合金鋼的影響

    合金元素對鐵碳合金相圖的影響



    1、合金元素對A相區的影響：1）擴大A相區（Mn、Ni、Co）；2）縮小A相區（Cr、V、Mo、Si)；3）正是這個原因我們可以生產奧氏體鋼和鐵素體鋼；

    2、合金元素對S、E點的影響：凡是擴大A相區的元素均使S、E點向左下方移動；凡是縮小A相區的元素均使S、E點向左上方移動。

    合金元素對S、E點的影響：如圖1所示：

    合金元素對鋼熱處理的影響

    1、對奧氏體化的影響——大多數合金元素（鎳、鈷除外）都減緩奧氏體化過程。所以在熱處理時就需要比碳鋼更高的加熱溫度和更長的保溫時間。——碳化物不宜分解。

    2、對奧氏體晶粒大小的影響——大多數合金元素有阻礙奧氏體晶粒長大的作用。但錳和硼卻相反，可以促進奧氏體晶粒長大，所以，除錳鋼外，合金鋼在加熱時不易過熱。這樣有利于在淬火后獲得細馬氏體；也有利于適當提高加熱溫度，使奧氏體中溶有更多的合金元素增加淬透性和提高鋼的力學性能。[2]

    3、合金元素對過奧氏體轉變的影響——除鈷外，所有合金元素都使C曲線右移，降低鋼的臨界冷卻速度，提高鋼的淬透性（如圖7-4）。有些合金元素還使C曲線的形狀發生改變。另外，大多數合金元素還使Ms點下降。

    對鋼加熱和冷卻時相變的影響

    鋼加熱時的主要固態相變是非奧氏體相向奧氏體相的轉變，即奧氏體化的過程。整個過程都和碳的擴散有關。合金元素中，非碳化物形成元素降低碳在奧氏體中的激活能，增加奧氏形成的速度；而強碳化物形成元素強烈妨礙碳在鋼中的擴散，顯著減慢奧氏體化的過程。

    鋼冷卻時的相變是指過冷奧氏體的分解，包括珠光體轉變（共析分解）、貝氏體相變及馬氏體相變。僅舉合金元素對過冷奧氏體等溫轉變曲線的影響為例，大多數合金元素，除鈷和鋁外，均起減緩奧氏體等溫分解的作用，但各類元素所起的作用有所不同。不形成碳化物的（如硅、磷、鎳、銅）和少量的碳化物形成元素（如釩、鈦、鉬、鎢），對奧氏體到向珠光體的轉變和向貝氏體的轉變的影響差異不大，因而使轉變曲線向右推移。

    碳化物形成元素（如釩、鈦、鉻、鉬、鎢）如果含量較多，將使奧氏體向珠光體的轉變顯著推遲，但對奧氏體向貝氏體的轉變的推遲并不顯著，因而使這兩種轉變的等溫轉變曲線從“鼻子”處分離，而形成兩個C形。[3]

    對鋼的晶粒度和淬透性的影響

    影響奧氏體晶粒度的因素很多。鋼的脫氧和合金化情況均與“奧氏體本質晶粒度”有關。一般來說,一些不形成碳化物的元素,如鎳、硅、銅、鈷等,阻止奧氏體晶粒長大的作用較弱,而錳、磷則有促進晶粒長大的傾向。碳化物形成元素如鎢、鉬、鉻等，對阻止奧氏體晶粒長大起中等作用。強碳化物形成元素如釩、鈦、鈮、鋯等，強烈地阻止奧氏體晶粒長大，起細化晶粒作用。鋁雖然屬于不形成碳化物元素，但卻是細化晶粒和控制晶粒開始粗化溫度的最常用的元素。

    鋼的淬透性（見淬火）高低主要取決于化學成分和晶粒度。除鈷和鋁等元素外，大部分合金元素溶入固溶體后都不同程度地抑制過冷奧氏體向珠光體和貝氏體的相變，增加獲得馬氏體組織的數量，即提高鋼的淬透性。[4]

    對鋼的力學性能和回火性能的影響

    鋼的性能取決于鐵的固溶體和碳化物各自性能以及它們相對分布的狀態。合金元素對鋼的力學性能的影響也與此有關。固溶于鐵素體中的合金元素，起固溶強化作用，使強度和硬度提高，但同時使韌性和塑性相對地降低。

    調質鋼的韌性－脆性轉變溫度是評價力學性能的一項重要指標。

    ①提高轉變溫度的元素有B、P、C、Si、Cu、Mo、Cr；

    ②降低轉變溫度的元素有Ni、Mn；

    ③少量時提高、多量時降低轉變溫度的元素有Ti、V;

    ④少量時降低、多量時提高轉變溫度的元素有Al。

    合金鋼的回火穩定性比碳素鋼好，這是由于合金元素在回火時阻礙了鋼中原子的擴散，因而在同樣溫度下，起到延遲馬氏體分解和抗回火軟化的作用。碳化物形成元素，對回火軟化的延遲作用特別顯著。鈷和硅雖屬不形成碳化物元素，但它們對滲碳體晶核的形成和長大，有強烈的延遲作用，因此，也有延遲回火軟化的作用。[5]

    對鋼的焊接性和被切削性的影響

    焊接性和被切削性是衡量鋼的工藝性能好壞的主要方面。凡能提高淬透性的合金元素均對鋼的焊接性不利。因為在焊縫熱影響區靠近熔合線一側冷卻時易形成馬氏體等硬脆組織，有導致開裂的危險。另一方面，熱影響區靠近熔合線處的晶粒因受高熱容易粗化，因此，合金鋼中含有可使晶粒細化的元素如鈦、釩等是有益的。

    鋼中加入適量的硫、鉛等元素可改善鋼的被切削性（見易切削鋼）。合金鋼中的合金元素一般會使鋼的硬度增加，因而增高切削抗力，加劇刀具磨損。通過改變鋼的基體組織、夾雜物的種類、數量和形狀可以影響鋼的被切削性。[6]

    對鋼的耐蝕性能的影響

    鉻是不銹耐酸鋼和耐熱鋼的主要合金元素。合金鋼中含鉻量若達到12%左右，在鋼的表面便形成致密的鉻的氧化物，使鋼在氧化性介質中的耐蝕性發生突變而大大提高。鉻、鋁、硅等元素，能提高鋼的抗氧化性和抗高溫氣體的腐蝕性能，但過量的鋁和硅則會使鋼的熱塑性變壞。鎳主要用來形成和穩定奧氏體組織，使鋼獲得良好的力學性能、耐蝕性能和工藝性能。鉬能使不銹耐酸鋼很快鈍化，提高對含有氯離子的溶液及其他非氧化性介質的耐蝕能力。鈦、鈮通常用來固定合金鋼中的碳，使它生成穩定的碳化物，以減輕碳對合金鋼耐蝕性能的有害作用。銅和磷配合使用時，可提高鋼的耐大氣腐蝕性能。