總結(jié)金屬成分及作用

1、常用金屬材料中各種化學(xué)成分的作用及影響1生鐵生鐵中除鐵外，還含有碳、硅、錳、磷和硫等元素。這些元素對生鐵的性能均有一定的影響。碳（）：在生鐵中以兩種形態(tài)存在，一種是游離碳（石墨），主要存在于鑄造生鐵中，另一種是化合碳（碳化鐵），主要存在于煉鋼生鐵中，碳化鐵硬而脆，塑性低，含量適當(dāng)可提高生鐵的強度和硬度，含量過多，則使生鐵難于削切加工，這就是煉鋼生鐵切削性能差的原因。石墨很軟，強度低，它的存在能增加生鐵的鑄造性能。硅（）：能促使生鐵中所含的碳分離為石墨狀，能去氧，還能減少鑄件的氣眼，能提高熔化生鐵的流動性，降低鑄件的收縮量，但含硅過多，也會使生鐵變硬變脆。錳（n能溶于鐵素體和滲碳體。在高爐煉制生

2、鐵時，含錳量適當(dāng)，可提高生鐵的鑄造性能和削切性能，在高爐里錳還可以和有害雜質(zhì)硫形成硫化錳，進入爐渣。磷（）：屬于有害元素，但磷可使鐵水的流動性增加，這是因為硫減低了生鐵熔點，所以在有的制品內(nèi)往往含磷量較高。然而磷的存在又使鐵增加硬脆性，優(yōu)良的生鐵含磷量應(yīng)少，有時為了要增加流動性，含磷量可達2硫（）：在生鐵中是有害元素，它促使鐵與碳的結(jié)合，使鐵硬脆，并與鐵化合成低熔點的硫化鐵，使生鐵產(chǎn)生熱脆性減低鐵液的流動性，顧含硫高的生鐵不適于鑄造細件。鑄造生鐵中硫的含量規(guī)定最多不得超過（車輪生鐵除外）。不得超過（車輪生鐵除外）。、鋼除含碳以外，還含有少量錳、硅、硫、磷、氧（）、氮（）和氫（）等元素。這些元素

3、并非為改善鋼材質(zhì)量有意加入的，而是由礦石及冶煉過程中帶入的，故稱為雜質(zhì)元素。這些雜質(zhì)對鋼性能是有一定影響，為了保證鋼材的質(zhì)量，在國家標準中對各類鋼的化學(xué)成分都作了嚴格的規(guī)定。）碳碳是影響鑄鋼強度、硬度、韌性及淬透性、耐磨性的至關(guān)重要的元素。碳量過高，熱處理后形成的高碳馬氏體硬度高，但韌性低，且熱處理時易形成裂紋；碳量過低，硬度低，耐磨性不佳。低溫回火的.20%低合金鋼中，拉伸強度與的重量百分含量保持線性關(guān)系。x這些在體中引起間隙固溶強化而達到超高強度，低溫回火時，從體中共格沉淀出碳化物，但并未引致高強度的再升高。增加量幾乎傷害強度以外的所有性能，所以在保證強度前提下應(yīng)盡可能降低其含量。鋼中含碳

4、量增加，屈服點和抗拉強度升高，但塑性和沖擊性降低，當(dāng)碳量0.2超3過%時，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0.2。碳量高還會降低鋼的耐大氣腐蝕能力，在露天料場的高碳鋼就易銹蝕；此外，碳能增加鋼的冷脆性和時效敏感性。硫來源于煉鋼的礦石與燃料焦炭。它是鋼中的一種有害元素。硫以硫化鐵的形態(tài)存在于鋼中，和形成低熔點8化合物。而鋼材的熱加工溫度一般在0以上，所以當(dāng)鋼材熱加工時，由于化合物的過早熔化而導(dǎo)致工件開裂，這種現(xiàn)象稱為“熱脆”。含硫量愈高，熱脆現(xiàn)象愈嚴重，故必須對鋼中含硫量進行控制。高級優(yōu)質(zhì)鋼：；優(yōu)質(zhì)鋼：；普通鋼：以下。硫在通常情況下也是有害元素。使鋼產(chǎn)生熱脆性，降低

5、鋼的延展性和韌性，在鍛造和軋制時造成裂紋。硫?qū)附有阅芤膊焕?，降低耐腐蝕性。所以通常要求硫含量小于0.0，5優(yōu)5質(zhì)質(zhì)鋼要求小于0.04。0在鋼中加入0.08-0的.硫，2可0以質(zhì)改善切削加工性，通常稱易切削鋼。）磷磷是由礦石帶入鋼中的，一般說磷也是有害元素。磷雖能使鋼材的強度、硬度增高，但引起塑性、沖擊韌性顯著降低。特別是在低溫時，它使鋼材顯著變脆，這種現(xiàn)象稱冷脆.冷脆使鋼材的冷加工及焊接性變壞，含磷愈高，冷脆性愈大，故鋼中對含磷量控制較嚴。高級優(yōu)質(zhì)鋼：;優(yōu)質(zhì)鋼：0普通鋼：P8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，使冷彎性能變壞。因此通常要求鋼中含磷量小于0

6、.04，5優(yōu)質(zhì)質(zhì)鋼要求更低些。）錳錳是煉鋼時作為脫氧劑加入鋼中的。由于錳可以與硫形成高熔點的，一定程度上消除了硫的有害作用。錳具有很好的脫氧能力，能夠與鋼中的成為進入爐渣，從而改善鋼的品質(zhì)，特別是降低鋼的脆性，提高鋼的強度和硬度。因此，錳在鋼中是一種有益元素。一般認為，鋼中含錳量在以下時，把錳看成是常存雜質(zhì)。技術(shù)條件中規(guī)定，優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼中，正常含錳量是8而較高含錳量的結(jié)構(gòu)鋼中，其量可達2錳是好的脫氧劑和脫硫劑。顯著提高淬透性。錳對鋼的硬度和沖擊韌度影響很大，硬度隨錳含量的提高而上升，沖擊韌度則隨之下降。錳和鐵形成固溶體，提高鋼中鐵素體和奧氏體的硬度和強度；同時又是碳化物形成元素，進入滲碳體中

7、取代一部分鐵原子，錳在鋼中由于降低臨界轉(zhuǎn)變溫度，起到細化珠光體作用，也間接地起到提高珠光體鋼強度的作用。錳還能顯著降低鋼的心溫度和奧氏體分解速度。但是作為合金元素錳也有它不利的一面。錳含量較高時，有使鋼晶粒粗化的傾向，并增加鋼的回火脆性敏感性。冶煉澆鑄和鍛軋后冷卻不當(dāng)時，容易使鋼產(chǎn)生白點。在煉鋼過程中，錳是良好的脫氧劑和脫硫劑，一般鋼中含錳一。在碳素鋼中加入以上時就算“錳鋼”，較一般鋼量的鋼不但有足夠的韌性，且有較高的強度和硬度，提高鋼的淬性，改善鋼的熱加工性能，如鋼比屈服點高。含錳一的鋼有極高的耐磨性，用于挖土機鏟斗，球磨機襯板等。錳量增高，減弱鋼的抗腐蝕能力，降低焊接性能。）硅硅也是煉鋼時

8、作為脫氧劑而加入鋼中的元素。硅與鋼水中的能結(jié)成密度較小的硅酸鹽爐渣而被除去，因此硅是一種有益的元素。硅在鋼中溶于鐵素體內(nèi)使鋼的強度、硬度增加，塑性、韌性降低。鎮(zhèn)靜鋼中的含硅量通常在，沸騰鋼中只含有0由于鋼中硅含量一般不超過5對鋼性能影響不大。硅在低合金高強度鋼中顯示出突出重要的作用。硅在鋼中不形成碳化物，而是以固溶體的形態(tài)存在于鐵素體或奧氏體中。它提高鋼中固溶體的強度，其冷變形硬化率的作用極強，僅次于磷，但同時也在一定程度上降低鋼的韌性和塑性。硅的含量若超過,將顯著降低鋼的塑性、韌性和延展性。硅能顯著提高鋼的彈性極限、屈服極限和屈強比。硅能提高鋼的退火、正火和淬火溫度，降低碳在鐵素體中的擴散速

9、度，增的回火穩(wěn)定性。硅還會惡化焊接性。在煉鋼過程中加硅作為還原劑和脫氧劑，所以鎮(zhèn)靜鋼含有的硅。如果鋼中含硅量超過硅就算合金元素。硅能顯著提高鋼的彈性極限，屈服點和抗拉強度，故廣泛用于作彈簧鋼。在調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼中加入一2%，強度可提高一。硅和鉬、鎢、鉻等結(jié)合，有提高抗腐蝕性和抗氧化的作用，可制造耐熱鋼。含硅一的低碳鋼，具有極高的導(dǎo)磁率，用于電器工業(yè)做矽鋼片。硅量增加，會降低鋼的焊接性能。）氧氧在鋼中是有害元素。它是在煉鋼過程中自然進入鋼中的，盡管在煉鋼末期要加入錳、硅、鐵和鋁進行脫氧，但不可能除盡。氧在鋼中以、等夾雜形式，使鋼的強度、塑性降低。尤其是對疲勞強度、沖擊韌性等有嚴重影響。）氮鐵素體溶解氮

10、的能力很低。當(dāng)鋼中溶有過飽和的氮，在放置較長一段時間后或隨后在加熱就會發(fā)生氮以氮化物形式的析出，并使鋼的硬度、強度提高，塑性下降，發(fā)生時效。鋼液中加入l或進行固氮處理，使氮固定在、或中，可消除時效傾向。）氫鋼中溶有氫會引起鋼的氫脆、白點等缺陷。白點常在軋制的厚板、大鍛件中發(fā)現(xiàn)，在縱斷面中可看到圓形或橢圓形的白色斑點；在橫斷面上則是細長的發(fā)絲狀裂紋。鍛件中有了白點，使用時會發(fā)生突然斷裂，造成不測事故。因此，化工容器用鋼，不允許有白點存在。氫產(chǎn)生白點冷裂的主要原因是因為高溫奧氏體冷至較低溫時，氫在鋼中的溶解度急劇降低。當(dāng)冷卻較快時，氫原子來不及擴散到鋼的表面而逸出，就在鋼中的一些缺陷處由原子狀態(tài)的

11、氫變成分子狀態(tài)的氫。氫分子在不能擴散的條件下在局部地區(qū)產(chǎn)生很大壓力，這壓力超過了鋼的強度極限而在該處形成裂紋，即白點。）鉻鉻是耐磨材料的基本元素這一，主要作用是提高鋼的淬透性，同時固溶強化基體，細化組織，顯著改善鋼的抗氧化作用，增加其抗腐蝕的能力，鉻和鐵形成連續(xù)固溶體，與碳形成多種化合物，鉻的復(fù)雜碳化物，對于鋼的性能有顯著的影響，特別是提高耐磨性，與形成金屬間化合物相。鉻能顯著增加鋼的淬透性，但亦有增加鋼的回火脆性的傾向。鉻提高鋼的回火脆性，降低鋼的馬氏體點s提高強度和硬度。在結(jié)構(gòu)鋼和工具鋼中，鉻能顯著提高強度、硬度和耐磨性，但同時降低塑性和韌性。鉻又能提高鋼的抗氧化性和耐腐蝕性，因而是不銹鋼

12、，耐熱鋼的重要合金元素。）鎳鎳和碳不形成碳化物，它是形成和穩(wěn)定奧氏體的主要合金元素。在這方面的作用僅次于碳和氮。鎳與鐵以互溶的形式存在于鋼中的【相和丫相中，使之強化，并通過細化相中的晶粒，改善鋼的低溫性能，特別是韌性。鎳由于降低臨界轉(zhuǎn)變溫度和降低鋼中各元素的擴散速度，提高鋼的淬透性。鎳在高含量時可顯著改善鋼和合金的一些物理性能。鎳在提高鋼強度的同時，對鋼的韌性、塑性能及其它工藝性能的損害較其它合金元素影響小。鎳能提高鋼的強度，而又保持良好的塑性和韌性。鎳對酸堿有較高的耐腐蝕能力，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。）鉬鉬能顯著提高鋼的淬透性，其

13、作用強于鉻而次于錳。提高鋼的硬度和強度，沖擊韌度在中等含量時取得最大值。鉬是中強碳化物形成元素，在鋼中主要以碳化物的形式存在，彌散地分布在基體中強化基體，提高鋼的硬度。但是，隨著鉬含量的提高，鉬碳化物的數(shù)量增多，分布在晶界處的碳化物對基體的割裂作用加強，導(dǎo)致鋼的韌性下降。鉬在鋼中還能夠有效細化鑄態(tài)組織，提高斷面的均勻性；穩(wěn)定提高回火穩(wěn)定性，在相變過程中能減緩馬氏體板狀基體晶界碳化物的析出，從而改善鋼的沖擊韌度，提高綜合性能。與鎳的添加相同，在其中一組成分中添加。鉬能使鋼的晶粒細化，提高淬透性和熱強性能，在高溫時保持足夠的強度和抗蠕變能力長期在高溫下受到應(yīng)力，發(fā)生變形，稱蠕變）結(jié)構(gòu)鋼中加入鉬，能

14、提高機械性能。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。）鈦鈦是鋼中強脫氧劑。它能使鋼的內(nèi)部組織致密，細化晶粒力；降低時效敏感性和冷脆性。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?，可避免晶間腐蝕。）釩釩是鋼的優(yōu)良脫氧劑。鋼中加5%可細化組織晶粒，提高強度和韌性。釩與碳形成的碳化物，在高溫高壓下可提高抗氫腐蝕能力。）鎢鎢熔點高，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性，作切削工具及鍛模具用。）鈮鈮能細化晶粒和降低鋼的過熱敏感性及回火脆性，提高強度，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

15、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。）鉆鉆是稀有的貴重金屬，多用于特殊鋼和合金中，如熱強鋼和磁性材料。銅煉鋼用大冶礦石所煉的鋼，往往含有銅。銅能提高強度和韌性，特別是大氣腐蝕性能。缺點是在熱加工時容易產(chǎn)生熱脆，銅含量超過塑性顯著降低。當(dāng)銅含量小于對焊接性無影響。鋁鋁是鋼中常用的脫氧劑。鋼中加入少量的鋁，可細化晶粒，提高沖擊韌性，如作深沖薄板的鋼。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。鋁的缺點是影響鋼的熱加工性能、焊接性能和切削加工性能。硼鋼中加入微量的硼就可改善鋼的致密性和熱軋性能，提

16、高強度。氮氮能提高鋼的強度，低溫韌性和焊接性，增加時效敏感性。稀土稀土元素是指元素周期表中原子序數(shù)為的個鑭系元素。這些元素都是金屬，但他們的氧化物很象“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。在犁鋅鋼中加入稀土，可提高耐磨性合金鋼合金鋼中元素的作用為了合金化而加入的合金元素，最常用的有硅、錳、鉻、鎳、鉬、鎢、釩，鈦，鈮、硼、鋁等?，F(xiàn)分別說明它們在鋼中的作用。）硅提高鋼中固溶體的強度和冷加工硬化程度使鋼的韌性和塑性降低；硅能顯著地提高鋼的彈性極限、屈服極限和屈強比；耐腐蝕性。硅的質(zhì)量分數(shù)為0的高硅鑄鐵，

17、是很好的耐酸材料。含有硅的鋼在氧化氣氛中加熱時，表面也將形成一層薄膜，從而提高鋼在高溫時的抗氧化性。缺點：使鋼的焊接性能惡化。）錳錳能提高鋼的淬透性。錳對提高低碳和中碳珠光體鋼的強度有顯著的作用。錳對鋼的高溫瞬時強度有所提高。缺點：含錳較高時，有較明顯的回火脆性現(xiàn)象；錳有促進晶粒長大的作用，因此錳鋼對過熱較敏感在熱處理工藝上必須注意。這種缺點可用加入細化晶粒元素如鉬、釩、鈦等來克服：當(dāng)錳的質(zhì)量分數(shù)超過時，會使鋼的焊接性能變壞）鉻在鋼中的作用鉻可提高鋼的強度和硬度。鉻可提高鋼的高溫機械性能。使鋼具有良好的抗腐蝕性和抗氧化性阻止石墨化提高淬透性。缺點：是顯著提高鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度鉻能促進鋼的回火脆性

18、。）鎳在鋼中的作用可提高鋼的強度而不顯著降低其韌性；鎳可降低鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度，即可提高鋼的低溫韌性；改善鋼的加工性和可焊性；鎳可以提高鋼的抗腐蝕能力，不僅能耐酸，而且能抗堿和大氣的腐蝕。）鉬在鋼中的作用鉬對鐵素體有固溶強化作用。提高鋼熱強性抗氫侵蝕的作用。提高鋼的淬透性。缺點：鉬的主要不良作用是它能使低合金鉬鋼發(fā)生石墨化的傾向。）鎢在鋼中的作用提高強度提高鋼的高溫強度。提高鋼的抗氫性能。是使鋼具有熱硬性。因此鎢是高速工具鋼中的主要合金元素。）釩在鋼中的作用熱強性。釩能顯著地改善普通低碳低合金鋼的焊接性能。）鈦在鋼中的作用鈦能改善鋼的熱強性，提高鋼的抗蠕變性能及高溫持久強度；并能提高鋼在高溫高壓氫氣中的穩(wěn)定性。使鋼在高壓下對氫的穩(wěn)定性高達以上，在珠光體低合金鋼中，鈦可阻止鉬鋼在高溫下