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合金元素對(duì)鋼的工藝性能的影響:1.合金元素對(duì)鋼鑄造性能的影響固、液相線的溫度愈低和結(jié)晶溫區(qū)愈窄,其鑄造性能愈好。合金元素對(duì)鑄造性能的影響,主要取決于它們對(duì)Fe-Fe3C相圖的影響。另外,許多元素,如Cr、Mo、V、Ti、Al等在鋼中形成高熔點(diǎn)碳化物或氧化物質(zhì)點(diǎn),增大鋼的粘度,降低流動(dòng)性,使鑄造性能惡化。2.合金元素對(duì)鋼塑性加工性能的影響塑性加工分熱加工和冷加工。合金元素溶入固溶體中,或形成碳化物(如Cr、Mo、W等),都使鋼的熱變形抗力提高和熱塑性明顯下降而容易鍛裂。一般合金鋼的熱加工工藝性能比碳鋼要差得多。3.合金元素對(duì)鋼焊接性能的影響合金元素都提高鋼的淬透性,促進(jìn)脆性組織(馬氏體)的形成,使焊接性能變壞。但鋼中含有少量Ti和V,可改善鋼的焊接性能。4.合金元素對(duì)鋼切削性能的影響切削性能與鋼的硬度密切相關(guān),鋼是適合于切削加工的硬度范圍為170HB~230HB。一般合金鋼的切削性能比碳鋼差。但適當(dāng)加入S、P、Pb等元素可以大大改善鋼的切削性能。5.合金元素對(duì)鋼熱處理工藝性能的影響熱處理工藝性能反映鋼熱處理的難易程度和熱處理產(chǎn)生缺陷的傾向。主要包括淬透性、過(guò)熱敏感性、回火脆化傾向和氧化脫碳傾向等。合金鋼的淬透性高,淬火時(shí)可以采用比較緩慢的冷卻方法,可減少工件的變形和開(kāi)裂傾向。加入錳、硅會(huì)增大鋼的過(guò)熱敏感性。
隨著科學(xué)技術(shù)和工業(yè)的發(fā)展,對(duì)材料提出了更高的要求,如更高的強(qiáng)度,抗高溫、高壓、低溫,耐腐蝕、磨損以及其它特殊物理、化學(xué)性能的要求,碳鋼已不能完全滿足要求。
碳鋼的在性能上主要有以下幾方面的不足:(1)淬透性低一般情況下,碳鋼水淬的淬透直徑只有10mm-20mm。(2)強(qiáng)度和屈強(qiáng)比較低如普通碳鋼Q235鋼的σs為235MPa,而低合金結(jié)構(gòu)鋼16Mn的σs則為360MPa以上。40鋼的σs/σb僅為0.43,遠(yuǎn)低于合金鋼。(3)回火穩(wěn)定性差由于回火穩(wěn)定性差,碳鋼在進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理時(shí),為了保證較高的強(qiáng)度需采用較低的回火溫度,這樣鋼的韌性就偏低;為了保證較好的韌性,采用高的回火溫度時(shí)強(qiáng)度又偏低,所以碳鋼的綜合機(jī)械性能水平不高。(4)不能滿足特殊性能的要求碳鋼在抗氧化、耐蝕、耐熱、耐低溫、耐磨損以及特殊電磁性等方面往往較差,不能滿足特殊使用性能的需求。
合金鋼的分類:按合金元素含量:1、低合金鋼(合金元素總量低于5%)、中合金鋼(合金元素總量為5%-10%)、高合金鋼(合金元素總量高于10%)。2、按合金元素成分:鉻鋼(Cr-Fe-C)、鉻鎳鋼(Cr-Ni-Fe-C)、錳鋼(Mn-Fe-C)、硅錳鋼(Si-Mn-Fe-C)。3、按小試樣正火或鑄態(tài)組織分:珠光體鋼、馬氏體鋼、鐵素體鋼、奧氏體鋼、萊氏體鋼。4、按用途分:合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼、特殊性能鋼。
鈦板具有強(qiáng)度高而密度又小,機(jī)械性能好,韌性和抗蝕性能很好。另外,鈦板的工藝性能差,切削加工困難,在熱加工中,非常容易吸收氫氧氮碳等雜質(zhì)。還有抗磨性差,生產(chǎn)工藝復(fù)雜。鈦的工業(yè)化生產(chǎn)是1948年開(kāi)始的。航空工業(yè)發(fā)展的需要,使鈦工業(yè)以平均每年約 8%的增長(zhǎng)速度發(fā)展。目前世界鈦板加工材年產(chǎn)量已達(dá)4萬(wàn)余噸,鈦板牌號(hào)近30種。使用廣泛的鈦板是Ti-6Al-4V(TC4),Ti-5Al-2.5Sn(TA7)和工業(yè)純鈦(TA1、TA2和TA3)。
鈦的強(qiáng)度大,純鈦抗拉強(qiáng)度可達(dá)180kg/mm2。有些鋼的強(qiáng)度高于鈦合金,但鈦合金的比強(qiáng)度(抗拉強(qiáng)度和密度之比)卻超過(guò)優(yōu)質(zhì)鋼。鈦合金有好的耐熱強(qiáng)度、低溫韌性和斷裂韌性,故多用作飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)零件和火箭、導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)件。鈦合金還可作燃料和氧化劑的儲(chǔ)箱以及高壓容器。現(xiàn)在已有用鈦合金制造自動(dòng)步槍,迫擊炮座板及無(wú)后座力炮的發(fā)射管。在石油工業(yè)上主要作各種容器、反應(yīng)器、熱交換器、蒸餾塔、管道、泵和閥等。鈦可用作電極和發(fā)電站的冷凝器以及環(huán)境污染控制裝置。鈦鎳形狀記憶合金在儀器儀表上已廣泛應(yīng)用。在醫(yī)療中,鈦可作人造骨頭和各種器具。鈦還是煉鋼的脫氧劑和不銹鋼以及合金鋼的組元。鈦白粉是顏料和油漆的良好原料。碳化鈦,碳(氫)化鈦是新型硬質(zhì)合金材料。氮化鈦顏色近于黃金,在裝飾方面應(yīng)用廣泛。
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溶于鐵中:幾乎所有的合金元素(除Pb外)都可溶入鐵中,形成合金鐵素體或合金奧氏體,按其對(duì)α-Fe或γ-Fe的作用,可將合金元素分為擴(kuò)大奧氏體相區(qū)和縮小奧氏體相區(qū)兩大類。擴(kuò)大γ相區(qū)的元素—亦稱奧氏體穩(wěn)定化元素,主要是Mn、Ni、Co、C、N、Cu等,它們使A3點(diǎn)(γ-Feα-Fe的轉(zhuǎn)變點(diǎn))下降,A4點(diǎn)(γ-Fe的轉(zhuǎn)變點(diǎn))上升,從而擴(kuò)大γ-相的存在范圍。其中Ni、Mn等加入到一定量后,可使γ相區(qū)擴(kuò)大到室溫以下,使α相區(qū)消失,稱為完全擴(kuò)大γ相區(qū)元素。另外一些元素(如C、N、Cu等),雖然擴(kuò)大γ相區(qū),但不能擴(kuò)大到室溫,故稱之為部分?jǐn)U大γ相區(qū)的元素。縮小γ相區(qū)元素——亦稱鐵素體穩(wěn)定化元素,主要有Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si、B、Nb、Zr等。它們使A3點(diǎn)上升,A4點(diǎn)下降(鉻除外,鉻含量小于7%時(shí),A3點(diǎn)下降;大于7%后,A3點(diǎn)迅速上升),從而縮小γ相區(qū)存在的范圍,使鐵素體穩(wěn)定區(qū)域擴(kuò)大。按其作用不同可分為完全封閉γ相區(qū)的元素(如Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si等)和部分縮小γ相區(qū)的元素(如B、Nb、Zr等)。形成碳化物:合金元素按其與鋼中碳的親和力的大小,可分為碳化物形成元素和非碳化物形成元素兩大類。常見(jiàn)非碳化物形成元素有:Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B等。它們基本上都溶于鐵素體和奧氏體中。常見(jiàn)碳化物形成元素有:Mn、Cr、W、V、Nb、Zr、Ti等(按形成的碳化物的穩(wěn)定性程度由弱到強(qiáng)的次序排列),它們?cè)阡撝幸徊糠止倘苡诨w相中,一部分形成合金滲碳體,含量高時(shí)可形成新的合金碳化合物。
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