化學元素對金屬材料效能的影響

2022-09-10 03:36:04 字數 2329 閱讀 4159

c:碳含量越高,鋼的硬度越高,耐磨性越好,但塑性及韌性越差。

鋼中含碳量增加,屈服點和抗拉強度公升高,但塑性和衝擊性降低,當碳量0.23%超過時,鋼的焊接效能變壞,因此用於焊接的低合金結構鋼,含碳量一般不超過0.20%。

碳量高還會降低鋼的耐大氣腐蝕能力,在露天料場的高碳鋼就易鏽蝕;此外,碳能增加鋼的冷脆性和時效敏感性。

s:硫是鋼中的有害雜質,含硫較多的鋼在高溫下進行壓力加工時,容易脆裂,這種現象通常稱為熱脆性。

硫在通常情況下也是有害元素。使鋼產生熱脆性,降低鋼的延展性和韌性,在鍛造和軋制時造成裂紋。硫對焊接效能也不利,降低耐腐蝕性。

所以通常要求硫含量小於0.055%,優質鋼要求小於0.040%。

在鋼中加入0.08-0.20%的硫,可以改善切削加工性,通常稱易切削鋼。

p: 磷能使鋼的塑性及韌性明顯下降,特別是低溫時影響更為嚴重,這一現象稱為冷脆性。

在優質鋼中,硫和磷的含量應嚴格控制。但從另一方面來看,在低碳鋼中含有較高的硫和磷時,能使切削時切削易斷,對改善鋼的可切削性是有利的。

在一般情況下,磷是鋼中有害元素,增加鋼的冷脆性,使焊接效能變壞,降低塑性,使冷彎效能變壞。因此通常要求鋼中含磷量小於0.045%,優質鋼要求更低些。

mn: 錳能提高鋼的強度,消除或削弱硫的不良影響,並能提高鋼的淬透性。含錳量很高的高合金鋼(高錳鋼)具有良好的抗磨性及其他物理效能。

在煉鋼過程中,錳是良好的脫氧劑和脫硫劑,一般鋼中含錳0.30-0.50%。

在碳素鋼中加入0.70%以上時就算「錳鋼」,較一般鋼量的鋼不但有足夠的韌性,且有較高的強度和硬度,提高鋼的淬性,改善鋼的熱加工效能,如16mn鋼比a3屈服點高40%。含錳11-14%的鋼有極高的耐磨性,用於挖土機鏟斗,球磨機襯板等。

錳量增高,減弱鋼的抗腐蝕能力,降低焊接效能。

si: 矽含量增加可使鋼的硬度增加,但塑性及韌性下降。電工用鋼中含一定量的矽能改善軟磁效能。

在煉鋼過程中加矽作為還原劑和脫氧劑,所以鎮靜鋼含有0.15-0.30%的矽。

如果鋼中含矽量超過0.50-0.60%,矽就算合金元素。

矽能顯著提高鋼的彈性極限,屈服點和抗拉強度,故廣泛用於作彈簧鋼。在調質結構鋼中加入1.0-1.

2%的矽,強度可提高15-20%。矽和鉬、鎢、鉻等結合,有提高抗腐蝕性和抗氧化的作用,可製造耐熱鋼。含矽1-4%的低碳鋼,具有極高的導磁率,用於電器工業做矽鋼片。

矽量增加,會降低鋼的焊接效能。

w: 鎢可提高鋼的紅硬性和熱強性,並可提高鋼的耐磨性。

鎢熔點高,比重大,是貴生的合金元素。鎢與碳形成碳化鎢有很高的硬度和耐磨性。在工具鋼加鎢,可顯著提高紅硬性和熱強性,作切削工具及鍛模具用。

cr: 鉻能提高鋼的淬透性及耐磨性,改善鋼的抗氧化作用,提高鋼的抗腐蝕能力。

在結構鋼和工具鋼中,鉻能顯著提高強度、硬度和耐磨性,但同時降低塑性和韌性。鉻又能提高鋼的抗氧化性和耐腐蝕性,因而是不鏽鋼,耐熱鋼的重要合金元素。

v: 釩能細化鋼的晶力組織,提高鋼的強度、韌性及耐磨性。當它在高溫溶入奧氏體時,可增加鋼的淬透性;反之,當它以碳化物形態存在時,會降低鋼的淬透性。

釩是鋼的優良脫氧劑。鋼中加0.5%的釩可細化組織晶粒,提高強度和韌性。釩與碳形成的碳化物,在高溫高壓下可提高抗氫腐蝕能力。

mo: 鉬可顯著提高鋼的淬透性,提高熱強性,防止回火脆性,提高剩磁和矯頑力。

鉬能使鋼的晶粒細化,在高溫時保持足夠的強度和抗蠕變能力(長期在高溫下受到應力,發生變形,稱蠕變)。結構鋼中加入鉬,能提高機械效能。還可以抑制合金鋼由於火而引起的脆性。

在工具鋼中可提高紅性。

ti: 鈦能細化鋼的晶粒組織從而提高鋼的強度及韌性。在不鏽鋼中,鈦能消除或減輕鋼的晶間腐蝕現象。

鈦是鋼中強脫氧劑。它能使鋼的內部組織緻密,細化晶粒力;降低時效敏感性和冷脆性。改善焊接效能。在鉻18鎳9奧氏體不鏽鋼中加入適當的鈦,可避免晶間腐蝕。

ni: 鎳能提高鋼的強度和韌性,提高淬透性,含量高時,可顯著改變鋼和合金的一些物理效能,提高鋼的抗腐蝕能力。

鎳能提高鋼的強度,而又保持良好的塑性和韌性。鎳對酸鹼有較高的耐腐蝕能力,在高溫下有防鏽和耐熱能力。但由於鎳是較稀缺的資源,故應盡量採用其他合金元素代用鎳鉻鋼。

b: 硼的作用是當鋼中含有微量(0.001-0.005%)硼時,鋼的淬透性可以成倍的提高。

ai: 鋁能細化鋼的晶粒組織,阻抑低碳鋼的時效,提高鋼在低溫下的韌性。鋁還能提高鋼的抗氧化性,提高滲氮鋼的耐磨性和疲勞強度等。

鋁是鋼中常用的脫氧劑。鋼中加入少量的鋁,可細化晶粒,提高衝擊韌性,如作深衝薄板的08al鋼。鋁還具有抗氧化性和抗腐蝕效能,鋁與鉻、矽合用,可顯著提高鋼的高溫不起皮效能和耐高溫腐蝕的能力。

鋁的缺點是影響鋼的熱加工效能、焊接效能和切削加工效能。

cu: 銅在鋼中突出的作用是改善普通低合金鋼的抗大氣腐蝕性能,特別是和磷配合使用時。

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