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合金元素與鋼中的碳相互作用,形成碳化物存在于鋼中,按合金元素在鋼中與碳相互作用的情況,它們可以分為兩大類:
一、不形成碳化物的元素(稱為非碳化物形成元素),包括鎳、硅、鋁、鈷、銅等。由于這些元素與碳的結(jié)合力比鐵小,因此在鋼中它們不能與碳化合,它們對(duì)鋼中碳化物的結(jié)構(gòu)也無明顯的影響。
二、形成碳化物的元素(稱為碳化物形成元素),根據(jù)其與碳結(jié)合力的強(qiáng)弱,可把碳化物形成元素分成三類。
1)弱碳化物形成元素:
錳對(duì)碳的結(jié)合力僅略強(qiáng)于鐵。錳加入鋼中,一般不形成特殊碳化物(結(jié)構(gòu)與Fe3C不同的碳化物稱為特殊碳化物),而是溶入滲碳體中。
2)中強(qiáng)碳化物形成元素;鉻、鉬、鎢
3)強(qiáng)碳化物形成元素:釩、鈮、鈦
有極高的穩(wěn)定性,例如TiC在淬火加熱時(shí)要到l 000C以上才開始緩慢的溶解,這些碳化物有極高的硬度,例如在高速鋼中加人釩,形成V4C,使之有更高的耐磨性。
合金元素溶解于鐵素體(或奧氏體)中,以固溶體形式存在于鋼中。
合金元素與鋼中的氮、氧、硫等化合,以氮化物、氧化物、硫化物和硅酸鹽等非金屬夾雜物的形式存在于鋼中。
合金元素游離態(tài),即不溶于鐵,也不溶于化合物:鉛,銅
三、合金元素在鋼中的作用
C:
碳是鋼的主要元素。
1、當(dāng)含量在一定范圍內(nèi)時(shí),對(duì)鋼具有很大的強(qiáng)化作用,提高強(qiáng)度、硬度和耐磨性 ;
2、擴(kuò)大奧氏體區(qū)的元素;
3、碳與其它合金元素的共同作用,改善鋼的相關(guān)性能。
Si:
1、強(qiáng)化鐵素體,提高鋼的強(qiáng)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(zhì)中的耐蝕性,提高鋼的耐熱性 ;
4、磁鋼中的主要合金元素(含量在0.40%范圍內(nèi)時(shí),改善熱裂傾向,含量高時(shí),易形成柱狀晶,增加熱裂傾向)。
Mn :
1、在低含量范圍內(nèi),對(duì)鋼具有很大的強(qiáng)化作用,提高強(qiáng)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、在高含量范圍內(nèi),作為主要的奧氏體化元素。
Cr:
1、在低合金范圍內(nèi),對(duì)鋼具有很大的強(qiáng)化作用,提高強(qiáng)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、提高鋼的耐熱性
4、在高合金范圍內(nèi),使鋼具有對(duì)強(qiáng)氧化性酸類等腐蝕介質(zhì)的耐腐蝕能力
Mo :1、 強(qiáng)化鐵素體,提高鋼的強(qiáng)度和硬度
2、 降低鋼的臨界冷卻速度,提高鋼的淬透性 ;
3、 提高鋼的耐熱性和高溫強(qiáng)度;
Ni:
1、 提高鋼的強(qiáng)度,而不降低其塑性,改善鋼的低溫韌性 ;
2、 降低鋼的臨界冷卻速度,提高鋼的淬透性;
3、 擴(kuò)大奧氏體區(qū),是奧氏體化的有效元素 ;
4、 本身具有一定耐蝕性,對(duì)一些還原性酸類有良好的耐蝕能力;
Al :
1、 煉鋼中起良好的脫氧作用;
2、 細(xì)化鋼的晶粒,提高鋼的強(qiáng)度 ;
3、提高鋼的抗氧化性能,提高不銹鋼對(duì)強(qiáng)氧化性酸類的耐蝕能力。
RE :
1、煉鋼中起脫硫、去氣、凈化鋼液作用 ;
2、細(xì)化鋼的晶粒,改善鑄態(tài)組織 。
S:
1、 硫在鋼中以FeS-Fe共晶體存在于鋼的晶粒周界,降低鋼的力學(xué)性能,優(yōu)制鋼含硫量一般應(yīng)限制在0.04%以下;
2、 在機(jī)械制造中,有時(shí)為了改善某些鋼的切削加工性能,人為將含硫量提高,以形成硫化物,起中斷基體連續(xù)性的作用;
3、 硫含量的提高,增加鑄件熱裂傾向。
H:
煉鋼過程中鋼液從爐氣中吸收氫。
鋼液中氫的溶解度隨溫度升高而提高,在緩慢凝固條件下,氫以針孔形態(tài)析出。快速凝固時(shí),析出氫在鐵的晶格內(nèi)造成高應(yīng)力狀態(tài),導(dǎo)致脆性。
N:
煉鋼過程中鋼液從爐氣中吸收氮
1、 鋼液中溶解的氮在凝固過程中因溶解度降低而析出,并與鋼中的Si、Al、Zr等元素化合,生成SiN、AlN 、ZrN等氮化物。少量氮化物能細(xì)化鋼的晶粒。氮休物多時(shí),會(huì)使鋼的塑性和韌性降低;
2、 氮屬于擴(kuò)大奧氏體區(qū)元素,在鋼中可部分代替鎳的作用,是鉻錳氮不銹鋼中的合金元素,,在超低碳不銹鋼中,可代替碳的作用,提高鋼的強(qiáng)度;
O:
1、 鋼液中溶解的FeO 在凝固前溫度降低過程中與鋼液中的碳起反應(yīng),生成一氧化碳?xì)馀荩阼T件中造成氣孔;
2、 鋼液凝固過程中,F(xiàn)eO因溶解度下降而析出在鋼的晶粒周界處,降低鋼的性能。
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