分享｜常見(jiàn)元素對(duì)金屬材料性能影響的匯總1. 碳 （1）含碳量的增加，使得碳素鋼的強(qiáng)度和硬度增加，而塑性、韌性和焊接性能下降。 （2）一般情況下，當(dāng)含碳量大于0.25%時(shí)，碳鋼可焊性開(kāi)始變差，故壓力管道中一般采用含碳量小于0.25%的碳鋼。含碳量的增加，其球化和石墨化的傾向增加。 （3）作為高溫下耐熱用的高合金鋼，含碳量應(yīng)大于或等于0.04%，但此時(shí)奧氏體不銹鋼的抗晶間腐蝕性能下降。 2.硅 （1）硅固溶于鐵素體和奧氏體中可起到提高它們的硬度和強(qiáng)度的作用。 （2）含硅量若超過(guò)3%時(shí)，將顯著地降低鋼的塑性、韌性、延展性和可焊性，并易導(dǎo)致冷脆，中、高碳鋼回火時(shí)易產(chǎn)生石墨化。 （3）各種奧氏體不銹鋼中加入約2%的硅，可以增強(qiáng)它們的高溫不起皮性。在鉻、鉻鋁、鉻鎳、鉻鎢等鋼中加入硅，都將提高它們的高溫杭氧化性能。但含硅量太高時(shí)，材料的表面脫碳傾向增加。 （4）低含硅量對(duì)鋼的耐腐蝕性能影響小大，只有當(dāng)含硅量達(dá)到一定值時(shí)，它對(duì)鋼的耐腐性能才有顯著的增強(qiáng)作用。含硅量為l5%~20%的的硅鑄鐵是很好的耐酸材料，對(duì)不同溫度和濃度的硫酸、硝酸都很穩(wěn)定，但在鹽酸和王水的作用下穩(wěn)定性很小，在氫氟酸中則不穩(wěn)定。高硅鑄鐵之所以耐腐蝕，是由于當(dāng)開(kāi)始腐蝕時(shí)，在其表面形成致密的SiO2薄層，阻礙了酸的進(jìn)一步向內(nèi)侵蝕。 3.硫、氧在碳素鋼中的作用 硫和氧作為雜質(zhì)元素常以非金屬化合物（如FeS、FeO）形式存在于碳素鋼中，形成非金屬雜質(zhì)，從而導(dǎo)致材料性能劣化，尤其是硫的存在引起材料的熱脆。六和磷是鋼中要控制的元素，并以其含量的多少來(lái)評(píng)定碳素鋼的優(yōu)劣。 （由于FeS可與鐵形成共晶，并沿晶界分布），F(xiàn)e-FeS共晶物的熔點(diǎn)為985℃，當(dāng)在1000~1200℃溫度下，對(duì)材料進(jìn)行壓力加工時(shí)，由于它已經(jīng)熔化而導(dǎo)致晶粒開(kāi)裂，使材料呈現(xiàn)脆性。這種現(xiàn)象稱為熱脆。） 4.磷、砷、銻在碳素鋼中的作用 （1）磷、砷、銻作為雜質(zhì)元素，它們對(duì)提高碳素鋼的抗拉強(qiáng)度有一定的作用，但同時(shí)又都增加鋼的脆性，尤其是低溫脆性。（由于磷以固溶形式存在于鐵素體中，影響鐵素體的晶格變形，使碳素鋼在常溫下呈現(xiàn)脆性。這種現(xiàn)象稱為冷脆）。磷和砷有都是造成碳素鋼嚴(yán)重偏析的有害元素。磷對(duì)鋼的焊接性不利，它能增加焊裂的敏感性。 （2）由于低合金鋼熔點(diǎn)較高，磷、砷、銻等雜質(zhì)元素容易在高溫下遷移聚集，從而導(dǎo)致低合金鋼的高溫回火脆性。（合金鋼在進(jìn)行高溫回火熱處理或長(zhǎng)期在高溫下工作時(shí)，其中的雜質(zhì)元素磷、砷、銻等容易在高溫下遷移聚集。 由于這些元素的熔點(diǎn)一般比合金元素低，它將“割裂”材料基體而導(dǎo)致合金鋼在高溫下呈現(xiàn)脆性。因?yàn)楹辖痄摰倪@種脆性發(fā)生在紅熱的溫度下，故稱為紅脆。）一般情況下，低合金鋼均采用較高級(jí)的冶煉方法（如電爐冶煉），故其硫、磷元素含量較低。 5.鎢在碳素鋼中的作用 （1）鋼中含鎢量高時(shí)有二次硬化作用，有紅硬性，以及增加耐磨性。鎢對(duì)鋼的淬透性、回火穩(wěn)定性、力學(xué)性能的影響均與鉬相似，但以質(zhì)量計(jì)，其作用效果不如鉬顯著。鎢提高鋼在高溫下的蠕變抗力與熱強(qiáng)性，當(dāng)與鉬復(fù)合使用時(shí)。效果更佳。 （2）鎢能提高鋼的抗氫作用的穩(wěn)定性。鎢通常加入低碳和中碳高級(jí)優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼中，鎢能阻止熱處理時(shí)晶粒的長(zhǎng)大和粗化，降低具回火脆化傾向，并顯著提高鋼的強(qiáng)度和韌性。 6. 錳在低合金鋼中的作用 （1）錳與鐵形成固溶體。可提高鋼中鐵素體和奧氏體的硬度和強(qiáng)度。在碳錳鋼中常利用錳來(lái)提高鋼的強(qiáng)度，但它是材料的延展性有所降低，而且增加了應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的敏感性。在一般碳錳鋼和低合金鋼中，其含量在1%~2%。 （2）錳是良好的脫敏劑和脫硫劑。錳與硫形成MnS，可防止因硫而導(dǎo)致的熱脆現(xiàn)象，從而改善鋼的熱加工性能。因此，在工業(yè)用鋼中一般都含有一定數(shù)最的錳。 （3）錳在鋼中由于能降低臨界轉(zhuǎn)變溫度。故碳錳鋼的低溫沖擊韌性比碳素鋼好。 （4）錳能強(qiáng)烈增加碳錳鋼的淬透性。含錳量較高時(shí)，有使鋼晶粒粗化并增加鋼的回火脆性的不利傾向。 （5）錳對(duì)鋼的焊接性有著不利的影響響。為改善鋼的焊接性，應(yīng)在許可的范圍內(nèi)，適當(dāng)降低鋼的含碳量。焊接時(shí)也需采用優(yōu)質(zhì)低氫焊條和相應(yīng)的焊接工藝。 7.鉻在低合金鋼中的作用 （1）隨含鉻量的增加。使鉻鉬鋼和鉻鉬釩鋼有良好的的抗高溫性和耐氧化介質(zhì)腐蝕作用，并增加鋼的熱強(qiáng)性。但含鉻量太高時(shí)或者處理不當(dāng)。易發(fā)生δ相和475℃回火脆化。 （2）鉻增加鋼的淬透性并有二次硬化作用。 （3）鉻是顯著提高鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度的元素，隨著含鉻量的增加，鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度也逐步提高，沖擊值隨含鉻量增加而下降。 （4）在含鉬的鍋爐鋼中，加入少量的鉻，能肪止鋼在長(zhǎng)期使用過(guò)程中的石墨化。 （5）在單一的鉻鋼中，材料的焊接性能隨含鉻量的增加而惡化。 8.鋁在低合金鋼中的作用 （1）鋁與氮及氧的親和力很強(qiáng)，因此它也作為煉鋼時(shí)的脫氧定氮?jiǎng)鸬郊?xì)化晶粒、阻抑碳鋼的時(shí)效、提高鋼在低溫下韌性的作用。 （2）鋁作為合金元素加入鋼中時(shí)能提高鋼的抗氧化性，改善鋼的電磁性能。提高滲氮鋼的耐磨性和疲勞強(qiáng)廢等。因此，鋁在不起皮鋼、電熱合金、磁鋼和滲氮鋼中，得到了廣泛的應(yīng)用。 （3）鋁在鐵索體及珠光體鋼中，當(dāng)其含量較高時(shí)，材料的高溫強(qiáng)度和韌性較低。 （4）當(dāng)含鋁量達(dá)到一定量時(shí)，可使鋼產(chǎn)生鈍化現(xiàn)象，使鋼在氧化性酸中具有耐蝕性，但使鋼的焊接性變壞。 （5）鋁還能提高鋼對(duì)硫化氫的耐蝕作用。含鋁量在4％左右的鋼，在溫度不超過(guò)600℃時(shí)有較好的抗硫化氫腐蝕作用。 （6）在鋼鐵材料表面鍍鋁和滲鋁，可以提高其抗氧化性和在工業(yè)和海洋性氣氛中的耐蝕性。 （7）含鋁的鋼滲氮后，在鋼的表面形成一層牢固的薄而硬的彌散分布的氮化鋁層，從而提高其硬度和疲勞強(qiáng)度，并改善其耐磨性。 （8）鋁是高錳低溫鋼的主要合金元素。一定量的鋁，有提高鐵錳奧氏體的穩(wěn)定度、抑制β-Mn相變的作用，從而使鋁在低慍鋼中得到了應(yīng)用。 9.鉬在低合金鋼的作用 （1）鉬屬于強(qiáng)碳化物形成元素，當(dāng)其含量較低時(shí)，與鐵及碳形成復(fù)雜的滲碳體；當(dāng)其含量較高時(shí)。則形成特殊碳化物。在較高回火溫度下，山于鉬的彌散分布，可使材料出現(xiàn)二次硬化。 （2）鉬對(duì)鐵紊體有固溶強(qiáng)化作用，同時(shí)也提高碳化物的穩(wěn)定性，因此對(duì)鋼的強(qiáng)度產(chǎn)生有利用。鉬是提高鋼熱強(qiáng)性最有效的合金元紊。鉬同樣也能提高馬氏體鋼和奧氏體鋼的熱強(qiáng)性。 （3）鉬在鋼中，由于形成特殊碳化物，可以改善在高溫高壓下抗氫侵蝕的作用。 （4）鉬常與其它元素如錳、鉻配合使用，可顯著提高鋼的淬透性；含鉬量約0.5%時(shí)，能抑制或降低其他合金元紊導(dǎo)致的回火脆性。 （5）鉬在不銹耐熱鋼中，也能使鋼表面鈍化，但作用不如鉻顯著。鉬與鉻相反，它既能在還原性酸（HCl、H2SO4、H2SO3）中又能在強(qiáng)氧化性鹽溶液（特別是含有氯離子時(shí)）中使鋼材表面鈍化。因此，鉬可以普遍提高鋼的耐蝕性能。 （6）鉬加入奧氏體耐酸鋼中，能顯著地提高材料對(duì)醋酸、環(huán)烷酸的耐蝕性，在含有氯化物的溶液中，常會(huì)引起奧氏體耐酸鋼的點(diǎn)腐蝕和晶間間腐蝕。材料中加入鉬后，這種傾向在很大程度上會(huì)被減緩或抑制。 10.鎳在高合金鋼中的作用 （1）鎳是擴(kuò)大γ相區(qū)，形成無(wú)限固溶體的元素，它是奧氏體不銹鋼中的主要元素。 （2）鎳能細(xì)化鐵素體晶粒，改善鋼的低溫性能。含鎳量超過(guò)一定值的碳鋼，其低溫脆化轉(zhuǎn)變溫度顯著降低，而低溫沖擊韌性顯著提高，因此鎳鋼常用于低溫材料。一般情況下，含鎳量達(dá)到3.5%的鎳鋼可以在-100℃低溫下使用，含鎳量達(dá)到9%的鎳鋼可在-196℃超低溫下使用。 （3）含鎳的低合金鋼還有較高的抗腐蝕疲勞的性能。鎳鋼不宜在含硫或一氧化碳的氣氛中加熱，因?yàn)殒囈着c硫化合，在晶界上形成低熔點(diǎn)的NiS網(wǎng)狀組織而產(chǎn)牛熱脆。在高溫時(shí)鎳將與-氧化碳化合形成Ni（CO）4氣體而由合金中逸出，從而在材料中留下孔洞。 （4）在不銹耐熱鋼中，鎳與鉻、鉬等元紊適當(dāng)配合使材料在常溫下為奧氏體組織，即得到奧氏體不銹鋼或耐熱鋼。然而，目前鎳在全世界范圍內(nèi)都是一種比較稀缺的元素，故作為一種合金元素，應(yīng)該只有在用其他素不能狀得所需要的性能時(shí)，才考慮使用它。 （5）由于鎳可降低臨界轉(zhuǎn)變濕度和降低鋼中各元素的擴(kuò)散速度，因而它可以提高鋼的淬透性。 （6）鎳不增加鋼對(duì)蠕變的抗力，因此一般不作為熱強(qiáng)鋼中的強(qiáng)化元紊。在奧氏體熱強(qiáng)鋼中，鎳的作用只是使鋼奧氏體化，鋼的強(qiáng)度必須靠其他元素如鉬、鎢、釩、鈦、鋁來(lái)提高。 （7）鎳是有一定耐腐蝕能力的元素，對(duì)酸、堿、鹽以及大氣均具有一定的耐腐蝕能力。 11.鈦在高合金鋼中的作用 （1）鈦是最強(qiáng)的碳化物形成元素，與氮、氧的親和力也極強(qiáng)，是良好的脫氣劑和固定氮、碳的有效元素。正因?yàn)檫@樣。含鈦的高臺(tái)金鋼不宜用于鑄件。 （2）在奧氏體不銹鋼中，由于鈦能固定碳，有防止和減輕材料晶司腐蝕和應(yīng)力腐蝕的作用。如果奧氏體不銹鋼中的鈦、碳含量之比超過(guò)4.5時(shí)，由于此時(shí)材料中的氧、氮和碳可以全部被固定住，故使得材料對(duì)晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕和堿脆有很好的抗力。 （3）當(dāng)鈦以碳化鈦微粒存在時(shí)，由于它能細(xì)化鋼的晶粒并成為奧氏體分解時(shí)的有效晶核，可使鋼的淬透性降低，但也使材料的高溫固溶強(qiáng)化效果降低。 （4）鈦能提高耐熱鋼的抗氧化性和熱強(qiáng)性。 （5）鈦?zhàn)鳛閺?qiáng)碳化物形成元素，可以提高鋼在高溫、高壓、氫氣中的穩(wěn)定性。當(dāng)鋼中的含鈦量達(dá)到含碳量的4倍時(shí)，可使鋼在高壓下對(duì)氫的穩(wěn)定性幾乎高達(dá)600℃以上。
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