常用金屬材料中各種化學(xué)成分的作用及影響

1、常用金屬材料中各種化學(xué)成分的作用及影響1.生鐵:生鐵中除鐵外,還含有碳、硅、鈕、磷和硫等元素.這些元素對生鐵的性能均有定的影響碳C:在生鐵中以兩種形態(tài)存在,一種是游離碳石墨,主要存在于鑄造生鐵中,另一種是化合碳碳化鐵,主要存在于煉鋼生鐵中,碳化鐵硬而脆,塑性低,含量適當(dāng)可提升生鐵的強度和硬度,含量過多,那么使生鐵難于削切加工,這就是煉鋼生鐵切削性能差的原因.石墨很軟,強度低,它的存在能增加生鐵的鑄造性能.硅Si:能促使生鐵中所含的碳別離為石墨狀,能去氧,還能減少鑄件的氣眼,能提升熔化生鐵的流動性,降低鑄件的收縮量,但含硅過多,也會使生鐵變硬變脆.鈕Mn:能溶于鐵素體和滲碳體.在高爐煉制生鐵時,

2、含鈕量適當(dāng),可提升生鐵的鑄造性能和削切性能,在高爐里鉆還可以和有害雜質(zhì)硫形成硫化鈕,進入爐渣.磷P：屬于有害元素,但磷可使鐵水的流動性增加,這是由于硫減低了生鐵熔點,所以在有的制品內(nèi)往往含磷量較高.然而磷的存在又使鐵增加硬脆性,優(yōu)良的生鐵含磷量應(yīng)少,有時為了要增加流動性,含磷量可達1.2%.硫S:在生鐵中是有害元素,它促使鐵與碳的結(jié)合,使鐵硬脆,并與鐵化合成低熔點的硫化鐵,使生鐵產(chǎn)生熱脆性.減低鐵液的流動性,顧含硫高的生鐵不適于鑄造細(xì)件.鑄造生鐵中硫的含量規(guī)定最多不得超過0.06%車輪生鐵除外.o.p3xojg常存雜質(zhì)元素對鋼材性能的影響鋼除含碳以外,還含有少量鈕Mn、硅Si、硫S、磷P、氧O

3、、氮N和氫H等元素.這些元素并非為改善鋼材質(zhì)量有意參加的,而是由礦石及冶煉過程中帶入的,故稱為雜質(zhì)元素.這些雜質(zhì)對鋼性能是有一定影響,為了保證鋼材的質(zhì)量,在國家標(biāo)準(zhǔn)中對各類鋼的化學(xué)成分都作了嚴(yán)格的規(guī)定.1硫硫來源于煉鋼的礦石與燃料焦炭.它是鋼中的一種有害元素.硫以硫化鐵FeS的形態(tài)存在于鋼中,FeS和Fe形成低熔點985C化合物.而鋼材的熱加工溫度一般在11501200c以上,所以當(dāng)鋼材熱加工時,由于FeS化合物的過早熔化而導(dǎo)致工件開裂,這種現(xiàn)象稱為熱脆.含硫量愈高,熱脆現(xiàn)象愈嚴(yán)重,故必須對鋼中含硫量進行限制.高級優(yōu)質(zhì)鋼：S<0.02%0.03%;優(yōu)質(zhì)鋼：S<0.03%0.045%

4、;普通鋼：S<0.055%0.7%以下.2磷磷是由礦石帶入鋼中的,一股說磷也是有害元素.磷雖能使鋼材的強度、硬度增高,但引起塑性、沖擊韌性顯著降低.特別是在低溫時,它使鋼材顯著變脆,這種現(xiàn)象稱"冷脆".冷脆使鋼材的冷加工及焊接性變壞,含磷愈高,冷脆性愈大,故鋼中對含磷量限制較嚴(yán).高級優(yōu)質(zhì)鋼：P<0.025%;優(yōu)質(zhì)鋼：P<0.04%;普通鋼：P<0.085%o3鈕鈕是煉鋼時作為脫氧劑參加鋼中的.由于鉆可以與硫形成高熔點1600C的MnS,一定程度上消除了硫的有害作用.鈕具有很好的脫氧水平,能夠與鋼中的FeO成為MnO進入爐渣,從而改善鋼的品質(zhì),特別是降

5、低鋼的脆性,提升鋼的強度和硬度.因此,鈕在鋼中是一種有益元素.一般認(rèn)為,鋼中含鈕量在0.5%0.8%以下時,把鈕看成是常存雜質(zhì).技術(shù)條件中規(guī)定,優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼中,正常含鈕量是0.5%0.8%;而較高含鈕量的結(jié)構(gòu)鋼中,其量可達0.7%1.2%04硅硅也是煉鋼時作為脫氧劑而參加鋼中的元素.硅與鋼水中的FeO能結(jié)成密度較小的硅酸鹽爐渣而被除去,因此硅是一種有益的元素.硅在鋼中溶于鐵素體內(nèi)使鋼的強度、硬度增加,塑性、韌性降低.鎮(zhèn)靜鋼中的含硅量通常在0.1%0.37%,沸騰鋼中只含有0.03%0.07%.由于鋼中硅含量一般不超過0.5%,對鋼性能影響不大.5氧氧在鋼中是有害元素.它是在煉鋼過程中自然進入

6、鋼中的,盡管在煉鋼末期要參加鈕、硅、鐵和鋁進行脫氧,1不可能除盡.氧在鋼中以FeO、MnO、SiO2、A12O3等夾雜形式,使鋼的強度、塑性降低.尤其是對疲勞強度、沖擊韌性等有嚴(yán)重影響.第4章：常用金屬材料中各種化學(xué)成分對性能的影響26氮鐵素體溶解氮的水平很低.當(dāng)鋼中溶有過飽和的氮,在放置較長一段時間后或隨后在200300c加熱就會發(fā)生氮以氮化物形式的析出,并使鋼的硬度、強度提升,塑性下降,發(fā)生時效.鋼液中參加Al、Ti或V進行固氮處理,使氮固定在AlN、TiN或VN中,可消除時效傾向.7氫鋼中溶有氫會引起鋼的氫脆、白點等缺陷.白點常在軋制的厚板、大鍛件中發(fā)現(xiàn),在縱斷面中可看到圓形或橢圓形的白

7、色斑點；在橫斷面上那么是細(xì)長的發(fā)絲狀裂紋.鍛件中有了白點,使用時會發(fā)生忽然斷裂,造成不測事故.因此,化工容器用鋼,不允許有白點存在.氫產(chǎn)生白點冷裂的主要原因是由于高溫奧氏體冷至較低溫時,氫在鋼中的溶解度急劇降低.當(dāng)冷卻較快時,氫原子來不及擴散到鋼的外表而逸出,就在鋼中的一些缺陷處由原子狀態(tài)的氫變成分子狀態(tài)的氫.氫分子在不能擴散的條件下在局部地區(qū)產(chǎn)生很大壓力,這壓力超過了鋼的強度極限而在該處形成裂紋,即白點.為了合金化而參加的合金元素,最常用的有硅、鈕、銘、鍥、鑰、鴇、銳,鈦,花、硼、鋁等.現(xiàn)分別說明它們在鋼中的作用.1硅提升鋼中固溶體的強度和冷加工硬化程度使鋼的韌性和塑性降低；硅能顯著地提升鋼

8、的彈性極限、屈服極限和屈強比；耐腐蝕性.硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%20%的高硅鑄鐵,是很好的耐酸材料.含有硅的鋼在氧化氣氛中加熱時,外表也將形成一層SiO2薄膜,從而提升鋼在高溫時的抗氧化性.缺點：使鋼的焊接性能惡化.2鈕鈕能提升鋼的淬透性.鈕對提上下碳和中碳珠光體鋼的強度有顯著的作用.鈕對鋼的高溫瞬時強度有所提升.缺點：含鈕較高時,有較明顯的回火脆性現(xiàn)象；鈕有促進晶粒長大的作用,因此鉆鋼對過熱較敏感t在熱處理工藝上必須注意.這種缺點可用參加細(xì)化晶粒元素如鋁、鈾、鈦等來克服：當(dāng)鉆的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過1%時,會使鋼的焊接性能變壞3銘在鋼中的作用銘可提升鋼的強度和硬度.銘可提升鋼的高溫機械性能.使鋼具有良好的

9、抗腐蝕性和抗氧化性阻止石墨化提升淬透性.缺點：是顯著提升鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度銘能促進鋼的回火脆性.4鍥在鋼中的作用可提升鋼的強度而不顯著降低其韌性；鍥可降低鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度,即可提升鋼的低溫韌性；改善鋼的加工性和可焊性；鍥可以提升鋼的抗腐蝕水平,不僅能耐酸,而且能抗堿和大氣的腐蝕5鋁在鋼中的作用鑰對鐵素體有固溶強化作用.提升鋼熱強性抗氫侵蝕的作用.提升鋼的淬透性.缺點：旬的主要不良作用是它能使低合金鋁鋼發(fā)生石墨化的傾向.提升強度提升鋼的高溫強度.提升鋼的抗氫性能.是使鋼具有熱硬性.因此鴇是高速工具鋼中的主要合金元素.7鈾在鋼中的作用熱強性.銳能顯著地改善普通低碳低合金鋼的焊接性能.8鈦在鋼中的作用

10、鈦能改善鋼的熱強性,提升鋼的抗蠕變性能及高溫持久強度；并能提升鋼在高溫高壓氫氣中的穩(wěn)定性.使鋼在高壓下對氫的穩(wěn)定性高達600c以上,在珠光體低合金鋼中,鈦可阻止鋁鋼在高溫下的石墨化現(xiàn)象.因此,鈦是鍋爐高溫元件所用的熱強鋼中的重要合金元素之一.9花在鋼中的作用鑰和碳、氮、氧都有極強的結(jié)合力,并與之形成相應(yīng)的極為穩(wěn)定的化合物,因而能細(xì)化晶粒,降低鋼的過熱敏感性和回火脆性.有極好的抗氫性能.鋰能提升鋼的熱強性10硼在鋼中的作用；提升鋼的淬透性.提升鋼的高溫強度.強化品界的作用用作煉鋼時的脫氧定氮劑,細(xì)化晶粒,抑制低碳鋼的時效,改善鋼在低溫時的韌性,特別是降低了鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度；提升鋼的抗氧化性能.曾對鐵鋁合金的抗氧化性進行了較多的研究；4%AI即可改變氧化皮的結(jié)構(gòu),參加6%A1可使鋼在980C以下具有抗氧化性.當(dāng)鋁和銘配合并用時,其