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在鋼中加入合金元素后,鋼的基本組元鐵和碳與加入的合金元素會發生交互作用。鋼的合金化目的是希望利用合金元素與鐵、碳的相互作用和對鐵碳相圖及對鋼的熱處理的影響來改善鋼的組織和性能。合金元素與鐵、碳的相互作用合金元素加入鋼中后,主要以三種形式存在鋼中。即:與鐵形成固溶體;與碳形成碳化物;在高合金鋼中還可能形成金屬間化合物。溶于鐵中幾乎所有的合金元素(除Pb外)都可溶入鐵中,形成合金鐵素體或合金奧氏體,按其對α-Fe或γ-Fe的作用,可將合金元素分為擴大奧氏體相區和縮小奧氏體相區兩大類。擴大γ相區的元素—亦稱奧氏體穩定化元素,主要是Mn、Ni、Co、C、N、Cu等,它們使A3點(γ-Feα-Fe的轉變點)下降,A4點(γ-Fe的轉變點)上升,從而擴大γ-相的存在范圍。其中Ni、Mn等加入到一定量后,可使γ相區擴大到室溫以下,使α相區消失,稱為完全擴大γ相區元素。另外一些元素(如C、N、Cu等),雖然擴大γ相區,但不能擴大到室溫,故稱之為部分擴大γ相區的元素。
合金調質鋼用途合金調質鋼廣泛用于制造汽車、拖拉機、機床和其它機器上的各種重要零件,如齒輪、軸類件、連桿、螺栓等。性能要求調質件大多承受多種工作載荷,受力情況比較復雜,要求高的綜合機械性能,即具有高的強度和良好的塑性、韌性。合金調質鋼還要求有很好的淬透性。但不同零件受力情況不同,對淬透性的要求不一樣。成分特點:中碳:碳含量一般在0.25%~0.50%之間,以0.4%居多;加入提高淬透性的元素Cr、Mn、Ni、Si等:這些合金元素除了提高淬透性外,還能形成合金鐵素體,提高鋼的強度。如調質處理后的40Cr鋼的性能比45鋼的性能高很多;加入防止第二類回火脆性的元素:含Ni、Cr、Mn的合金調質鋼,高溫回火慢冷時易產生第二類回火脆性。在鋼中加入Mo、W可以防止第二類回火脆性,其適宜含量約為0.15%~0.30%Mo或0.8%~1.2%的W。
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對退火狀態下鋼的機械性能的影響結構鋼在退火狀態下的基本相是鐵素體和碳化物。合金元素溶于鐵素體中,形成合金鐵素體,依靠固溶強化作用,提高強度和硬度,但同時降低塑性和韌性。對退火狀態下鋼的機械性能的影響由于合金元素的加入降低了共析點的碳含量、使C曲線右移,從而使組織中的珠光體的比例增大,使珠光體層片距離減小,這也使鋼的強度增加,塑性下降。但是在退火狀態下,合金鋼沒有很大的優越性。由于過冷奧氏體穩定性增大,合金鋼在正火狀態下可得到層片距離更小的珠光體,或貝氏體甚至馬氏體組織,從而強度大為增加。Mn、Cr、Cu的強化作用較大,而Si、Al、V、Mo等在一般含量(例如一般結構鋼的實際含量)下影響很小。
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