常見元素對（duì）金屬材料性能的（de）影響
點擊量：2262 發布時間：2017-02-25 作者：快猫视频APP下载安装（上海）增材製造技術有限公司
3D金屬打印粉中（zhōng）的元素（sù）
1. 碳
（1）含碳量（liàng）的增加，使得碳素（sù）鋼的強度和硬度增加（jiā），而塑性、韌性和焊接性能下降。
（2）一般情（qíng）況下，當含碳量大於0.25%時，碳鋼可焊性開始變差，故壓力管道中一般采（cǎi）用（yòng）含碳量小（xiǎo）於0.25%的碳鋼。含碳量的增加，其球化和（hé）石（shí）墨化的傾向增加。
（3）作為高溫下耐熱用的（de）高合金鋼，含碳量應大於或等（děng）於0.04%，但此時奧氏體不鏽鋼的抗晶間腐蝕性（xìng）能下降（jiàng）。
2.矽
（1）矽固溶於鐵（tiě）素體和奧氏體中可起到提高它們的硬度和強度的作用。
（2）含矽量若超過3%時，將（jiāng）顯著地降低鋼的塑性、韌性、延展（zhǎn）性和可焊性，並易導致冷脆，中、高碳鋼（gāng）回火時易產（chǎn）生（shēng）石墨化。
（3）各種奧氏（shì）體（tǐ）不鏽（xiù）鋼中加入約2%的矽，可以增強它們（men）的高溫不起皮性。在鉻、鉻鋁、鉻鎳、鉻（gè）鎢等鋼中加入矽，都將提高它們的高溫杭（háng）氧化性能。但含矽量太（tài）高時，材料的表麵脫碳傾（qīng）向增加。
（4）低含矽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（cái）有顯著的（de）增強作用。含矽量為l5%~20%的的矽鑄鐵是（shì）很（hěn）好的耐酸材料，對不同溫度（dù）和濃（nóng）度（dù）的硫酸、硝酸都很穩定，但在鹽（yán）酸和王水的作（zuò）用下穩定（dìng）性很小，在氫氟酸中則不穩定。高矽鑄（zhù）鐵之所以耐腐蝕，是（shì）由於當開始腐蝕時，在其表麵（miàn）形成致（zhì）密的SiO2薄層，阻礙了酸的進一步向內侵蝕。
3.硫、氧在碳素鋼中的作用
硫和氧作為雜質元素常以非金屬化合物（如FeS、FeO）形（xíng）式存在於碳素鋼中，形成非金屬雜（zá）質，從而導致材料性能（néng）劣化，尤其是硫的存在引起材（cái）料（liào）的熱脆。六和磷是鋼中要控製（zhì）的元素，並以其含量的多少來（lái）評定碳素鋼的優劣。
（由於FeS可與鐵形成共晶，並（bìng）沿（yán）晶界分布），Fe-FeS共晶物的熔點為（wéi）985℃，當（dāng）在1000~1200℃溫度下，對（duì）材料進行壓力加工時，由於（yú）它（tā）已（yǐ）經熔化而導致晶粒開裂，使材料呈現脆性。這種現象稱（chēng）為熱脆。）
4.磷、砷、銻在碳素鋼中的作用（yòng）
（1）磷、砷、銻作為雜質元素，它們對提高碳素鋼的抗拉強度有一定（dìng）的作用，但同時又都增加鋼的脆性，尤其是低溫脆（cuì）性。（由於磷以固溶形式存（cún）在於鐵（tiě）素體中，影響鐵素體的晶格變形（xíng），使碳素鋼在常溫下呈現脆性。
這（zhè）種現象稱為冷脆）。磷和砷有都是造成碳素鋼嚴重偏析的有害元素。磷對鋼（gāng）的焊接性不利，它能增加焊裂（liè）的敏感性。
（2）由於低合金鋼熔（róng）點（diǎn）較高，磷、砷、銻等雜質元素（sù）容易在高溫下遷移聚集，從而導致低合金（jīn）鋼的高溫回（huí）火脆性（xìng）。（合金鋼在進行高溫回火熱處理或長期在高溫（wēn）下（xià）工作時，其（qí）中的雜質元素磷、砷、銻等（děng）容易在（zài）高溫下遷移聚集。
由於這些元素的熔點一般比合金元（yuán）素低，它將“割裂”材（cái）料基體而（ér）導致合金鋼在高（gāo）溫下呈現脆性。因為合金鋼的這種脆性發生在紅熱的溫度下，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（sù）鋼中的作用
(1）鋼中含鎢量高時有二次硬化作用，有紅硬性，以及增加耐磨性。鎢對（duì）鋼的淬透性、回火穩定性、力學性能的影響均與鉬相似，但以質量計，其作用效果不如鉬顯著。鎢提（tí）高鋼（gāng）在高溫下的蠕變抗力與熱強性，當與鉬複合使用時．效果更佳。
（2）鎢能提高鋼的抗氫作用的穩定性。鎢通常加入低碳和中碳高級優質合（hé）金（jīn）結構鋼（gāng）中，鎢能（néng）阻止熱處理（lǐ）時晶粒的長大和粗化（huà），降低具回火脆化傾向，並（bìng）顯著提高鋼的強度和（hé）韌性。
6. 錳在低合（hé）金鋼中的作用（yòng）
（1）錳與鐵（tiě）形成（chéng）固溶體．可提高鋼中鐵素體和奧氏體（tǐ）的（de）硬度和強度。在碳錳鋼中常利用錳來提高鋼的強度，但它是材料（liào）的延（yán）展性有所降（jiàng）低，而且增加了（le）應力腐蝕（shí）開裂的（de）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（měng）與硫形成MnS，可防止因硫而（ér）導致的熱脆現象，從而改善鋼的（de）熱加工性能。因此，在工業用鋼中（zhōng）一般都含有一定數最的錳。
（3）錳（měng）在鋼中由於能降低臨界轉變溫度（dù）．故碳（tàn）錳鋼的低溫衝擊韌性比碳素鋼好（hǎo）。
（4）錳能強烈增（zēng）加碳錳鋼的淬透（tòu）性。含錳量（liàng）較高時，有使鋼晶（jīng）粒粗化並增加鋼的回火（huǒ）脆性的不利（lì）傾向。
（5）錳對鋼的焊接性有著不利的影響響。為改善鋼的焊（hàn）接性，應在許可的範圍內，適當降低鋼的含（hán）碳量。焊接時也需采用優質低氫焊條（tiáo）和相應的焊接工藝。
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（hǎo）的的抗高溫性和（hé）耐氧（yǎng）化介質腐蝕作用，並（bìng）增加鋼的熱強性。但含鉻量太（tài）高時或者（zhě）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）鉻是顯著提高鋼的脆性轉（zhuǎn）變溫度的元（yuán）素，隨著含鉻量的增加，鋼（gāng）的脆（cuì）性（xìng）轉變溫度也逐（zhú）步提高，衝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，能肪止鋼在長期使用過（guò）程中的石墨化。
（5）在單一的（de）鉻鋼中，材料的焊接性能隨含鉻量的增（zēng）加（jiā）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，因此它也作為煉鋼時的脫氧定氮（dàn）劑，井起到（dào）細化晶粒、阻抑（yì）碳鋼的時效、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能提（tí）高鋼的抗氧化性，改善鋼的電磁（cí）性能．提高滲氮鋼的耐磨性（xìng）和疲勞強廢等。因此，鋁在不起皮鋼、電熱合金、磁鋼和滲氮（dàn）鋼中，得（dé）到了廣泛的應用。
（3）鋁在鐵索體及珠光體鋼中，當其含量較高時（shí），材料的高溫強度和韌性較低。
（4）當含鋁量達到一定量時，可使鋼產生鈍化現象，使鋼在氧化（huà）性酸中具有耐蝕性，但使鋼的焊接性變壞。
（5）鋁（lǚ）還能提高鋼對硫（liú）化氫的耐蝕作用。含鋁（lǚ）量在（zài）4％左右的鋼（gāng），在溫度不超過（guò）600℃時有較好的抗硫化氫腐（fǔ）蝕作用。
（6）在鋼鐵材料表麵鍍鋁和滲鋁，可以提（tí）高其（qí）抗氧化性和在工業和海洋性（xìng）氣氛中的耐蝕性。
（7）含鋁的（de）鋼滲氮後，在鋼的表麵形成一層牢固的薄（báo）而硬（yìng）的彌散（sàn）分布的氮化鋁層，從而提高其硬度和疲勞強度，並改善其耐磨性。
（8）鋁是高錳低溫鋼的主要合金元素。一定量的鋁，有提高鐵（tiě）錳奧氏體的穩定度、抑製β—Mn相變的作用（yòng），從而使（shǐ）鋁在低慍鋼中得到了應用。
9.鉬在低合（hé）金鋼的（de）作用
（1）鉬屬於強碳（tàn）化物形成元素，當（dāng）其含量較低時，與鐵及碳（tàn）形成複雜的滲碳體；當其含量較高（gāo）時．則形（xíng）成特殊碳化物。在（zài）較（jiào）高（gāo）回火溫度下，山於鉬（mù）的彌散分布，可（kě）使材料（liào）出現二次（cì）硬化。
（2）鉬對鐵紊（wěn）體有固溶強化作用，同時（shí）也提高碳化（huà）物的穩定性，因此對（duì）鋼的強（qiáng）度產生有利用。鉬是提高鋼熱（rè）強性最有（yǒu）效的合金元紊。鉬同樣也能（néng）提高馬氏體鋼（gāng）和奧氏體鋼的（de）熱強（qiáng）性。
（3）鉬在鋼中，由於形（xíng）成特（tè）殊（shū）碳化物，可以改善在高溫高壓（yā）下抗氫侵蝕（shí）的作用。
（4）鉬常與其它元素如錳、鉻配合使用，可顯著提（tí）高鋼的淬透性；含鉬（mù）量約0.5%時（shí），能抑製或降低其他合金元紊導（dǎo）致的回火脆性。
（5）鉬在不鏽耐熱鋼（gāng）中，也能使鋼表麵鈍化，但作用不如鉻顯著（zhe）。鉬（mù）與鉻相反，它（tā）既（jì）能在還原性酸(HCl、H2SO4、H2SO3)中又能在強氧化性鹽溶液（yè）(特別是含有氯離子時)中使鋼材表麵鈍化。因此，鉬可以普遍提高鋼（gāng）的（de）耐蝕性能．
（6）鉬加入奧氏體耐酸鋼中，能顯（xiǎn）著地提高材料對醋酸、環烷酸（suān）的耐蝕性，在含有（yǒu）氯化物的溶液中，常會（huì）引起奧氏體耐（nài）酸鋼的點腐蝕（shí）和晶間（jiān）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.鎳在高合金鋼中的作用
（1）鎳是擴大（dà）γ相區，形成無限固溶體的元素，它是（shì）奧氏體不鏽鋼中的主要元素。
（2）鎳能細化鐵素（sù）體晶粒，改善鋼的低溫性能。含鎳量超過一定（dìng）值的（de）碳鋼，其低溫脆化轉（zhuǎn）變溫度顯著降低，而低溫衝擊韌（rèn）性（xìng）顯著提高，因此鎳鋼常（cháng）用於低溫（wēn）材料（liào）。一般情況下，含鎳量達到3.5%的鎳鋼可以在-100℃低溫下使用（yòng），含鎳量達到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（fēn）中加熱，因為鎳易與硫化合（hé），在晶（jīng）界上形成低熔點的（de）NiS網狀（zhuàng）組織而（ér）產（chǎn）牛熱脆。在高溫時鎳將與—氧化碳化（huà）合（hé）形成Ni(CO)4氣體而由合（hé）金中逸出，從而在材料中（zhōng）留下孔洞。
（4）在不鏽（xiù）耐熱鋼中，鎳與（yǔ）鉻、鉬等元紊適當配合使材料在常溫下為奧氏體組織，即得到奧氏體（tǐ）不鏽鋼或耐（nài）熱鋼。然而，目前鎳在全世界範（fàn）圍內都是一種比較稀缺（quē）的元素（sù），故（gù）作為（wéi）一種合金元素，應該隻有在用其他素不能狀得所需要的性能時，才考（kǎo）慮使用它。
（5）由於鎳可降（jiàng）低（dī）臨界轉變（biàn）濕度和降低鋼中（zhōng）各元素的擴散速度（dù），因而它可以提高鋼的淬透（tòu）性。
（6）鎳不增加鋼（gāng）對蠕變的抗力，因此一般不作為熱強鋼中的強化元紊。在奧（ào）氏體熱強鋼（gāng）中，鎳的作用（yòng）隻是使鋼奧氏體化，鋼的強度必須靠其他元素如鉬、鎢、釩、鈦（tài）、鋁來提高。
（7）鎳是有一定耐腐蝕能（néng）力（lì）的元素，對（duì）酸（suān）、堿、鹽以及大氣均具有（yǒu）一定的（de）耐腐蝕能力。
11．鈦在高合金鋼中（zhōng）的作用
（1）鈦是最強的碳化物形成元素，與氮（dàn）、氧的親和力也極強，是良好的脫（tuō）氣（qì）劑和固定氮、碳的有效元素．正因為（wéi）這樣．含鈦的高台金鋼不宜用於鑄件。
（2）在奧氏（shì）體（tǐ）不鏽鋼中，由於鈦能（néng）固定碳，有防止和減輕材料晶司腐蝕和應力腐蝕的作用。如（rú）果奧氏體不鏽鋼（gāng）中的鈦、碳含量之比（bǐ）超過4.5時，由於此時材料中的氧、氮和碳可以全部被固定住，故使得材料對晶間（jiān）腐蝕、應力腐蝕和（hé）堿（jiǎn）脆有很好的抗力。
（3）當鈦以（yǐ）碳化鈦微粒存在時（shí），由於它能細化鋼的晶粒並成為奧氏體分解時的有效晶核，可使鋼（gāng）的淬（cuì）透性降低，但（dàn）也使材（cái）料的高（gāo）溫固溶強化效果（guǒ）降（jiàng）低。
（4）鈦能提高耐熱鋼的抗氧化（huà）性和熱強性。
（5）鈦作為強碳化物形成元素，可（kě）以提高（gāo）鋼在（zài）高溫、高壓、氫氣中（zhōng）的穩定性。當鋼中的含鈦量達到含碳量的4倍時，可使鋼在（zài）高壓下對氫（qīng）的穩定性幾乎高達600℃以上。
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