常見元素對金（jīn）屬材料性能的影響
點擊量：2200 發布時間：2017-02-25 作者：狀（zhuàng）邁（mài）（上海）增材（cái）製造（zào）技術有限公司
3D金屬打印粉中的（de）元素
1. 碳
（1）含碳量的增加，使得碳素鋼的強度和（hé）硬度增加，而塑性、韌性和（hé）焊接性能下降（jiàng）。
（2）一般情況下，當含碳量大於0.25%時，碳鋼可焊性開始變差，故壓力（lì）管道中一（yī）般采（cǎi）用含碳量（liàng）小於0.25%的碳（tàn）鋼。含碳量的增加，其球化和石墨化的傾（qīng）向增（zēng）加。
（3）作為高溫下耐熱用的高合金鋼，含碳量應大（dà）於（yú）或等於0.04%，但此時奧氏體不鏽鋼（gāng）的抗晶（jīng）間腐蝕性能下降。
2.矽（guī）
（1）矽固溶於鐵素體和奧氏體（tǐ）中可起（qǐ）到提高它們的硬度和強度的作（zuò）用。
（2）含矽量若超過3%時，將顯著地降（jiàng）低鋼的塑性、韌性、延展性和可（kě）焊性，並易導致冷脆，中、高碳鋼回火時易產生石墨化。
（3）各種（zhǒng）奧氏體不鏽鋼中加入（rù）約2%的矽，可以增強它們的高溫不起皮性。在鉻、鉻鋁、鉻鎳、鉻鎢等鋼中加入（rù）矽，都將提高它們的高溫（wēn）杭氧化性能。但含矽量（liàng）太高時，材料的表麵脫碳傾向增加。
（4）低含矽（guī）量對鋼的耐腐蝕性能影響（xiǎng）小大，隻有當含矽量達到一定值時，它對鋼的耐腐性能才有顯著的增強（qiáng）作用。含（hán）矽量為l5%~20%的的矽鑄鐵是很好的耐酸（suān）材料，對不同（tóng）溫度和濃度的硫酸、硝酸都很穩定，但在鹽酸和王水（shuǐ）的作用下穩定性很小，在氫氟酸中則不穩定。高矽鑄鐵之所以耐腐蝕，是由於當開始腐蝕時，在其表麵形成致密的SiO2薄層，阻礙了酸的進一步向（xiàng）內侵蝕。
3.硫、氧在碳素鋼中的作用
硫和氧作為雜質元素（sù）常以非金屬化合物（如FeS、FeO）形式存在於碳（tàn）素（sù）鋼中，形成非金屬（shǔ）雜質，從而導致材料性（xìng）能劣化（huà），尤其是硫的存在（zài）引起材（cái）料的熱脆。六和磷是鋼中要控製的元素，並（bìng）以其（qí）含量的多少來評定碳素鋼的優劣（liè）。
（由於FeS可與鐵形成共晶（jīng），並沿晶界分布（bù）），Fe-FeS共晶物的熔點為985℃，當（dāng）在1000~1200℃溫度下，對（duì）材料進行壓力加（jiā）工時，由於它已經熔化而導致晶粒開裂，使材料呈現脆（cuì）性。這種現象稱為熱脆。）
4.磷、砷、銻在碳素鋼中的作用
（1）磷、砷、銻作為雜質元素，它們對提高碳（tàn）素鋼的抗拉強度有一定的作用，但（dàn）同時又都增加（jiā）鋼的脆性，尤其是低溫（wēn）脆性。（由於磷以固溶形式存在（zài）於鐵素體中，影響鐵素體的晶格變形，使碳素（sù）鋼在常溫下呈現脆性。
這種現象稱為冷脆）。磷和砷有都是造成碳素鋼嚴重偏（piān）析（xī）的有害元素。磷對鋼的（de）焊（hàn）接性不利，它能增加焊裂的敏感性。
（2）由於低合金鋼熔點較高，磷、砷、銻等雜質（zhì）元素容易在（zài）高溫下遷移聚集，從而導致低合金鋼的高溫回火脆性。（合金鋼在進行高溫回（huí）火熱處理或長期在高溫（wēn）下工作時，其（qí）中的雜質元素磷、砷、銻等容（róng）易（yì）在高溫下遷移（yí）聚集。
由於這些元素的熔點一般比合金元（yuán）素低，它將“割裂”材料基（jī）體而導致合金鋼在高溫下呈現脆性。因為合金鋼（gāng）的這種（zhǒng）脆性發（fā）生在紅熱的溫度下，故稱為（wéi）紅脆。）一般情況下，低（dī）合金鋼（gāng）均采用較高級的冶（yě）煉方（fāng）法（如電爐冶煉），故（gù）其硫、磷元素含量較低（dī）。
5.鎢在碳素鋼中的作用
(1）鋼中含（hán）鎢（wū）量高時有二次硬化作用，有紅硬性，以及增加耐磨性。鎢對鋼的淬（cuì）透性、回火穩定性、力學（xué）性能的影響均與（yǔ）鉬相（xiàng）似，但以質量計，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性，當與鉬複合（hé）使用時．效果更佳。
（2）鎢能提高鋼的抗氫作用（yòng）的穩定性。鎢通常加入低碳和中碳高級優質（zhì）合金結構鋼中，鎢能阻止熱處理時晶粒的長大和粗化，降低（dī）具回（huí）火脆化傾（qīng）向，並顯（xiǎn）著提高鋼的強度和韌性。
6. 錳（měng）在低合金鋼中的作用
（1）錳與鐵形（xíng）成固溶體．可（kě）提高鋼中鐵素體和奧氏體的硬度和強度。在碳（tàn）錳鋼中常利用錳來提高鋼的強度，但（dàn）它是材料的延展性有所降低，而且增（zēng）加了應力腐蝕開裂的敏（mǐn）感性。在一般（bān）碳錳鋼和低合金鋼中，其含量（liàng）在1%~2%。
（2）錳是（shì）良好的脫敏劑和（hé）脫硫劑。錳與硫形成MnS，可防止因硫而導致的熱脆（cuì）現象，從而改善鋼的熱加工性能。因此，在工業（yè）用鋼（gāng）中一（yī）般都含有一（yī）定數最（zuì）的錳。
（3）錳（měng）在鋼中由於（yú）能降低臨界轉變溫度．故碳錳鋼的低溫衝擊韌性比碳素鋼好。
（4）錳能強烈增加碳錳鋼的淬透性。含（hán）錳量較高時，有使鋼晶粒粗化（huà）並增（zēng）加鋼的回（huí）火脆性的不（bú）利傾向。
（5）錳對鋼的焊接性有著不利的影響響。為改善鋼的焊接性，應在許可（kě）的範圍內，適（shì）當（dāng）降低鋼的含碳量。焊接時也（yě）需采用優質低氫焊條和相應的焊接工藝。
7.鉻在（zài）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（liáng）好的的抗高溫性和耐氧（yǎng）化介質腐蝕作用，並增加鋼的熱強性。但含鉻量太高時或者處理不當．易發生δ相和475℃回火脆化。
（2）鉻增加鋼的淬透性並有二次硬（yìng）化作用。
（3）鉻是顯著提高鋼（gāng）的脆性轉變溫（wēn）度的元素，隨著含鉻量（liàng）的增加，鋼的脆性（xìng）轉變（biàn）溫度也逐步提高，衝擊值隨含鉻量增加而下降。
(4）在含鉬的鍋爐鋼中（zhōng），加（jiā）入少量的鉻，能肪止鋼在長期使用過程中的石墨化。
（5）在單一的鉻（gè）鋼中，材料（liào）的焊接性（xìng）能隨含鉻量的增加而惡化。
8．鋁在低合金鋼中的作（zuò）用
（1）鋁與氮及氧的親和力很強，因此（cǐ）它也作為煉鋼時的脫氧定氮劑，井（jǐng）起（qǐ）到細化晶粒（lì）、阻抑碳鋼（gāng）的時效、提高鋼在（zài）低溫下韌性的作用。
（2）鋁作為合金元素加入鋼中時能提高鋼的抗（kàng）氧化性，改善（shàn）鋼的電磁性能．提高滲氮鋼的耐磨性和疲勞強廢等。因此，鋁在不起皮鋼、電熱合金、磁鋼和滲（shèn）氮鋼中，得到了廣泛的應用。
（3）鋁（lǚ）在（zài）鐵索體及珠光體鋼中，當其（qí）含量較高時，材料（liào）的高溫強度和韌（rèn）性較低。
（4）當（dāng）含鋁量達到（dào）一定量時，可使鋼（gāng）產生鈍化現象，使鋼在氧化性酸中具有耐蝕性，但（dàn）使鋼的焊接性變壞。
（5）鋁還能提高鋼對硫化氫的耐蝕作用。含鋁量在4％左右的鋼，在溫度不超過600℃時有較好的抗硫化氫（qīng）腐蝕作用。
（6）在鋼鐵材料表麵（miàn）鍍（dù）鋁和滲鋁，可以（yǐ）提高（gāo）其抗氧化性和在工（gōng）業和海洋性氣氛中的耐蝕性（xìng）。
（7）含鋁的鋼滲氮後，在鋼的表麵形成一層牢固的薄而硬的彌散分布的（de）氮化鋁層，從而提高其硬度（dù）和（hé）疲勞強度，並改善其耐磨性。
（8）鋁是高錳低溫鋼的主（zhǔ）要合（hé）金（jīn）元素。一定量的鋁，有（yǒu）提高鐵錳奧氏體的穩（wěn）定度、抑製β—Mn相變的作用（yòng），從而（ér）使鋁在低慍鋼中得到了應用。
9.鉬在低合金鋼的作用
（1）鉬屬於強碳化物形成元（yuán）素，當其含量較低時，與鐵及碳形成複雜的滲碳體；當其含（hán）量較高（gāo）時．則形成特殊碳化物。在較高回火溫度下，山於鉬的彌散分布（bù），可使材料出（chū）現二次硬化（huà）。
（2）鉬對鐵紊體有固溶強化作（zuò）用，同時（shí）也提高碳化物的穩定性，因此對鋼的強度產生有利用。鉬（mù）是提高鋼熱強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性。
（3）鉬在鋼中，由於形成特殊碳化物，可以改善在高（gāo）溫高壓下抗氫侵蝕的作用。
（4）鉬常與其它元素如錳、鉻配（pèi）合使用，可顯著提高鋼的淬透（tòu）性；含鉬量約（yuē）0.5%時，能抑製或降（jiàng）低（dī）其他合金元紊導致（zhì）的回火脆性。
（5）鉬在不鏽（xiù）耐熱鋼中，也能使鋼（gāng）表（biǎo）麵鈍化，但作用不如鉻顯著。鉬與鉻相反，它既能在（zài）還原性酸(HCl、H2SO4、H2SO3)中又能在強氧化性鹽溶液(特別是含有氯離（lí）子時)中使鋼材表麵鈍化。因此，鉬可以普（pǔ）遍提高鋼的耐（nài）蝕性能．
（6）鉬（mù）加入奧氏（shì）體耐酸鋼中，能顯著地提高材料對醋酸、環烷酸的耐蝕性，在含有氯化物的溶液（yè）中，常會引起奧氏體耐酸鋼的點腐蝕（shí）和晶間間腐蝕。材料中加入鉬後，這種傾向在很大程度上會被減緩或抑製。
10.鎳（niè）在高合金鋼中的作（zuò）用（yòng）
（1）鎳是擴大γ相區，形（xíng）成無限固溶體的元素，它是奧氏體不（bú）鏽鋼中的（de）主（zhǔ）要（yào）元素。
（2）鎳能細化鐵（tiě）素體晶粒，改善鋼的低溫性能。含鎳量超過一定（dìng）值的碳鋼，其低溫脆化轉變溫度顯著降（jiàng）低，而低溫衝擊韌性顯著提高（gāo），因此鎳鋼常用於低溫材（cái）料。一般情況下，含鎳量達到3.5%的鎳（niè）鋼可以在-100℃低溫下使（shǐ）用，含（hán）鎳量達到9%的鎳鋼可在-196℃超（chāo）低溫下使用。
（3）含鎳的低合金鋼（gāng）還有較高的抗腐蝕疲勞的性能。鎳鋼不宜在含硫（liú）或一（yī）氧化碳的氣氛中加熱，因為鎳易與硫化合，在晶界上形成低熔點的NiS網狀組織而產牛熱脆。在高溫時鎳（niè）將與—氧化碳化合形成Ni(CO)4氣體而由合金中（zhōng）逸出，從而（ér）在（zài）材料中（zhōng）留下孔洞。
（4）在不鏽耐熱鋼中，鎳與鉻、鉬等（děng）元（yuán）紊適當配合（hé）使材料（liào）在常溫下為奧氏體組織，即得到奧氏體不鏽鋼或耐熱鋼。然而（ér），目前鎳在全世界範圍（wéi）內都是一種比較稀缺的元素，故（gù）作為一種合金元素，應該隻有在用其他素不能狀得所需要（yào）的性能時，才考慮使用它。
（5）由於鎳可降（jiàng）低臨（lín）界轉變濕度和降低鋼中各元素的擴散（sàn）速度（dù），因而它可以（yǐ）提高鋼的淬透性。
（6）鎳（niè）不增加鋼對蠕變（biàn）的抗力，因此一般不作為熱強鋼中的強化元紊。在奧氏體熱強鋼（gāng）中，鎳（niè）的作用隻是使鋼奧氏體化，鋼（gāng）的強度必須（xū）靠其他元素如鉬、鎢、釩、鈦、鋁（lǚ）來提高。
（7）鎳是有一（yī）定耐腐蝕能（néng）力的元素，對（duì）酸、堿（jiǎn）、鹽（yán）以及大氣均具有一定（dìng）的耐腐蝕能力。
11．鈦在高（gāo）合金鋼中的作用
（1）鈦是最強的碳化物形成元素，與（yǔ）氮、氧的親和力也極強，是良好的脫氣劑和固定氮、碳的有效元素．正因為這樣．含鈦的高台金鋼不（bú）宜用於（yú）鑄件。
（2）在奧氏（shì）體不鏽鋼中，由於鈦（tài）能固定碳（tàn），有防止和減輕（qīng）材料晶司（sī）腐蝕（shí）和應（yīng）力腐蝕的作用。如果奧氏體不（bú）鏽鋼中的鈦、碳含量之比超過4.5時，由於（yú）此時材料中（zhōng）的氧、氮和碳可以全部被固定住，故使得材料對晶間腐蝕、應力腐蝕和堿脆有很好的抗力。
（3）當鈦以（yǐ）碳化鈦微粒存（cún）在時，由於它能細化鋼的晶粒並（bìng）成為奧氏體分解時的有效晶核，可使鋼的（de）淬透性降低（dī），但也（yě）使材料的高溫固溶（róng）強化效果降低。
（4）鈦能提高（gāo）耐熱鋼的抗氧化性和熱強性（xìng）。
（5）鈦作為強碳（tàn）化物形成元素，可以提高鋼在高溫、高壓、氫氣中的穩定性。當（dāng）鋼中的含鈦（tài）量達到含碳量的（de）4倍時，可使鋼在（zài）高壓下對氫的穩定性幾乎高達600℃以上。
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