合金元素在钢中的作用

过程。 金属喷镀 !"#$% &’($) 用压缩空气或惰性气体将熔融的耐蚀金属喷射到金属 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面形成 保护镀层的过程。 静电喷涂层 "%"*#(+&#$#,* *+$#,-. 涂料呈雾状分散在高电压的静电场中，使涂料微粒带 电，借静电作用将其吸向制品表面而形成涂层。 第九节 合金元素在钢中的作用 表 ! " # " !$ 合金元素在钢中的作用 对钢的显微组织 及热处理的作用 对钢的力学性能的作用 对钢的物理、化学及 工艺性能的作用 在钢中的应用 硅 %& （!）作为钢中的合金元 素，其含量一般不低于 ’()*。以固溶体形态 存在于铁素体或奥氏 体中，缩小奥氏体相区 （+）提高退火、正火和 淬火温度，在亚共析钢 中提高淬透性 （,）硅不形成碳化物， 有强烈的促进碳的石 墨化的作用，在硅含量 较高的中碳和高碳钢 中，如不含有强碳化物 形成元素，易在一定温 度条件下发生石墨化 （)）在渗碳钢中，硅减 小渗碳层厚度和碳的 浓度 （#）硅对钢水有良好脱 氧作用 （!）提高铁素体和奥氏 体的硬度和强度，其作 用较 -.、/&、01、2、-3、 4等更强；显著提高钢 的弹性极限、屈服强度 和屈强比（!5 6!7），并提 高疲劳强度和疲劳比 （!" ! 6!7） （+）硅含量超过 ,*时 显著降低钢的塑性和 韧性；硅提高塑 6脆转 变温度 （,）硅易使钢中形成带 状组织，使横向性能低 于纵向性能 （)）改善钢的耐磨性能 （!）降低钢的密度、热 导率、电导率和电阻温 度系数 （+）硅钢片的涡流损耗 量显著低于纯铁，矫顽 力、磁阻和磁滞损耗较 低，磁导率和磁感强度 较高。但在强磁场中， 硅降低磁感强度 （,）提高高温时钢的抗 氧化性能，但硅含量高 时，表面脱碳加剧 （)）硅含量超过 +(#* 的钢，其变形加工较为 困难 （#）硅降低钢的可焊性 （!）在普通低合金钢中 提高强度，改善局部腐 蚀抗力，在调质钢中提 高淬透性和抗回火性， 是多元合金结构钢中 的主要合金组元之一 （+）硅含量为 ’(#* 8 +($*的%&-.或%&-.9钢 （ 碳 含 量 ’(#* 8 ’(:*）广泛用于高载荷 弹簧材料，同时加入 2、4、-3、/7、01等强碳 化物形成元素 （,）硅 钢 片 为 含 硅 !(’* 8 )(#*的低碳和 超低碳钢，用于电机和 变压器 （)）在不锈钢和耐蚀钢 中，与-3、2、01、;<、=&、 /等配合，提高抗蚀和 抗高温氧化能力 （#）硅含量较高的石墨 钢用于冷作模具材料 ,:!! 第五章 常用金属材料基本性能数据 续表 对钢的显微组织 及热处理的作用 对钢的力学性能的作用 对钢的物理、化学及 工艺性能的作用 在钢中的应用 锰 !" （#）锰是良好的脱氧剂 和脱硫剂，工业用钢中 一般均含有一定量的 锰 （$）锰固溶于铁素体和 奥氏体中，扩大奥氏体 区，使临界温度 !% 点 升 高， !& 点 降 低， （!’"）区下移，当锰含 量超过 #$(时，上临界 点降至室温以下，使钢 在室温时形成单一奥 氏体组织。在降低共 析温度同时，使共析体 中的碳含量减少 （&）锰强烈降低钢的 !)#和马氏体转变温度 （其作用仅次于碳）和 钢中相变的速度，提高 钢的淬透性，增加强余 奥氏体含量 （%）使钢的调质组织均 匀、细化，避免了渗碳 层中碳化物的聚集成 块，但增大了钢的过热 敏感性和回火脆性倾 向 （*）锰是弱碳化物形成 元素 （#）锰强化铁素体或奥 氏体的作用不及碳、 磷、硅，在增加强度的 同时，对延展性无影响 （$）由于细化了珠光 体，显著提高低碳和中 碳珠光体钢的强度，使 延展性有所降低 （&）通过提高淬透性而 提高了调质处理索氏 体钢的力学性能 （%）在严格控制热处理 工艺、避免过热时的晶 粒长大以及回火脆性 的前提下，锰不会降低 钢的韧性 （#）随锰含量的增加， 钢的热导率急剧下降， 线胀系数上升，使快速 加热或冷却时形成较 大内应力，工件开裂倾 向增大 （$）使钢的电导率急剧 降低，电阻率相应增 大，电阻温度系数下降 （&）使矫顽力增大，饱 和磁感、剩余磁感和磁 导率均下降，因而锰对 永磁合金有利，对软磁 合金有害 （%）锰含量很高时，钢 的抗氧化性能下降 （*）使钢中的硫形成较 高熔点的!"+，避免了 晶界上的,-+薄膜，消除 钢的热脆性，改善热加 工性能 （.）高锰奥氏体钢的变 形阻力较大，且钢锭中 柱状结晶明显，锻轧时 较易开裂 （/）由于提高了淬透性 和降低了马氏体转变 温度，对焊接性能有不 利影响。在适当范围 内应降低碳含量 （#）易切削钢中常有适 量的锰和磷，!"+ 夹杂 使切屑易于碎断 （$）普通低合金钢中利 用锰来强化铁素体和 珠光体，提高钢的强 度，锰含量一般为 #( 0 $( （&）渗碳和调质合金结 构钢的许多系列中含 有不超过 $(的锰 （%）弹簧钢、轴承钢和 工具钢中利用锰强烈 提高淬透性的作用。 可采用油淬和空冷的 淬火工艺，减少开裂、 扭曲和变形 （*）耐磨钢、无磁钢、不 锈钢、耐热钢，包括高 碳高锰耐磨铸钢（1： #23( 0 #2%(，!"：#3( 0 #%(），中碳高锰无 磁钢（1：32&( 0 32.(， !"：#4( 0 #5(），低碳 高锰不锈钢（有1)，无67 或少67），高锰耐热钢 （以!"代67的耐热不起 皮钢，或含有89、!:、; 等） %/# ! " 第一篇 金属材料基本知识 续表 对钢的显微组织 及热处理的作用 对钢的力学性能的作用 对钢的物理、化学及 工艺性能的作用 在钢中的应用 镍 !" （#）镍和铁能无限固 溶，镍扩大铁的奥氏体 区，即升高 !$ 点，降低 !% 点，是形成和稳定奥 氏体的主要合金元素 （&）镍和碳不形成碳化 物 （%）降低临界转变温 度，降低钢中各元素的 扩散速率，提高淬透性 （$）降低共析珠光体的 碳含量，其作用仅次于 氮而强于锰。在降低 马氏体转变温度方面 的作用为锰的一半 （#）强化铁素体并细化 和增多珠光体，提高钢 的强度，不显著影响钢 的塑性 （&）含镍钢的碳含量可 适当降低，因而可使韧 性和塑性有所改善 （%）提高钢的疲劳抗 力，减小钢对缺口的敏 感性 （$）由于对提高钢的淬 透性和回火稳定性的 作用并不十分强，镍对 调质钢的意义不大 （’）降低钢的低温脆化 转变温度，含!"%(’)的 钢可在 * #++,时使用， 含 !"-) 的钢可在 * #-.,时使用 （#）强烈降低钢的热导 率和电导率 （&）!" / %+)的奥氏体 钢呈现顺磁性，即无磁 钢。!" 0 %+)的12 * !" 合金是重要的精密软 磁材料 （%）含镍超过 #’) 3 &+)的钢对硫酸和盐 酸有很高的抗蚀性能， 但不能抗硝酸的腐蚀。 总的来说，含镍钢对 酸、碱以及大气都有一 定的抗蚀能力。含镍 的低合金钢还有较高 的腐蚀疲劳抗力。含 镍钢在含硫和一氧化 碳的气氛中加热时易 发生热脆和侵蚀性气 孔 （$）含镍较高的钢在焊 接时应采用奥氏体焊 条，以防止裂缝 （’）含镍钢中易出现带 状组织和白点缺陷，应 在生产工艺中加以防 止 （#）单纯的镍钢只在要 求有特别高的冲击韧 性或很低的工作温度 时才使用 （&）机械制造中使用的 镍铬或镍铬钼钢，在热 处理后能获得强度和 韧性配合良好的综合 力学性能。含镍钢特 别适用于需要表面渗 碳的部件 （%）在高合金奥氏体不 锈耐热钢中镍是奥氏 体化元素，能提供良好 的综合性能，主要为 !"45 系 钢。 4567!、 4589:"、128967钢，在一 些用途上可取代45!"系 钢 （$）由于镍的稀缺，又 是重要的战略物资。 非在用其他合金元素 不可能达到性能要求 时，应尽量少用和不用 镍作为钢的合金元素 钴 4; （#）钴和镍、锰一样，和 铁形成连续固溶体 （&）钴和铝同是降低钢 的淬透性的元素，升高 马氏体转变点"< （%）钴不是形成碳化物 的元素 （$）钴在回火或使用过 程中阻抑、延缓其他元 素特殊碳化物的析出 和聚集 （#）强化钢的基体，在 退火或正火状态的碳 素钢中提高硬度和强 度，但会引起塑性和冲 击韧性的下降 （&）显著提高特殊用途 钢和合金的热强性和 高温硬度 （%）提高马氏体时效钢 的综合力学性能，使其 具有超强韧性 （#）提高耐热钢和耐热 合金的抗氧化性能 （&）钴加入铁中能增加 磁饱和 （#）不在碳素钢和低合 金钢中使用 （&）主要用于高速钢、 马氏体时效钢、耐热钢 以及精密合金等 （%）钴资源缺乏、价格 昂贵，钴的使用应尽量 节约和合理 ’=#! 第五章 常用金属材料基本性能数据 续表 对钢的显微组织 及热处理的作用 对钢的力学性能的作用 对钢的物理、化学及 工艺性能的作用 在钢中的应用 铬 !" （#）铬与铁形成连续固 溶体，缩小奥氏体相区 域。铬与碳形成多种 碳化物，与碳的亲和力 大于铁和锰而低于钨、 钼等。铬与铁可形成 金属间化合物 !相 （$%!"） （&）铬使珠光体中碳的 浓度及奥氏体中碳的 极限溶解度减少 （’）减缓奥氏体的分解 速度，显著提高钢的淬 透性，但亦增加钢的回 火脆性倾向 （#）提高钢的强度和硬 度，同时加入其他合金 元素时，效果较显著 （&）显著提高钢的脆性 转变温度 （’）在含铬量高的$% ( !"合金中，若有!相析 出，冲击韧性急剧下降 （#）提高钢的耐磨性， 经研磨，易获得较高的 表面光洁度 （&）降低钢的电导率， 降低电阻温度系数 （’）提高钢的矫顽力和 剩余磁感，广泛用于制 造永磁钢 （)）铬促使钢的表面形 成钝化膜，当有一定含 量的铬时，显著提高钢 的耐腐蚀性能（特别是 硝酸）。若有铬的碳化 物析出时，使钢的耐腐 蚀性能下降 （*）提高钢的抗氧化性 能 （+）铬钢中易形成树枝 状偏析，降低钢的塑性 （,）由于铬使钢的热导 率下降，热加工时要缓 慢升温，锻、轧后要缓 冷 （#）合金结构钢中主要 利用铬提高淬透性，并 可在渗碳表面形成合 铬碳化物以提高耐磨 性 （&）弹簧钢中利用铬和 其他合金元素一起提 供的综合性能 （’）轴承钢中主要利用 铬的特殊碳化物对耐 磨性的贡献及研磨后 表面光洁度高的优点 （)）工具钢和高速钢中 主要利用铬提高耐磨 性的作用，并具有一定 的回火稳定性和韧性 （*）不锈钢、耐热钢中 铬常与锰、氮、镍等联 合使用，当需形成奥氏 体钢时，稳定铁素体的 铬与稳定奥氏体的锰、 镍之间须有一定比例， 如!"#-./0等 （+）我国铬资源较少， 应尽量节省铬的使用 钼 12 （#）钼在钢中可固溶于 铁素体、奥氏体和碳化 物中，它是缩小奥氏体 相区的元素 （&）当钼含量较低时， 与铁、碳形成复合的渗 碳体；含量较高时可形 成钼的特殊碳化物 （’）钼提高钢的淬透 性，其作用较铬强，而 稍逊于锰 （)）钼提高钢的回火稳 定性。作为单一合金 元素存在时，增加钢的 回火脆性；与铬、锰等 并存时，钼又降低或抑 止因其他元素所导致 的回火脆性 （#）钼对铁素体有固溶 强化作用，同时也提高 碳化物的稳定性，从而 提高钢的强度 （&）钼对改善钢的延展 性和韧性以及耐磨性 起到有利作用 （’）由于钼使形变强化 后的软化和恢复温度 以及再结晶温度提高， 并强烈提高铁素体的 蠕变抗力，有效抑制渗 碳体在 )*3 4 +335下 的聚集，促进特殊碳化 物的析出，因而成为提 高钢的热强性的最有 效的合金元素 （#）在含碳 #6*7的磁 钢中，&7 4 ’7的钼提 高剩余磁感和矫顽力 （&）在还原性酸及强氧 化性盐溶液中都能使 钢表面钝化，因此钼可 以普遍提高钢的抗蚀 性能，防止钢在氯化物 溶液中的点蚀 （’）钼含量较高（ 8 ’7）时使钢的抗氧化 性恶化 （)）含钼不超过 -7的 钢仍可以锻、轧，但含 量较高时，钢对热加工 的变形抗力增高 （#）在调质和渗碳结构 钢、弹簧钢、轴承钢、工 具钢、不锈耐酸钢、耐 热钢、磁钢中都得到了 广泛应用 （&）铬钼钢在许多情况 下可代替铬镍钢来制 造重要的部件 （’）我国富产钼，但在 世界范围内的储量并 不丰富。含钼钢在我 国应适当发展，但钼是 重要战略物资，应注意 合理和节约使用 +,# ! " 第一篇 金属材料基本知识 续表 对钢的显微组织 及热处理的作用 对钢的力学性能的作用 对钢的物理、化学及 工艺性能的作用 在钢中的应用 铜 !" （#）铜是扩大奥氏体相区 的元素，但在铁中的固 溶度不大，铜与碳不形 成碳化物 （$）钢对临界温度和淬透 性的影响以及其固溶强 化作用与镍相似，可用 来代替一部分镍 （#）提高钢的强度特别是 屈强比（!% &!’） （$）随着铜含量的提高， 铜的室温冲击韧性略有 提高 （(）铜也提高钢的疲劳强 度 （#）少量的铜加入钢中可 以提高低合金结构钢和 钢轨钢的抗大气腐蚀性 能，与磷配合使用时效 果更为显著。铜对钢抗 土壤及海水腐蚀性能的 改善作用不显著。铜也 能略为提高钢的高温抗 氧化性 （$）在不锈耐酸钢中加入 $) * ()铜可改善钢对 硫酸和盐酸的抗蚀性和 对应力腐蚀的稳定性 （(）改善钢液的流动性， 对铸造性能有利 （+）含铜较高的钢，在热 加工时容易开裂，需加 以防止 （#）钢中加入铜应用于： 普通低合金钢，调质与 渗碳结构钢，钢轨钢，不 锈耐酸钢和铸钢 （$）我国有丰富的含铜铁 矿，其中的铜不易分选， 钢中的铜也不能在冶炼 过程中分离，发展含铜 钢有重大经济意义 （(）由于铜不能在炼钢过 程中分离，用含铜废钢 重复冶炼，将使钢中铜 含量累积升高，故不宜 在炼制中有意加入 铝 ,- （#）铝与氧和氮有很强的 亲和力，是炼钢时的脱 氧定氮剂 （$）铝强烈缩小钢中的奥 氏体相区 （(）铝和碳的亲和力小， 在钢中一般不出现铝的 碳化物。铝强烈促进碳 的石墨化，加入!.，/0、1、 2’等强磁化物形成元素 可抑制 ,-的石墨化作用 （+）铝细化钢的本质晶 粒，提高钢晶粒粗化的 温度，但当钢中的固溶 金属铝含量超过一定值 时，奥氏体晶粒反而容 易长大粗化 （3）铝提高钢的马氏体点 !%，减少淬火后的残余 奥氏体含量，在这方面 的作用与钴以外的其他 合金元素相反 （#）铝减轻钢对缺口的敏 感性，减少或消除钢的 时效现象，特别是降低 钢的脆性转变温度，改 善了钢在低温下的韧性 （$）铝有较大的固溶强化 作用，高铝钢具有比强 度较高的优点，铁素体 型的铁铝系合金其高温 强度和持久强度超过了 !.#(钢，但其室温塑性和 韧性低，冷变形加工困 难 （(）以碳、锰奥氏体化的 奥氏体型铁铝锰系钢其 综合性能较佳 （#）铝加入含 $4) * (4) !.的56 7 !.合金中，其电 阻温度系数很小，因而 可用作电热合金材料 （$）铝与硅在减少变压器 钢的铁芯损耗方面有相 近的作用。不同的铝量 对矫顽力及磁滞损耗有 特殊而复杂的影响 （(）铝含量达一定值时， 使钢的表面产生钝化现 象，使钢在氧化性酸中 具有抗蚀性，并提高了 对硫化氢的抗蚀性能。 铝对钢在氯气及氯化物 气氛中的抗蚀性不利 （+）含铝的钢渗氮后表面 形成氮化铝层，可提高 硬度和疲劳强度，改善 耐磨性能 （3）铝作为合金元素加入 钢中，可显著提高钢的 抗氧化性。在钢的表面 镀铝或渗铝可提高其抗 氧化性和抗蚀性 （8）铝对热加工性能、焊 接性能和切削性能有不 利影响 （#）铝在一般的钢中主要 起脱氧和控制晶粒度的 作用 （$）铝作为主要合金元素 之一，可广泛应用于一 系列特殊合金钢中，包 括：渗氮钢，不锈耐酸钢， 耐热不起皮钢，电热合 金，硬磁与软磁合金无 磁钢，高锰低温钢等 99#! 第五章 常用金属材料基本性能数据 续表 对钢的显微组织 及热处理的作用 对钢的力学性能的作用 对钢的物理、化学及 工艺性能的作用 在钢中的应用 钒 ! （"）钒和铁形成连续的 固溶体，强烈地缩小奥 氏体相区 （#）钒和碳、氮、氧都有 极强的亲和力，在钢中 主要以碳化物或氮化 物、氧化物的形态存在 （$）通过控制奥氏体化 温度来改变钒在奥氏 体中的含量和未溶碳 化物的数量以及钢的 实际晶粒度，可以调节 钢的淬透性 （%）由于钒形成稳定难 熔的碳化物，使钢在较 高温度时仍保持细晶 组织，大大减低钢的过 热敏感性 （"）少量的钒使钢晶粒 细化，韧性增大，对低 温钢尤为有利 （#）钒量较高导致聚集 的碳化物出现时，会降 低强度；碳化物在晶内 析出会降低室温韧性 （$）经适当的热处理使 碳化物弥散析出时，钒 可提高钢的高温持久 强度和蠕变抗力 （%）钒的碳化物是金属 碳化物中最硬和最耐 磨的。弥散分布的钒 碳化物提高工具钢的 硬度和耐磨性 （"）在高铁镍合金中加 入钒，经适当热处理后 可提高磁导率。在永 磁钢中加钒，能提高磁 矫顽力 （#）加入足够量的钒 （碳的 &’(倍以上）。将 碳固定于钒碳化物中 时，可大大增加钢在高 温高压下对氢的稳定 性，其强烈作用与)*、 +,、-.相似。不锈耐酸 钢中，钒可改善抗晶间 腐蚀的性能，但作用不 及+,、)*显著 （$）出现钒的氧化物 时，对钢的高温抗氧化 性不利 （%）含钒钢在加工温度 较低时显著增加变形 抗力 （&）钒改善钢的焊接性 能 （"）在普通低合金钢、 合金结构钢、弹簧钢、 轴承钢、合金工具钢、 高速工具钢、耐热钢、 抗氢钢、低温用钢等系 列中得到广泛应用 （#）钒是我国富有的元 素之一，其价格虽较/,、 01、+,、02略贵，但在钢 中的用量一般不大于 3’&4（除高速工具钢 外），故应大力推广使 用。目前钒已成为发 展新钢种的常用元素 之一 钛 +, （"）钛和氮、氧、碳都有 极强的亲和力，是一种 良好的脱氧去气剂和 固定氮和碳的有效元 素 （#）钛和碳的化合物 （+,5）结合力极强，稳定 性 高，只 有 加 热 到 "3336以上才会缓慢溶 入铁的固溶体中。+,5 微粒有阻止钢晶粒长 大粗化的作用，使粗化 温度提高至 "3336以 上 （$）钛是强铁素体形成 元素之一，使奥氏体相 区缩小，强烈提高 !"、 !$ 温度。固溶态的钛 提高钢的淬透性，而以 +,5微粒存在时则降低 钢的渗透性 （%）当钛含量达一定值 时，由于+,78#的弥散析 出，可产生沉淀硬化作 用 （"）当钛以固溶态存在 于铁素体之中时，其强 化作用高于9:、01、),、 02等，次于;8、<、5=、/, （#）钛对钢力学性能的 影响取决它的存在形 态和+, > 5含量比以及热 处理制度。微量的钛 （3’3$4 ? 3’"4）使屈 服点有所提高，但当 +, > 5比超过 % 时，其强 度和韧性急剧下降。 过高的加热温度（ @ ""336）进行正火或淬 火，虽可使强度提高 &34，但剧烈降低塑性 及韧性 （$）钛对钢的韧性，特 别是低温冲击韧性少 有改善作用 （%）钛能改善碳素钢和 合金钢的热强性，提高 它们的持久强度和蠕 变抗力 （"）提高钢在高温、高 压氢气中的稳定性 （#）钛提高不锈耐酸钢 的抗蚀性，特别是对晶 间腐蚀的抗力，原因是 防止了铬碳化物在晶 界析出而导致的贫铬 （$）低碳钢中，当+, > 5比 达到 %’& 以上时，由于 氧、氮、碳全部被固定， 具有很好的应力腐蚀 和碱脆抗力 （%）在含铬 %4 ? A4的 钢中加入钛，能提高在 高温时的抗氧化性 （&）钢中加入钛可促进 氮化层的形成和较迅 速获得所需的表面硬 度，成为“快速氮化钢” （A）改善低碳锰钢和高 合金不锈钢的焊接工 艺性能 （ "）钛 含 量 超 过 3’3#&4时，可作为合金 元素考虑 （#）钛作为合金元素在 普通低合金钢、合金结 构钢、合金工具钢、高 速工具钢、不锈耐酸 钢、耐热不起皮钢、永 磁钢、永磁合金以及铸 钢中均已得到应用 （$）钛越来越多地被应 用于各种先进材料，成 为重要的战略物资，例 如航空航天器，动力机 械等 B(" ! " 第一篇 金属材料基本知识 续表 对钢的显微组织 及热处理的作用 对钢的力学性能的作用 对钢的物理、化学及 工艺性能的作用 在钢中的应用 锆 !" （#）锆是高熔点（#$%&’） 的稀有金属，是碳化物形 成元素，在炼钢过程中是 强力的脱氧和脱氮元素， 并有脱氢及脱硫作用 （&）锆能细化钢的奥氏体 晶粒 （(）固溶于奥氏体中的锆 提高钢的淬透性；但若较 多地以!")形态存在，则 降低淬透性 （#）锆降低钢的应变时效 倾向和回火脆性 （&）在改善低合金钢的低 温韧性方面的作用，锆强 于钒 （(）锆还能减轻钢的蓝脆 倾向 （#）低碳镍铬不锈钢中加 入少量锆可防止晶间腐 蚀 （&）锆与硫形成硫化物， 可有效防止钢的热脆；含 铜钢中加入锆，可显著减 轻龟裂倾向 （(）锆显著提高高碳工具 钢和高速钢的切削寿命 （*）锆能改善钢的焊接性 能 （#）锆产量稀少，价格昂 贵，在钢中的溶解度很小， 在普通钢中很少使用，而 主要用于特殊用途的钢和 合金中，如超高强度钢，耐 热钢，易切削不锈钢以及 镍基高温合金等 （&）锆在核反应堆材料及 特殊耐蚀设备方面有重 要应用，以锆为基可形成 大块非晶材料 铌 +,、钽 -. （#）铌、钽均为难熔的稀 有金属元素（+,：&*/0’； -.：&1$2’），在元素周期 表中与钒同族，它们在钢 中的作用与 3、-4、!"类 似，和碳、氮、氧都有很强 的亲和力，形成极为稳定 的化合物 （&）铌、钽在钢中的主要 作用是细化晶粒，提高晶 粒粗化温度 （(）铌、钽以固溶态存在 时，提高钢的淬透性和淬 火后的回火稳定性；以碳 化物存在时则降低淬透 性 （#）钢中加入 2522%6 7 252%6铌能提高其屈服强 度和冲击韧性，降低其脆 性转变温度 （&）在含铬低于 #/6的低 碳马氏体耐热不锈钢中 加入铌，以可降低其空冷 硬化性，避免回火脆性， 提高蠕变强度，降低蠕变 速率 （#）改善奥氏体型不锈钢 抗晶间腐蚀的性能；在高 铬铁素体钢中，改善高温 不起皮性和抗浓硝酸侵 蚀的性能 （&）在奥氏体型无磁钢 中，加入铌和采用沉淀强 化热处理，可有效提高其 屈服强度而不损害其磁 学性能 （(）在低碳普通低合金钢 和高铬马氏体钢中加入 铌可改善焊接性能；在 )"#$+4$型钢中加入铌后， 其冷作硬化率较大，冷变 形比较困难，焊接性也较 差 （#）炼钢用的铁合金中 铌、钽共存，其中-. 8 +,质 量比为 #8 #&至 #8 &，习惯 上称为铌铁。以单位质 量计的在钢中的作用，钽 约为铌的一半，故铌铁中 的铌当量一般以（+, 9 25%-.）6计 （&）加入少量铌应用于： 建筑用低碳普通合金钢， 渗碳及调质合金钢，高铬 耐热不锈钢，奥氏体型不 锈耐热钢，无磁钢等 （(）铌、钽资源在我国较 为丰富，但在世界范围内 储量很少，且有其他重要 用途。应根据经济合理 的原则，发展它们在钢中 的应用 钨 : （#）钨 是 熔 点 最 高 （(($0’）的难熔金属，在 元素周期表中与)"、;<同 族。在钢中的行为亦与 ;<类似，即缩小奥氏体相 区，并是强碳化物形成元 素，部分地固溶于铁中 （&）钨对钢的淬透性的作 用不如;<和)"。当以钨 的特殊碳化物存在时，则 降低钢的淬透性和淬硬 性 （(）钨的特殊碳化物阻止 钢晶粒的长大，降低钢的 过热敏感性 （*）钨显著提高钢的回火 稳定性 （#）由于钨提高了回火稳 定性，其碳化物十分坚 硬，因而提高了钢的耐磨 性，还使钢具有一定的红 硬性 （&）提高钢在高温时的蠕 变抗力，其作用不如钼强 （#）钨显著提高钢的密 度，强烈降低钢的热导率 （&）显著提高钢的矫顽力 和剩余磁感 （(）钨对钢的抗蚀性和高 温抗氧化性无有利作用， 含钨钢在高温时的不起 皮性显著下降。但钨能 提高钢的抗氢作用的稳 定性 （*）含钨的高速钢塑性 低，变形抗力高，热加工 性能较差 （%）高合金钨钢在铸态中 存在易熔相的偏析，锻造 温度不能高，并应防止高 碳钨钢中由于碳的石墨 化造成墨色断口缺陷 （#）主要用于工具钢，如 高速钢和热锻模具钢等 （&）在有特殊需要时，应 用于渗碳和调质结构钢、 耐热钢、不锈钢、磁钢等， 常与=4、;>、?@、;<、3、)"、 +4等同时加入 10#! 第五章 常用金属材料基本性能数据 续表 对钢的显微组织 及热处理的作用 对钢的力学性能的作用 对钢的物理、化学及 工艺性能的作用 在钢中的应用 铍 !" （#）铍是稀有轻金属元 素，和氧及硫都有极强 的亲和力，在炼钢中是 理想的脱氧去硫剂 （$）铍在钢中缩小奥氏 体相区，以固溶态存在 的铍增加钢的淬透性 （%）铍与铁能形成金属 间化合物!"$ &"，与碳形 成特殊碳化物!"$ ’，成 分配制和处理恰当时， 能产生极强的沉淀强 化作用 （#）对铁素体有很强的 固溶强化作用 （$）铍可改善钢的高温 强度及抗蠕变性能 （#）在因瓦合金和恒弹 性合金中加入 ()*+ , #)(+的铍并调整其他 成分可改善性能 （$）铍的某些化合物对 人体有害，在冶炼时应 采取足够防护措施 （#）由于铍属稀有元 素，价格昂贵，在一般 合金钢中较少使用 （$）主要用于原子能工 业及军工中的某些特 殊用途钢和合金 稀土元素 -. 一般所说的稀土元素 包括元素周期表中原 子序数为 */ , /# 的镧 系 #* 个元素（镧、铈、 镨、钕⋯⋯）以及同处 !!族的钇和钪，共 #/ 个元素。这些元素大 都在矿石中共生，且化 学性质相似，故归为一 类，称稀土元素（-.） （#）稀土元素化学性质 活泼，在钢中与硫、氧、 氢等化合，是很好的脱 硫和去气剂，并能消除 砷、锑、铋等的有害作 用，改变钢中夹杂物的 形态和分布，起到净化 作用，改善钢的质量 （$）稀土元素在铁中的 溶解度很低，不超过 ()*+ （%）除镧和铁不形成中 间化合物外，所有其他 已研究过的稀土元素 都和铁形成中间化合 物 （#）提高钢的塑性和冲 击韧性，特别是低温韧 性 （$）提高耐热钢、电热 合金和高温合金的抗 蠕变性能 （%）稀土元素在某些钢 中有细化晶粒，均匀组 织的作用，从而有利于 综合力学性能的改善 （#）提高钢的抗氧化性 （$）提高 #0 1 0 型不锈 钢的抗蚀性能（包括在 浓硝酸中的抗蚀性能） （%）稀土元素能提高钢 液的流动性，改善浇铸 的成品率，减少铸钢的 热裂倾向 （2）显著改善高铬不锈 钢的热加工性能 （*）改善钢的焊接性能 （#）在普通低合金钢、 合金结构钢、轴承钢、 工具钢、不锈和耐蚀 钢、电热合金以及铸钢 中得到应用 （$）为了稳定地获得稀 土元素、改善钢的组织 和性能的效果，应注意 准确控制稀土在钢中 的含量 （%）我国富产稀土元 素，有关稀土在钢中的 作用机理和开发应用 还应大力加强 (0# ! " 第一篇 金属材料基本知识 续表 对钢的显微组织 及热处理的作用 对钢的力学性能的作用 对钢的物理、化学及 工艺性能的作用 在钢中的应用 铅 !"、铋 #$ （%）铅与铋实际上不溶 于钢中，它们的沸点都 很低，冶炼过程中大部 分化为蒸气逸出钢液， 因而在钢中的残留量 很低，一般在 &’&&%( 左右。为了特殊用途 需要增加!"、#$含量时， 须在浇铸过程中加入 （)）由于含量很低，对 组织和热处理的影响 不显著 （%）对钢的强度无明显 影响，使钢的塑性略有 下降，使冲击韧性有较 大降低 （)）在高强度钢中，铅 对疲劳极限有下降的 作用 （%）铅显著改善钢的切 削加工性能，使切削碎 断，增加切削时工具与 工件之间的润滑，降低 切削温度和动力消耗， 延长工具寿命，提高切 削速度 （)）其改善切削加工性 能的作用，在硫、磷含 量较高的钢中尤为显 著 （%）含有 &’)(左右铅 的钢有超级易切钢之 称 （)）含铅钢中需防止铅 的偏析，并对铅蒸气进 行防护 硼 # （%）硼和碳、硅、磷同属 于半金属元素。硼与 氮、氧之间有很强的亲 和力。硼和碳形成碳 化物#*+。硼和铁形成 两种即使在高温时亦 很稳定的中间化合物 ,-) #和,-# （)）硼在钢中与残留的 氮、氧化合形成稳定的 夹杂物后会失去其本 身的有益作用，只有以 固溶形式存在于钢中 的硼才能起到特殊的 有益作用。这部分“有 益硼”大都析集或吸附 在晶界上 （.）由于钢中硼含量一 般在 &’&&%( / &’&&0( 的范围内，对钢的显微 组织没有明显的影响。 钢中“有效硼”的作用 主要是增加钢的淬透 性 （*）微量硼有使奥氏体 晶粒长大的倾向。硼 还有增加回火脆性的 倾向 （%）微量硼可提高钢在 淬火和低温回火后的 强度，并使塑性略有提 高 （)）经 .&& / *&&1回火 的含硼钢，其冲击韧性 较不含硼的钢有所改 善，且能降低钢的脆性 转变温度 （.）奥氏体铬镍钢中加 入硼，经固溶和时效处 理后，由于沉淀硬化的 作用，其强度有适当提 高，但韧性有所下降 （*）硼对改善奥氏体钢 的蠕变抗力有利。在 珠光体耐热钢中硼可 提高其高温强度 （ %）硼 含 量 超 过 &’&&2(将导致钢的热 脆现象，影响热加工性 能，故钢中硼的总含量 应控制在 &’&&0(以下 （)）在含硼结构钢中， 用微量硼代替较多量 的其他合金元素后，其 总合金元素含量降低， 在高温时对变形的抗 力减小，有利于模锻加 工和延长锻模寿命。 此外，含硼钢的氧化皮 较松，易于脱落清理 （.）含硼钢经正火或退 火后，其硬度比淬透性 相同的其他合金钢要 低，对于切削加工有利 （%）硼在钢中的主要用 途是增加钢的淬透性， 从而节约其他合金元 素，如 3$、+4、56 等。 &’&&%( / &’&&0(的硼 约可代替 %’7(的镍， 或 &’.(的铬，或 &’)( 的钼。以硼部分代替 钼最为恰当 （)）含硼钢在合金结构 钢、普通低合金钢、弹 簧钢、耐热钢、高速工 具钢以及铸钢中均可 得到应用 （.）利用硼吸收中子的 能力，反应堆中采用含 硼高达 &’%( / *’0( 的高硼低碳钢，但其变 形加工十分困难 %8%! 第五章 常用金属材料基本性能数据 续表 对钢的显微组织 及热处理的作用 对钢的力学性能的作用 对钢的物理、化学及 工艺性能的作用 在钢中的应用 氮 ! 早期氮被认为是钢中 的杂质，后来才认识 到，在一定条件下，氮 可以发挥合金元素的 作用 （"）氮和碳一样可固溶 于铁，形成间隙式的固 溶体 （#）氮扩大钢的奥氏体 相区，是一种很强的形 成和稳定奥氏体的元 素，其效力约 #$ 倍于 镍，在一定限度内可代 替一部镍用于钢中 （%）渗入钢表面的氮与 铬、铝、钒、钛等元素可 化合成极稳定的氮化 物，成为表面硬化和强 化元素 （&）氮使高铬和高铬镍 钢的组织致密坚实 （’）钢中残留氮量过高 会导致宏观组织疏松 或气孔 （"）氮有固溶强化作用 （#）含氮铁素体钢中， 在快冷后的回火或在 室温长时间停留时，由 于析出超显微氮化物， 可发生沉淀硬化过程， 氮也使低碳钢发生应 变时效现象。在强度 和硬度提高的同时，钢 的韧性下降，缺口敏感 性增加。氮导致钢的 脆性的特性近似磷，其 作用远大于磷。氮也 是导致钢产生蓝脆的 主要原因 （%）提高高铬和高铬镍 钢的强度，而塑性并不 降低，冲击韧性还有显 著提高 （&）氮还能提高钢的蠕 变和高温持久强度 （"）氮对不锈钢的抗蚀 性能无显著影响 （#）对钢的高温抗氧化 性也无显著影响，氮含 量过高（如 ( $)"*+）可 使抗氧化性恶化 （%）含氮钢冷作变形硬 化率较高，采用冷变形 工艺时，应予注意 （&）氮可降低高铬铁素 体钢的晶粒长大倾向， 从而改善其焊接性能 （"）氮作为合金元素， 在钢中的含量一般小 于 $)%+，特殊情况下 可高达 $)*+ （#）主要应用于渗氮调 质结构钢、普通低合金 钢、不锈耐酸钢及耐热 不起皮钢。氮在钢中 作为合金元素的应用 还在扩大 氧 , 氧是炼钢过程中不可 或缺的元素，经过脱氧 以后还有一部分氧残 留钢中，对钢的性能起 到不利作用，是有害元 素 （"）钢中残留的氧以氧 化物及极少量的固溶 态的形态存在 （#）由于残留氧量很 低，对钢的组织和热处 理无显著影响 （"）氧对钢的力学性能 的影响主要与氧化夹 杂物的组成、性质和分 布、数量有关 （#）总的来说，所有夹 杂物都在不同程度上 降低钢的力学性能，特 别是塑性、韧性和疲劳 强度 （"）氧化铝等夹杂提高 钢的硬度和耐磨性，但 恶化切削加工性能 （#）较高的含氧量使焊 缝发生热裂，恶化焊接 性能 氧在冶炼、铸锭和轧制 过程中都有一定的作 用，但钢中的残留氧对 性能不利，应作为有害 元素来对待 #-" ! " 第一篇 金属材料基本知识 续表 对钢的显微组织 及热处理的作用 对钢的力学性能的作用 对钢的物理、化学及 工艺性能的作用 在钢中的应用 氢 ! 氢在冶炼及加工过程 中会进入钢中，残留于 钢中的氢多起有害作 用 （"）氢以原子或离子形 态固溶于钢中，形成间 隙式固溶体，有一些合 金化作用 （#）残留于钢中的氢造 成许多严重缺陷，如白 点、点状偏析，其危害 远远超过其合金化作 用 （$）由于固溶于铁中的 氢含量很少，对钢的相 变和热处理无显著影 响，只是有一些稳定奥 氏体和增加淬透性的 作用。此外，氢也有防 止钢中的碳发生石墨 化和渗碳时出现反常 组织的作用 （"）氢脆是氢使钢的塑 性下降的基本原因，钢 的强度越高，其氢脆敏 感性越大。氢脆可以 用时效处理来消除 （#）氢有增加钢的硬度 的倾向，但不明显 （"）氢在钢中除了会产 生氢脆以外，还会形成 一系列的严重缺陷，包 括白点、点状偏析、静 载疲劳断裂、“鱼眼”、 表面凸泡等 （#）氢化物含量高的酸 性药皮焊条导致焊缝 热影响区开裂 氢在钢中是有害元素， 应尽量采取工艺措施 降低钢中的氢含量，防 止由氢造成的各种缺 陷和性能下降 硫、硒、碲 %、%&、’& （"）硫在大多数情况下 是钢中的有害元素，在 优质钢中其含量不应 超过 ()(*+。碲和硒 在周期表中与硫同族， 其性质亦相近 （#）硫、碲、硒可与铁形 成低熔点的,&%、,&%#以 及 ,&’&、,&’&#、,&%&、 ,&%&#等化合物，它们在 铁中的溶解度都很低 （$）对钢的相变和组织 的影响主要由不同类 型和分布状态的硫化 物造成，表现为硫的偏 析及硫化物夹杂以及 由于硫化物的形成导 致的-.、’/、01等有效含 量及钢的淬透性的下 降 （"）降低钢的延展性及 韧性，冲击韧性的下降 最为显著 （#）硒化物颗粒较硫化 物为细小和分散，对力 学性能的影响较硫轻 （"）使软钢的磁学性能 恶化 （#）损害钢的抗蚀性能 （$）,&% 等低熔点化合 物增大钢在锻、轧时的 过热和过烧倾向、产生 表面网状裂缝和开裂 （*）造成焊缝热裂、气 孔及疏松 （2）在切削加工时，使 切削容易断开，改善工 件光洁度，节省动力， 且有润滑作用，延长刀 具寿命，提高切削效率 （"）只有在易切削钢中 才利用硫、硒、碲来改 善钢的切削性能。硒 较为昂贵，只在高级不 锈钢中使用（硒对抗蚀 性影响较小） （#）在其他钢种中都应 尽量降低硫的含量 $3"! 第五章 常用金属材料基本性能数据 续表 对钢的显微组织 及热处理的作用 对钢的力学性能的作用 对钢的物理、化学及 工艺性能的作用 在钢中的应用 磷、砷、锑 !、"#、$% （&）磷、砷、锑在周期表 中同族，在钢中作用类 似，均使奥氏体相区缩 小 （’）在铁中有一定溶解 度，与铁形成低熔点化 合物 （(）都有严重的偏析倾 向 （)）提高钢的回火脆性 敏感程度 （&）提高钢的强度 （’）降低塑性和韧性， 碳量越高，引起的脆性 也越大 （&）改善钢的耐磨性 （’）改善钢的抗蚀性 （(）改善钢的切削加工 性能 （)）对焊接性能不利， 增加焊裂的敏感性 （&）应用于钢轨钢及易 切削钢，也用于炮弹钢 （’）在多数其他情况下 应尽量减少钢中磷等 的含量 第十节 合金元素在轻合金中的作用 表 & * + * &, 合金元素与杂质在轻合金中的作用 元素 在铝合金中 在镁合金中 在钛合金中 "- 基本组元 含量在 . &/0以下能提高 强度并产生沉淀硬化。铝 含量在 )0以下的镁合金其 在盐水中的抗蚀性能较低。 铝在镁合金铸件中增大缩 松倾向 铝在钛合金中是稳定!相 的主要合金元素。固溶态 的铝提高钛合金的拉伸强 度、蠕变强度和弹性模量。 铝含量在 . 10以上会形成 23("-，从而引起脆化 "4 /5’+0 . /51/0 的 "4 与 ’5+0 . +5/0的67应用于某 些"- * 83合金。"4含量为 /5&0 . /510时提高"- * 9: * ;4合金的强度并改善应 力腐蚀抗力 在;4 * 9< * =>合金中加入 至 (0的 "4，可提供沉淀硬 化效应和十分高的强度 "# 极毒，在食品包装材料中需 控制在极低水平 ?@ 减轻铝熔体的氧化。微量 ?@能降低"- * ;4变形合金 的氧化和表面蚀斑。在焊 条金属及需焊接的变形铝 合金中?@含量一般在 . A B &/* 1以下 微量?@（+ . &+ B &/* 1）可降 低镁合金的表面氧化倾向， 同时改善铸造性能并细化 晶粒组织 )A& ! " 第一篇 金属材料基本知识 最新金属材料牌号、性能、用途及中外牌号对照速用速查实用手册 209.pdf 最新金属材料牌号、性能、用途及中外牌号对照速用速查实用手册 210.pdf 最新金属材料牌号、性能、用途及中外牌号对照速用速查实用手册 211.pdf 最新金属材料牌号、性能、用途及中外牌号对照速用速查实用手册 212.pdf 最新金属材料牌号、性能、用途及中外牌号对照速用速查实用手册 213.pdf 最新金属材料牌号、性能、用途及中外牌号对照速用速查实用手册 214.pdf 最新金属材料牌号、性能、用途及中外牌号对照速用速查实用手册 215.pdf 最新金属材料牌号、性能、用途及中外牌号对照速用速查实用手册 216.pdf 最新金属材料牌号、性能、用途及中外牌号对照速用速查实用手册 217.pdf 最新金属材料牌号、性能、用途及中外牌号对照速用速查实用手册 218.pdf 最新金属材料牌号、性能、用途及中外牌号对照速用速查实用手册 219.pdf 最新金属材料牌号、性能、用途及中外牌号对照速用速查实用手册 220.pdf