金屬元素對(duì)鋼材性能的影響(已修改)
2025-07-07 14:06 本頁(yè)面
【正文】 完美WORD格式 18種金屬元素對(duì)鋼性能的影響 Al（1）Al當(dāng)鋼中其含量小于3～5%時(shí)，是一有益的元素。其作用是：高的抗氧化性和電阻。①作為強(qiáng)烈脫氧劑加進(jìn)的Al，可生成高度細(xì)碎的、超顯微的氧化物，分散于鋼體積中。因而可阻止鋼加熱時(shí)的晶粒長(zhǎng)大（含Al＜10%，在加熱＜1200℃才有細(xì)化作用，否則其作用甚?。┖透纳其摰拇阃感?。所以這些氧化物成為結(jié)晶的中心，而在鋼冷卻時(shí)又對(duì)A體分解起促進(jìn)作用。作為合金元素，有助于鋼的氮化，因而可提高鋼的熱穩(wěn)定性。所以AlN本身在加熱時(shí)具有高穩(wěn)定性，①與②都有利于減弱鋼的過(guò)熱傾向。③可改善鋼的抗氧化性，考慮②和③，④能提高鋼的電阻，與Cr共同用于制造高電阻鉻鋁合金：如Cr13Al1Cr17Al1Cr25Al5。Al使電阻增高的程度比Cr還高的多。在Cr鋼中加Al，會(huì)粗晶易脆，所以其量一般不超過(guò)5%，個(gè)別才有8～9%。⑤對(duì)硅鋼而言，Al可減少α鐵心損失，降低磁感強(qiáng)度，與氧結(jié)合可減弱磁時(shí)效現(xiàn)象，但Al的氧化物會(huì)使磁性變壞。Al（＞%）也會(huì)使硅鋼變脆。（2）Al的不良影響 ①促進(jìn)鋼的石墨化，減少合金相中的碳溶濃度，所以硬度、強(qiáng)度降低。 ②加速脫碳 當(dāng)Al含量增加至3～5%時(shí)，8～9%將會(huì)大大地促進(jìn)鋼錠的柱狀結(jié)晶過(guò)程。因此而大大增加鋼的機(jī)械熱加工的困難，也使鋼極易脫碳。（其熱加工之所以困難是因?yàn)樵摵辖痄撳V具有粗晶結(jié)構(gòu)，且其晶體的解理極弱，所以導(dǎo)熱性低，加熱時(shí)容易出現(xiàn)大的溫度差而鍛裂，甚至鋼錠的去皮加工都會(huì)使其晶界氧化而破壞。此外，它在800℃以上的高溫長(zhǎng)時(shí)間停置也極易變脆。一般合金鋼中含Al量：合金結(jié)構(gòu)鋼：Al=～% (38CrAlA、38CrMoAlA、38CrWVAlA等)耐熱不起皮鋼：Al=～% (Cr13SiAl、Cr24Al2Si、Cr17Al4Si等)電熱合金： Al=～% (Cr13Al1Cr17AlCr8Al0Cr17Al5等) 甚至Al=8% Cr7Al7：考慮電熱合金受荷不大，雖有脆性，仍可使用。Si（1）%，更多時(shí)（～%）將使鋼具有很高的脆性。Si的有益作用：高的熱強(qiáng)性和彈性極限，高的導(dǎo)磁率，渦流損失少。①象Al、Cr一樣，其氧化物均是尖晶石類型的組織。其晶格常數(shù)與αFe、γFe區(qū)別小。因?yàn)槠溲趸锱c金屬分界處的晶胞之間就緊密而強(qiáng)固地結(jié)合在一起，氧化皮緊密地被貼在金屬上，甚至在高溫下也不剝落。所以它具有很強(qiáng)的抗氧化性和耐熱性能，而被加入耐熱鋼。②有利于提高鋼的彈性極限，在中碳鋼中加入1～2%的Si，調(diào)質(zhì)中σb將增15～20%，而Aku也提高了，還提高了σs和δ。③利于促進(jìn)鋼中石墨化而用于煉制石墨鋼。此鋼可制軸承，甚至作為工具鋼代替，制沖頭，拉模、彎曲模等。④脫氧能力較強(qiáng)，是煉鋼常用的脫氧劑，故一般鋼中均含Si，其量≤%。⑤硅可減小晶體的各向異性，使磁化容易，使磁阻減小，它還可減輕鋼中其他雜質(zhì)對(duì)磁場(chǎng)磁感的危害（使%C石墨化，脫氧，與N形成氫化硅等）。所以可大大減少渦流損失。由于硅的脆性，%，%，%。⑥硅可顯著地減慢回火馬氏體在低溫（200℃）時(shí)的分解速度。（在較高溫度即400～500℃則作用并不顯著）Si是鐵素體形成元素，多加Si會(huì)使Aα轉(zhuǎn)化。（2）Si的不良影響①促使石墨化，促進(jìn)脫碳（它是阻止碳化物形成的一種元素），含Si鋼一般不作滲碳。②促進(jìn)回火脆性的發(fā)展，使塑性降低。Si對(duì)沖擊韌性和韌性的溫度儲(chǔ)量的影響不是等值的。當(dāng)Si=1～%時(shí)作用尚良好。Si=～3%時(shí)則影響不良，含Si=2～%，則難以鍛造。當(dāng)Si≤%時(shí),矽鉻鋼對(duì)回火脆性的敏感性還很低,但對(duì)當(dāng)Si=～%時(shí)，對(duì)回火脆性和敏感性就高。用這種鋼必須采取韌性處理（回火后在水中浸漬，鍛時(shí)用少韌處理），而當(dāng)Si＞％時(shí)，甚至持用韌性處理也已不能消除矽鉻鋼的脆性。（不過(guò)，Mo的加入可使其脆性稍許改善），SI=4%時(shí)，室溫下即可能脆裂。③對(duì)碳素工具鋼，Si含量上升時(shí)，將降低其淬透性等級(jí)。一般結(jié)構(gòu)鋼中均不宜加Si，對(duì)于高速鋼，%。④由于硅的存在，使鋼中增碳困難，并使?jié)B碳速度降低，所以此類鋼多不作滲碳處理。⑤硅錳結(jié)合，Mn可下降，因?yàn)镾i引起的脫碳，Si有微弱的抑制晶粒長(zhǎng)大的作用，可稍下降，Mn引起的調(diào)質(zhì)粗晶，有相互改善作用，但易生白點(diǎn)，應(yīng)注意冶煉時(shí)原材料的干燥烘烤。⑥硅在鋼中還常以Fe、Mn的硅酸鹽類夾雜物而存在，均會(huì)降低鋼的各種性能，塑性比硫化物低。這類夾雜物透光度很高，而反光度則低，故顯微鏡下常呈灰黑色。（3）一般合金鋼中Si含量：一般碳鋼：Si＜%合金結(jié)構(gòu)鋼： Si =～% (27SiMn、40CrSi、20CrMnSi、35CrMnSiA等)彈簧鋼： Si =～2% (55Si2Mn、60Cr2Mn等)軸承鋼： Si =～% (GCr9SiMn、GCr15SiMn、GCr6SiMn等)工具鋼： Si =～% (SiMn、9SiCr、5SiMnMoV、6SiMoV等)耐熱鋼： Si =1～% (Cr17Al4Si、Cr20Si4Cr9Si4Cr3Si4等)電機(jī)硅鋼片： Si =～% 、～%、～%、～%為低、中、較高、高級(jí)硅鋼片Mn（1）錳的有益作用是高的強(qiáng)度和耐磨性),淬透、滲碳、冷工硬化。14%（高耐磨鋼），17～19%（護(hù)環(huán)鋼）① 作為煉鋼的脫氧劑用，因?yàn)橐话沅撝芯琈n，其量≤%。② Mn和S作用抵消S對(duì)鐵的紅脆影響。③ Mn對(duì)各類鋼的作用是：珠光體Mn鋼：可提高其強(qiáng)度和耐磨性，塑性亦不錯(cuò)。所以它能細(xì)化珠光體組織。（對(duì)含碳量較高的鋼，Mn↑，塑性稍有降低。對(duì)低碳鋼則含Mn↑，而韌性↑。奧氏體Mn鋼：有足夠高的塑性和很高的耐磨性。所以Mn能增加奧氏體的穩(wěn)定性，擴(kuò)大γ相區(qū)得奧氏體。降低淬火時(shí)的臨界冷卻速度。降低鋼的臨界點(diǎn)（A1和A3）同碳量碳素鋼低25～30℃，所以可提高鋼的淬透性，淬火時(shí)的變形也比較小，因此適于制大截面和復(fù)雜的零件。Mn=5%時(shí)，Mn降至0℃。馬氏體Mn鋼：易使之發(fā)脆、淬裂。Mn易溶于鐵素體內(nèi)，形成弱碳化物其穩(wěn)定性不強(qiáng)。所以加熱過(guò)程中極易完全溶入奧氏休中，加之其臨界點(diǎn)又低，所以晶粒極易粗化、極易淬裂，為此應(yīng)嚴(yán)格控制淬火加熱溫度和保溫時(shí)間，一般均以油淬或流動(dòng)空氣中冷卻為宜，只有形狀簡(jiǎn)單件才好用水淬。調(diào)質(zhì)鋼：將降低其塑性（回火脆性影響）。滲碳鋼：Mn的存在能促進(jìn)滲碳作用，所以能大大提高鋼的表面硬度與耐磨性，尤其可貴的是在滲碳時(shí)表面軟點(diǎn)較少，也不改變過(guò)分增碳的傾向。（滲碳后的錳鋼，在最后淬火前，應(yīng)進(jìn)行一次正火或退火處理，以消除因長(zhǎng)時(shí)間滲碳造成的心部過(guò)熱）。結(jié)構(gòu)鋼：將促使其回火脆性增強(qiáng)。工具鋼：加入約1%Mn，可減少淬火時(shí)的體積變形，這對(duì)于精密工具和長(zhǎng)形工具來(lái)說(shuō)有重要的意義。（如CrMn、CrWMn鋼等）。④ Mn可改善鋼的焊接性和低溫性能，還可減慢鋼的脫碳作用。⑤ Mn量中還可適當(dāng)改善鋼的切削性能。⑥ 對(duì)某些鋼，Mn的作用可代Ni，能擴(kuò)大γ相區(qū)得奧氏體，如模具鋼（增強(qiáng)淬透性）、奧氏體鋼等。⑦ 高錳鋼對(duì)冷工硬化敏感，可提高鋼的強(qiáng)度和耐磨性。（Mn=10～14%，而C=1～%）⑧ 鉻錳奧氏體鋼
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