1.0%)、硅(wSi>0.5%)、鉻、鎳、鉬、鎢、釩、鈦、鋯、鋁、硼、稀土( RE)等。根據(jù)我國資源情況,富產(chǎn)元素有硅、錳、鉬、鎢、釩、鈦、硼及稀土元素。選用合金時,應優(yōu)先考慮采用我國資源豐富的鋼種。" />

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合金元素在鋼中的存在形式

2017年05月04日09:12 青島豐東熱處理

在碳素鋼的基礎上,有目的地在冶煉的過程中加入一定量的合金元素。含有合金元素的鋼叫做合金鋼。常用的合金元素有:錳(wMn>1.0%)、硅(wSi>0.5%)、鉻、鎳、鉬、鎢、釩、鈦、鋯、鋁、硼、稀土( RE)等。根據(jù)我國資源情況,富產(chǎn)元素有硅、錳、鉬、鎢、釩、鈦、硼及稀土元素。選用合金時,應優(yōu)先考慮采用我國資源豐富的鋼種。

合金鋼與碳素鋼相比,具有較高的綜合力學性能、良好的熱處理工藝性能,并具有特殊的物理、化學性能。雖然合金鋼的生產(chǎn)工藝過程復雜、成本較高,但由于其具有優(yōu)良的性能,能夠滿足不同工作條件下的產(chǎn)品要求,因此應用范圍不斷擴大,重要的工程結構和機械零件均使用合金鋼制造。

鐵素體和滲碳體是碳素鋼中的兩個基本相,當合金元素加入鋼中時,合金元素可以固溶于鐵素體內(nèi),也可以固溶于滲碳體內(nèi)。與碳親和力弱的非碳化物形成元素,如鎳、硅、鋁、鈷等,主要固溶于鐵素體中形成合金鐵素體,而與碳親和力強的碳化物形成元素,如錳、鉻、鉬、鎢、釩、鈦、鋯、鈮等,則主要與碳結合形成合金滲碳體或碳化物。合金元素對鋼的基體的強化作用提高了鋼的力學性能和使用性能。

1.形成合金鐵素體

溶入鐵素體中的合金元素,形成合金鐵素體。原子直徑較小的合金元素(如氮、硼等)與鐵素體形成間隙固溶體,原子直徑較大的合金元素(如錳、鎳、鈷等)與鐵素體形成置換固溶體。

當合金元素溶入鐵素體后,必然引起鐵素體的晶格畸變,產(chǎn)生固溶強化,使鐵素體的強度、硬度提高,但塑性、韌性有下降趨勢。圖8-1和圖8-2所示為常見合金元素對鐵素體硬度和韌性的影響。

由圖可知,硅、錳能顯著地提高鐵素體的強度和硬度,但當wSi>0.6%、wMn>1.5%時,合金的韌性顯著下降。而鉻、鎳這兩種合金元素,在含量適當時(wCr≤2%,wNi≤5%),不僅能提高鐵素體的強度和硬度,同時也能提高其韌性。

2.形成合金碳化物

在鋼中能形成碳化物的元素有:鈦、鋯、鈮、釩、鎢、鉬、鉻、錳、鐵等。在周期表中,碳化物形成元素都是位于鐵左邊的過渡元素,離鐵越遠,則該合金元素與碳的親和力越強,形成碳化物的能力越大,形成的碳化物越穩(wěn)定,越不容易分解。一般認為,鈦、鋯、鈮、釩是強碳化物形成元素,鎢、鉬、鉻是中強碳化物形成元素,錳為弱碳化物形成元素。合金鋼中形成合金碳化物的類型主要有以下兩類。

(1)合金滲碳體

合金滲碳體是合金元素溶入滲碳體所形成的化合物,仍具有滲碳體的復雜晶格,其中鐵與合金元素的比例可變,但兩者的總和與碳的比例是固定不變的。如在含錳的鋼中,F(xiàn)e3C中的鐵原子被錳原子置換而形成(Fe,Mn)3C。當中強碳化物形成元素在鋼中的質(zhì)量分數(shù)不大(0.5%~3%)時,一般也傾向于形成合金滲碳體,如( Fe,Cr) 3C、(Fe,W)3C等。合金滲碳體的穩(wěn)定性略高于滲碳體,硬度也較高,是一般低合金鋼中碳化物的主要存在形式。

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