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合金钢的特点及合金元素在钢中的作用
作者: 发布日期:2018-12-12 关注次数:0 二维码分享

  合金钢的特点及合金元素在钢中的作用

  一、合金钢的特点

  合金钢是在碳钢的基础上加入了一定量的合金元素,其主要特点如下:

  (1)合金钢具有比碳钢更高的强度和韧性,而且其强化效果随组织不平衡程度的增大而趋于明显。如退火态合金钢的强度并不比碳钢有很大的优越性,而在正火态,合金钢的强度比碳钢明显增加,经淬火、回火后,合金钢的强化效果最显著。例如,40Cr与45钢相比,退火态硬度约高出10HBW;正火态约高出24HBW;淬火、600℃回火,硬度约高出70HBW。因此,在不锈钢工程中大多数合金钢一般都经过了淬火、回火态后使用。

  (2)合金钢的淬硬性主要取决于含碳量,与相同碳量的碳钢相比略有提高,但合金钢的淬透性与回火稳定性明显提高。因此,合金钢适于不锈钢工程中制造截面尺寸大,要求获得较厚淬硬层,或要求强度、硬度、塑性、韧性较高的钢件。而且合金钢淬火时冷却速度可比碳钢缓慢,不易变形、开裂,这对于形状复杂或要求变形小的零件是极其有利的。

  (3)有的合金钢还具有较高的热硬性以及其他特殊性能,如耐热、耐蚀、抗磨、磁性等。

  (4)合金钢价格较责,成型工艺及热处理工艺也较复杂。因此,在满足使用要求的前提下,应优先选用碳素钢。但对尺寸大、形状复杂、要求强化性能高、精度高的不锈钢零件,或要求热硬性及其他特殊性能的零件,仍应采用合金钢。

  二、和金元素在钢中的作用

  在一般的合金化理论中,按与碳亲合力的大小,可将合金元素分为碳化物形成元素和非碳化物形成元素两大类。常用合金元素如下:

  (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(按与碳亲合力由弱到强排列)。

  此外还有稀土元素,记为Re。

  合金元素在钢中的作用很复杂,归纳起来,其主要作用大致有如下几个方面。

  1)强化钢材

  强化钢材是在钢中加入合金元素的主要目的,可通过以下几方面因素起作用:

  (1)非碳化物形成元素及弱碳化物形成元素,如Si、Ni、Mn等溶入铁素体,起固溶强化作用。其中Ni可改善铁素体的韧性。

  (2)碳化物形成元素Cr、Mo、W、V、Ti等,与碳形成的碳化物比渗碳体更硬、更稳定、更细小,弥散度更高,可更好地发挥第二相强化与细晶强化作用。

  (3)合金元素,尤其是Mn、Ni、Cr、Mo、B(微量)等,增大钢的淬透性,以获得更深的淬硬层及采用较缓慢的淬火冷却速度。

  (4)合金元素,尤其是Si、Mo、V、W等,提高钢的回火稳定性以减慢回火软化作用。当W、Mo、V含量较多时,在淬火回火过程中还会产生二次硬化,从而提高钢的热硬性。

  2)使钢具备特殊性能

  在低碳钢中加入大于12%的Cr(如1Crl3),在钢的表层形成一层致密的铬氧化物保护膜,并增加电极电位,从而减缓电化学腐蚀过程,显著提高钢的耐蚀性。

  在低碳钢中同时加入18%的Cr和9%的Ni(如1Cr18Ni9)可获得单相奥氏体组织,从而使钢具有更高的耐蚀性。

  在含碳量较低的钢中加入足够的Cr、Si、Al等元素,特别是足够的Cr,可在钢的表面形成非常致密、稳定的氧化膜,从而提高钢的高温抗氧化性(热稳定钢)。若同时加入Mo、W、V、Ti等元素,则形成稳定的细小弥散氧化物,从而提高钢的高温强度(热强钢)。

  高碳钢中加入13%的Mn(ZGMn13),可使钢成为单相奥氏体组织,同时获得高的韧性和强的冷变形强化能力,并具有较高的耐磨性。更多不锈钢加工行业新闻,欢迎继续关注。


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