化学元素对材料性能的影响

化学元素对金属材料性能的影响 C： 碳含量越高，钢的硬度越高，耐磨性越好，但塑性及韧性越差。 钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。 S： 硫是钢中的有害杂质，含硫较多的钢在高温下进行压力加工时，容易脆裂，这种现象通常称为热脆性。 硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。 P： 磷能使钢的塑性及韧性明显下降，特别是低温时影响更为严重，这一现象称为冷脆性。 在优质钢中，硫和磷的含量应严格控制。但从另一方面来看，在低碳钢中含有较高的硫和磷时，能使切削时切削易断，对改善钢的可切削性是有利的。 在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。 Mn： 锰能提高钢的强度，消除或削弱硫的不良影响，并能提高钢的淬透性。含锰量很高的高合金钢（高锰钢）具有良好的抗磨性及其他物理性能。 在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。 Si： 硅含量增加可使钢的硬度增加，但塑性及韧性下降。电工用钢中含一定量的硅能改善软磁性能。 在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。硅量增加，会降低钢的焊接性能。 W：    钨可提高钢的红硬性和热强性，并可提高钢的耐磨性。 钨熔点高，比重大，是贵生的合金元素。钨与碳形成碳化钨有很高的硬度和耐磨性。在工具钢加钨，可显著提高红硬性和热强性，作切削工具及锻模具用。 Cr:    铬能提高钢的淬透性及耐磨性，改善钢的抗氧化作用，提高钢的抗腐蚀能力。        在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。 V:    钒能细化钢的晶力组织，提高钢的强度、韧性及耐磨性。当它在高温溶入奥氏体时，可增加钢的淬透性；反之，当它以碳化物形态存在时，会降低钢的淬透性。 钒是钢的优良脱氧剂。钢中加0.5%的钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。 Mo:    钼可显著提高钢的淬透性，提高热强性，防止回火脆性，提高剩磁和矫顽力。        钼能使钢的晶粒细化，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力(长期在高温下受到应力，发生变形，称蠕变)。结构钢中加入钼，能提高机械性能。 还可以抑制合金钢由于火而引起的脆性。在工具钢中可提高红性。 Ti:    钛能细化钢的晶粒组织从而提高钢的强度及韧性。在不锈钢中，钛能消除或减轻钢的晶间腐蚀现象。        钛是钢中强脱氧剂。它能使钢的内部组织致密，细化晶粒力；降低时效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在铬18镍9奥氏体不锈钢中加入适当的钛，可避免晶间腐蚀。 Ni:    镍能提高钢的强度和韧性，提高淬透性，含量高时，可显著改变钢和合金的一些物理性能，提高钢的抗腐蚀能力。        镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。但由于镍是较稀缺的资源，故应尽量采用其他合金元素代用镍铬钢。 B:    硼的作用是当钢中含有微量（0.001-0.005%）硼时，钢的淬透性可以成倍的提高。 AI:    铝能细化钢的晶粒组织，阻抑低碳钢的时效，提高钢在低温下的韧性。铝还能提高钢的抗氧化性，提高渗氮钢的耐磨性和疲劳强度等。        铝是钢中常用的脱氧剂。钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性，如作深冲薄板的08Al钢。铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，铝与铬、硅合用，可显著提高钢的高温不起皮性能和耐高温腐蚀的能力。铝的缺点是影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。 Cu:    铜在钢中突出的作用是改善普通低合金钢的抗大气腐蚀性能，特别是和磷配合使用时。