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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。
合金鋼的編號
牌號首部用數字標明碳含量。規定結構鋼以萬分之一為單位的數字(兩位數)、工具鋼和特殊性能鋼以千分之一為單位的數字(一位數)來表示碳含量,而工具鋼的碳含量超過1%時,碳含量不標出。在表明碳含量數字之后,用元素的化學符號表明鋼中主要合金元素,含量由其后面的數字標明,平均含量少于1.5%時不標數,平均含量為1.5%~2.49%、2.5%~3.49%時,相應地標以2、3。金結構鋼40Cr,平均碳含量為0.40%,主要合金元素Cr的含量在1.5%以下。合金工具鋼5CrMnMo,平均碳含量為0.5%,主要合金元素Cr、Mn、Mo的含量均在1.5%以下。專用鋼用其用途的漢語拼音字首來標明。如:滾珠軸承鋼,在鋼號前標以“G”。GCr15表含碳量約1.0%、鉻含量約1.5%(這是一個特例,鉻含量以千分之一為單位的數字表示)的滾珠軸承鋼。Y40Mn,表示碳含量為0.4%、錳含量少于1.5%的易切削鋼等等。對于高級優質鋼,則在鋼的末尾加“A”字表明,例如20Cr2Ni4。
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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