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文檔簡(jiǎn)介

1、合金鋼合金元素在鋼中的作用1、碳(C):鋼中含碳量增加,屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度升高,但塑性和沖擊性降低,當(dāng)碳量0.23%超過(guò)時(shí),鋼的焊接性能變壞,因此用于焊接的低合金結(jié)構(gòu)鋼,含碳量一般不超過(guò) 0.20%。碳量高還會(huì)降低鋼的耐大氣腐蝕能力,在露天料場(chǎng)的高碳鋼就易銹蝕;此外,碳能 增加鋼的冷脆性和時(shí)效敏感性。2、 硅(Si):在煉鋼過(guò)程中加硅作為還原劑和脫氧劑,所以鎮(zhèn)靜鋼含有0.15 0.30%的硅。如果鋼中含硅量超過(guò) 0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能顯著提高鋼的彈性極限,屈服 點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度,故廣泛用于作彈簧鋼。在調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼中加入1.0 1.2%的硅,強(qiáng)度可提高15 20%。硅和鉬、鎢、鉻等結(jié)

2、合,有提高抗腐蝕性和抗氧化的作用,可制造耐熱鋼。含硅1 4%的低碳鋼,具有極高的導(dǎo)磁率,用于電器工業(yè)做矽鋼片。硅量增加,會(huì)降低鋼的 焊接性能。3、 錳(Mn):在煉鋼過(guò)程中,錳是良好的脫氧劑和脫硫劑,一般鋼中含錳0.30 0.50%。在碳素鋼中加入 0.70%以上時(shí)就算錳鋼”較一般鋼量的鋼不但有足夠的韌性,且有較高的 強(qiáng)度和硬度,提高鋼的淬性,改善鋼的熱加工性能,女口16Mn鋼比A3屈服點(diǎn)高40%。含錳11 14%的鋼有極高的耐磨性,用于挖土機(jī)鏟斗,球磨機(jī)襯板等。錳量增高,減弱鋼的抗腐蝕能力,降低焊接性能。4、磷(P):在一般情況下,磷是鋼中有害元素,增加鋼的冷脆性,使焊接性能變壞,降低塑性,

3、使冷彎性能變壞。因此通常要求鋼中含磷量小于0.045%,優(yōu)質(zhì)鋼要求更低些。5、硫(S):硫在通常情況下也是有害元素。使鋼產(chǎn)生熱脆性,降低鋼的延展性和韌性, 在鍛造和軋制時(shí)造成裂紋。硫?qū)附有阅芤膊焕档湍透g性。所以通常要求硫含量小于 0.055%,優(yōu)質(zhì)鋼要求小于 0.040%。在鋼中加入 0.08-0.20%的硫,可以改善切削加工性, 通常稱易切削鋼。6、鉻(Cr):在結(jié)構(gòu)鋼和工具鋼中,鉻能顯著提高強(qiáng)度、硬度和耐磨性,但同時(shí)降低塑 性和韌性。鉻又能提高鋼的抗氧化性和耐腐蝕性,因而是不銹鋼,耐熱鋼的重要合金元素。7、鎳(Ni):鎳能提高鋼的強(qiáng)度,而又保持良好的塑性和韌性。鎳對(duì)酸堿有較高的耐腐

4、蝕 能力,在高溫下有防銹和耐熱能力。但由于鎳是較稀缺的資源,故應(yīng)盡量采用其他合金元素 代用鎳鉻鋼。8、鉬(Mo):鉬能使鋼的晶粒細(xì)化,提高淬透性和熱強(qiáng)性能,在高溫時(shí)保持足夠的強(qiáng)度和抗蠕變能力(長(zhǎng)期在高溫下受到應(yīng)力,發(fā)生變形,稱蠕變)。結(jié)構(gòu)鋼中加入鉬,能提高機(jī)械性能。 還可以抑制合金鋼由于火而引起的脆性。在工具鋼中可提高紅性。9、鈦(Ti):鈦是鋼中強(qiáng)脫氧齊嘰它能使鋼的內(nèi)部組織致密,細(xì)化晶粒力;降低時(shí)效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在鉻18鎳9奧氏體不銹鋼中加入適當(dāng)?shù)拟仯杀苊饩чg腐蝕。10、 釩(V):釩是鋼的優(yōu)良脫氧劑。鋼中加0.5%的釩可細(xì)化組織晶粒,提高強(qiáng)度和韌性。 釩與碳形成的碳化物,

5、在高溫高壓下可提高抗氫腐蝕能力。11、鎢(W):鎢熔點(diǎn)高,比重大,是貴生的合金元素。鎢與碳形成碳化鎢有很高的硬度和 耐磨性。在工具鋼加鎢,可顯著提高紅硬性和熱強(qiáng)性,作切削工具及鍛模具用。12、鈮(Nb):鈮能細(xì)化晶粒和降低鋼的過(guò)熱敏感性及回火脆性,提高強(qiáng)度,但塑性和韌 性有所下降。在普通低合金鋼中加鈮,可提高抗大氣腐蝕及高溫下抗氫、氮、氨腐蝕能力。 鈮可改善焊接性能。在奧氏體不銹鋼中加鈮,可防止晶間腐蝕現(xiàn)象。13、鈷(Co):鈷是稀有的貴重金屬,多用于特殊鋼和合金中,如熱強(qiáng)鋼和磁性材料。14、銅(Cu):武鋼用大冶礦石所煉的鋼,往往含有銅。銅能提高強(qiáng)度和韌性,特別是大氣腐蝕性能。缺點(diǎn)是在熱加工

6、時(shí)容易產(chǎn)生熱脆,銅含量超過(guò)0.5%塑性顯著降低。當(dāng)銅含量小于0.50%對(duì)焊接性無(wú)影響。15、鋁(Al):鋁是鋼中常用的脫氧劑。鋼中加入少量的鋁,可細(xì)化晶粒,提高沖擊韌性, 如作深沖薄板的08AI鋼。鋁還具有抗氧化性和抗腐蝕性能,鋁與鉻、硅合用,可顯著提高鋼的高溫不起皮性能和耐高溫腐蝕的能力。鋁的缺點(diǎn)是影響鋼的熱加工性能、焊接性能和切削加工性能。16、硼(B):鋼中加入微量的硼就可改善鋼的致密性和熱軋性能,提高強(qiáng)度。17、氮(N):氮能提高鋼的強(qiáng)度,低溫韌性和焊接性,增加時(shí)效敏感性。18、 稀土 (Xt):稀土元素是指元素周期表中原子序數(shù)為57-71的15個(gè)鑭系元素。這些元 素都是金屬,但他們的

7、氧化物很象 土”所以習(xí)慣上稱稀土。鋼中加入稀土,可以改變鋼中 夾雜物的組成、形態(tài)、分布和性質(zhì),從而改善了鋼的各種性能,如韌性、焊接性,冷加工性能。在犁鏵鋼中加入稀土,可提高耐磨性。鉬:Mo在白口鑄鐵中,質(zhì)量分?jǐn)?shù)的50%消耗于形成 Mo2C,質(zhì)量分?jǐn)?shù)25%進(jìn)入碳化物,質(zhì)量分?jǐn)?shù)25%的Mo溶入金屬集體。進(jìn)入基體的Mo提高鑄鐵的淬透性,隨 Mo量提高,淬透性改善。Mo提高高鉻白口鑄鐵淬透性的能力與鉻碳比有緊密關(guān)系。當(dāng)Mo與Cu、Ni、Cr任一元素或與 Cr+Ni二元素同時(shí)添加時(shí),提高淬透性的作用更加明顯。另外,Mo在Ni-Cr型馬氏體白口鑄鐵中有替代Ni的能力。鎳:Ni不溶于碳化物而全部進(jìn)入奧氏體,

8、因此,它提高淬透性的作用得以充分發(fā)揮。在低鉻白口鑄鐵中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)約2.5%的鎳,可促使組織中得到硬而細(xì)的珠光體。當(dāng)w(Ni)4.5%可阻止珠光體形成。更高的鎳量( w( Ni)6.5% )可使奧氏體穩(wěn)定,在低溫或 在鑄態(tài)下發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。如鎳硬白口鑄鐵在鑄態(tài)條件下就可得到馬氏體基體+M7C3共晶碳化物的組織。對(duì)于大截面高鉻白口鑄鐵,添加w(Ni)=0.2%1.5%能抑制珠光體形成,若Ni與Mo同時(shí)添加,抑制作用更明顯。銅:在低鉻與高鉻馬氏體白口鑄鐵中,銅能抑制珠光體形成的作用。由于銅在奧氏體中的溶解度有限,所以不能添加太多,以w(Cu)2.5%為宜,故Cu在鎳硬鑄鐵中不能取代 Ni。當(dāng)Cu、

9、Mo聯(lián)合添加時(shí),可顯著提高淬透性。但是過(guò)量的銅會(huì)引起殘余奧氏體增多,影響 材料耐磨性。減少鑄鐵中的碳、鉻量可降低奧氏體穩(wěn)定性,但同時(shí)將使馬氏體量減少,引起硬度降低。釩:V是強(qiáng)烈的碳化物形成元素,鑄態(tài)下形成初生碳化物,或二次碳化物,增加激冷程度。釩在薄壁鑄件中產(chǎn)生的強(qiáng)烈激冷作用可借助Ni、Cu或增加C、Si含量給與平衡。此外,少量的釩,如w(V)=0.1%0.5%可使粗大的柱狀晶細(xì)化。由于釩與溶液中的碳結(jié)合,導(dǎo)致基體 碳量降低,從而提高馬氏體轉(zhuǎn)化溫度,促使在鑄造條件下完全轉(zhuǎn)成馬氏體。硅:Si在白口鑄鐵中是被限制的元素,因?yàn)镾i增加碳的活性,容易促使石墨形成,阻止白口產(chǎn)生。另外,硅降低淬透性,容易

10、促使形成珠光體,影響材料耐磨性。低合金白口鑄鐵中w(Si)=1%左右,高鉻白口鑄鐵含硅量??刂圃趙(Si)=0.4%0.7%。Si量過(guò)低(如w(Si)0.4% )對(duì)脫氧不利。與一般結(jié)論不同,有文獻(xiàn)報(bào)道, Si在中鉻白口鑄鐵中,有使(Fe、 Cr)7C3碳化物量增加的趨勢(shì)鋼鐵材料中主要元素及其對(duì)組織和性能的影響元素符號(hào)對(duì)組織的影響對(duì) 性 能 的 影 響Al縮小丫相區(qū),形成丫相圈;在a鐵及丫鐵中的最大溶解度分別為36%及0.6%,不形成碳化物,但與氮及氧親和力極強(qiáng)主要用來(lái)脫氧和細(xì)化晶粒。在滲碳鋼中促使形成堅(jiān)硬耐蝕的滲碳層。含量高時(shí),賦予鋼高溫抗氧化及耐氧化性介質(zhì)、 H2S 氣體的腐蝕作用。 固溶強(qiáng)

11、化作用大。在耐熱合金中,與鎳形成丫相(Ni3AI ),從而提高其熱強(qiáng)性。有促使石墨化傾向,對(duì)淬透性影響不顯著As縮小丫相區(qū),形成丫相圈,作用與磷相似,在鋼中偏析嚴(yán)重含量不超過(guò)0.2%時(shí),對(duì)鋼的一般力學(xué)性能影響不大,但增加回火脆性敏感性B 縮小丫相區(qū),但因形成Fe2B,不形成丫相圈。在a鐵及丫鐵中的最大溶解度分別為 0.008%及 0.02%微量硼在晶界上阻抑鐵素體晶核的形成,從而延長(zhǎng)奧氏體的孕育期,提高鋼的淬透性。但隨鋼中碳含量的增加,此種作用逐漸減弱以至完全消失C 擴(kuò)大丫相區(qū),但因滲碳體的形成,不能無(wú)限固溶。在a鐵及丫鐵中的最大溶解度分別為 0.02%及2.1%隨含量的增加,提高鋼的硬度和強(qiáng)

12、度,但降低其塑性和韌性Co 無(wú)限固溶于 丫鐵,在a鐵中的溶解度為76%。非碳化物形成元素有固溶強(qiáng)化作用, 賦予鋼紅硬性, 改善鋼的高溫性能和抗氧化及耐蝕的能力, 為超硬高速鋼及高溫合 金的重要合金化元素。提高鋼的 MS 點(diǎn),降低鋼的淬透性Cr 縮小丫相區(qū),形成丫相圈,在a鐵中無(wú)限固溶,在 丫鐵中的最大溶解度為12.5% , 中等碳化物形成元素,隨鉻含量的增加,可形成(Fe, Cr) 3C,( Cr , Fe) 7C3,(Cr , Fe)23C6 等碳化物增加鋼的淬透性并有二次硬化作用,提高高碳鋼的耐磨性。含量超過(guò) 12%時(shí),使鋼有良好的高溫抗氧化性和耐氧化性介質(zhì)腐蝕的作用,并增加鋼的熱強(qiáng)性。

13、為不銹耐酸鋼及耐熱鋼的主要合金化元素。含量高時(shí),易發(fā)生b和475C脆性Cu擴(kuò)大丫相區(qū),但不無(wú)限固溶;在 a鐵及丫鐵中的最大溶解度分別約 2%或 8.5%。在724C及700C時(shí),在 a鐵中的溶解度劇降至 0.68%及0.52%當(dāng)含量超過(guò) 0.75%時(shí),經(jīng)固溶處理和時(shí)效后可產(chǎn)生時(shí)效強(qiáng)化作用。含量低時(shí),其作用與鎳相似,但較弱。含量 較高時(shí),對(duì)熱變形加工不利,如超過(guò) 0.30%,在氧化氣氛中加熱,由于選擇性氧化作用,在 表面將形成一富銅層, 在高溫熔化并侵蝕鋼表面層的晶粒邊界, 在熱變形加工時(shí)導(dǎo)致高溫銅 脆現(xiàn)象。如鋼中同時(shí)含有超過(guò)銅含量 1/3 的鎳,則可避免此種銅脆的發(fā)生,如用于鑄鋼件則 無(wú)上述弊

14、病。在低碳低合金鋼中,特別與磷同時(shí)存在時(shí),可提高鋼的抗大氣腐蝕性能。Cu2% 3%在奧氏體不銹鋼中可提高其對(duì)硫酸、磷酸及鹽酸等的抗腐蝕性及對(duì)應(yīng)力腐蝕的穩(wěn)定性 H擴(kuò)大丫相區(qū),在奧氏體中的溶解度遠(yuǎn)大于在鐵素體中的溶解度;而在鐵素體中的溶解度也隨溫度的下降而劇減氫易使鋼產(chǎn)生白點(diǎn)等不允許有的缺陷, 也是導(dǎo)致焊縫熱影響區(qū)中發(fā)生冷裂的重要因素。因此,應(yīng)采取一切可能的措施降低鋼中的氫含量Mn擴(kuò)大丫相區(qū),形成無(wú)限固溶體。對(duì)鐵素體及奧氏體均有較強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用。為弱碳化物形成元素, 進(jìn)入滲碳體替代部分鐵原子, 形成合金滲碳體與硫形成熔點(diǎn)較高的MnS,可防止因FeS而導(dǎo)致的熱脆現(xiàn)象。降低鋼的下臨界點(diǎn),增加奧氏體冷

15、卻時(shí)的過(guò) 冷度, 細(xì)化珠光體組織以改善其機(jī)械性能, 為低合金鋼的重要合金化元素之一, 并為無(wú)鎳及 少鎳奧氏體鋼的主要奧氏體化元素。 提高鋼的淬透性的作用強(qiáng), 但有增加晶粒粗化和回火脆 性的不利傾向Mo縮小丫相區(qū),形成丫相圈,在a鐵及丫鐵中的最大溶解度分別約 4%及37.5%。強(qiáng)碳化物形成元素阻抑奧氏體到珠光體轉(zhuǎn)變的能力最強(qiáng),從而提高鋼的淬透性, 并為貝氏體高強(qiáng)度鋼的重要合金化元素之一。含量約0.5%時(shí),能降低或抑止其他合金元素導(dǎo)致的回火脆性。 在較高回火溫度下, 形成彌漫分布的特殊碳化物,有二次硬化作用。提高鋼的熱強(qiáng)性和 蠕變 強(qiáng)度 ,含 Mo2% 3%能增 加耐 蝕鋼抗 有機(jī) 酸及 還原性

16、介質(zhì)腐 蝕的 能力 o ( u# D R& % A;N擴(kuò)大丫相區(qū),但由于形成氮化鐵而不能無(wú)限固溶;在a鐵及丫鐵中的最大溶解度分別約 0.1%及 2.8%。不形成碳化物,氮與鋼中其他合金元素形成氮化物,如TiN, VN, AlN等有固溶強(qiáng)化和提高淬透性的作用, 但均不太顯著。 由于氮化物在晶界上析出, 提 高晶界高溫強(qiáng)度,從而增加鋼的蠕變強(qiáng)度。在奧氏體鋼中,可以取代一部分鎳。與鋼中其他 元素化合, 有沉淀硬化作用;對(duì)鋼抗腐蝕性能的影響不顯著, 但鋼表面滲氮后,不僅增加其 硬度和耐磨性能,也顯著改善其抗蝕性。在低碳鋼中,殘余氮會(huì)導(dǎo)致時(shí)效脆性Nb縮小丫相區(qū),但由于拉氏相 NbFe2的形成而不形成 丫

17、相圈;在a鐵及丫鐵中的最大溶解度分別約為 1.8%及 2.0%。強(qiáng)碳化物及氮化物形成元素部分元素進(jìn)入固溶體,固溶強(qiáng)化作用很強(qiáng)。 固溶于奧氏體時(shí),顯著提高鋼的淬透性; 但以碳化物及氧化物微細(xì) 顆粒形態(tài)存在時(shí),卻細(xì)化晶粒并降低鋼的淬透性。增加鋼的回火穩(wěn)定性,有二次硬化作用。 微量鈮可以在不影響鋼的塑性或韌性的情況下, 提高鋼的強(qiáng)度。 由于細(xì)化晶粒的作用, 提高 鋼的沖擊韌性并降低其脆性轉(zhuǎn)折溫度。 當(dāng)含量大于碳含量的 8 倍時(shí),幾乎可以固定鋼中所有 的碳, 使鋼具有很好的抗氫性能;在奧氏體鋼中, 可以防止氧化介質(zhì)對(duì)鋼的晶間腐蝕。 由于 固定鋼中的碳和沉淀硬化作用,可以提高熱強(qiáng)鋼的高溫性能,如蠕變強(qiáng)度

18、等Ni擴(kuò)大丫相區(qū),形成無(wú)限固溶體,在a鐵中的最大溶解度約 10%。不形成碳化物固溶強(qiáng)化及提高淬透性的作用中等。 細(xì)化鐵素體晶粒, 在強(qiáng)度相同的條件下, 提高鋼的塑性和韌性,特別是低溫韌性。為主要奧氏體形成元素并改善鋼的耐蝕性能。與鉻、 鉬等聯(lián)合使用, 提高鋼的熱強(qiáng)性和耐蝕性, 為熱強(qiáng)鋼及奧氏體不銹耐酸鋼的主要合金元素之 一三維網(wǎng)技術(shù)論壇 3 3 N5 $ _: g* N9 sO 縮小丫相區(qū),但由于氧化鐵的形成,不形成丫相圈;在a鐵及丫鐵中的最大溶解度分別約為 0.03%及 0.003%固溶于鋼中的數(shù)量極少,所以對(duì)鋼性能的影響并不顯著。超過(guò)溶解度部分的氧以各種夾雜的形式存在,對(duì)鋼塑性及韌性不利P

19、 縮小丫相區(qū),形成丫相圈;在a鐵及丫鐵中的最大溶解度分別為 2.8%及0.25%。不 形成碳化物,但含量高時(shí)易形成 Fe3P固溶強(qiáng)化及冷作硬化作用極強(qiáng);與銅聯(lián)合使用,提高低合金高強(qiáng)度鋼的耐大氣腐蝕性能, 但降低其冷沖壓性能。與硫錳聯(lián)合使用, 增加 鋼的被切削性。在鋼中偏析嚴(yán)重。增加鋼的回火脆性及冷脆敏感性Pb基本上不溶于鋼中含量在 0.2%左右并以極微小的顆粒存在時(shí),能在不顯著影響其他性能的前提下,改善鋼的被切削性RE包括元素周期表川B族中鑭系元素及釔和鈧, 共17個(gè)元素。它們都縮小丫相區(qū),除鑭外,都由于中間化合物的形成而不形成丫相圈;它們?cè)阼F中的溶解度都很低,如鈰和釹的溶解度都不超過(guò) 0.5

20、%。它們?cè)阡撝校霐?shù)以上進(jìn)入碳化物中,小部分進(jìn)入夾雜物中,其 余部分存在于固溶體中。它們和氧、硫、磷、氮、氫的親和力很強(qiáng),和砷、銻、鉛、鉍、錫 等也都能形成熔點(diǎn)較高的化合物有脫氣、 脫硫和消除其他有害雜質(zhì)的作用。 還改善夾雜物的形態(tài)和分布,改善鋼的鑄態(tài)組織,從而提高鋼的質(zhì)量。0 .2 %的稀土加入量可以提高鋼的抗氧化性、高溫強(qiáng)度及蠕變強(qiáng)度;也可以較大幅度地提高不銹耐酸鋼的耐蝕性S縮小丫相區(qū),因有FeS的形成,未能形成 丫相圈。在鐵中溶解度很小,主要以硫化物的形式存在提高硫和錳的含量, 可以改善鋼的被切削性。 在鋼中偏析嚴(yán)重, 惡化鋼的質(zhì)量。如以熔點(diǎn)較低的 FeS 的形式存在時(shí),將導(dǎo)致鋼的熱脆現(xiàn)

21、象。為了防止因硫?qū)е?的熱脆應(yīng)有足夠的錳,使形成熔點(diǎn)較高的MnS。硫含量偏高,焊接時(shí)由于SO2的產(chǎn)生,將在焊縫金屬內(nèi)形成氣孔和疏松Si縮小丫相區(qū),形成丫相圈;在a鐵及丫鐵中的溶解度分別為 18.5%及2.15%。不形成碳化物為常用的脫氧劑。 對(duì)鐵素體的固溶強(qiáng)化作用僅次于磷, 提高鋼的電阻率, 降低磁滯損耗, 對(duì)磁導(dǎo)率也有所改善, 為硅鋼片的主要合金化元素。 提高鋼的淬透性和抗回火 性,對(duì)鋼的綜合力學(xué)性能,特別是彈性極限有利。 還可增強(qiáng)鋼在自然條件下的耐蝕性。 為彈 簧鋼和低合金高強(qiáng)度鋼中常用的合金元素。 含量較高時(shí), 對(duì)鋼的焊接性不利, 因焊接時(shí)飛濺 較嚴(yán)重,有損焊縫質(zhì)量,并易導(dǎo)致冷脆;對(duì)中高

22、碳鋼回火時(shí)易產(chǎn)生石墨化Ti縮小丫相區(qū),形成丫相圈;在a鐵及丫鐵中的最大溶解度分別約為 7%及0.75% ,系最強(qiáng)的碳化物形成元素,與氮的親和力也極強(qiáng)固溶狀態(tài)時(shí),固溶強(qiáng)化作用極強(qiáng), 但同時(shí)降低固溶體的韌性。固溶于奧氏體中提高鋼淬透性的作用很強(qiáng),但化合鈦,由于其細(xì)微顆粒形成新相的晶核從而促進(jìn)奧氏體分解,降低鋼的淬透性。提高鋼的回火穩(wěn)定性, 并有二次硬化作用。含量高時(shí)析出彌散分布的拉氏相TiFe2,而產(chǎn)生時(shí)效強(qiáng)化作用。提高耐熱鋼的抗氧化性和熱強(qiáng)性,如蠕變和持久強(qiáng)度。在高鎳含鋁合金中形成丫相Ni3 (Al , Ti ),彌散析出,提高合金的熱強(qiáng)性,有防止和減輕不銹耐酸鋼晶間和應(yīng)力腐蝕的作用。由于細(xì)化晶

23、粒和固定碳,對(duì)鋼的焊接性有利V縮小丫相區(qū),形成丫相圈;在a鐵中無(wú)限固溶,在y鐵中的最大溶解度約 1.35%。強(qiáng)碳化物及氮化物形成元素固溶于奧氏體中可提高鋼的淬透性;但以化合物狀態(tài)存在的釩,由于這類化合物的細(xì)小顆粒形成新相的晶核,將降低鋼的淬透性。 增加鋼的回火穩(wěn)定性并有強(qiáng)烈的二次硬化作用。有細(xì)化晶粒作用,所以對(duì)低溫沖擊韌度有利。碳化釩是金屬碳化物中最硬最耐磨的, 可提高工具鋼的使用壽命。釩通過(guò)細(xì)小碳化物顆粒的彌散分布可以提高鋼的蠕變和持久強(qiáng)度。釩、碳含量比大于5.7時(shí)可防止或減輕介質(zhì)對(duì)不銹耐酸鋼的晶間腐蝕,并大大提高鋼抗高溫高壓氫腐蝕的能力,但對(duì)鋼高溫抗氧化不利。合金模具鋼中加入合金元素的目的

24、及作用Mn1、在低含量范圍內(nèi),對(duì)鋼具有很大的強(qiáng)化作用,提高強(qiáng)度、硬度和耐磨性2、降低鋼的臨界冷卻速度,提高鋼的淬透性3、稍稍改善鋼的低溫韌性4、在高含量范圍內(nèi),作為主要的奧氏體化元素。Si1、強(qiáng)化鐵素體,提高鋼的強(qiáng)度和硬度2、降低鋼的臨界冷卻速度,提高鋼的淬透性3、提高鋼的氧化性腐蝕介質(zhì)中的耐蝕性,提高鋼的耐熱性4、 磁鋼中的主要合金元素(含量在0.40%范圍內(nèi)時(shí),改善熱裂傾向,含量高時(shí),易形成柱 狀晶,增加熱裂傾向。)Cr1、在低合金范圍內(nèi),對(duì)鋼具有很大的強(qiáng)化作用,提高強(qiáng)度、硬度和耐磨性2、降低鋼的臨界冷卻速度,提高鋼的淬透性3、提高鋼的耐熱性4、在高合金范圍內(nèi),使鋼具有對(duì)強(qiáng)氧化性酸類等腐蝕

25、介質(zhì)的耐腐蝕能力Mo1、強(qiáng)化鐵素體,提高鋼的強(qiáng)度和硬度2、降低鋼的臨界冷卻速度,提高鋼的淬透性3、提高鋼的耐熱性和高溫強(qiáng)度Ni1、提高鋼的強(qiáng)度,而不降低其塑性,改善鋼的低溫韌性2、降低鋼的臨界冷卻速度,提高鋼的淬透性3、擴(kuò)大奧氏體區(qū),是奧氏體化的有效元素4、本身具有一定耐蝕性,對(duì)一些還原性酸類有良好的耐蝕能力Al1煉鋼中起良好的脫氧作用2、細(xì)化鋼的晶粒,提高鋼的強(qiáng)度3、提高鋼的抗氧化性能,提高不銹鋼對(duì)強(qiáng)氧化性酸類的耐蝕能力Si1硫在鋼中以FeS-Fe共晶體存在于鋼的晶粒周界,降低鋼的力學(xué)性能,優(yōu)制鋼含硫量一般 應(yīng)限制在0.04%以下。2、在機(jī)械制造中,有時(shí)為了改善某些鋼的切削加工性能,人為將含

26、硫量提高,以形成硫化 物,起中斷基體連續(xù)性的作用。3、硫含量的提高,增加鑄件熱裂傾向。H:煉鋼過(guò)程中鋼液從爐氣中吸收氫鋼液中氫的溶解度隨溫度升高而提高,在緩慢凝固條件下,氫以針孔形態(tài)析出??焖倌虝r(shí),析出氫在鐵的晶格內(nèi)造成高應(yīng)力狀態(tài),導(dǎo)致脆性。Ni煉鋼過(guò)程中鋼液從爐氣中吸收氮1鋼液中溶解的氮在凝固過(guò)程中因溶解度降低而析出,并與鋼中的Si、Al、Zr等元素化合,生成SiN、AlN、ZrN等氮化物。少量氮化物能細(xì)化鋼的晶粒。氮休物多時(shí),會(huì)使鋼的塑性 和韌性降低。2、氮屬于擴(kuò)大奧氏體區(qū)元素,在鋼中可部分代替鎳的作用,是鉻錳氮不銹鋼中的合金元素,在超低碳不銹鋼中,可代替碳的作用,提高鋼的強(qiáng)度。O:1鋼

27、液中溶解的FeO在凝固前溫度降低過(guò)程中與鋼液中的碳起反應(yīng),生成一氧化碳?xì)馀荩?在鑄件中造成氣孔。2、鋼液凝固過(guò)程中,F(xiàn)eO因溶解度下降而析出在鋼的晶粒周界處,降低鋼的性能。合金模具鋼中為什么加入大量的合金元素?都加入哪些合金元素?加入大量的合金元素可以改善模具鋼原有的性能譬如改善強(qiáng)韌性、增加淬透性、增加耐磨與耐蝕性、提高熱穩(wěn)定性、改善切削加工工藝性等,使模具鋼更能滿足模具的使用要求。合金模具鋼中所加的合金元素有:第二周期B、C、N ;第三周期Si、Al、P、S;第四周期V、Cr、Ti、Mn、Co、Ni、Cu;第五周期 Y、Zr、Nb、Mo ;第六周期 La族、 Ta、W。依據(jù)合金元素與 C的親

28、和力的大小,合金模具鋼中加入的合金元素可分為四類:強(qiáng)碳化物形成元素,如 Ti、Zr、Nb、V :中強(qiáng)碳化物形成元素,如W、Mo、Cr;弱碳化物形成元素,如 Mn ;非碳化物形成元素,如Ni、Si、Al、Co、Cu、P、S、N.合金模具鋼中加入合金元素的目的是什么? 合金模具鋼實(shí)質(zhì)上是在優(yōu)質(zhì)或高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳鋼的基礎(chǔ)上加入合金元素形成的。 加入合金元 素的目的有這些:1提高模具鋼的淬透性,增加模具鋼的硬化層深度;2形成大量的合金碳化物,作為模具鋼中的強(qiáng)化相,增加模具鋼的強(qiáng)度、硬度與耐磨性;3細(xì)化晶粒,提高模具鋼的強(qiáng)度與韌性;4固溶于基體組織中,起固溶強(qiáng)化作用;5脫溶于基體組織,起沉淀強(qiáng)化作用;6消除或

29、降低模具鋼的回火脆性;7固溶于基體組織中,提高模具鋼的熱穩(wěn)定性和回火穩(wěn)定性;8.改善模具鋼的耐蝕性及抗高溫氧化性;9降低模具鋼的淬火變形,保持鋼件的尺寸穩(wěn)定;10.改善切削加工工藝性。合金模具鋼的合金元素主要起什么作用?合金元素所起的作用有以下幾個(gè)方面。對(duì)臨界點(diǎn)的影響 Mn、 Co、 Ni 、 C、 Cu、 N 等元素合 A3 溫度下降, A4 溫度升高; V、 Cr、 Ti、 Mo、 W、 Al、 P、 Sn、 Sb、 As、 B、 Zr、 Nb、 Ta、 S、 Ce 等元素使 A3 溫度升高, A4 溫度下降。2對(duì)鐵-碳合金臨界點(diǎn)的影響 Mn、Ni、C、Cu、N等元素使鐵碳相圖中的 S點(diǎn)和

30、E點(diǎn)向下 并向左移,A3線(GS線)也向下移(Co除外);V、Cr、Ti、Mo、W、Al、P、Sn、Sb、 As、B、Zr、Nb、Ta、S、Ce等元素使 S點(diǎn)和E點(diǎn)上升并向左移。與模具鋼中晶體缺陷的相互作用 一些合金元素與晶界結(jié)合, 形成晶界偏聚; 與位錯(cuò)結(jié)合 形成柯垂耳氣團(tuán)。對(duì)鋼的組織及性能產(chǎn)生影響,如產(chǎn)生晶界強(qiáng)化、出現(xiàn)晶界脆性、 出現(xiàn)晶間腐蝕等。5固溶于基體組織中起固溶強(qiáng)化作用 碳化物形成元素 Ti、 Zr、 Nb、 V、 W、 Mo、 Cr、 Mn 等與非碳化物形成元素 Ni、 Si、 Al、 Co、 Cu、 P、 S、 N 等,在高溫時(shí)能固溶于奧氏體中, 相變后遺留固溶于室溫組織中,對(duì)

31、基體組織起固溶強(qiáng)化作用。6對(duì)C曲線影響:非碳化物形成元素 Ni、Si、Al、Cu以及弱碳化物形成元素 Mn等使C曲 線右移而不改變曲線形狀。Co使C曲線左移。碳化物形成元素 W、Mo、Cr、V等不僅使C曲線右移而且使其形狀改變?yōu)榫哂猩?、下兩面三刀個(gè)“ C形曲線。提高臨界點(diǎn)的元素如Si、Al、 Co、 Cr、 Mo、 W、 V 等使 C 曲線的 “鼻子”向上移動(dòng),降低臨界點(diǎn)的元素如 Mn、 Ni、 Cu 等則使 C 曲線的 “鼻子 ”向下移動(dòng)。7對(duì)奧氏體化的影響 合金元素的加入提高了鋼奧氏體化溫度和延長(zhǎng)了奧氏體化的時(shí)間。Al、 Ti、 Nb、 V 元素強(qiáng)烈阻止了奧氏體晶粒長(zhǎng)大,W、 Mo 中等阻

32、止奧氏體晶粒長(zhǎng)大,C、 P、Mn (高碳時(shí))促進(jìn)奧氏體晶粒長(zhǎng)大。.合金元素對(duì)過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變影響 Ti、 Nb、 V、 W、 Mo 等強(qiáng)和中強(qiáng)碳化物形成元素強(qiáng)烈推遲珠光體轉(zhuǎn)變, 推遲貝氏體轉(zhuǎn)變較少; 升高珠光體轉(zhuǎn)變溫度范圍, 降低貝氏體轉(zhuǎn)變溫度范 圍,明顯出現(xiàn)珠光體和貝氏體兩條 C 曲線。鉻和錳等中、弱碳化物形成元素強(qiáng)烈推遲珠光 體轉(zhuǎn)變,推遲后者更顯著,因而出現(xiàn)了另一種兩條 C 曲線形式。 非碳化物形成元素鋁和硅都增加過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性, 而推遲貝氏體轉(zhuǎn)變更強(qiáng)烈。 鎳強(qiáng)烈推 遲珠光體轉(zhuǎn)變,鈷降低過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性。但鎳和鈷不改變碳鋼C 曲線的形狀。鋼中晶界偏聚強(qiáng)烈的元素如硼、 磷、稀土等元素使先

33、共析鐵素體轉(zhuǎn)變顯著推遲, 對(duì)珠光體和 貝氏體轉(zhuǎn)變推遲較弱,但不改變碳鋼 C 曲線的形狀。9對(duì)馬氏體轉(zhuǎn)變的影響多數(shù)合金元素使馬氏體點(diǎn)MS降低,其中Cr、Mn、Ni元素的作用最強(qiáng)。只有 Al 、 Co 元素是提高馬氏體點(diǎn) MS 的, Si 元素則影響不大。10對(duì)回火組織轉(zhuǎn)變的影響多數(shù)合金元素推遲馬氏體在第二階段的分解,阻止碳化物的分解和聚集, 升高殘余奧氏體的分解溫度, 改善鋼的回火穩(wěn)定性。 同時(shí)合金元素也催了二次硬化、 二次淬火現(xiàn)象。11對(duì)工藝性的影響 加入大量的合金元素促使鋼內(nèi)部產(chǎn)生大量的共晶碳化物, 給鍛造增加了 難度,經(jīng)切削加工制造了困難, 給熱處理帶來(lái)了棘手的難題, 給焊接造成了難以實(shí)現(xiàn)

34、的困難。 模具鋼中加入Pb、Ca、S、Se元素,卻能改善模具鋼的切削加工工藝性。鋼中合金元素的作用為什么要加入合金元素?1.淬透性低 2. 強(qiáng)度和屈強(qiáng)比低 3. 高溫強(qiáng)度差 4.不能滿足特殊性能的要求合金元素對(duì)鋼中基本相的影響1、合金固溶體a Fe(Me)2、合金滲碳體(Fe,Me)3C3、合金碳化物TiC 、 NbC 、 WC 、 VC 、4、非金屬夾雜MnS, MnO, SiO2 , Al2O35、Cu , Pb 以游離狀態(tài)存在合金元素在鋼中的存在形式取決于:1、合金元素本身的性質(zhì) 2、合金元素的含量以及碳的含量 3、熱處理?xiàng)l件(加熱溫度、冷卻條件)1. 形成合金碳化物 Mn:弱碳化物形成

35、元素, Cr、Mo W屬于中強(qiáng)碳化物形成元素,V、Ti、Nb Zr :是強(qiáng)碳化物形成元素。與C的親和力強(qiáng)的合金元素形成的特殊碳化物,穩(wěn)定性好,具有高熔點(diǎn)、高硬度、高耐磨性和不易分解等特點(diǎn)。碳化物的穩(wěn)定性越高, 熱處理加熱時(shí), 碳化物的溶解及奧氏體的均勻化越困難。 同樣在冷 卻及回火過(guò)程中碳化物的析出及其聚集長(zhǎng)大也越困難。2. 形成合金固溶體: 凡是溶入鐵素體的合金元素均起固溶強(qiáng)化作用, 即, 使鋼的強(qiáng)度和硬度 提高、韌性降低。三、合金元素對(duì)鐵碳合金相圖的影響1、對(duì)奧氏體相區(qū)的影響( 1)擴(kuò)大 A 區(qū)Ni、Mn Co C、N Cu等元素的加入會(huì)使奧氏體相區(qū)擴(kuò)大,特別是Ni、Mn的影響更大(2)縮小 A 區(qū)Cr、 W、 Mo、 V、 Ti 、 Al 、 Si 等元素的加入會(huì)使奧氏體相區(qū)縮小,特別是 Cr、 Si 含量高時(shí) 將限制 A 體區(qū),甚至完全消失。2、對(duì)鐵碳相圖中 S點(diǎn)、E點(diǎn)的影響所有的合金元素都使 S點(diǎn)左移,而大部分合金元素均使 E點(diǎn)左移,因此,含碳量相同的碳鋼 和合金鋼具有不同的顯微組織。3、對(duì)共析轉(zhuǎn)變溫度 A1 的影響擴(kuò)大A相區(qū)的元素使鐵碳合金相圖中共析轉(zhuǎn)變溫度A1下降;縮小A相區(qū)的元素則使其上升,并都使共析反應(yīng)在一個(gè)溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。四、合金元素對(duì)鋼熱處理的影響1、合金元素對(duì)加熱時(shí)相變的影響(1 )對(duì)奧氏體形成速度的影響 Cr、Mo W V、Ti、Nb Z

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