶內(nèi)析出會(huì) 降低室溫韌性.4饑的碳化物是金屬碳化物中嘴硬最耐磨的,彌散分布的碳化物可提升工具鋼 的硬度和耐磨性.5在鐵鐐合金中參加機(jī),經(jīng)適當(dāng)熱處理后可提升磁導(dǎo)率.在永磁鋼中參加機(jī), 能夠提升永磁鋼的嬌頑力.6參加足夠量的機(jī),將頑固

9、于饑碳化合物中時(shí),可大大增加鋼在高溫高壓下對 氫的穩(wěn)定性.不銹鋼中,機(jī)可改善抗晶間腐蝕的性能.7出現(xiàn)機(jī)的氧化物時(shí),對鋼的高溫抗氧化性不利.8含機(jī)鋼在加工溫度較低時(shí)可顯著增加變形水平.9饑可改善鋼的焊接性.2. 在鋼中的應(yīng)用1在普通低合金鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼、軸承鋼、合金工具鋼、高速工具 鋼、耐熱鋼、抗氫鋼、低溫用鋼等系列中的得到廣泛應(yīng)用.1.8鈦在鋼中的作用1 .對鋼性能的影響.1當(dāng)鈦以固溶狀態(tài)存在于鐵素體之中時(shí),其強(qiáng)化作用略高于鋁、鎰、鐐、鑰 等.2鈦能提升持久強(qiáng)度和蠕變抗力.3鈦對鋼的韌性有改善作用.4提升鋼在高溫、高壓、氫氣中的穩(wěn)定性.5改善低碳鎰鋼和高合金鋼不銹鋼的焊接性.2. 在鋼

10、中的應(yīng)用1鈦?zhàn)鳛楹辖鹪卦谄胀ǖ秃辖痄?、合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼、高速工具 鋼、不銹鋼、耐熱鋼、永磁合金及鑄鋼中得到廣泛的應(yīng)用1.9鴇在鋼中的作用1.對鋼性能的影響1鴇提升了鋼的耐回火性,所形成碳化物十分堅(jiān)硬,因而提升了鋼的耐磨性,海 使鋼具有一定的熱硬性.2提升鋼在高溫時(shí)的蠕變抗力,其作用不如鑰強(qiáng).3強(qiáng)烈降低鋼的熱導(dǎo)率.4顯著提升鋼的矯頑力和剩余磁感.5鈣對鋼的耐腐蝕性和高溫抗氧化性影響很小.6變形抗力高,熱加工性能較差.2. 在鋼中的應(yīng)用鈣主要用于工具鋼,如高速鋼和熱鍛模具鋼.1. 10硼在鋼中的作用1.對鋼性能的影響1微量硼可提升鋼在淬火和低溫回火后的強(qiáng)度,并使塑性略有提升.2經(jīng)過300400C回火的含硼鋼,其沖擊韌度有所改善,且降低鋼的韌脆轉(zhuǎn)變 溫度.3奧氏體格鐐鋼中參加硼,經(jīng)固溶和實(shí)效處理后,由于沉淀強(qiáng)化作用,強(qiáng)度會(huì)有 所提升,但韌性有所下降.4硼對改善奧氏體鋼的蠕變抗力有利.在珠光體耐熱鋼中,硼可提升其高溫性 能.5硼的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過0. 007%時(shí),將導(dǎo)致鋼的熱崔現(xiàn)象,影響其熱加工性能.6含