合金元素對鋼的強化形式有哪些 各是如何強化的

2021-08-19 10:57:47 字數 4495 閱讀 3847

1樓:匿名使用者

素的作用跟它在鋼中的存在形態/式(——形態和形式還不是一回事吧)密切相關,是形成了化合物還是進入固溶體當中,作用不一樣,所以談作用肯定要說明其存在形式。不同的鋼,經過不同的熱處理,使得合金元素的存在形式發生變化,這時候元素的作用也發生變化了。

這些東西在金屬材料的相關書籍中都有介紹,要想把合金元素用的很活,還是很難的,泛泛的說某種元素有某種作用恐怕不盡對,環境變了它的作用也變了,甚至產生壞的影響。

【 強化方式】

al 縮小γ相區,形成γ相圈;在α鐵及γ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 主要用來脫氧和細化晶粒。在滲碳鋼中促使形成堅硬耐蝕的滲碳層。

含量高時,賦予鋼高溫抗氧化及耐氧化性介質、h2s氣體的腐蝕作用。固溶強化作用大。在耐熱合金中,與鎳形成γ′相(ni3al),從而提高其熱強性。

有促使石墨化傾向,對淬透性影響不顯著

as 縮小γ相區,形成γ相圈,作用與磷相似,在鋼中偏析嚴重 含量不超過0.2%時,對鋼的一般力學效能影響不大,但增加回火脆性敏感性

b 縮小γ相區,但因形成fe2b,不形成γ相圈。在α鐵及γ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 擴大γ相區,但因滲碳體的形成,不能無限固溶。在α鐵及γ鐵中的最大溶解度分別為0.02%及2.1% 隨含量的增加,提高鋼的硬度和強度,但降低其塑性和韌性

co 無限固溶於γ鐵,在α鐵中的溶解度為76%。非碳化物形成元素 有固溶強化作用,賦予鋼紅硬性,改善鋼的高溫效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,降低鋼的淬透性

cr 縮小γ相區,形成γ相圈,在α鐵中無限固溶,在γ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 增加鋼的淬透性並有二次硬化作用,提高高碳鋼的耐磨性。含量超過12%時,使鋼有良好的高溫抗氧化性和耐氧化性介質腐蝕的作用,並增加鋼的熱強性。

為不鏽耐酸鋼及耐熱鋼的主要合金化元素。含量高時,易發生σ和475℃脆性

cu 擴大γ相區,但不無限固溶;在α鐵及γ鐵中的最大溶解度分別約2%或8.5%。在724℃及700℃時,在α鐵中的溶解度劇降至0.

68%及0.52% 當含量超過0.75%時,經固溶處理和時效後可產生時效強化作用。

含量低時,其作用與鎳相似,但較弱。含量較高時,對熱變形加工不利,如超過0.30%,在氧化氣氛中加熱,由於選擇性氧化作用,在表面將形成一富銅層,在高溫熔化並侵蝕鋼表面層的晶粒邊界,在熱變形加工時導致高溫銅脆現象。

如鋼中同時含有超過銅含量1/3的鎳,則可避免此種銅脆的發生,如用於鑄鋼件則無上述弊病。在低碳低合金鋼中,特別與磷同時存在時,可提高鋼的抗大氣腐蝕效能。cu2%~3%在奧氏體不鏽鋼中可提高其對硫酸、磷酸及鹽酸等的抗腐蝕性及對應力腐蝕的穩定性

h 擴大γ相區,在奧氏體中的溶解度遠大於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 氫易使鋼產生白點等不允許有的缺陷,也是導致焊縫熱影響區中發生冷裂的重要因素。因此,應採取一切可能的措施降低鋼中的氫含量

mn 擴大γ相區,形成無限固溶體。對鐵素體及奧氏體均有較強的固溶強化作用。為弱碳化物形成元素,進入滲碳體替代部分鐵原子,形成合金滲碳體 與硫形成熔點較高的mns,可防止因fes而導致的熱脆現象。

降低鋼的下臨界點,增加奧氏體冷卻時的過冷度,細化珠光體組織以改善其機械效能,為低合金鋼的重要合金化元素之一,併為無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,但有增加晶粒粗化和回火脆性的不利傾向

mo 縮小γ相區,形成γ相圈,在α鐵及γ鐵中的最大溶解度分別約4%及37.5%。強碳化物形成元素 阻抑奧氏體到珠光體轉變的能力最強,從而提高鋼的淬透性,併為貝氏體高強度鋼的重要合金化元素之一。

含量約0.5%時,能降低或抑止其他合金元素導致的回火脆性。在較高回火溫度下,形成瀰漫分佈的特殊碳化物,有二次硬化作用。

提高鋼的熱強性和蠕變強度,含mo2%~3%能增加耐蝕鋼抗有機酸及還原性介質腐蝕的能力

n 擴大γ相區,但由於形成氮化鐵而不能無限固溶;在α鐵及γ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 有固溶強化和提高淬透性的作用,但均不太顯著。由於氮化物在晶界上析出,提高晶界高溫強度,從而增加鋼的蠕變強度。在奧氏體鋼中,可以取代一部分鎳。

與鋼中其他元素化合,有沉澱硬化作用;對鋼抗腐蝕效能的影響不顯著,但鋼表面滲氮後,不僅增加其硬度和耐磨效能,也顯著改善其抗蝕性。在低碳鋼中,殘餘氮會導致時效脆性

nb 縮小γ相區,但由於拉氏相nbfe2的形成而不形成γ相圈;在α鐵及γ鐵中的最大溶解度分別約為1.8%及2.0%。

強碳化物及氮化物形成元素 部分元素進入固溶體,固溶強化作用很強。固溶於奧氏體時,顯著提高鋼的淬透性;但以碳化物及氧化物微細顆粒形態存在時,卻細化晶粒並降低鋼的淬透性。增加鋼的回火穩定性,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,提高鋼的強度。由於細化晶粒的作用,提高鋼的衝擊韌性並降低其脆性轉折溫度。當含量大於碳含量的8倍時,幾乎可以固定鋼中所有的碳,使鋼具有很好的抗氫效能;在奧氏體鋼中,可以防止氧化介質對鋼的晶間腐蝕。

由於固定鋼中的碳和沉澱硬化作用,可以提高熱強鋼的高溫效能,如蠕變強度等

ni 擴大γ相區,形成無限固溶體,在α鐵中的最大溶解度約10%。不形成碳化物 固溶強化及提高淬透性的作用中等。細化鐵素體晶粒,在強度相同的條件下,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並改善鋼的耐蝕效能。與鉻、鉬等聯合使用,提高鋼的熱強性和耐蝕性,為熱強鋼及奧氏體不鏽耐酸鋼的主要合金元素之一

o 縮小γ相區,但由於氧化鐵的形成,不形成γ相圈;在α鐵及γ鐵中的最大溶解度分別約為0.03%及0.003% 固溶於鋼中的數量極少,所以對鋼效能的影響並不顯著。

超過溶解度部分的氧以各種夾雜的形式存在,對鋼塑性及韌性不利

p 縮小γ相區,形成γ相圈;在α鐵及γ鐵中的最大溶解度分別為2.8%及0.25%。

不形成碳化物,但含量高時易形成fe3p 固溶強化及冷作硬化作用極強;與銅聯合使用,提高低合金高強度鋼的耐大氣腐蝕效能,但降低其冷衝壓效能。與硫錳聯合使用,增加鋼的被切削性。在鋼中偏析嚴重。

增加鋼的回火脆性及冷脆敏感性

pb 基本上不溶於鋼中 含量在0.2%左右並以極微小的顆粒存在時,能在不顯著影響其他效能的前提下,改善鋼的被切削性

re 包括元素週期表ⅲb族中鑭系元素及釔和鈧,共17個元素。它們都縮小γ相區,除鑭外,都由於中間化合物的形成而不形成γ相圈;它們在鐵中的溶解度都很低,如鈰和釹的溶解度都不超過0.5%。

它們在鋼中,半數以上進入碳化物中,小部分進入夾雜物中,其餘部分存在於固溶體中。它們和氧、硫、磷、氮、氫的親和力很強,和砷、銻、鉛、鉍、錫等也都能形成熔點較高的化合物 有脫氣、脫硫和消除其他有害雜質的作用。還改善夾雜物的形態和分佈,改善鋼的鑄態組織,從而提高鋼的質量。

0.2%的稀土加入量可以提高鋼的抗氧化性、高溫強度及蠕變強度;也可以較大幅度地提高不鏽耐酸鋼的耐蝕性

s 縮小γ相區,因有fes的形成,未能形成γ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。在鋼中偏析嚴重,惡化鋼的質量。

如以熔點較低的fes的形式存在時,將導致鋼的熱脆現象。為了防止因硫導致的熱脆應有足夠的錳,使形成熔點較高的mns。硫含量偏高,焊接時由於so2的產生,將在焊縫金屬內形成氣孔和疏鬆

si 縮小γ相區,形成γ相圈;在α鐵及γ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。對鐵素體的固溶強化作用僅次於磷,提高鋼的電阻率,降低磁滯損耗,對磁導率也有所改善,為矽鋼片的主要合金化元素。提高鋼的淬透性和抗回火性,對鋼的綜合力學效能,特別是彈性極限有利。

還可增強鋼在自然條件下的耐蝕性。為彈簧鋼和低合金高強度鋼中常用的合金元素。含量較高時,對鋼的焊接性不利,因焊接時飛濺較嚴重,有損焊縫質量,並易導致冷脆;對中高碳鋼回火時易產生石墨化

ti 縮小γ相區,形成γ相圈;在α鐵及γ鐵中的最大溶解度分別約為7%及0.75%,系最強的碳化物形成元素,與氮的親和力也極強 固溶狀態時,固溶強化作用極強,但同時降低固溶體的韌性。固溶於奧氏體中提高鋼淬透性的作用很強,但化合鈦,由於其細微顆粒形成新相的晶核從而促進奧氏體分解,降低鋼的淬透性。

提高鋼的回火穩定性,並有二次硬化作用。含量高時析出彌散分佈的拉氏相tife2,而產生時效強化作用。提高耐熱鋼的抗氧化性和熱強性,如蠕變和持久強度。

在高鎳含鋁合金中形成γ′相〔ni3(al,ti)〕,彌散析出,提高合金的熱強性,有防止和減輕不鏽耐酸鋼晶間和應力腐蝕的作用。由於細化晶粒和固定碳,對鋼的焊接性有利

v 縮小γ相區,形成γ相圈;在α鐵中無限固溶,在γ鐵中的最大溶解度約1.35%。強碳化物及氮化物形成元素 固溶於奧氏體中可提高鋼的淬透性;但以化合物狀態存在的釩,由於這類化合物的細小顆粒形成新相的晶核,將降低鋼的淬透性。

增加鋼的回火穩定性並有強烈的二次硬化作用。有細化晶粒作用,所以對低溫衝擊韌度有利。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。

釩通過細小碳化物顆粒的彌散分佈可以提高鋼的蠕變和持久強度。釩、碳含量比大於5.7時可防止或減輕介質對不鏽耐酸鋼的晶間腐蝕,並大大提高鋼抗高溫高壓氫腐蝕的能力,但對鋼高溫抗氧化不利

合金元素在鋼中都有哪些作用

mn1 在低含量範圍內,對鋼具有很大的強化作用,提高強度 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 在高含量範圍內,作為主要的奧氏體化元素 si1 強化鐵素體,提高鋼的強度和硬度 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中的耐蝕...

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