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合金鋼中合金元素的作用
來源: | 作者:東啟特鋼 | 發布時間: 2021-04-22 | 125 次瀏覽 | 分享到:
合金鋼中合金元素的作用
  合金鋼中合金元素的作用


  鋼在加熱和冷卻過程中相變的影響鋼在加熱過程中的主要固相轉變是由錯誤的奧氏體相轉變為奧氏體相,即奧氏體化過程。整個過程與碳的分散有關。合金元素中,鎳、鈷等非碳化物元素降低了奧氏體中碳的活化能和加入奧氏體成分的速度;而釩、鈦、鎢等強碳化物元素強烈阻止碳在鋼中的分散,明顯減緩奧氏體化過程。鋼在冷卻過程中的轉變是指過冷奧氏體的分化,包括珠光體轉變(共析體分化)、貝氏體轉變和馬氏體轉變。由于鋼中幾種合金元素的相互作用,在冷卻過程中對鋼的相變的影響要復雜得多。以合金元素對過冷奧氏體等溫轉變曲線的影響為例,除鈷和鋁外,大多數合金元素都有減緩奧氏體等溫分化的作用,但各種元素的作用不同。非碳化物(如硅、磷、鎳、銅)和少數碳化物元素(如釩、鈦、鉬、鎢)在從奧氏體向珠光體和貝氏體轉變上差別不大,因此轉變曲線向右移動。

模具鋼
  如果碳化物元素(如釩、鈦、鉻、鉬、鎢)含量較大,從奧氏體向珠光體轉變會明顯延遲,但從奧氏體向貝氏體轉變不明顯,因此這兩種轉變的等溫變化曲線與“鼻”分離,形成兩個C形。當這些元素加入到一定程度時,過冷奧氏體的亞穩區會出現在這兩個變質區的中心。合金元素對馬氏體變質溫度Ms(初始變質溫度)和Mn(最終變質溫度)的影響也很明顯。多數元素使Ms、Mn點降低,其中碳的影響最大,其次是錳、釩、鉻等。鈷和鋁使Ms和Mn點增加。


  對鋼的晶粒度和淬透性的影響影響奧氏體晶粒度的因素很多。鋼的脫氧和合金化與“奧氏體固有晶粒度”有關。一般來說,鎳、硅、銅、鈷等一些不構成碳化物的元素對阻礙奧氏體晶粒長大的作用較弱,而錳、磷則傾向于促進晶粒長大。碳化物組成元素,如鎢、鉬、鉻等。對阻礙奧氏體晶粒生長有適度的作用。強碳化物元素,如釩、鈦、鈮、鋯等。,強烈阻礙奧氏體晶粒生長并在晶粒細化中起作用。雖然鋁是一種不構成碳化物的元素,但它是最常用的細化晶粒和控制晶粒開始時的粗化溫度的元素。


  鋼的淬透性(見淬火)凹凸主要取決于化學成分和晶粒尺寸。除鈷、鋁外,大部分合金元素在固溶后能不同程度地抑制過冷奧氏體向珠光體、貝氏體的轉變,馬氏體的加入能提高鋼的淬透性。一些碳化物元素,如釩、鈦、鋯、鎢等。,如果它們形成碳化物并將碳固定在鋼中,它們會降低淬透性,而容易使晶粒變粗的元素,如錳,可以提高淬透性;細化晶粒的元素,如鋁,會降低淬透性。硼是一種明顯影響淬透性的元素。合金鋼即使只含1/10萬硼,也能明顯提高鋼的淬透性。但是,硼的這種作用只對中低碳鋼有用,對高碳鋼完全無效。


  對鋼的機械功能和回火功能的影響鋼的功能取決于鐵固溶體和碳化物各自的功能及其相對分散性。合金元素對鋼的機械性能的影響也與此有關。溶解在鐵素體中的合金元素起到固溶強化作用,提高了強度和硬度,但相對降低了電阻和塑性。同時,磷和硅的固溶強化作用最明顯,硅對耐受性的影響也最嚴重。少量的錳、鉻或鎳肯定會提高對鐵氧體的電阻。


  調質鋼的抗脆性變化溫度是評價機械性能的主要目標。(1)改變溫度的元素有硼、磷、碳、硅、銅、鉬、鉻;②降低和改變溫度的元素是鎳和錳;③Ti、V是少數次進步,大量減少以改變溫度的元素;(4)Al是少數情況下降低,大量改變溫度的元素。


  合金鋼的回火穩定性比碳鋼好,因為合金元素阻止了回火時原子在鋼中的彌散,所以在相同溫度下,可以延緩馬氏體的分化,抵抗回火軟化。釩、鎢、鈦、鉻、鉬、鈷、硅對合金鋼回火穩定性的影響明顯;鋁、錳、鎳等元素影響不明顯。由此可見,碳化物對回火軟化的延緩作用尤為明顯。雖然鈷和硅是不構成碳化物的元素,但它們對滲碳體核的形成和生長有強烈的延遲作用,因此對回火和軟化有延遲作用。各種合金元素對回火脆性的影響是不同的。定性來說,錳、鉻、氮、磷、釩、銅、鎳都有促進回火脆性的傾向。鉬有特殊作用。添加到現有合金鋼(如錳、鉻等)中,可明顯降低回火脆性傾向。)如果單獨參與一般碳鋼,會成為促進回火脆性傾向的元素。鎢的作用與鉬相似,但對回火脆性的影響尚未確定模具鋼。


  對鋼的可焊性和可加工性的影響可焊性和可加工性是衡量鋼的工藝性能的主要方面。所有能提高淬透性的合金元素都不利于鋼的焊接性。焊縫熱影響區在熔合線附近冷卻時,容易形成馬氏體等硬脆排列,導致開裂的風險。另一方面,熱影響區中熔合線附近的晶粒由于高熱而簡單地粗化,因此合金鋼富含可細化晶粒的元素(例如鈦和釩)是有利的。硅含量高,焊接時會產生嚴重的飛濺。硫含量高只是造成熱裂,二氧化硫氣體會一起逸出,在焊接金屬中形成氣孔和氣孔。高磷含量只是造成冷裂。


  鋼的可加工性可以通過添加適當的元素如硫和鉛來改善(參見易切削鋼)。合金鋼中的合金元素一般會增加鋼的硬度,從而增加切削阻力,增加刀具磨損。鋼的可加工性可以通過改變鋼的基體排列以及摻雜劑的種類、數量和形狀來影響。鉻是不銹鋼、耐酸鋼和耐熱鋼的主要合金元素。如果合金鋼中的鉻含量達到12%左右,就會在鋼的外表面形成致密的氧化鉻,使鋼在氧化介質中的耐蝕性發生突變,大大提高。鉻、鋁、硅等元素可以提高鋼的抗氧化性和耐高溫氣體腐蝕性,但過量的鋁和硅會使鋼的熱塑性變差。鎳主要用于形成和穩定奧氏體排列,使鋼具有突出的機械功能、耐腐蝕功能和工藝功能。鉬能快速鈍化不銹鋼和耐酸鋼,提高對富含氯離子和其他非氧化介質溶液的耐腐蝕性。鈦和鈮一般用來固定合金鋼中的碳,使其形成穩定的碳化物,從而減少碳對合金鋼耐蝕性的有害影響。當銅和磷一起使用時,可以增強鋼的耐大氣腐蝕能力。
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