公司動(dòng)態(tài)

      金屬材料中的合金元素都起什么作用?

      生鐵中除鐵外

      ,還含有碳
      、硅
      、錳
      、磷和硫等元素。這些元素對(duì)生鐵的性能均有一定的影響。

        碳(C):在生鐵中以?xún)煞N形態(tài)存在,一種是游離碳(石墨)

      ,主要存在于鑄造生鐵中,另一種是化合碳(碳化鐵)
      ,主要存在于煉鋼生鐵中
      ,碳化鐵硬而脆,塑性低
      ,含量適當(dāng)可提高生鐵的強(qiáng)度和硬度
      ,含量過(guò)多,則使生鐵難于削切加工
      ,這就是煉鋼生鐵切削性能差的原因
      。石墨很軟,強(qiáng)度低
      ,它的存在能增加生鐵的鑄造性能

        硅(SI):能促使生鐵中所含的碳分離為石墨狀,能去氧

      ,還能減少鑄件的氣眼
      ,能提高熔化生鐵的流動(dòng)性,降低鑄件的收縮量
      ,但含硅過(guò)多
      ,也會(huì)使生鐵變硬變脆。

        錳(MN):能溶于鐵素體和滲碳體

      。在高爐煉制生鐵時(shí)
      ,含錳量適當(dāng),可提高生鐵的鑄造性能和削切性能
      ,在高爐里錳還可以和有害雜質(zhì)硫形成硫化錳
      ,進(jìn)入爐渣。

        磷(P):屬于有害元素

      ,但磷可使鐵水的流動(dòng)性增加,這是因?yàn)榱驕p低了生鐵熔點(diǎn)
      ,所以在有的制品內(nèi)往往含磷量較高
      。然而磷的存在又使鐵增加硬脆性,優(yōu)良的生鐵含磷量應(yīng)少
      ,有時(shí)為了要增加流動(dòng)性
      ,含磷量可達(dá)1.2%。

        硫(S):在生鐵中是有害元素

      ,它促使鐵與碳的結(jié)合
      ,使鐵硬脆,并與鐵化合成低熔點(diǎn)的硫化鐵,使生鐵產(chǎn)生熱脆性.減低鐵液的流動(dòng)性
      ,顧含硫高的生鐵不適于鑄造細(xì)件
      。鑄造生鐵中硫的含量規(guī)定較多不得超過(guò)0.06%(車(chē)輪生鐵除外)。

        元素在鋼中的作用

        常存雜質(zhì)元素對(duì)鋼材性能的影響

        鋼除含碳以外

      ,還含有少量錳(MN)
      、硅(SI)、硫(S)
      、磷(P)
      、氧(O)、氮(N)和氫(H)等元素
      。這些元素并非為改變鋼材質(zhì)量有意加入的
      ,而是由礦石及冶煉過(guò)程中帶入的,故稱(chēng)為雜質(zhì)元素
      。這些雜質(zhì)對(duì)鋼性能是有一定影響
      ,為了保證鋼材的質(zhì)量,在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)各類(lèi)鋼的化學(xué)成分都作了嚴(yán)格的規(guī)定

        1)硫

        硫來(lái)源于煉鋼的礦石與燃料焦炭

      。它是鋼中的一種有害元素。硫以硫化鐵(FES)的形態(tài)存在于鋼中
      ,F(xiàn)ES和FE形成低熔點(diǎn)(985℃)化合物
      。而鋼材的熱加工溫度一般在1150~1200℃以上,所以當(dāng)鋼材熱加工時(shí)
      ,由于 FES化合物的過(guò)早熔化而導(dǎo)致工件開(kāi)裂
      ,這種現(xiàn)象稱(chēng)為“熱脆”。含硫量愈高
      ,熱脆現(xiàn)象愈嚴(yán)重
      ,故需對(duì)鋼中含硫量進(jìn)行控制。優(yōu)良鋼:S<0.02%~0.03%
      ;優(yōu)良鋼:S<0.03%~0.045%
      ;普通鋼:S<0.055%~0.7%以下。

        2)磷

        磷是由礦石帶入鋼中的

      ,一般說(shuō)磷也是有害元素
      。磷雖能使鋼材的強(qiáng)度、硬度變高
      ,但引起塑性
      、沖擊韌性顯著降低。特別是在低溫時(shí)
      ,它使鋼材顯著變脆
      ,這種現(xiàn)象稱(chēng)"冷脆"
      。冷脆使鋼材的冷加工及焊接性變壞,含磷愈高
      ,冷脆性愈大
      ,故鋼中對(duì)含磷量控制較嚴(yán)。優(yōu)良鋼: P<0.025%
      ;優(yōu)良鋼: P<0.04%
      ;普通鋼: P<0.085%。

        3)錳

        錳是煉鋼時(shí)作為脫氧劑加入鋼中的

      。由于錳可以與硫形成高熔點(diǎn)(1600℃)的 MNS
      ,一定程度上去除了硫的有害作用。錳具有很好的脫氧能力
      ,能夠與鋼中的FEO成為MNO進(jìn)入爐渣
      ,從而改變鋼的品質(zhì),特別是降低鋼的脆性
      ,提高鋼的強(qiáng)度和硬度
      。因此,錳在鋼中是一種有益元素
      。一般認(rèn)為
      ,鋼中含錳量在0.5%~0.8%以下時(shí),把錳看成是常存雜質(zhì)
      。技術(shù)條件中規(guī)定
      ,優(yōu)良碳素結(jié)構(gòu)鋼中,正常含錳量是0.5%~0.8%
      ;而較高含錳量的結(jié)構(gòu)鋼中
      ,其量可達(dá)0.7%~1.2%。

        4)硅

        硅也是煉鋼時(shí)作為脫氧劑而加入鋼中的元素

      。硅與鋼水中的FEO能結(jié)成密度較小的硅酸鹽爐渣而被除去
      ,因此硅是一種有益的元素。硅在鋼中溶于鐵素體內(nèi)使鋼的強(qiáng)度
      、硬度增加
      ,塑性、韌性降低
      。鋼中的含硅量通常在0.1%~0.37%
      ,沸騰鋼中只含有0.03%~0.07%。由于鋼中硅含量一般不超過(guò)0.5%
      ,對(duì)鋼性能影響不大。

        5)氧

        氧在鋼中是有害元素

      。它是在煉鋼過(guò)程中自然進(jìn)入鋼中的
      ,盡管在煉鋼末期要加入錳、硅、鐵和鋁進(jìn)行脫氧
      ,但不可能除盡
      。氧在鋼中以FEO、MNO
      、SIO2
      、AL2O3等夾雜形式,使鋼的強(qiáng)度
      、塑性降低
      。尤其是對(duì)疲勞強(qiáng)度、沖擊韌性等有嚴(yán)重影響

        第4章:常用金屬材料中各種化學(xué)成分對(duì)性能的影響2


        6)氮鐵素體溶解氮的能力很低

      。當(dāng)鋼中溶有過(guò)飽和的氮,在放置較長(zhǎng)一段時(shí)間后或隨后在200~300℃加熱就會(huì)發(fā)生氮以氮化物形式的析出
      ,并使鋼的硬度
      、強(qiáng)度提高,塑性下降
      ,發(fā)生時(shí)效
      。鋼液中加入AL、TI或V進(jìn)行固氮處理
      ,使氮固定在ALN
      、TIN或VN中,可去除時(shí)效傾向


        7)氫


        鋼中溶有氫會(huì)引起鋼的氫脆

      、白點(diǎn)等缺點(diǎn)。白點(diǎn)常在軋制的厚板
      、大鍛件中發(fā)現(xiàn)
      ,在縱斷面中可看到圓形或橢圓形的白色斑點(diǎn);在橫斷面上則是細(xì)長(zhǎng)的發(fā)絲狀裂紋
      。鍛件中有了白點(diǎn)
      ,使用時(shí)會(huì)發(fā)生突然斷裂,造成不測(cè)事故
      。因此
      ,化工容器用鋼,不允許有白點(diǎn)存在
      。氫產(chǎn)生白點(diǎn)冷裂的主要原因是因?yàn)楦邷貖W氏體冷至較低溫時(shí)
      ,氫在鋼中的溶解度急劇降低。當(dāng)冷卻較快時(shí)
      ,氫原子來(lái)不及擴(kuò)散到鋼的表面而逸出
      ,就在鋼中的一些缺點(diǎn)處由原子狀態(tài)的氫變成分子狀態(tài)的氫
      。氫分子在不能擴(kuò)散的條件下在局部地區(qū)產(chǎn)生很大壓力,這壓力超過(guò)了鋼的強(qiáng)度限制而在該處形成裂紋
      ,即白點(diǎn)


        合


        金


        合金鋼中元素的作用


        為了合金化而加入的合金元素,較常用的有硅

      、錳
      、鉻、鎳
      、鉬
      、鎢、釩
      ,鈦
      ,鈮、硼
      、鋁等?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">,F(xiàn)分別說(shuō)明它們?cè)阡撝械淖饔谩?/p>


        1)硅


        ①提高鋼中固溶體的強(qiáng)度和冷加工硬化程度使鋼的韌性和塑性降低


       ?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">、诠枘茱@著地提高鋼的彈性級(jí)限、屈服級(jí)限和屈強(qiáng)比


       ?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">、勰透g性。硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%一20%的高硅鑄鐵

      ,是很好的耐酸材料
      。含有硅的鋼在氧化氣氛中加熱時(shí),表面也將形成一層SIO2薄膜


        缺點(diǎn):使鋼的連接性能惡化


        2)錳


        ①錳能提高鋼的淬透性


       ?div id="4qifd00" class="flower right">

      、阱i對(duì)提高低碳和中碳珠光體鋼的強(qiáng)度有顯著的作用。


       ?div id="4qifd00" class="flower right">

      、坼i對(duì)鋼的高溫瞬時(shí)強(qiáng)度有所提高


        缺點(diǎn):


        ①含錳較高時(shí)

      ,有較明顯的回火脆性現(xiàn)象


        ②錳有促使晶粒長(zhǎng)大的作用

      ,因此錳鋼對(duì)過(guò)熱較敏感T在熱處理工藝上需注意
      。這種缺點(diǎn)可用加入細(xì)化晶粒元素如鉬
      、釩、鈦等來(lái)克服:


       ?div id="m50uktp" class="box-center"> 、郛?dāng)錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)1%時(shí),會(huì)使鋼的連接性能變壞


        3)鉻在鋼中的作用


       ?div id="m50uktp" class="box-center"> 、巽t可提高鋼的強(qiáng)度和硬度


        ②鉻可提高鋼的高溫機(jī)械性能


       ?div id="m50uktp" class="box-center"> 、凼逛摼哂辛己玫目垢g性


        ④阻止石墨化


       ?div id="m50uktp" class="box-center"> 、萏岣叽阃感?div id="m50uktp" class="box-center"> 。


        缺點(diǎn):


        ①是顯著提高鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度


       ?div id="m50uktp" class="box-center"> 、阢t能促鋼的回火脆性


        4)鎳在鋼中的作用


        ①可提高鋼的強(qiáng)度而不顯著降低其韌性


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      、阪嚳山档弯摰拇嘈赞D(zhuǎn)變溫度,即可提高鋼的低溫韌性


       ?div id="d48novz" class="flower left">

      、鄹淖冧摰募庸ば院涂珊感裕?/p>


       ?div id="d48novz" class="flower left">

      、苕嚳梢蕴岣咪摰目垢g能力
      ,不僅能耐酸,而且能抗堿和大氣的腐蝕


        5)鉬在鋼中的作用


       ?div id="d48novz" class="flower left">

      、巽f對(duì)鐵素體有固溶強(qiáng)化作用。


       ?div id="4qifd00" class="flower right">

      、谔岣咪摕釓?qiáng)性


       ?div id="4qifd00" class="flower right">

      、劭箽淝治g的作用。


       ?div id="4qifd00" class="flower right">

      、芴岣咪摰拇阃感?div id="4qifd00" class="flower right">


        缺點(diǎn):


        鉬的主要不良作用是它能使低合金鉬鋼發(fā)生石墨化的傾向。


        6)鎢在鋼中的作用


       ?div id="4qifd00" class="flower right">

      、偬岣邚?qiáng)度


       ?div id="4qifd00" class="flower right">

      、谔岣咪摰母邷貜?qiáng)度。


       ?div id="4qifd00" class="flower right">

      、厶岣咪摰目箽湫阅?div id="4qifd00" class="flower right">


       ?div id="4qifd00" class="flower right">

      、苁鞘逛摼哂袩嵊残浴R虼随u是高速工具鋼中的主要合金元素


        7)釩在鋼中的作用


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      、贌釓?qiáng)性。


       ?div id="4qifd00" class="flower right">

      、阝C能顯著地改變普通低碳低合金鋼的連接性能


        8)鈦在鋼中的作用


        ①鈦能改變鋼的熱強(qiáng)性

      ,提高鋼的抗蠕變性能及高溫長(zhǎng)久強(qiáng)度


        ②并能提高鋼在高溫高壓氫氣中的穩(wěn)定性

      。使鋼在高壓下對(duì)氫的穩(wěn)定性高達(dá)600℃以上
      ,在珠光體低合金鋼中,鈦可阻止鉬鋼在高溫下的石墨化現(xiàn)象
      。因此
      ,鈦是鍋爐高溫元件所用的熱強(qiáng)鋼中的重要合金元素之一。


        9)鈮在鋼中的作用


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      、兮壓吞?div id="d48novz" class="flower left">
      、氮、氧都有很強(qiáng)的結(jié)合力
      ,并與之形成相應(yīng)的很為穩(wěn)定的化合物
      ,因而能細(xì)化晶粒,降低鋼的過(guò)熱敏感性和回火脆性


       ?div id="d48novz" class="flower left">

      、谟泻芎玫目箽湫阅堋?/p>


       ?div id="d48novz" class="flower left">

      、垅壞芴岣咪摰臒釓?qiáng)性


        10)硼在鋼中的作用


        ①提高鋼的淬透性


       ?div id="d48novz" class="flower left">

      、谔岣咪摰母邷貜?qiáng)度。強(qiáng)化晶界的作用


        11)鋁在鋼中的作用


       ?div id="d48novz" class="flower left">

      、儆米鳠掍摃r(shí)的脫氧定氮?jiǎng)?xì)化晶粒
      ,控制低碳鋼的時(shí)效
      ,改變鋼在低溫時(shí)的韌性,特別是降低了鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度;


       ?div id="d48novz" class="flower left">

      、诖送?div id="d48novz" class="flower left">
      ,鋁還能提高對(duì)硫化氫和V2O5,的抗腐蝕性


        缺點(diǎn):


       ?div id="d48novz" class="flower left">

      、倜撗鯐r(shí)如用鋁量過(guò)多,將促使鋼的石墨化傾向


       ?div id="4qifd00" class="flower right">

      、诋?dāng)含鋁較高時(shí),其高溫強(qiáng)度和韌性較低。


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