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合金鋼合金元素在鋼中的作用
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,非碳化物形成元素如鎳、鈷等,降低碳在奧氏體中的能,增加奧氏形成的速度;而強碳化物形成元素如釩、鈦、鎢等,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。由于鋼中大都存在幾種合金元素的相互作用,致使對鋼冷卻時相變的影響也復雜得多。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。當這類元素增加到一定程度時,在這兩個轉變區域的中間還將出現過冷奧氏體的亞穩定區。合金元素對馬氏體轉變溫度Ms (起始轉變溫度)和Mn (終了轉變溫度)的影響也很顯著,大部分元素均使Ms和Mn點降低,其中以碳的影響大,其次為錳、釩、鉻等;但鈷和鋁則使Ms和Mn點升高。
合金鋼根據各種元素在鋼中形成碳化物的傾向,可分為三類:
①強碳化物形成元素,如釩、鈦、鈮、鋯等。
這類元素只要有足夠的碳,在適當的條件下,就形成各自的碳化物;僅在缺碳或高溫的條件下,才以原子狀態進入固溶體中。
②碳化物形成元素,如錳、鉻、鎢、鉬等。這類元素一部分以原子狀態進入固溶體中,另一部分形成置換式合金滲碳體,如(Fe,Mn)3C、(Fe,Cr)3C等,如果含量超過一定限度(除錳以外),又將形成各自的碳化物,如(Fe,Cr)7C3、(Fe,W)6C等。
③ 不形成碳化物元素,如硅、鋁、銅、鎳、鈷等。這類元素一般以原子狀態存在于奧氏體、鐵素體等固溶體中。合金元素中一些比較活潑的元素,如鋁、錳、硅、鈦、鋯等,極易和鋼中的氧和氮化合,形成穩定的氧化物和氮化物,一般以夾雜物的形態存在于鋼中。錳、鋯等元素也和硫形成硫化物夾雜。鋼中含有足夠數量的鎳、鈦、鋁、鉬等元素時能形成不同類型的金屬間化合物。有的合金元素如銅、鉛等,如果含量超過它在鋼中的溶解度,則以較純的金屬相存在。
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