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各种合金元素对钢性能的影响
1、Al
(1)Al当钢中其含量小于3~5%时,是一有益的元素。其作用是:高的抗氧化性和电阻。
①作为强烈脱氧剂加进的Al,可生成高度细碎的、超显微的氧化物,分散于钢体积中。因而可阻止钢加热时的晶粒长大(含Al<10%,在加热<1200℃才有细化作用,否则其作用甚小)和改善钢的淬透性。所以这些氧化物成为结晶的中心,而在钢冷却时又对A体分解起促进作用。
作为合金元素,有助于钢的氮化,因而可提高钢的热稳定性。所以AlN本身在加热时具有高稳定性,①与②都有利于减弱钢的过热倾向。
③可改善钢的抗氧化性,考虑②和③,
④能提高钢的电阻,与Cr共同用于制造高电阻铬铝合金:如Cr13Al4、1Cr17Al5、1Cr25Al5。Al使电阻增高的程度比Cr还高的多。在Cr钢中加Al,会粗晶易脆,所以其量一般不超过5%,个别才有8~9%。
⑤对硅钢而言,Al可减少α铁心损失,降低磁感强度,与氧结合可减弱磁时效现象,但Al的氧化物会使磁性变坏。Al(>%)也会使硅钢变脆。
(2)Al的不良影响
   ①促进钢的石墨化,减少合金相中的碳溶浓度,所以硬度、强度降低。
   ②加速脱碳
     当Al含量增加至3~5%时,8~9%将会大大地促进钢锭的柱状结晶过程。因此而大大增加钢的机械热加工的困难,也使钢极易脱碳。(其热加工之所以困难是因为该合金钢锭具有粗晶结构,且其晶体的解理极弱,所以导热性低,加热时容易出现大的温度差而锻裂,甚至钢锭的去皮加工都会使其晶界氧化而破坏。此外,它在800℃以上的高温长时间停置也极易变脆。
一般合金钢中含Al量:
  合金结构钢:  Al=~% (38CrAlA、38CrMoAlA、38CrWVAlA等)
  耐热不起皮钢:Al=~% (Cr13SiAl、Cr24Al2Si、Cr17Al4Si等)
电热合金:    Al=~% (Cr13Al4、1Cr17Al5、Cr8Al5、0Cr17Al5等)
                甚至Al=8% Cr7Al7:考虑电热合金受荷不大,虽有脆性,仍可使用。
2、Si
  (1)%,更多时(~%)将使钢具有很高的脆性。
Si的有益作用:高的热强性和弹性极限,高的导磁率,涡流损失少。
①象Al、Cr一样,其氧化物均是尖晶石类型的组织。其晶格常数与α-Fe、γ-Fe区别小。因为其氧化物与金属分界处的晶胞之间就紧密而强固地结合在一起,氧化皮紧密地被贴在金属上,甚至在高温下也不剥落。所以它具有很强的抗氧化性和耐热性能,而被加入耐热钢。
②有利于提高钢的弹性极限,在中碳钢中加入1~2%的Si,调质中σb将增15~20%,而Aku也提高了,还提高了σs和δ。
③利于促进钢中石墨化而用于炼制石墨钢。此钢可制轴承,甚至作为工具钢代替,制冲头,拉模、弯曲模等。
④脱氧能力较强,是炼钢常用的脱氧剂,故一般钢中均含Si,其量≤%。
⑤硅可减小晶体的各向异性,使磁化容易,使磁阻减小,它还可减轻钢中其他杂质对磁场磁感的危害(使%C石墨化,脱氧,与N形成氢化硅等)。所以可大大减少涡流损失。由于硅的脆性,%,%,%。
⑥硅可显著地减慢回火马氏体在低温(200℃)时的分解速度。(在较高温度即400~500℃则作用并不显著)Si是铁素体形成元素,多加Si会使A-α转化。
(2)Si的不良影响
①促使石墨化,促进脱碳(它是阻止碳化物形成的一种元素),含Si钢一般不作渗碳。
②促进回火脆性的发展,使塑性降低。
Si对冲击韧性和韧性的温度储量的影响不是等值的。
当Si=1~%时作用尚良好。Si=~3%时则影响不良,含Si=2~%,则难以锻造。
当Si≤%时,矽铬钢对回火脆性的敏感性还很低,但对当Si=~%时,对回火脆性和敏感性就高。用这种钢必须采取韧性处理(回火后在水中浸渍,锻时用少韧处理),而当Si>%时,甚至持用韧性处理也已不能消除矽铬钢的脆性。(不过,Mo的加入可使其脆性稍许改善),SI=4%时,室温下即可能脆裂。
③对碳素工具钢,Si含量上升时,将降低其淬透性等级。一般结构钢中均不宜加Si,对于高速钢,%。
④由于硅的存在,使钢中增碳困难,并使渗碳速度降低,所以此类钢多不作渗碳处理。
⑤硅锰结合,Mn可下降,因为Si引起的脱碳,Si有微弱的抑制晶粒长大的作用,可稍下降,Mn引起的调质粗晶,有相互改善作用,但易生白点,应注意冶炼时原材料的干燥烘烤。
⑥硅在钢中还常以Fe、Mn的硅酸盐类夹杂物而存在,均