各种金属元素对材料性能影响.docx
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各种金属元素对材料性能影响
钢中常见元素对钢的各种性能影响
1、Si
Si的熔点1410℃,是缩小γ相区、形成γ相圈的元素,在α铁和γ铁中的溶解度分别为%及%。
Si是钢中常见元素之一,Si和氧的亲和力仅次于铝和钛,而强于Mn、Cr、V。
所以在炼钢中为常用的还原剂和脱氧剂。
为保证质量,除沸腾钢的半镇静钢外,Si在钢中含量应不小于%,作为合金元素一般不低于%
Si在钢中不形成碳化物,而是以固溶体的形态存在于铁素体或奥氏体中。
Si固溶于铁素体和奥氏体中可起到提高它们的硬度和强度的作用,在常见元素中仅次于P,而较Mn、Ni、Cr、W、Mo、V等为强。
但Si量超过3%,将显著降低钢的塑性、韧性和延展性。
低Si含量对钢的抗腐蚀性能有显著增强作用。
Si含量为15~20%的Si铁是很好的耐酸材料,对不同温度和浓度的硫酸、硝酸都很稳定。
但在盐酸和王水的作用下稳定性很小,在HF酸中则不稳定。
高Si铸铁之所以抗腐蚀,是由于当开始腐蚀时,在其表面形成致密的SiO2薄层,阻碍着酸的进一步向内侵蚀。
含Si的钢在氧化气氛中加热时,表面也形成SiO2薄层,从而提高钢在高温时的抗氧化性。
在Cr、Cr-Al、Cr-Ni、Cr-W等钢中加Si,都将提高它们的高温抗氧化性能。
各种奥氏体不锈钢中加入约2%的Si,可以增强它们的高温不起皮性。
Mn钢加Si也可以提高它的抗氧化性。
但Si含量高时,钢的表面脱碳倾向加剧。
Si提高钢中固熔体的硬度和强度,从而提高钢的屈服强度和抗拉强度。
在普通低合金钢中,Si还可以增强钢在自然条件下的耐腐蚀性,特别时增高局部腐蚀的抗力。
Si含量较高时,对焊接性不利,并易导致冷脆,还降低钢的被切削性;对中高碳钢回火时易产生石墨化。
2、)
3、Mn
Mn的熔点1244℃,扩大γ相区,形成无限固熔体。
Mn与硫形成MnS,是良好的脱氧剂和脱硫剂,可防止因硫而导致的热脆现象,从而改善钢的热加工性能。
在工业用钢中一般都含有一定数量的Mn。
Mn与Fe形成固溶体,提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度;同时又是碳化物的形成元素,进入渗碳体中取代一部分铁原子。
Mn在钢中由于降低临界转变温度,起到细化珠光体的作用,也间接起到提高珠光体钢强度的作用。
Mn还强烈增加钢的沾透性。
Mn含量较高时,有使钢晶粒粗化并增加钢的回火脆性的不利倾向。
Mn在钢中部分与铁互溶,形成固溶体(铁素体或奥氏体)部分和铁碳化合,形成渗碳体。
Mn对提高低碳和中碳珠光体钢的强度有显著的作用。
但使钢的延展性有所降低。
Mn对钢的焊接性有不利影响。
为改善钢的焊接性,应在许可的范围内适当降低钢的碳含量。
焊接时也需采用优质低氢焊条和相应的焊接工艺。
在普通低合金钢中,利用Mn可起到强化铁素体和细化珠光体的作用,以提高钢的强度,其含量一般在1~2%,含Mn的普通低合金钢发展十分迅速。
4、AL在钢中的作用
Al的熔点660℃,是强烈缩小γ相区、形成γ相圈的元素,在α铁和γ铁中的最大溶解度分别为36%及%,它与氮及氧的亲和力很强。
、
铝在钢中的作用,一是作炼钢时的脱氧定氮剂,并细化晶粒,阻抑碳钢的时效,提高钢在低温下的韧性;二是作为合金元首加入钢中提高钢的抗氧化性、改善钢的电、磁性能,提高渗氮钢的耐磨性和疲劳强度等。
因此,铝在不起皮钢、电热合金、磁钢和渗氮钢中,得到了广泛应用。
在铁锰铝系合金中,铝作为主要合金加入耐热钢、低温钢和无磁钢中。
铝可提高钢在氧化性酸中的耐蚀性。
铝在铁素体及珠光体钢中,当铝含量较高时,其高温强度和韧性较低。
铝和碳虽然可以化合成Al4C3和Al3C,但它和碳的亲和力小于铁和碳的亲和力,因此,在钢中一般不存在铝的碳化物。
铝细化钢的本质晶粒,提高钢晶粒粗化的温度。
由于铝细化钢的晶粒,固定钢中的氧和氮,因此可以减轻钢对缺口的敏感性,减少或消除刚的时效现象,并提高钢的冲击韧性,特别是降低钢的脆性转变温度。
当铝含量达到一定量时,可使钢产生钝化现象,使钢在氧化性酸中具有抗蚀性。
铝还提高钢对硫化氢的抗蚀作用。
铝含量在4%左右的钢在温度不超过600℃时有较好的抗H2S侵蚀作用。
铝对于钢在水蒸汽、氮气、特别是在氯气及其化合物气氛中的抗蚀作用是不利的。
在钢铁材料表面渡铝或渗铝,可提高其抗氧化性和在工业性和海洋性气份中的抗蚀性。
铝作为合金元素加入钢中,显著提高钢的抗氧化性,当铝与铬配合并用时,其抗氧化性可得到更大的提高。
但使钢的焊接性变坏。
含铝的钢渗氮后,在钢件表面牢固地形成一层薄而硬的弥散分布的氮化铝层,从而提高其硬度和疲劳强度,并改善其耐磨性。
铝在高温合金中,与镍形成γˊ相(Ni3AL),从而提高其热强性。
在磁性材料中,改善钢的电磁性能。
对沾透性影响不显著,有促进石墨化倾向。
近年来我国研究成功的15Al3MoWTi钢,铝含量为~%,是一中无镍铬的低合金耐蚀钢,曾用于炼油厂的裂化、焦化分馏塔低、常压蒸馏塔顶等典型部位代替碳素钢和0Cr13不锈钢使用,在含硫及H2S的腐蚀条件下,其耐蚀性优于0Cr13而比碳素钢提高数十倍。
可作加热炉炉管以及工作在550~650℃各种耐蚀不起皮钢构件,性能优于Cr5Mo钢。
!
铝是高锰低温钢的主要合金元素,一定含量的铝,有提高铁锰奥氏体稳定性,抑制β-Mn相变的作用,从而使铝在低温钢中得到了应用。
5、钼(MO)在钢中的作用
钼:
熔点2610℃,是使γ相区缩小、形成γ相圈的元素,在α铁和γ铁中的最大溶解度分别为4%及%。
钼在钢中存在于固溶体相和碳化物中。
钼属于强碳化物形成元素,当其含量较低时,与铁及碳形成复合的渗碳体;当含量较高时,则形成特殊碳化物,在较高回火温度下,由于弥散分布,有二次硬化作用。
钼对铁素体有固溶强化作用,同时也提高碳化物的稳定性,因此对钢的强度产生有利作用。
钼是提高钢热强性最有效的合金元素,主要在于强烈地提高钢中铁素体对蠕变的抗力。
此外,还可有效地抑制渗碳体在工作温度450~650℃下的聚集,促进弥散的特使碳化物的析出,从而进一步地起到了强化作用。
钼在钢中,由于形成特殊碳化物,可以改善在高温高压下抗氢侵蚀的作用。
钼加入钢中,也能使钢表面钝化,但作用不如铬显著,钼与铬相反,它既能在还原性酸(HCl、H2SO4、H2SO3)中又能在强氧化性盐溶液(特别是含有氯离子时)中,使钢表面钝化,因此,钼可以普遍提高钢的抗蚀性能。
钼通常与其它元素如锰、铬等配合使用,可显著提高钢的沾透性;钼含量约%时,能抑止或减低其它合金元素导致的回火脆性。
它还提高耐热钢的热强性和蠕变强度;含量2~3%时能增加不锈钢的抗有机酸及还原性介质腐蚀的能力。
钼加入铁素体耐酸钢中,也显著地提高钢对醋酸及含氯离子溶液的抗蚀性。
在含有氯化物的溶液中,常会引起材料的点腐蚀。
钢中加入钼后,在很大程度上这种倾向被减缓或抑止。
钼是提高珠光体钢热强性最有效的合金元素。
自含钼%的低碳钢用于锅炉管后,一系列二元和多元的含钼珠光体钢被广泛应用于动力、石油和化学工业中。
如15CrMo、12CrMoV、Cr5Mo等。
钼同样也能提高马氏体钢和奥氏体钢的热强性。
6、钨在钢中的作用
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钨:
熔点3380℃,缩小γ相区、形成γ相圈的元素,在α铁和γ铁中的最大溶解度分别为3。
3%及%。
它是强碳化物形成元素,常形成特殊碳化物。
钢中钨含量高时有二次硬化作用,有红硬性,以及增加耐磨性。
钨对钢的沾透性、回火稳定性、机械性能等的影响均与钼相似。
但以重量计,其作用效果不如钼显著。
钨提高钢在高温下的蠕变抗力与热强性,当与钼复合使用时,效果更佳。
钨能提高钢的抗氢作用的稳定性。
钨通常加入低碳和中碳的高级优质合金结构钢中,钨能阻止热处理时晶粒的长大和粗化,降低其回火脆化倾向,并显著提高钢的强度和韧性。
7、钒在钢中的作用
钒:
熔点1730℃,缩小γ相区、形成γ相圈,在α铁中无限固溶,在γ铁中的最大溶解度约为%。
它和碳、氧、氮都有较强的亲和力,为强碳化物及氮化物形成元素。
钒对钢的沾透性影响和钛相似。
它在钢中的作用主要是细化钢的组织和晶粒,提高晶粒粗化温度,从而降低钢的过热敏感性,并提高钢的强度和韧性等。
少量的钒是钢晶粒细化,韧性增加,这对低温用钢是很重要的一项特性。
钒能有效地固定钢中的碳和氮,因此钢中加入微量的钒可消除低碳钢甚至沸腾钢的时效现象。
钒细化钢的晶粒,提高钢正火后的强度和屈服比及低温韧性,改善钢的焊接性能,因此成为普通低合金钢的一种比较理想的合金元素,含钒钢用于制造低温结构或低温设备等。
钒在钢中,如形成高度弥散分布的碳化物和氮化物微粒,即使在高温下,聚合长大也极缓慢,因而可以增加钢的热强性和对蠕变的抗力。
一系列的CrMoV钢已成为制造锅炉、汽轮机的主要钢种。
如12CrMoV及12Cr1MoV用于过热器钢管、导管及相应的锻件等。
由于钒对碳的固定作用,在高温下,对抗氢腐蚀(脱碳和脆化)是有益的,在抗氢钢中,钒和碳含量之比应在左右,过低不足以固定所有的碳,因而不足以有效地抗氢腐蚀作用;过高则有部分的钒溶入铁素体中降低其塑性。
如20Cr3MoWVA钢,钒含量为~%,为一种高压抗氢用钢,用于10MPa和520℃以下工作的高压加氢设备的零件。
8、钛在钢中的作用
钛:
熔点1812℃,缩小γ相区、形成γ相圈,在α铁及γ铁中的最大溶解度为7%和%。
钛是最强的碳化物形成元素,与氧、氮的亲和力也极强,是良好的脱气剂和固定碳氮的有效元素。
在低碳钢中加入足够钛,可消除应变时效现象,由于钛可促进渗碳层的形成,二创制了含钛的“快速渗氮钢”。
在不锈钢中,由于钛固定碳,有防止和减轻钢的晶间腐蚀和应力腐蚀的作用。
钛固溶状态时,固溶强化作用极强,但同时降低韧性。
钛固溶于奥氏体中,提高钢的沾透性很显著,而以碳化钛微粒存在时,由于它细化钢的晶粒,并成为奥氏体分解时的有效晶核,反使钢的沾透性降低。
钛含量高时析出弥散分布的拉氏相,而产生时效强化作用。
钛还提高耐热钢的抗氧化性和热强性。
在高镍含铝合金中形成γˊ相{Ni3(Al,Ti)},弥散析出,亦提高热强性。
目前,钛越来越多地被用作航空、宇航工业材料。
在碳素钢、低合金铬钼钢中加入钛,能提高它们的持久强度和蠕变强度。
钛作为强碳化物形成元素。
可以提高钢在高温高压氢气中的稳定性。
为防止氢对碳素钢的侵蚀,通常在钢中加入强碳化物形成元素,如铬、钼、钨、钒等,使其产生比较稳定的复合或特殊的碳化物以抵抗氢的破坏作用。
当钢中的钛含量达到碳含量4倍时,可使钢在高压下对氢的稳定性几乎高达600℃以上。
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在不锈耐酸钢中加入钛,能提高抗蚀性,特别是对晶间腐蚀。
低碳碳素钢和低合金钢,如其中钛、碳含量比超过时,由于钢中的氧、氮和碳可以全部被固定住,对应力腐蚀和碱脆也有很好的抗力。
9、铬在钢中作用
铬:
熔点1920℃,缩小γ相区、形成γ相圈元素,在α铁中无限固溶,在γ铁中的最大溶解度约为%。
铬属于中等碳化物形成元素,随铬含量的增加,可形成(Fe,Cr)3C,(Cr,Te)7C3,(Cr,Te)23C6等碳化物,对钢的性能有显著影响。
铬增加钢的沾透性并有二次硬化作用。
在不锈耐热钢中,当铬含量超过12%时,具有良好的高温抗氧化性和耐氧化性介质腐蚀作用,并增加钢的热强性。
但含量高时或处理不当,易发生σ相和475℃脆相。
在单一的铬钢中,焊接性能随铬含量增加而恶化。
铬是显著提高钢的脆性转变温度的元素,随着铬含量的增加,钢的脆性转变温度也逐步提高,对钢有不利影响,冲击值随铬含量的增加而下降。
10、镍在钢中的作用
镍:
熔点1453℃,扩大γ相区,形成无限固溶体,在α铁中的最大溶解度约为10%。
镍和碳不形成碳化物,它是形成和稳定奥氏体的主要合金元素。
镍与铁以互溶的形式存在于钢中的α相和γ相中,使之强化。
镍细化铁素体晶粒,改善钢的低温性能,特别是韧性,因此在很低温度下工作的材料,可采用纯镍钢种。
但镍大多与铬、钼等配合使用。
由于镍可降低临界转变温度和降低钢中各元素的扩散速度,因而提高钢的沾透性。
目前镍在全世界范围内都是一种稀缺的元素。
作为钢的一种元素,应该只在不能用其它元素来获得所需要的性能时,才考虑使用它。
镍可降低钢低温脆化转变温度,含镍%的钢可以在-100℃时使用,含镍9%的钢可在-196℃时使用。
镍不增加钢对蠕变的抗力,因此不作为热强钢的强化元素。
在奥氏体热强钢中,镍的作用只是使钢奥氏体化,钢的强化必需靠其它元素,如钼、钨、钒、钛、铝来提高。
镍是有一定抗腐蚀能力的元素,对酸碱盐以及大气均有一定抗腐蚀能力。
含镍的低合金钢还有较高的抗腐蚀疲劳的性能。
镍钢不宜在含硫或含一氧化碳的气氛中加热。
因为镍易与硫结合,在晶界上形成熔点低的NiS网状组织而发生热脆,在高温时镍将与一氧化碳化合形成Ni(CO)4气体而由合金中逸出而下孔洞将进一步向合金内部发展。
11、磷、砷、锑在钢中的作用
磷、砷、锑是元素表中同一族的元素,因此三个元素在钢中有一些类似的作用。
它们加入钢中都有不同程度的抗腐蚀能力,磷对提高钢的抗拉强度具有显著作用。
它们又都增加钢的脆性,尤其是低温脆性,磷和砷又都是造成钢较严重偏析的有害元素。
磷对钢的焊接性不利,它能增加焊接的敏感性。
磷在硅钢中能增加冷脆性。
1、Al
(1)Al当钢中其含量小于3~5%时,是一有益的元素。
其作用是:
高的抗氧化性和电阻。
①作为强烈脱氧剂加进的Al,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Al<10%,在加热<1200℃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AlN本身在加热时具有高稳定性,①与②都有利于减弱钢的过热倾向。
③可改善钢的抗氧化性,考虑②和③,④能提高钢的电阻,与Cr共同用于制造高电阻铬铝合金:
如Cr13Al4、1Cr17Al5、1Cr25Al5。
Al使电阻增高的程度比Cr还高的多。
在Cr钢中加Al,会粗晶易脆,所以其量一般不超过5%,个别才有8~9%。
⑤对硅钢而言,Al可减少α铁心损失,降低磁感强度,与氧结合可减弱磁时效现象,但Al的氧化物会使磁性变坏。
Al(>%)也会使硅钢变脆。
(2)Al的不良影响 ①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。
②加速脱碳 当Al含量增加至3~5%时,8~9%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。
此外,它在800℃以上的高温长时间停置也极易变脆。
一般合金钢中含Al量:
合金结构钢:
Al=~%(38CrAlA、38CrMoAlA、38CrWVAlA等) 耐热不起皮钢:
Al=~%(Cr13SiAl、Cr24Al2Si、Cr17Al4Si等)电热合金:
Al=~%(Cr13Al4、1Cr17Al5、Cr8Al5、0Cr17Al5等) 甚至Al=8%Cr7Al7:
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%,更多时(~%)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。
①象Al、Cr一样,其氧化物均是尖晶石类型的组织。
其晶格常数与α-Fe、γ-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。
②有利于提高钢的弹性极限,在中碳钢中加入1~2%的Si,调质中σb将增15~20%,而Aku也提高了,还提高了σs和δ。
③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。
④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≤%。
⑤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%,最多只为%,正在研究提高至%。
⑥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400~500℃则作用并不显著)Si是铁素体形成元素,多加Si会使A-α转化。
(2)Si的不良影响①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。
②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=1~%时作用尚良好。
Si=~3%时则影响不良,含Si=2~%,则难以锻造。
当Si≤%时,矽铬钢对回火脆性的敏感性还很低,但对当Si=~%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Si>%时,甚至持用韧性处理也已不能消除矽铬钢的脆性。
(不过,Mo的加入可使其脆性稍许改善),SI=4%时,室温下即可能脆裂。
③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%。
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。
⑤硅锰结合,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烘烤。
⑥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:
Si<%合金结构钢:
Si=~%(27SiMn、40CrSi、20CrMnSi、35CrMnSiA等)弹簧钢:
Si=~2%(55Si2Mn、60Cr2Mn等)轴承钢:
Si=~%(GCr9SiMn、GCr15SiMn、GCr6SiMn等)工具钢:
Si=~%(SiMn、9SiCr、5SiMnMoV、6SiMoV等)耐热钢:
Si=1~%(Cr17Al4Si、Cr20Si3、4Cr9Si2、4Cr3Si4等)电机硅钢片:
Si=~%、~%、~%、~%为低、中、较高、高级硅钢片3、Mn
(1)锰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),17~19%(护环钢)①作为炼钢的脱氧剂用,因为一般钢中均含Mn,其量≤%。
②Mn和S作用抵消S对铁的红脆影响。
③Mn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,Mn↑,塑性稍有降低。
对低碳钢则含Mn↑,而韧性↑。
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γ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25~30℃,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0℃。
马氏体Mn钢:
易使之发脆、淬裂。
Mn易溶于铁素体内,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。
(渗碳后的锰钢,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、CrWMn钢等)。
④Mn可改善钢的焊接性和低温性能,还可减慢钢的脱碳作用。
⑤Mn量中还可适当改善钢的切削性能。
⑥对某些钢,Mn的作用可代Ni,能扩大γ相区得奥氏体,如模具钢(增强淬透性)、奥氏体钢等。
⑦高锰钢对冷工硬化敏感,可提高钢的强度和耐磨性。
(Mn=10~14%,而C=1~%)⑧铬锰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)锰的不良影响是:
①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,Mn是不能减低奥氏体晶粒长大倾向的元素,相反引起粗晶。
②增强钢对白点的敏感性,故要缓冷。
(含C>%时影响即较大) ③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(Mn>%延伸率↓↓) ④高锰钢熔点低(Mn13~14%,T熔1350~1400℃)平均线膨胀系数大(相当于钢类矽钢的倍),导热系数小(约为同类矽钢的1/3~1/4),热加工稍难。
⑤高锰钢在冷速不够时,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①碳钢:
a、正常含Mn量碳钢Mn=~%B、较高含Mn量碳钢Mn=~%及~%②锰钢:
Mn=~%少数~%③高锰钢:
Mn=13~14%(C=~%)注:
Mn<%为炼钢脱氧及稍许改变钢性能,作一般矽钢。
Mn=~%或%为具高塑性、耐磨性,强度而被采用。
Mn=~13%为粗晶极脆而不可用。
Mn=13~14%为冷工硬化而成为高耐磨钢。
4、Ni
(1)镍的有益作用是:
高的强度、高的韧性和良好的淬透性、高电阻、高的耐腐蚀性。
①一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。
(当镍<%时,其变脆温度即达-100℃以下,当Ni量增高时,约4~5%,其变脆温度竞可降至-180℃。
所以能同时提高淬火结构钢的强度和塑性。
含Ni=%,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。
②Ni的晶格常数与γ-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。
镍钼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。
σ、αk高)③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。
④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。
⑤含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%)。
⑥含Ni更高时,与Cr结合作高电阻合金(Cr15Ni60、Cr20Ni80)。
⑦Ni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。
⑨Ni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。
⑩Cr、Ni钢的焊接性能和低温性能也不错。
(2)Ni的不良作用:
①Ni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、马氏体钢不加镍。
②含硫气氛中的Ni钢耐蚀性也不及无Ni钢,因硫化镍会引起钢的赤热脆性。
③铬镍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。
)④对高速钢,因为它降低了它的硬度而被视为有害杂质,当Ni≈2%时或更高时,由于其抗600~660℃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。
⑤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%,且Ni
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