元素对合金的影响.doc

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1、元素对合金的影响元素对合金的影响主要合金元素 合金钢的主要合金元素有硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒、钛、铌、锆、钴、 铝、铜、硼、稀土等。其中钒、钛、铌、锆等在钢中是强碳化物形成元素,只要有足够的碳 ,在适当条件下 ,就能形成各自的碳化物 ,当缺碳或在高温条件下 ,则以原子状 态进入固溶体中 ;锰、铬、钨、钼为碳化物形成元素 ,其中一部分以原子状态进入固 溶体中 ,另一部分形成置换式合金渗碳体 ;铝、铜、镍、钴、硅等是不形成碳化物元 素,一般以原子状态存在于固溶体中。编辑本段 合金钢的分类一般分类合金钢种类很多 ,通常按合金元素含量多少分为低合金钢 （含量<5%）, 中合金钢 （含量 5%1

2、0%）, 高合金钢 （含量 >10%）; 按质量分为优质合金钢、特质合金钢 ;按特 性和用途又分为合金结构钢、不锈钢、耐酸钢、耐磨钢、耐热钢、合金工具钢、滚 动轴承钢、合金弹簧钢和特殊性能钢 （如软磁钢、永磁钢、无磁钢 ）等。在钢中除含 铁、碳和少量不可避免的硅、锰、磷、硫元素以外 ,还含有一定量的合金元素 ,钢中 的合金元素有硅、锰、钼、镍、硌、矾、钛、铌、硼、铅、稀土等其中的一种或几 种 ,这种钢叫合金钢。各国的合金钢系统 ,随各自的资源情况、生产和使用条件不同 而不同 ,国外以往曾发展镍、硌钢系统 ,我国则发现以硅、锰、钒、钛、铌、硼、 铅、稀土为主的合金钢系统合金钢在钢的总产量中

3、约占百分之十几,一般是在电炉中冶炼的按用途可以把合金钢分为 8 大类,它们是 :合金结构钢、弹簧钢、轴承钢、 合金工具钢、高速工具钢、不锈钢、耐热不起皮钢 ,电工用硅钢。调质钢 1.中碳型 合金钢,合金元素含量较低 ;2.强度较高 ;3.用于高温螺栓、螺母材料等。弹簧钢 1 含 碳量比调质钢高 ; 2经调质处理 ,强度较高抗疲劳强度较高 ;3用于弹簧材料。滚动轴 承钢 1 高碳型合金钢 ,合金含量较高 ;2 具有高而均匀的硬度和耐磨性 ;3 用于滚动轴 承。合金工具钢量具钢 1 高碳型合金钢 ,合金元素含量较低 ;2 具有高的硬度和耐磨 性,机加工性能好 ,稳定性好;3 用于量具材料。特殊性能

4、钢不锈钢 1低碳高合金钢 ;2 抗腐蚀性好 ;3用于抗腐蚀、部分可做耐热材料。耐热钢 1低碳高合金钢 ;2耐热性 能好;3用于耐热材料、部分可做抗腐蚀材料。低温钢 1低碳合金钢 ,根据耐低温程 度合金元素有高有低 ;2抗低温性好;3用于低温材料 （专用钢为镍钢 ）。根据碳化物的倾向分类合金钢根据各种元素在钢中形成碳化物的倾向 ,可分为三类 : 强碳化物形成元素 ,如钒、钛、铌、锆等。这类元素只要有足够的碳 ,在适当的条件下 ,就形成各自的碳化物 ;仅在缺碳或高 不锈钢温的条件下 ,才以原子状态进入固溶体中。 碳化物形成元素 ,如锰、铬、钨、钼等。这类元素一部分以原子状态进入固 溶体中，另一部分

5、形成置换式合金渗碳体，如（Fe,Mn）3C、（Fe,Cr）3C等，如果含量超 过一定限度（除锰以外），又将形成各自的碳化物，如（Fe,Cr）7C3、（Fe,W）6C等。 不形成碳化物元素 ,如硅、铝、铜、镍、钴等。这类元素一般以原子状态存 在于奥氏体、铁素体等固溶体中。合金元素中一些比较活泼的元素 ,如铝、锰、硅、钛、锆等 , 极易和钢中的氧和氮化合 ,形成稳定的氧化物和氮化物 ,一般以夹杂物的形态存在于 钢中。锰、锆等元素也和硫形成硫化物夹杂。钢中含有足够数量的镍、钛、铝、钼 等元素时能形成不同类型的金属间化合物。有的合金元素如铜、铅等,如果含量超过它在钢中的溶解度 ,则以较纯的金属相存在。

6、钢的性能取决于钢的相组成 ,相的成 分和结构 ,各种相在钢中所占的体积组分和彼此相对的分布状态。合金元素是通过影响上述因素而起作用的。对钢的相变点的影响主要是改变钢 中相变点的位置 ,大致可以归纳为以下三个方面 : 改变相变点温度。一般来说，扩大丫相（奥氏体）区的元素，如锰、镍、碳、 氮、铜、锌等，使A3点温度降低,A4点温度升高；相反，缩小丫相区的元素，如锆、 硼、硅、磷、钛、钒、钼、钨、铌等 ,则使 A3 点温度升高 ,A4 点温度降低。惟有钴 使 A3 和 A4 点温度均升高。铬的作用比较特殊 ,含铬量小于 7%时使 A3 点温度降 低,大于 7% 时则使 A3 点温度提高。 改变共析点

7、S的位置。缩小丫相区的元素，均使共析点S温度升高;扩大丫相 区的元素，则相反。此外几乎所有合金元素均降低共析点 S的含碳量，使S点向左 移。不过碳化物形成元素如钒、钛、铌等 （也包括钨、钼 ）,在含量高至一定限度以后 则使 S 点向右移。 改变丫相区的形状、大小和位置。这种影响较为复杂，一般在合金元素含量 较高时，能使之发生显着改变。例如镍或锰含量高时，可使丫相区扩展至室温以下，使 钢成为单相的奥氏体组织；而硅或铬含量高时，则可使丫相区缩得很小甚至完全消失, 使钢在任何温度下都是铁素体组织。合金钢合金元素在钢中的作用1、碳(C):钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲合金结构钢击性

8、降低,当碳量%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 %。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。2、硅(Si):在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有的硅。如果钢中含硅量超过硅就算合金元素。硅能显着提高钢的弹性极限,屈服点和抗拉强度 ,故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入的硅,强度可提高 15-20% 。硅和钼、钨、铬等结合 ,有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用 ,可制造耐热钢。含硅 1-4% 的低碳 钢,具有极高的导磁率 ,用于电器工业做矽钢片。硅量增加 ,会降低钢的焊接性能。3、锰

9、(Mn):在炼钢过程中,锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰。在碳素钢中加入 %以上时就算“锰钢”, 较一般钢量的钢不但有足够的,韧且性有较高的强度和硬度,提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。 含锰 11-14% 的钢有极高的耐磨性 ,用于挖土机铲斗 ,球磨机衬板等。锰量增高 ,减弱 钢的抗腐蚀能力 ,降低焊接性能。4、磷(P):在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性,使焊接性能变坏， 降低塑性 ,使冷弯性能变坏。因此通常要求钢中含磷量小于 %,优质钢要求更低些。5、 硫(S):硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性 ，降低钢的延展性和 韧性,在锻

10、造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利 ,降低耐腐蚀性。所以通常要 求硫含量小于 %,优质钢要求小于 %。在钢中加入的硫 ,可以改善切削加工性 ,通常称 易切削钢。6、铬(Cr):在结构钢和工具钢中，铬能显着提高强度、硬度和耐磨性，但同时降 低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性 ,因而是不锈钢 ,耐热钢的重要 合金元素。7、镍(Ni):镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力 ,在高温下有防锈和耐热能力。但由于镍是较稀缺的资源,故应尽量采用其他合金元素代用镍铬钢。8、钼(Mo):钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的 强度和抗蠕变能

11、力 (长期在高温下受到应力 ,发生变形,称蠕变)。结构钢中加入钼 ,能 提高机械性能。还可以抑制合金钢由于火而引起的脆性。在工具钢中可提高红性。9、 钛(Ti):钛是钢中强脱氧剂。它能使钢的内部组织致密，细化晶粒力 降低时效 敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在铬 18 镍9奥氏体不锈钢中加入适当的钛 ,可避 免晶间腐蚀。10、钒(V):钒是钢的优良脱氧剂。钢中加 %的钒可细化组织晶粒，提高强度和韧 性。钒与碳形成的碳化物 ,在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。11、钨(W):钨熔点高，比重大，是贵生的合金元素。钨与碳形成碳化钨有很高的 硬度和耐磨性。在工具钢加钨 ,可显着提高红硬性和热强性 ,作切削

12、工具及锻模具 用。12、铌(Nb):铌能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性 ，提高强度，但塑 性和韧性有所下降。在普通低合金钢中加铌 ,可提高抗大气腐蚀及高温下抗氢、 氮、氨腐蚀能力。铌可改善焊接性能。在奥氏体不锈钢中加铌 ,可防止晶间腐蚀现 象。13、钻(Co):钻是稀有的贵重金属，多用于特殊钢和合金中，如热强钢和磁性材 料。14、铜(Cu):武钢用大冶矿石所炼的钢，往往含有铜。铜能提高强度和韧性，特别是大气腐蚀性能。缺点是在热加工时容易产生热脆,铜含量超过 %塑性显着降低。当铜含量小于 %对焊接性无影响。15、铝(Al):铝是钢中常用的脱氧剂。钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击 韧

13、性,如作深冲薄板的 08Al 钢。铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能 ,铝与铬、硅合用 , 可显着提高钢的高温不起皮性能和耐高温腐蚀的能力。铝的缺点是影响钢的热加工 性能、焊接性能和切削加工性能。16、硼(B):钢中加入微量的硼就可改善钢的致密 性和热轧性能 ,提高强度。17、氮(N):氮能提高钢的强度，低温韧性和焊接性，增加时效敏感性。18、稀土 (Xt):稀土元素是指元素周期表中原子序数为 57-71的15个镧系元素。这些元素都是金属 ,但他们的氧化物很象“土”, 所以习惯上称稀土。钢中加入稀土,可以改变钢中夹杂物的组成、形态、分布和性质 ,从而改善了钢的各种性能 ,如 韧性、焊接性 ,冷加工性

14、能。在犁铧钢中加入稀土 ,可提高耐磨性。对钢加热和冷却时相变的影响钢加热时的主要固态相变是非奥氏体相向奥氏体 相的转变 ,即奥氏体化的过程。整个过程都和碳的扩散有关。合金元素中,非碳化物形成元素如镍、钻等 ,降低碳在奥氏体中的激活能 ,增加奥氏形成的速度 ;而强碳化物形成元素如钒、钛、钨等 ,强烈妨碍碳在钢中的扩散 ,显着减慢奥氏体化的过程。钢 冷却时的相变是指过冷奥氏体的分解 ,包括珠光体转变 （共析分解 ）、贝氏体相变及马 氏体相变。由于钢中大都存在几种合金元素的相互作用 ,致使对钢冷却时相变的影 响也复杂得多。仅举合金元素对过冷奥氏体等温转变曲线的影响为例,大多数合金元素 ,除钴和铝外

15、,均起减缓奥氏体等温分解的作用 ,但各类元素所起的作用有所不 同。不形成碳化物的 （如硅、磷、镍、铜 ）和少量的碳化物形成元素 （如钒、钛、 钼、钨 ）,对奥氏体到向珠光体的转变和向贝氏体的转变的影响差异不大 ,因而使转变曲线向右推移。碳化物形成元素 （如钒、钛、铬、钼、钨 ）如果含量较多 ,将使奥氏体向珠光体的 转变显着推迟 ,但对奥氏体向贝氏体的转变的推迟并不显着 ,因而使这两种转变的等 温转变曲线从“鼻子”处分离 ,而形成两个 C 形。当这类元素增加到一定程度时 ,在 这两个转变区域的中间还将出现过冷奥氏体的亚稳定区。合金元素对马氏体转变温 度 Ms （ 起始转变温度 ）和 Mn （ 终

16、了转变温度 ） 的影响也很显着 ,大部分元素均使 Ms 和 Mn 点降低 , 其中以碳的影响最大 ,其次为锰、钒、铬等 ;但钴和铝则使 Ms 和 Mn 点升高。对钢的晶粒度和淬透性的影响影响奥氏体晶粒度的因素很多。钢的脱氧和 合金化情况均与“奥氏体本质晶粒度”有关。一般来说 ,一些不形成碳化物的元素 , 如镍、硅、铜、钴等 ,阻止奥氏体晶粒长大的作用较弱 ,而锰、磷则有促进晶粒长大 的倾向。碳化物形成元素如钨、钼、铬等 ,对阻止奥氏体晶粒长大起中等作用。强 碳化物形成元素如钒、钛、铌、锆等 ,强烈地阻止奥氏体晶粒长大 ,起细化晶粒作 用。铝虽然属于不形成碳化物元素 ,但却是细化晶粒和控制晶粒开

17、始粗化温度的最 常用的元素。钢的淬透性 （见淬火 ）高低主要取决于化学成分和晶粒度。除钴和铝等 元素外 ,大部分合金元素溶入固溶体后都不同程度地抑制过冷奥氏体向珠光体和贝 氏体的相变 ,增加获得马氏体组织的数量 ,即提高钢的淬透性。一些碳化物形成元素 , 如钒、钛、锆、钨等 ,如果形成碳化物而固定了钢中的碳 ,反而会降低淬透性 ,易使晶 粒粗化的元素如锰 ,能提高淬透性 ;使晶粒细化的元素如铝 ,则降低淬透性。硼是显着 影响淬透性的元素 ,合金钢中即使只含十万分之一的硼 ,也能显着提高钢的淬透性。 但硼的这种影响仅对低、中碳钢有效 ,对高碳钢完全无效。对钢的力学性能和回火 性能的影响钢的性能取

18、决于铁的固溶体和碳化物各自性能以及它们相对分布的状 态。合金元素对钢的力学性能的影响也与此有关。固溶于铁素体中的合金元素,起固溶强化作用 ,使强度和硬度提高 ,但同时使韧性和塑性相对地降低。其中以磷和硅 的固溶强化作用最显着 ,而硅对韧性的影响也最严重。少量的锰、铬或镍 ,反而对铁 素体的韧性有一定提高。调质钢的韧性 -脆性转变温度是评价力学性能的一项重要 指标。提高转变温度的元素有 B、P、C、Si、Cu、Mo、Cr;降低转变温度的 元素有Ni、Mn;少量时提高、多量时降低转变温度的元素有 Ti、V;少量时降 低、多量时提高转变温度的元素有 Al 。合金钢的回火稳定性比碳素钢好 ,这是由于合

19、金元素在回火时阻碍了钢中原子的扩散 ,因 而在同样温度下 ,起到延迟马氏体分解和抗回火软化的作用。对合金钢的回火稳定 性影响比较显着的为 :钒、钨、钛、铬、钼、钴、硅等元素 ;影响不明显的为 :铝、 锰、镍等元素。可以看到 ,碳化物形成元素 ,对回火软化的延迟作用特别显着。钴和 硅虽属不形成碳化物元素 ,但它们对渗碳体晶核的形成和长大 ,有强烈的延迟作用 ,因 此,也有延迟回火软化的作用。各种合金元素对回火脆性影响的程度是不同的。定 性地说 ,锰、铬、氮、磷、钒、铜、镍等均有促进回火脆性的倾向。钼的作用较特 殊,它加入已有回火脆性的合金钢 （例如含锰、铬等 ）中,能显着地降低回火脆性倾向 ;

20、若单独加入普通碳素钢中 ,则成为促进回火脆性倾向的元素。钨的作用与钼相似 ,但 对回火脆性的影响尚未十分确定。对钢的焊接性和被切削性的影响焊接性和被切削 性是衡量钢的工艺性能好坏的主要方面。凡能提高淬透性的合金元素均对钢的焊接 性不利。因为在焊缝热影响区靠近熔合线一侧冷却时易形成马氏体等硬脆组织,有导致开裂的危险。另一方面 ,热影响区靠近熔合线处的晶粒因受高热容易粗化 ,因此, 合金钢中含有可使晶粒细化的元素如钛、钒等是有益的。硅含量高,焊接时会发生严重喷溅。硫含量高容易产生热裂 ,同时会逸出二氧化硫气体 ,在焊接金属内形成气 孔和疏松。磷含量高容易导致冷裂。钢中加入适量的硫、铅等元素可改善钢

21、的被切 削性（见易切削钢 ）。合金钢中的合金元素一般会使钢的硬度增加 ,因而增高切削抗力 加剧刀具磨损。通过改变钢的基体组织、夹杂物的种类、数量和形状可以影响钢的被切削性。对钢的耐蚀性能的影响铬是不锈耐酸钢和耐热钢的主要 合金元素。合金钢中含铬量若达到 12% 左右,在钢的表面便形成致密的铬的氧化物 , 使钢在氧化性介质中的耐蚀性发生突变而大大提高。铬、铝、硅等元素,能提高钢的抗氧化性和抗高温气体的腐蚀性能 ,但过量的铝和硅则会使钢的热塑性变坏。镍 主要用来形成和稳定奥氏体组织 ,使钢获得良好的力学性能、耐蚀性能和工艺性 能。钼能使不锈耐酸钢很快钝化 ,提高对含有氯离子的溶液及其他非氧化性介质

22、的 耐蚀能力。钛、铌通常用来固定合金钢中的碳 ,使它生成稳定的碳化物 ,以减轻碳对 合金钢耐蚀性能的有害作用。铜和磷配合使用时 ,可提高钢的耐大气腐蚀性能。合金钢和碳钢的区别合金钢与碳钢相比含有较多其他元素合金钢是指钢中除含硅和锰作为合金元素 或脱氧元素外 ,还含有其他合金元素 （如铬、镍、钼、钒、钛、铜、钨、铝、钴、铌、 锆和其他元素等 ）,有的还含有某些非金属元素 （如硼、氮等 ）的钢。根据钢中合金元 素含量的多少 ,又可分为低合金钢 ,中合金钢和高合金钢。而碳钢主要指力学性能取 决于钢中的碳含量 ,而一般不添加大量的合金元素的钢 ,有时也称为普碳钢或碳素 钢。碳钢也叫碳素钢 ,含炭量 WC 小于 2% 的铁碳合金。碳钢除含碳外一般还含有 少量的硅、锰、硫、磷按用途可以把碳钢分为碳素结构钢、碳素工具钢和易切削结 构钢三类。碳素结构钢又分为建筑结构钢和机器制造结构钢两种按含碳量可以把碳 钢分为低碳钢（WC < %）,中碳%）和高碳钢（WC>0。6%）按磷、硫含量可以把碳素钢分为普通碳素钢 （含磷、硫较高 ）、优质碳素钢 （含磷、硫较低 ）和高级优质 钢（含磷、硫更低 ）一般碳钢中含碳量较高则硬度越高 ,强度也越高 ,但塑性较低。相关文档：更多相关文档请访问：