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合金钢的特性及合金元素的作用

作者:原创 时间:2019-12-28
合金钢的特性及合金元素在钢中的作用。合金钢的特点是在碳钢中加入一定量的合金元素。其主要特点是:
 
(1)合金钢具有比碳钢更高的强度和韧性,其强化效果随着结构失衡程度的增加而趋于明显。例如,退火后合金钢的强度并不比碳钢高多少,而在正火状态下,合金钢的强度明显高于碳钢。合金钢调质后的强化效果最为显著。如40Cr钢退火态硬度比45钢高10hbw左右,正火态硬度高24hbw左右,600℃调质态硬度高70hbw左右。因此,在不锈钢工程中,大多数合金钢都是经过调质后使用的。
 
(2)合金钢的淬透性主要取决于碳含量,碳含量略高于相同碳含量的碳钢,但合金钢的淬透性和回火稳定性明显提高。因此,合金钢适用于不锈钢工程制造截面尺寸大、硬化层厚或强度、硬度、塑性和韧性高的钢件。此外,合金钢的冷却速度比碳钢慢,不易变形开裂,对形状复杂或变形量小的零件非常有利。
 
(3)一些合金钢还具有较高的热硬度和其他特殊性能,如耐热性、耐腐蚀性、耐磨性、磁性等。(4)合金钢的价格相对应,成形工艺和热处理工艺也比较复杂。因此,在满足使用要求的前提下,应优先选用碳钢。但合金钢仍应用于尺寸大、形状复杂、强化性能高、精度高的不锈钢零件,或需要热硬度等特殊性能的零件。
 
2、在一般合金化理论中,合金元素根据与碳的亲和力可分为碳化物形成元素和非碳化物形成元素。常见的合金元素有:
 
(1)非碳化物形成元素:Ni、Co、A1、Si等。
 
(2)碳化物形成元素:Mn、Cr、Mo、W、V、Nb、Zr、Ti(与碳亲和力由弱到强排列)。
 
还有稀土元素,叫做稀土。
 
合金元素在钢中的作用非常复杂。综上所述,其主要功能如下。
 
1)强化钢是在钢中加入合金元素的主要目的,受以下因素的影响:
 
(1)非碳化物形成元素和Si、Ni、Mn等弱碳化物形成元素溶于铁素体,起固溶强化作用。镍能提高铁素体的韧性。
 
(2)碳化物形成元素Cr、Mo、W、V、Ti等。碳形成的碳化物比渗碳体更硬、更稳定、更小、更分散,能更好地发挥二次强化和细晶强化的作用。
 
(3)合金元素,特别是Mn、Ni、Cr、Mo、B(微量元素)可以提高钢的淬透性,获得较深的淬透层,并采用较慢的淬火和冷却速度。
 
(4)合金元素,特别是Si、Mo、V、W等,提高了钢的回火稳定性,减缓了回火软化效果。当W、Mo、V含量较高时,在调质过程中会发生二次硬化,从而提高钢的热硬度。(2)使钢在低碳钢上具有特殊的性能添加12%以上的Cr(如1Cr3),在钢表面形成致密的氧化铬保护膜,增加电极电位,从而减缓电化学腐蚀过程,显著提高钢的耐腐蚀性。
 
在低碳钢中同时加入18%Cr和9%Ni(如1Cr18Ni9),可获得单相奥氏体组织,使钢具有较高的耐蚀性。不锈钢装饰工程在低碳含量的钢中加入足够量的Cr、Si、Al等元素,特别是足够的Cr,可以在钢表面形成一种非常致密、稳定的氧化膜,从而提高了钢(耐热钢)的高温抗氧化性能。如果同时加入穆村、w、v、Ti等元素,就会形成稳定的细小弥散氧化物,从而提高钢(高温钢)的高温强度。
 
在高碳钢中加入13%Mn(ZGMn13)后,钢将形成单相奥氏体组织,获得高韧性、强冷变形强化能力和高耐磨性。