常見元素對(duì)金屬材料性能的影響

曉昀 · 發(fā)表于 2019-10-7 11:00:05

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)�,，井起到�?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。

2011ayoon · 發(fā)表于 2019-10-7 12:30:16

常識(shí),，不過總結(jié)在一起也不太容易

zjszw1973-4 · 發(fā)表于 2019-10-7 16:12:06

對(duì)初學(xué)者有幫助的,，謝謝了,。

zxjzbd · 發(fā)表于 2019-10-7 18:22:30

溫故知新，系統(tǒng)看看可以

魍者歸來 · 發(fā)表于 2019-10-7 18:45:30

放一點(diǎn)【鎵】進(jìn)去,，有驚喜,，哈哈。

曉昀 · 發(fā)表于 2019-10-7 19:35:20

魍者歸來發(fā)表于 2019-10-7 18:452 Z. u% L# G* s. J- E! g. c
放一點(diǎn)【鎵】進(jìn)去,，有驚喜，哈哈,。

還真沒有留意過”鎵”元素,。謝謝！

魍者歸來 · 發(fā)表于 2019-10-8 08:31:34

曉昀發(fā)表于 2019-10-7 19:35
9 W" r2 w! B: e- c5 W1 W還真沒有留意過”鎵”元素,。謝謝,！

能把常規(guī)金屬【干掉】的一種神奇元素

CHENHUIDGXLY · 發(fā)表于 2019-11-2 09:40:16

謝謝,，了解些

一口吃天下 · 發(fā)表于 2019-11-3 22:34:19

謝謝,，學(xué)習(xí)了

蘆笙win · 發(fā)表于 2022-9-13 08:04:57

謝謝分享

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