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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。
合金元素對(duì)加熱時(shí)相轉(zhuǎn)變的影響:合金元素影響加熱時(shí)奧氏體形成的速度和奧氏體晶粒的大小。(1)對(duì)奧氏體形成速度的影響:Cr、Mo、W、V等強(qiáng)碳化物形成元素與碳的親合力大,形成難溶于奧氏體的合金碳化物,顯著減慢奧氏體形成速度;Co、Ni等部分非碳化物形成元素,因增大碳的擴(kuò)散速度,使奧氏體的形成速度加快;Al、Si、Mn等合金元素對(duì)奧氏體形成速度影響不大。(2)對(duì)奧氏體晶粒大小的影響:大多數(shù)合金元素都有阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大的作用,但影響程度不同。強(qiáng)烈阻礙晶粒長(zhǎng)大的元素有:V、Ti、Nb、Zr等;中等阻礙晶粒長(zhǎng)大的元素有:W、Mn、Cr等;對(duì)晶粒長(zhǎng)大影響不大的元素有:Si、Ni、Cu等;促進(jìn)晶粒長(zhǎng)大的元素:Mn、P等。
合金元素對(duì)過(guò)冷奧氏體分解轉(zhuǎn)變的影響:鋁鋅(鍍鋅)合金鋼板為基本材料除Co外,幾乎所有合金元素都增大過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性,推遲珠光體類型組織的轉(zhuǎn)變,使C曲線右移,即提高鋼的淬透性。常用提高淬透性的元素有:Mo、Mn、Cr、Ni、Si、B等。必須指出,加入的合金元素,只有完全溶于奧氏體時(shí),才能提高淬透性。如果未完全溶解,則碳化物會(huì)成為珠光體的核心,反而降低鋼的淬透性。另外,兩種或多種合金元素的同時(shí)加入(如鉻錳鋼、鉻鎳鋼等),比單個(gè)元素對(duì)淬透性的影響要強(qiáng)得多。除Co、Al外,多數(shù)合金元素都使Ms和Mf點(diǎn)下降。其作用大小的次序是:Mn、Cr、Ni、Mo、W、Si。其中Mn的作用強(qiáng),Si實(shí)際上無(wú)影響。Ms和Mf點(diǎn)的下降,使淬火后鋼中殘余奧氏體量增多。殘余奧氏體量過(guò)多時(shí),可進(jìn)行冷處理(冷至Mf點(diǎn)以下),以使其轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體;或進(jìn)行多次回火,這時(shí)殘余奧氏體因析出合金碳化物會(huì)使Ms、Mf點(diǎn)上升,并在冷卻過(guò)程中轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體或貝氏體(即發(fā)生所謂二次淬火)。
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