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合金元素對(duì)鋼的工藝性能的影響:1.合金元素對(duì)鋼鑄造性能的影響固、液相線的溫度愈低和結(jié)晶溫區(qū)愈窄,其鑄造性能愈好。合金元素對(duì)鑄造性能的影響,主要取決于它們對(duì)Fe-Fe3C相圖的影響。另外,許多元素,如Cr、Mo、V、Ti、Al等在鋼中形成高熔點(diǎn)碳化物或氧化物質(zhì)點(diǎn),增大鋼的粘度,降低流動(dòng)性,使鑄造性能惡化。2.合金元素對(duì)鋼塑性加工性能的影響塑性加工分熱加工和冷加工。合金元素溶入固溶體中,或形成碳化物(如Cr、Mo、W等),都使鋼的熱變形抗力提高和熱塑性明顯下降而容易鍛裂。一般合金鋼的熱加工工藝性能比碳鋼要差得多。3.合金元素對(duì)鋼焊接性能的影響合金元素都提高鋼的淬透性,促進(jìn)脆性組織(馬氏體)的形成,使焊接性能變壞。但鋼中含有少量Ti和V,可改善鋼的焊接性能。4.合金元素對(duì)鋼切削性能的影響切削性能與鋼的硬度密切相關(guān),鋼是適合于切削加工的硬度范圍為170HB~230HB。一般合金鋼的切削性能比碳鋼差。但適當(dāng)加入S、P、Pb等元素可以大大改善鋼的切削性能。5.合金元素對(duì)鋼熱處理工藝性能的影響熱處理工藝性能反映鋼熱處理的難易程度和熱處理產(chǎn)生缺陷的傾向。主要包括淬透性、過熱敏感性、回火脆化傾向和氧化脫碳傾向等。合金鋼的淬透性高,淬火時(shí)可以采用比較緩慢的冷卻方法,可減少工件的變形和開裂傾向。加入錳、硅會(huì)增大鋼的過熱敏感性。
隨著科學(xué)技術(shù)和工業(yè)的發(fā)展,對(duì)材料提出了更高的要求,如更高的強(qiáng)度,抗高溫、高壓、低溫,耐腐蝕、磨損以及其它特殊物理、化學(xué)性能的要求,碳鋼已不能完全滿足要求。
碳鋼的在性能上主要有以下幾方面的不足:(1)淬透性低一般情況下,碳鋼水淬的淬透直徑只有10mm-20mm。(2)強(qiáng)度和屈強(qiáng)比較低如普通碳鋼Q235鋼的σs為235MPa,而低合金結(jié)構(gòu)鋼16Mn的σs則為360MPa以上。40鋼的σs/σb僅為0.43,遠(yuǎn)低于合金鋼。(3)回火穩(wěn)定性差由于回火穩(wěn)定性差,碳鋼在進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理時(shí),為了保證較高的強(qiáng)度需采用較低的回火溫度,這樣鋼的韌性就偏低;為了保證較好的韌性,采用高的回火溫度時(shí)強(qiáng)度又偏低,所以碳鋼的綜合機(jī)械性能水平不高。(4)不能滿足特殊性能的要求碳鋼在抗氧化、耐蝕、耐熱、耐低溫、耐磨損以及特殊電磁性等方面往往較差,不能滿足特殊使用性能的需求。
合金鋼的分類:按合金元素含量:1、低合金鋼(合金元素總量低于5%)、中合金鋼(合金元素總量為5%-10%)、高合金鋼(合金元素總量高于10%)。2、按合金元素成分:鉻鋼(Cr-Fe-C)、鉻鎳鋼(Cr-Ni-Fe-C)、錳鋼(Mn-Fe-C)、硅錳鋼(Si-Mn-Fe-C)。3、按小試樣正火或鑄態(tài)組織分:珠光體鋼、馬氏體鋼、鐵素體鋼、奧氏體鋼、萊氏體鋼。4、按用途分:合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼、特殊性能鋼。
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(huì)發(fā)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(duì)鐵碳相圖及對(duì)鋼的熱處理的影響來(lái)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。
合金元素對(duì)相圖的影響:1.對(duì)奧氏體和鐵素體存在范圍的影響:擴(kuò)大或縮小γ相區(qū)的元素均同樣擴(kuò)大或縮小Fe-Fe3C相圖中的γ相區(qū),且同樣Ni或Mn的含量較多時(shí),可使鋼在室溫下得到單相奧氏體組織(如奧氏體不銹鋼和高錳鋼等),而Cr、Ti、Si等超過一定含量時(shí),可使鋼在室溫獲得單相鐵素體組織(如高鉻鐵素體不銹鋼等)。2.對(duì)Fe-Fe3C相圖臨界點(diǎn)(S和E點(diǎn))的影響:擴(kuò)大γ相區(qū)的元素使Fe-Fe3C相圖中的共析轉(zhuǎn)變溫度下降,縮小γ相區(qū)的元素則使其上升,并都使共析反應(yīng)在一個(gè)溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。幾乎所有的合金元素都使共析點(diǎn)(S)和共晶點(diǎn)(E)的碳含量降低,即S點(diǎn)和E點(diǎn)左移,強(qiáng)碳化物形成元素的作用尤為強(qiáng)烈。
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