18种元素在钢中的作用.docx

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1、1、A1(1) A1当钢中其含量小于35%时，是一有益的元素。其作用是：高的抗氧化性和电阻。作为强烈脱氧剂加进的A1,可生成高度细碎的、超显微的氧化物，分散于钢体积中。因而可阻止钢加热时的晶粒长大(含A1VI0%,在加热V1200C才有细化作用，否则其作用甚小)和改善钢的淬透性。所以这些氧化物成为结晶的中心，而在钢冷却时又对A体分解起促进作用。作为合金元素，有助于钢的氮化，因而可提高钢的热稳定性。所以AIN本身在加热时具有高稳定性，与都有利于减弱钢的过热倾向。可改善钢的抗氧化性，考虑和，能提高钢的电阻，与Cr共同用于制造高电阻辂铝合金：如Cr13A14、ICrI7A15、ICr25A15。A1

2、使电阻增高的程度比Cr还高的多。在Cr钢中加A1,会粗晶易脆，所以其量一般不超过5%,个别才有89%。对硅钢而言，A1可减少铁心损失，降低磁感强度，与氧结合可减弱磁时效现象，但A1的氧化物会使磁性变坏。A1(0.5%)也会使硅钢变脆。(2) A1的不良影响促进钢的石墨化，减少合金相中的碳溶浓度，所以硬度、强度降低。加速脱碳当A1含量增加至35%时,89%将会大大地促进钢锭的柱状结晶过程。因此而大大增加钢的机械热加工的困难，也使钢极易脱碳。(其热加工之所以困难是因为该合金钢锭具有粗晶结构，且其晶体的解理极弱，所以导热性低，加热时容易出现大的温度差而锻裂，甚至钢锭的去皮加工都会使其晶界氧化而破坏。

3、此外，它在80OC以上的高温长时间停置也极易变脆。一般合金钢中含AI量：合金结构钢：A1=O.41.1%(38CrA1A.38CrMoA1A.38CrWVA1A等)耐热不起皮钢：A1=11-4.5%(Cr13SiAkCr24A12Si.Cr17A14Si等)电热合金：A1=3.56.5%(Cr13A14.1Cr17A15,Cr8A150Cr17A15等)甚至A1=8%Cr7A17:考虑电热合金受荷不大，虽有脆性，仍可使用。2、Si(1) 一般合金钢中的Si含量不会高于3.5%,更多时(4.8-6.5%)将使钢具有很高的脆性。Si的有益作用：高的热强性和弹性极限，高的导磁率，涡流损失少。象AkC

4、r一样，其氧化物均是尖晶石类型的组织。其晶格常数与-Fe.-Fe区别小。因为其氧化物与金属分界处的晶胞之间就紧密而强固地结合在一起，氧化皮紧密地被贴在金属上，甚至在高温下也不剥落。所以它具有很强的抗氧化性和耐热性能，而被加入耐热钢。有利于提高钢的弹性极限，在中碳钢中加入12%的Si,调质中b将增1520%,而AkU也提高了，还提高了s和。利于促进钢中石墨化而用于炼制石墨钢。此钢可制轴承，甚至作为工具钢代替，制冲头，拉模、弯曲模等。一脱氧能力较强，是炼钢常用的脱氧剂，故一般钢中均含Si,其量式.5%o硅可减小晶体的各向异性，使磁化容易，使磁阻减小，它还可减轻钢中其他杂质对磁场磁感的危害（使%C石

5、墨化，脱氧，与N形成氢化硅等）。所以可大大减少涡流损失。由于硅的脆性，目前高硅钢片硅含量规定为低于4.5%,最多只为4.8%,正在研究提高至6.5%。硅可显著地减慢回火马氏体在低温（200）时的分解速度。（在较高温度即400500C则作用并不显著）Si是铁素体形成元素，多加Si会使A-转化。(2) Si的不良影响促使石墨化，促进脱碳（它是阻止碳化物形成的一种元素），含Si钢一般不作渗碳。促进回火脆性的发展，使塑性降低。Si对冲击韧性和韧性的温度储量的影响不是等值的。当Si=I-I.5%时作用尚良好Si=2.53%时则影响不良，含Si=22.5%,则难以锻造。当SiW2.3%时，矽格钢对回火脆性

6、的敏感性还很低，但对当Si=2.53.5%时，对回火脆性和敏感性就高。用这种钢必须采取韧性处理（回火后在水中浸渍，锻时用少韧处理），而当Si3.5%时，甚至持用韧性处理也已不能消除矽辂钢的脆性。（不过,M。的加入可使其脆性稍许改善）,SI=4%时,室温下即可能脆裂。对碳素工具钢，Si含量上升时，将降低其淬透性等级。一般结构钢中均不宜加Si,对于高速钢，不大于0.4%。由于硅的存在，使钢中增碳困难，并使渗碳速度降低，所以此类钢多不作渗碳处理。硅镒结合，Mn可下降，因为Si引起的脱碳，Si有微弱的抑制晶粒长大的作用，可稍下降，Mn引起的调质粗晶，有相互改善作用，但易生白点，应注意冶炼时原材料的干燥

7、烘烤。硅在钢中还常以Fe、Mn的硅酸盐类夹杂物而存在，均会降低钢的各种性能，塑性比硫化物低。这类夹杂物透光度很高，而反光度则低，故显微镜下常呈灰黑色。(3) 一般合金钢中Si含量：一般碳钢：SiGCr6SiMn等)工具钢：Si=0.651.8%(SiMn、9SiCr.5SiMnMoV.6SiMoV等)耐热钢：Si=1-4.3%(Cr17A14Si.Cr20Si3.4Cr9Si2,4Cr3Si4等)电机硅钢片：Si=0.8-1.8%、1.82.8%、2.83.8%、3.84.8%为低、中、较高、高级硅钢片3、Mn(1)镒的有益作用是高的强度和耐磨性)，淬透、渗碳、冷工硬化。14%(高耐磨钢)，1

8、7-19%(护环钢)作为炼钢的脱氧剂用，因为一般钢中均含Mn,其量W0.7%。Mn和S作用抵消S对铁的红脆影响。Mn对各类钢的作用是：珠光体Mn钢：可提高其强度和耐磨性，塑性亦不错。所以它能细化珠光体组织。（对含碳量较高的钢，MnJ塑性稍有降低。对低碳钢则含Mnf,而韧性T。奥氏体Mn钢：有足够高的塑性和很高的耐磨性。所以Mn能增加奥氏体的稳定性，扩大相区得奥氏体。降低淬火时的临界冷却速度。降低钢的临界点（A1和A3）同碳量碳素钢低2530C,所以可提高钢的淬透性，淬火时的变形也比较小，因此适于制大截面和复杂的零件。Mn=5%时，Mn降至Oeo马氏体Mn钢：易使之发脆、淬裂。Mn易溶于铁素体内

9、，形成弱碳化物其稳定性不强。所以加热过程中极易完全溶入奥氏休中，加之其临界点又低，所以晶粒极易粗化、极易淬裂，为此应严格控制淬火加热温度和保温时间，一般均以油淬或流动空气中冷却为宜，只有形状简单件才好用水淬。调质钢：将降低其塑性（回火脆性影响）。渗碳钢：Mn的存在能促进渗碳作用，所以能大大提高钢的表面硬度与耐磨性，尤其可贵的是在渗碳时表面软点较少，也不改变过分增碳的倾向。（渗碳后的镒钢，在最后淬火前，应进行一次正火或退火处理，以消除因长时间渗碳造成的心部过热）。结构钢：将促使其回火脆性增强。工具钢：加入约1%Mn,可减少淬火时的体积变形，这对于精密工具和长形工具来说有重要的意义。（如CrMn、

10、CrwMn钢等）。Mn可改善钢的焊接性和低温性能，还可减慢钢的脱碳作用。Mn量中还可适当改善钢的切削性能。对某些钢，Mn的作用可代Ni,能扩大相区得奥氏体，如模具钢（增强淬透性）、奥氏体钢等。高镒钢对冷工硬化敏感，可提高钢的强度和耐磨性。（Mn=10-14%,而C=I-14%）络镒奥氏体钢的热强性很好，甚至可超过Cr.Ni钢，加4%Cr.Ni红热耐磨性更好。Mn价廉。（2）镒的不良影响是：增加钢的过热敏感性（粗晶）：这是由于含Mn渗碳体的稳定性不强，在加热过程中很容易完全溶于奥氏体中。加之，Mn钢的临界点亦较低,所以就易粗晶了。为此锻造和热处理加热都要严格控制加热温度和保温时间。所有合金元素中

11、，Mn是不能减低奥氏体晶粒长大倾向的元素，相反引起粗晶。增强钢对白点的敏感性，故要缓冷。（含C0.3%时影响即较大）增强回火脆性，且易形成带状和纤维组织。故纵、横向性能差较大（Mn2.4%延伸率U）高镒钢熔点低（MnI314%,T熔1350-1400C）平均线膨胀系数大（相当于钢类矽钢的1.9倍），导热系数小（约为同类矽钢的1/31/4）,热加工稍难。高镒钢在冷速不够时，易生成块状碳化物沿晶界析出，使钢变脆，采用水淬速冷时，可使碳化物来不及析出，得到均匀奥氏体组织，性能改善。但因为含Mn量高，导热性差，速冷则温差应力大而易淬裂，所以淬火次数不宜多。(3)含Mn钢的分类碳钢：a、正常含Mn量碳钢

12、Mn=O.250.8%B、较高含Mn量碳钢Mn=O.71.0%及0.912%镒钢：Mn=I.1-1.8%少数2.4%高镒钢：Mn=I314%(C=1.0-1.3%)注：Mn1.2%为炼钢脱氧及稍许改变钢性能，作一般矽钢Mn=1118%或2.4%为具高塑性、耐磨性，强度而被采用。Mn=2.413%为粗晶极脆而不可用。Mn=1314%为冷工硬化而成为高耐磨钢。4、Ni(1)锲的有益作用是：高的强度、高的韧性和良好的淬透性、高电阻、高的耐腐蚀性。一方面既强烈提高钢的强度，另方面又始终使铁的韧性保持极高的水平。其变脆温度则极低。(当银VO.3%时，其变脆温度即达To0。C以下，当Ni量增高时，约4-5

13、%,其变脆温度竟可降至-180oCo所以能同时提高淬火结构钢的强度和塑性。含Ni=3.5%,无Cr钢可空淬，含Ni=8%的Cr钢在很小冷速下也可转变为M体。Ni的晶格常数与广铁相近，所以可成连续固溶体。这就有利于提高钢的淬硬性，Ni可降低临界点并增加奥氏体的稳定性，所以其淬火温度可降低，淬透性好。一般大断面的厚重伯都用加Ni钢。当它同Cr、W或Cr、MO结合的时候，淬透性尤可增高。镁钳钢还具有很高的疲劳极限。(Ni钢有良好的耐热疲劳性，工作在冷热反复。、k高）在不锈钢中用Ni,是为了使钢具有均匀的A体组织，以改善耐蚀性。有Ni钢一般不易过热，所以它可阻止高温时晶粒的增长，仍可保持细晶粒组织。含

14、Ni量相当高的钢，其热膨胀系数很小而用作不变钢（Ni36%）和代用白金（Ni42%）o含Ni更高时，与Cr结合作高电阻合金（Cr15Ni60.Cr20Ni80）oNi和V一样，对脱碳过程没有影响。Ni本身不是有效的抗氧化学元素，所以很少单独用作不锈钢的合金元素，但对浓苛性碱有好的作用。Ni可提高A体钢的蠕变抗力，但还一定值作用则减弱，须加入别的合金元素，通过固溶强化或沉淀硬化的途径来解决。Cr.Ni钢的焊接性能和低温性能也不错。（2）Ni的不良作用：Ni不能提高铁素体的蠕变抗力，相反会使珠光体M体钢热脆性增大。所以珠光体、马氏体钢不加锲。含硫气氛中的Ni钢耐蚀性也不及无Ni钢，因硫化镇会引起钢

15、的赤热脆性。辂锲钢容易感受回火脆性和易形成白点（前者可在回火后采用速冷防止，后者应采用正确的熔炼规范和锻造、冷却规范防止。）对高速钢，因为它降低了它的硬度而被视为有害杂质，当Ni2%时或更高时，由于其抗60066（C回火稳定性降低而热硬性变坏（使A体稳定不分解），所以硬度降低。同样，因为Ni降低钢之淬火层的硬度，在轴承钢中也不希望有它，Ni不大于0.30%,且Ni+Cu不大于0.50%（Cu不大于0.25%）oNi虽可提高电阻，促使矽石墨化，但会降低磁感和最大磁导率。所以硅钢片也不希望有Ni。Ni在我国早，价钱高。Ni钢氧化容易起鳞，所银钢的氧化铁皮粘在钢表面上不易脱落。（3）一般合金钢中的Ni含量：渗碳钢：含C=O.15O25%Ni=I4.5%调质钢:含C=O.350.55%Ni=I175%不锈钢:含Ni2%M体不锈钢，含Ni=8-18%A体不锈钢。含Ni=28%M-P体类不锈钢。耐热不起皮钢：含Ni达93