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1、1、铭(Cr)格能增加钢的淬透性并有二次硬化作用。可提高高碳钢的硬度和耐磨性而不使钢变脆;含量超过12%时。使钢有良好的高温抗氧化性和耐氧化性介质腐蚀的作用。还增加钢的热强性,格为不锈耐酸钢及耐热钢的主要合金元素。信能提高碳素钢轧制状态的强度和硬度。降低伸长率和断面收缩率。当铭含量超过15%时,强度和硬度将下降,伸长率和断面收缩率则相应地有所提高。含铝钢的零件经研磨容易获得较高的表面加工质量。铭在调质结构钢中的主要作用是提高淬透性。使钢经淬火回火后具有较好的综合力学性能,在渗碳钢中还可以形成含铝的碳化物,从而提高材料表面的耐磨性。含铭的弹簧钢在热处理时不易脱碳。铝能提高工具钢的耐磨性、硬度和淬
2、硬性。有良好的回火稳定性。在电热合金中,倍能提高合金的抗氧化性、电阻和强度。(1)对钢的显微组织及热处理的作用A、铝与铁形成连续固溶体,缩小奥氏体相区域。格与碳形成多种碳化物,与碳的亲和力大于铁和镒而低于鸨、相等.铝与铁可形成金属间化合物。相(FeCr)。B、铭使珠光体中碳的浓度及奥氏体中碳的极限溶解度减少。C、减缓奥氏体的分解速度,显著提高钢的淬透性.但亦增加钢的回火脆性倾向。(2)对钢的力学性能的作用A、提高钢的强度和硬度.时加入其他合金元素时,效果较显著。B、显著提高钢的脆性转变温度。C、在含铝量高的Fe-Cr合金中,若有。相析出,冲击韧性急剧下降。(3)对钢的物理、化学及工艺性能的作用
3、A、提高钢的耐磨性,经研磨,易获得较高的表面光洁度。B、降低钢的电导率,降低电阻温度系数。C、提高钢的矫顽力和剩余磁感.广泛用于制造永磁钢。D、铭促使钢的表面形成钝化膜,当有一定含量的铭时,显著提高钢的耐腐蚀性能(特别是硝酸)。若有铝的碳化物析出时,使钢的耐腐蚀性能下降。E、提高钢的抗氧化性能。F、铝钢中易形成树枝状偏析,降低钢的塑性。G、由于格使钢的热导率下降,热加工时要缓慢升温,锻、轧后要缓冷。(4)在钢中的应用A、合金结构钢中主要利用铝提高淬透性,并可在渗碳表面形成含铝碳化物以提高耐磨性。B、弹簧钢中利用铝和共他合金元素一起提供的综合性能。C、轴承钢中主要利用格的特殊碳化物对耐磨性的贡献
4、及研磨后表面光沽度高的优点。D、工具钢和高速钢中主要利用铭提高耐磨性的作用,并具有一定的回火稳定性和韧性。E、不锈钢、耐热钢中铝常与镒、氮、银等联合便用,当需形成奥氏体钢时,稳定铁素体的倍与稳定奥氏体的镒、镇之间须有一定比例,如Crl8Ni9等。F、我国铝资源较少.应尽量节省铝的使用。2、铝(Mo)铝在钢中能提高淬透性和热强性。防止回火脆性,增加剩磁和矫顽力以及在某些介质中的抗蚀性。在调质钢中,铝能使较大断面的零件淬深、淬透,提高钢的抗回火性或回火稳定性,使零件可以在较高温度下回火,从而更有效地消除(或降低)残余应力,提高塑性。在渗碳钢中铝除具有上述作用外,还能在渗碳层中降低碳化物在晶界上形成
5、连续网状的倾向,减少渗碳层中残留奥氏体,相对地增加了表面层的耐磨性。在锻模钢中,铝还能保持钢有比较稳定的硬度,增加对变形、开裂和磨损等的抗力。在不锈耐酸钢中,铝能进一步提高对有抗酸(如蚁酸、醋酸、草酸等)以及过氧化氢、硫酸,亚硫酸、硫酸盐、酸性染料、漂白粉液等的抗蚀性。特别是由于铝的加入,防止了氯离子存在所产生的点腐蚀倾向。含1%左右相的W12Cr4V4Mo高速钢具有高的耐磨性、回火硬度和红硬性等。(1)对钢的显微组织及热处理的作用A、铝在钢中可固溶于铁素体、奥氏体和碳化物中,它是缩小奥氏体相区的元素。B、当钢含量较低时,与铁、碳形成复合的渗碳体;含量较高时可形成钢的特殊碳化物。C、铝提高钢的
6、淬透性,其作用较格强.而稍逊于镒。D、铝提高钢的回火稳定性,作为单一合金元素存在时,增加钢的回火脆性;与铭、镒等并存时,钥又降低或抑止因其他元素所导致的回火脆性。(2)对钢的力学性能的作用A、铝对铁素体有固溶强化作用.同时也提高碳化物的稳定性,从而提高钢的强度。B、相对改善钢的延展性和韧性以及耐磨性起到有利作用。C、由于铝使形变强化后的软化和恢复温度以及再结晶温度提高,并强烈提高铁素体的蠕变抗力,有效抑制渗碳体在450-600下的聚集.促进特殊碳化物的析出,因而成为提高钢的热强性的最有效的合金元素。(3)对钢的物理、化学及工艺性能的作用A、在含碳1.5%的磁钢中,2%-3%的钢提高剩余磁感和矫
7、顽力。B、在还原性酸及强氧化性盐溶液中都能使钢表面钝化.因此铝可以普遍提高钢的抗蚀性能,防止钢在氯化物溶液中的点蚀。C、铝含量较高(3%)时使钢的抗氧化性恶化。D、含铝不超过8%的钢仍可以锻、轧,但含量较高时,钢对热加工的变形抗力增高。(4)在钢中的应用A、在调质和渗碳结构钢、弹簧钢、轴承钢、工具钢、不锈耐酸钢、耐热钢、磁钢中都得到了广泛应用。B、铭铝钢在许多情况下可代替格银钢来制造重要的部件。C、我国富产铝,但在世界范围内的储量并不丰富。含相钢在我国应适当发展,但铝是重要战略物资,应注意合理和节约使用。3、硅(Si)硅能溶于铁素体和奥氏体中提高钢的硬度和强度,其作用仅次于磷,较镒、锲、格、鸨
8、、铝和钢等元素强。但含硅超过3%时,将显著降低钢的塑性和韧性。硅能提高钢的弹性极限、屈服强度和屈服比(。s/。b),以及疲劳强度和疲劳比(。-1/。b)等,这是硅或硅镒钢可作为弹簧钢种的缘故。硅能降低钢的密度、热导率和电导率。能促使铁素体晶粒粗化。降低矫顽力。有减小晶体的各向异性倾向,使磁化容易,磁阻减小,可用来生产电工用钢,所以硅钢片的磁滞损耗较低,硅能提高铁素体的磁导率,使硅钢片在较弱磁场下有较高的磁感强度。但在强磁场下,硅降低钢的磁感强度。硅因有强的脱氧力,从而减小了铁的磁时效作用。含硅的钢在氧化气氛中加热时,表面将形成一层SiO2薄膜,从而提高钢在高温时的抗氧化性。硅能促使铸钢中的柱状
9、晶成长,降低塑性。硅钢若加热或冷却较快,由于热导率低,钢的内部和外部温差较大,因而易裂。硅能降低钢的焊接性能。因为与氧的亲合力硅比铁强,在焊接时容易生成低熔点的硅酸盐,增加熔渣和熔化金属的流动性,引起喷溅现象,影响焊缝质量。硅是良好的脱氧剂。用铝脱氧时酌加一定量的硅,能显著提高铝的脱氧能力。硅在钢中本来就有一定的残存,这是由于炼铁炼钢作为原料带入的。在沸腾钢中,硅限制在V0.07%,有意加入时,则在炼钢时加入硅铁合金。(1)对钢的显微组织及热处理的作用A、作为钢中的合金元素,其含量一般不低于0.4%o以固溶体形态存在于铁素体或奥氏体中,缩小奥氏体相区。B、提高退火、正火和淬火温度,在亚共析钢中
10、提高淬透性。C、硅不形成碳化物,有强烈的促进碳的石墨化的作用,在硅含量较高的中碳和高碳钢中,如不含有强碳化物形成元素,易在一定温度条件下发生石墨化。D、在渗碳钢中,硅减小渗碳层厚度和碳的浓度。E、硅对钢水有良好脱氧作用。(2)对钢的力学性能的作用A、提高铁素体和奥氏体的硬度和强度,其作用较Mn、Ni、Cr.W、Mo、V等更强;显著提高钢的弹性极限、屈服强度和屈强比(。s/。b).并提高疲劳强度和疲劳比(-1/b)oB、硅含量超过3%时显著降低钢的塑性和韧性;硅提高塑/脆转变温度。C、硅易使钢中形成带状组织,使横向性能低于纵向性能。D、改善钢的耐磨性能。(3)对钢的物理、化学及工艺性能的作用A、
11、降低钢的密度、热导率、电导率和电阻温度系数。B、硅钢片的涡流损耗量显著低于纯铁,矫顽力、磁阻和磁滞损耗较低.磁导率和磁感强度较高。但在强磁场中,硅降低磁感强度。C、提高高温时钢的抗氧化性能,但硅含量高时,表面脱碳加剧。D、硅含量超过2.5%的钢,其变形加工较为困难。E、硅降低钢的可焊性。(4)在钢中的应用A、在普通低合金钢中提高强度,改善局部腐蚀抗力,在调质钢中提高淬透性和抗回火性,是多元合金结构钢中的主要合金组元之一。B、硅含量为0.5%-2.8%的SiMn或SiMnB钢(碳含量0.5%-0.7%)广泛用于高载荷弹黄材料,同时加人W、V、Mo、Nb、Cr等强碳化物形成元素。C、硅钢片为含硅1
12、.0%-4.5%的低碳和超低碳钢,用于电机和变压器。D、在不锈钢和耐蚀钢中,与Mo、W、CrAl、Ti.N等配合,提高抗蚀和抗高温氧化能力。E、硅含量较高的石墨钢用于冷作模具材料。4、镒(Mn)镒是良好的脱氧剂和脱硫剂。钢中一般都含有一定量的镒,它能消除或减弱由于硫所引起的钢的热脆性,从而改善钢的热加工性能。镒和铁形成固溶体,提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度;同时又是碳化物形成元素,进入渗碳体中取代一部分铁原子。镒在钢中由于降低临界转变温度。起到细化珠光体的作用。也间接地起到提高珠光体钢强度的作用;镒稳定奥氏体组织的能力仅次于锲,也强烈增加钢的淬透性O已用含量不超过2%的镒与其他元素配合制成
13、多种合金钢。镒具有资源丰富、效能多样的特点,获得了广泛的应用,如含镒较高的碳素结构钢、弹簧钢。在高碳高镒耐磨钢中。镒含量可达10%14%,经固溶处理后有良好的韧性,当受到冲击而变形时,表面层将因变形而强化,具有高的耐磨性。镒与硫形成熔点较高的MnS。可防止因FeS而导致的热脆现象。镒有增加钢晶粒粗化的倾向和回火脆性敏感性o若冶炼浇铸和锻轧后冷却不当,容易使钢产生白点。(1)对钢的显微组织及热处理的作用A、镒是良好的脱氧剂和脱硫剂,工业用钢中一般均含有一定量的镒。B、镒固溶于铁素体和奥氏体中.扩大奥氏体区,使临界温度A4点升高,A3点降低,(Q+Y)区下移.当镒含量超过12%时,上临界点降至室温
14、以下,使钢在室温时形成单一奥氏体组织。在降低共析温度同时,使共析体中的碳含量减少。C、镒强烈降低钢的Arl和马氏体转变温度(其作用仅次于碳)和钢中相变的速度,提高钢的淬透性,增加残余奥氏体含量。D、使钢的调质组织均匀、细化,避免了渗碳层中碳化物的聚集成块,但增大了钢的过热敏感性和回火脆性倾向。E、镒是弱碳化物形成元素。(2)对钢的力学性能的作用A、镒强化铁素体或奥氏体的作用不及碳,磷、硅,在增加强度的同时,对延展性无影响。B、由于细化了珠光体,显著提高低碳和中碳珠光体钢的强度,使延展性有所降低。C、通过提高淬透性而提高了调质处理索氏体钢的力学性能。D、在严格控制热处理工艺、避免过热时的晶粒长大
15、以及回火脆性的前提下,镒不会降低钢的韧性。(3)对钢的物理、化学及工艺性能的作用A、随镒含量的增加,钢的热导率急剧下降,线胀系数上升,使快速加热或冷却时形成较大内应力,工件开裂倾向增大。B、使钢的电导率急剧降低,电阻率相应增大,电阻温度系数下降。C、使矫顽力增大,饱和磁感、剩余磁感和磁导率均下降,因而镒对永磁合金有利,对软磁合金有害。D、镒含量很高时,钢的抗氧化性能下降。E、使钢中的硫形成较高熔点的MnS,避免了晶界上的FeS薄膜,消除钢的热脆性,改善热加工性能。F、高镒奥氏体钢的变形阻力较大,且钢锭中柱状结晶明显,锻轧时较易开裂。G、由于提高了淬透性和降低了马氏体转变温度,对焊接性能有不利影
16、响。在适当范围内应降低碳含量。(4)在钢中的应用A、易切削钢中常有适量的镒和磷,MnS夹杂使切屑易于碎断。B、普通低合金钢中利用镒来强化铁素体和珠光体,提高钢的强度,镒含量一般为C、渗碳和调质合金结构钢的许多系列中含有不超过2%的镒OD、弹簧钢、轴承钢和工具钢中利用镒强烈提高淬透性的作用,可采用油淬和空冷的淬火工艺,减少开裂、扭曲和变形。E、耐磨钢、无磁钢、不锈钢、耐热钢,包括高碳高镒耐磨铸钢(C:1.0%-l.4%,Mn:10%-14%),中碳高锦无磁钢(C:0.3%-O.6%,Mn:18%-19%),低碳高镒不锈钢(有Cr,无Ni或少Ni),高镒耐热钢(以Mn代Ni的耐热不起皮钢,或含有A
17、l、Mo、V等)。5、硫(三)硫在钢铁中一般认为是有害元素,它主要以MnS和FeS形式存在,可以引起钢的热脆性降低钢的力学性能,特别是屈服极限强度、塑性和耐磨性。硫的存在对钢的耐蚀性及可焊性也有不得影响。一般要求普通钢中(三)(0.050%,优质钢中(三)W0.030%,高级优质钢中3(三)0.020%,然而在某些钢中(如切削钢、磁钢),加入适量的硫有的3(三)高达0.35%,能改善钢的切削性、加工性和磁性等。提高硫和镒的含量,可改善钢的被切削性能,在易切削钢中硫作为有益元素加入。硫在钢中偏析严重,恶化钢的质量。在高温下,降低钢的塑性,是一种有害元素,它以熔点较低的FeS的形式存在;单独存在的
18、FeS的熔点只有1190,而在钢中与铁形成共晶体的共晶温度更低,只有988C,当钢凝固时,硫化铁析集在原生晶界处。钢在IlOO-12O(TC进行轧制时,晶界上的FeS就将熔化,大大地削弱了晶粒之间的结合力,导致钢的热脆现象。因此对硫应严加控制,一般控制在0.020%-0.050%o为了防止因硫导致的脆性,应加入足够的镒,使其形成熔点较高的MnSo若钢中含硫量偏高,焊接时由于S02的产生,将在焊接金属内形成气孔和疏松。(1)对钢的显做组织及热处理的作用A、氮和碳一样可固溶于铁,形成间隙式的固溶体。B、氮扩大钢的奥氏体相区,是一种很强的形成和稳定奥氏体的元素,具效力约20倍于锲,在一定限度内可代替
19、一部分银用于钢中。C、渗入钢表面的氮与倍、铝、钢、钛等元素可化合成极稳定的氮化物,成为表而硬化和强化元素。D、氮使高倍和高铝银钢的组织致密坚实。E、钢中残留氮量过高会导致宏观组织疏松或气孔。(2)对钢的力学性能的作用A、氮有固溶强化作用。B、含氮铁素体钢中,在快冷后的回火或在室温长时间停留时,由于析出超显微氮化物,可发生沉淀硬化过程氮也使低碳钢发生应变时效现象。在强度和硬度提高的同时,钢的韧性下降,缺口敏感性增加,氮导致钢的脆性的特件近似磷,其作用远大于磷、氮也是导致钢产生蓝脆的主要原因。C、提高高铭和高铭银钢的强度,而塑性并不降低,冲击韧性还有显著提高。D、氮还能提高钢的蠕变和高温持久强度。
20、(3)对钢的物理、化学及工艺性能的作用。A、氮对不锈钢的抗蚀性能无显著影响。B、对钢的高温抗氧化性也无显著影响,氮含量过高(如0.16%)可使抗氧化性恶化。C、含氮钢冷作变形硬化率较高,采用冷变形工艺时.应予注意。D、氮可降低高铭铁素体钢的晶粒长大倾向,从而改善其焊接性能。(4)在钢中的应用A、氮作为合金元素,在钢的含量一般小于0.3%,特殊情况下可高达0.6%oB、主要应用于渗氮调质结构钢、普通低合金钢、不锈耐酸钢及耐热不起皮钢。氮在钢中作为合金元素的应用还在扩大。6、磷(P)磷在钢中固溶强化和冷作硬化作用强,作为合金元素加入低合金结构钢中,能提高其强度和钢的耐大气腐蚀性能,但降低其冷冲压性
21、能。磷与硫和镒联合使用,能增加钢的被切削性能,增加加工件的表面质量,用于易切钢,所以易切钢含磷也较高。磷溶于铁素体,虽然能提高钢的强度和硬度,最大的害处是偏析严重,增加回火脆性,显著降低钢的塑性和韧性,致使钢在冷加工时容易脆裂,也即所谓“冷脆”现象。磷对焊接性也有不良影响。磷是有害元素,应严加控制,一般含量不大于0.030%-0.040%。7、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%o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。典型的例子是低碳钢、高碳钢、高碳钢力学性能变化。