在一般碳素鋼基礎(chǔ)上添加恰當(dāng)?shù)囊环N或多種合金元素而構(gòu)成的鐵碳合金。依據(jù)添加元素的不一樣,并采納恰當(dāng)?shù)募庸すに嚕扇〉酶邚?qiáng)度、高耐性、耐磨、耐腐蝕、耐低溫、耐高溫、無磁性等特別功能。
合金鋼的首要合金元素有硅、錳、鉻、鎳、鉬、鎢、釩、鈦、鈮、鋯、鈷、鋁、銅、硼、稀土等。其間釩、鈦、鈮、鋯等在鋼中是強(qiáng)碳化物構(gòu)成元素,只需有滿足的碳,在恰當(dāng)條件下,就能構(gòu)成各自的碳化物,當(dāng)缺碳或在高溫條件下,則以原子狀況進(jìn)入固溶體中;錳、鉻、鎢、鉬為碳化物構(gòu)成元素,其間一有些以原子狀況進(jìn)入固溶體中,另一有些構(gòu)成置換式合金滲碳體;鋁、銅、鎳、鈷、硅等是不構(gòu)成碳化物元素,一般以原子狀況存在于固溶體中。
合金鋼品種許多,一般按合金元素含量多少分為低合金鋼(含量<5%),中合金鋼(含量5%~10%),高合金鋼(含量>10%);按質(zhì)量分為優(yōu)異合金鋼、特質(zhì)合金鋼;按特性和用處又分為合金構(gòu)造鋼、不銹鋼、耐酸鋼、耐磨鋼、耐熱鋼、合金工具鋼、翻滾軸承鋼、合金彈簧鋼和特別功能鋼(如軟磁鋼、永磁鋼、無磁鋼)等。
在鋼中除含鐵、碳和少數(shù)不可避免的硅、錳、磷、硫元素以外,還富含必定量的合金元素,鋼中的合金元素有硅、錳、鉬、鎳、硌、礬、鈦、鈮、硼、鉛、稀土等其間的一種或幾種,這種鋼叫合金鋼 各的合金鋼體系,隨各自的資本狀況、生產(chǎn)和使用條件不一樣而不一樣,國外以往曾開展鎳、硌鋼體系,我國則發(fā)現(xiàn)以硅、錳、釩、鈦、鈮、硼、鉛、稀土為主的合金鋼體系 合金鋼在鋼的總產(chǎn)量中約占百分之十幾,一般是在電爐中鍛煉的按用處能夠把合金鋼分為8大類,它們是:合金構(gòu)造鋼、彈簧鋼、軸承鋼、合金工具鋼、高速工具鋼、不銹鋼、耐熱不起皮鋼,電工用硅鋼。
合金鋼依據(jù)各種元素在鋼中構(gòu)成碳化物的傾向,可分為三類:
①強(qiáng)碳化物構(gòu)成元素,如釩、鈦、鈮、鋯等。
這類元素只需有滿足的碳,在恰當(dāng)?shù)臈l件下,就構(gòu)成各自的碳化物;僅在缺碳或高溫的條件下,才以原子狀況進(jìn)入固溶體中。
?、谔蓟飿?gòu)成元素,如錳、鉻、鎢、鉬等。這類元素一有些以原子狀況進(jìn)入固溶體中,另一有些構(gòu)成置換式合金滲碳體,如(Fe,Mn)3C、(Fe,Cr)3C等,假如含量超越必定極限(除錳以外),又將構(gòu)成各自的碳化物,如(Fe,Cr)7C3、(Fe,W)6C等。
?、?不構(gòu)成碳化物元素,如硅、鋁、銅、鎳、鈷等。這類元素一般以原子狀況存在于奧氏體、鐵素體等固溶體中。合金元素中一些對比生動的元素,如鋁、錳、硅、鈦、鋯等,很簡單和鋼中的氧和氮化合,構(gòu)成安穩(wěn)的氧化物和氮化物,一般以攙雜物的形狀存在于鋼中。錳、鋯等元素也和硫構(gòu)成硫化物攙雜。鋼中富含滿足數(shù)量的鎳、鈦、鋁、鉬等元素時(shí)能構(gòu)成不一樣類型的金屬間化合物。有的合金元素如銅、鉛等,假如含量超越它在鋼中的溶解度,則以較純的金屬相存在。
鋼的功能取決于鋼的相構(gòu)成,相的成分和構(gòu)造,各種相在鋼中所占的體積組分和互相相對的散布狀況。合金元素是經(jīng)過影響上述要素而起效果的。對鋼的相變點(diǎn)的影響 首要是改動鋼中相變點(diǎn)的方位,大致能夠概括為以下三個(gè)方面:
①改動相變點(diǎn)溫度。一般來說,拓展γ相(奧氏體)區(qū)的元素,如錳、鎳、碳、氮、銅、鋅等,使A3點(diǎn)溫度下降,A4點(diǎn)溫度添加;相反,減小γ相區(qū)的元素,如鋯、硼、硅、磷、鈦、釩、鉬、鎢、鈮等,則使A3點(diǎn)溫度添加,A4點(diǎn)溫度下降。惟有鈷使A3和A4點(diǎn)溫度均添加。鉻的效果對比特別,含鉻量小于7%時(shí)使A3點(diǎn)溫度下降,大于7%時(shí)則使A3點(diǎn)溫度進(jìn)步。
②改動共析點(diǎn)S的方位。減小γ相區(qū)的元素,均使共析點(diǎn)S溫度添加;拓展γ相區(qū)的元素,則相反。此外簡直一切合金元素均下降共析點(diǎn)S的含碳量,使S點(diǎn)向左移。不過碳化物構(gòu)成元素如釩、鈦、鈮等(也包含鎢、鉬),在含量高至必定極限今后,則使S點(diǎn)向右移。
③改動γ相區(qū)的形狀、巨細(xì)和方位。這種影響較為復(fù)雜,一般在合金元素含量較高時(shí),能使之發(fā)作明顯改動。例如鎳或錳含量高時(shí),可使γ相區(qū)拓展至室溫以下,使鋼變成單相的奧氏體安排;而硅或鉻含量高時(shí),則可使γ相區(qū)縮得很小乃至徹底不見,使鋼在任何溫度下都是鐵素體安排。
合金鋼合金元素在鋼中的效果
對鋼加熱和冷卻時(shí)相變的影響 鋼加熱時(shí)的首要固態(tài)相變對錯(cuò)奧氏體相向奧氏體相的改動,即奧氏體化的進(jìn)程。全部進(jìn)程都和碳的分散有關(guān)。合金元素中,非碳化物構(gòu)成元素如鎳、鈷等,下降碳在奧氏體中的激活能,添加奧氏構(gòu)成的速度;而強(qiáng)碳化物構(gòu)成元素如釩、鈦、鎢等,激烈阻止碳在鋼中的分散,明顯減慢奧氏體化的進(jìn)程。鋼冷卻時(shí)的相變是指過冷奧氏體的分化,包含珠光體改動(共析分化)、貝氏體相變及馬氏體相變。由于鋼中大都存在幾種合金元素的相互效果,致使對鋼冷卻時(shí)相變的影響也復(fù)雜得多。僅舉合金元素對過冷奧氏體等溫改動曲線的影響為例,大多數(shù)合金元素,除鈷和鋁外,均起減緩?qiáng)W氏體等溫分化的效果,但各類元素所起的效果有所不一樣。不構(gòu)成碳化物的(如硅、磷、鎳、銅)和少數(shù)的碳化物構(gòu)成元素(如釩、鈦、鉬、鎢),對奧氏體到向珠光體的改動和向貝氏體的改動的影響區(qū)別不大,因此使改動曲線向右推移。
碳化物構(gòu)成元素(如釩、鈦、鉻、鉬、鎢)假如含量較多,將使奧氏體向珠光體的改動明顯推延,但對奧氏體向貝氏體的改動的推延并不明顯,因此使這兩種改動的等溫改動曲線從“鼻子”處別離,而構(gòu)成兩個(gè) C形。當(dāng)這類元素添加到必定程度時(shí),在這兩個(gè)改動區(qū)域的中心還將出現(xiàn)過冷奧氏體的亞安穩(wěn)區(qū)。合金元素對馬氏體改動溫度Ms (開端改動溫度)和Mn (終了改動溫度)的影響也很明顯,大有些元素均使Ms和Mn點(diǎn)下降,其間以碳的影響最大,其次為錳、釩、鉻等;但鈷和鋁則使Ms和Mn點(diǎn)添加。
對鋼的晶粒度和淬透性的影響 影響奧氏體晶粒度的要素許多。鋼的脫氧和合金化狀況均與“奧氏體本質(zhì)晶粒度”有關(guān)。一般來說,一些不構(gòu)成碳化物的元素,如鎳、硅、銅、鈷等,阻撓奧氏體晶粒長大的效果較弱,而錳、磷則有推進(jìn)晶粒長大的傾向。碳化物構(gòu)成元素如鎢、鉬、鉻等,對阻撓奧氏體晶粒長大起中等效果。強(qiáng)碳化物構(gòu)成元素如釩、鈦、鈮、鋯等,激烈地阻撓奧氏體晶粒長大,起細(xì)化晶粒效果。鋁盡管歸于不構(gòu)成碳化物元素,但卻是細(xì)化晶粒和操控晶粒開端粗化溫度的最常用的元素。
鋼的淬透性(見淬火)凹凸首要取決于化學(xué)成分和晶粒度。除鈷和鋁等元素外,大有些合金元素溶入固溶體后都不一樣程度地抑制過冷奧氏體向珠光體和貝氏體的相變,添加取得馬氏體安排的數(shù)量,即進(jìn)步鋼的淬透性。一些碳化物構(gòu)成元素,如釩、鈦、鋯、鎢等,假如構(gòu)成碳化物而固定了鋼中的碳,反而會下降淬透性,易使晶粒粗化的元素如錳,能進(jìn)步淬透性;使晶粒細(xì)化的元素如鋁,則下降淬透性。硼是明顯影響淬透性的元素,合金鋼中即使只含十萬分之一的硼,也能明顯進(jìn)步鋼的淬透性。但硼的這種影響僅對低、中碳鋼有用,對高碳鋼徹底無效。
對鋼的力學(xué)功能和回火功能的影響 鋼的功能取決于鐵的固溶體和碳化物各自功能以及它們相對散布的狀況。合金元素對鋼的力學(xué)功能的影響也與此有關(guān)。固溶于鐵素體中的合金元素,起固溶強(qiáng)化效果,使強(qiáng)度和硬度進(jìn)步,但一起使耐性和塑性相對地下降。其間以磷和硅的固溶強(qiáng)化效果最明顯,而硅對耐性的影響也最嚴(yán)峻。少數(shù)的錳、鉻或鎳,反而對鐵素體的耐性有必定進(jìn)步。
調(diào)質(zhì)鋼的耐性-脆性改動溫度是評估力學(xué)功能的一項(xiàng)首要目標(biāo)。①進(jìn)步改動溫度的元素有 B、P、C、Si、Cu、Mo、Cr;②下降改動溫度的元素有Ni、Mn;③少數(shù)時(shí)進(jìn)步、多量時(shí)下降改動溫度的元素有Ti、V;④少數(shù)時(shí)下降、多量時(shí)進(jìn)步改動溫度的元素有Al。
合金鋼的回火安穩(wěn)性比碳素鋼好,這是由于合金元素在回火時(shí)阻止了鋼中原子的分散,因此在同樣溫度下,起到推遲馬氏體分化和抗回火軟化的效果。對合金鋼的回火安穩(wěn)性影響對比明顯的為:釩、鎢、鈦、鉻、鉬、鈷、硅等元素;影響不明顯的為:鋁、錳、鎳等元素。能夠看到,碳化物構(gòu)成元素,對回火軟化的推遲效果特別明顯。鈷和硅雖屬不構(gòu)成碳化物元素,但它們對滲碳體晶核的構(gòu)成和長大,有激烈的推遲效果,因此,也有推遲回火軟化的效果。各種合金元素對回火脆性影響的程度是不一樣的。定性地說,錳、鉻、氮、磷、釩、銅、鎳等均有推進(jìn)回火脆性的傾向。鉬的效果較特別,它參加已有回火脆性的合金鋼(例如含錳、鉻等)中,能明顯地下降回火脆性傾向;若單獨(dú)參加一般碳素鋼中,則變成推進(jìn)回火脆性傾向的元素。鎢的效果與鉬類似,但對回火脆性的影響尚未十分?jǐn)喽ā?/span>
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功能好壞的首要方面。凡能進(jìn)步淬透性的合金元素均對鋼的焊接性晦氣。由于在焊縫熱影響區(qū)靠近熔合線一側(cè)冷卻時(shí)易構(gòu)成馬氏體等硬脆安排,有致使開裂的風(fēng)險(xiǎn)。另一方面,熱影響區(qū)靠近熔合線處的晶粒因受高熱簡單粗化,因此,合金鋼中富含可使晶粒細(xì)化的元素如鈦、釩等是有利的。硅含量高,焊接時(shí)會發(fā)作嚴(yán)峻噴濺。硫含量高簡單產(chǎn)生熱裂,一起會逸出二氧化硫氣體,在焊接金屬內(nèi)構(gòu)成氣孔和疏松。磷含量高簡單致使冷裂。
鋼中參加恰當(dāng)?shù)牧?、鉛等元素可改進(jìn)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添加,因此增高切削抗力,加重刀具磨損。經(jīng)過改動鋼的基體安排、攙雜物的品種、數(shù)量和形狀能夠影響鋼的被切削性。對鋼的耐蝕功能的影響 鉻是不銹耐酸鋼和耐熱鋼的首要合金元素。合金鋼中含鉻量若到達(dá)12%左右,在鋼的外表便構(gòu)成致密的鉻的氧化物,使鋼在氧化性介質(zhì)中的耐蝕性發(fā)作驟變而大大進(jìn)步。鉻、鋁、硅等元素,能進(jìn)步鋼的抗氧化性和抗高溫氣體的腐蝕功能,但過量的鋁和硅則會使鋼的熱塑性變壞。鎳首要用來構(gòu)成和安穩(wěn)奧氏體安排,使鋼取得杰出的力學(xué)功能、耐蝕功能和工藝功能。鉬能使不銹耐酸鋼很快鈍化,進(jìn)步對富含氯離子的溶液及其他非氧化性介質(zhì)的耐蝕能力。鈦、鈮一般用來固定合金鋼中的碳,使它生成安穩(wěn)的碳化物,以減輕碳對合金鋼耐蝕功能的有害效果。銅和磷合作使用時(shí),可進(jìn)步鋼的耐大氣腐蝕功能