Die Rolle von Legierungselementen in Stahl(one)

Um einige Eigenschaften von zu verbessern und zu verbessernStahlund ihm einige besondere Eigenschaften verleihen, die absichtlich Elemente im Schmelzprozess hinzugefügt werden, die als Legierungselemente bezeichnet werden.Übliche Legierungselemente sind Chrom, Nickel, Molybdän, Wolfram, Vanadium, Titan, Niob, Zirkonium, Kobalt, Silizium, Mangan, Aluminium, Kupfer, Bor, seltene Erden und so weiter.Phosphor, Schwefel und Stickstoff wirken in einigen Fällen auch als Legierungen.

(1) Chrom (Cr)

Chrom kann die Härtbarkeit von Stahl erhöhen und hat einen sekundären Härtungseffekt, kann die Härte und Verschleißfestigkeit von Kohlenstoffstahl verbessern, ohne den Stahl spröde zu machen.Wenn der Gehalt 12 % übersteigt, hat der Stahl eine gute Oxidationsbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit bei hoher Temperatur und erhöht auch die Wärmefestigkeit des Stahls.Chrom ist das Hauptlegierungselement von säurebeständigem Edelstahl und hitzebeständigem Stahl.

Chrom kann die Festigkeit und Härte von Kohlenstoffstahl im Walzzustand verbessern und die Dehnung und Schrumpfung des Querschnitts verringern.Wenn der Chromgehalt 15 % übersteigt, nehmen die Festigkeit und Härte ab und die Dehnung und Querschnittsschrumpfung nehmen entsprechend zu.Bei Teilen, die Chromstahl enthalten, kann durch Schleifen leicht eine höhere Oberflächenbearbeitungsqualität erzielt werden.

Die Hauptaufgabe von Chrom in der gehärteten Struktur besteht darin, die Härtbarkeit zu verbessern, so dass der Stahl nach dem Abschrecken und Anlassen bessere umfassende mechanische Eigenschaften aufweist, im aufgekohlten Stahl kann sich auch Chromkarbid bilden, um die Verschleißfestigkeit der Materialoberfläche zu verbessern .

Chromhaltiger Federstahl ist während der Wärmebehandlung nicht leicht zu entkohlen.Chrom kann die Verschleißfestigkeit, Härte und Härte von Werkzeugstahl verbessern und weist eine gute Anlassstabilität auf.Chrom kann die Oxidationsbeständigkeit, Beständigkeit und Festigkeit von elektrothermischen Legierungen verbessern.

(2) Nickel

Nickel stärkt Ferrit und verfeinert Perlit in Stahl, der Gesamteffekt besteht darin, die Festigkeit zu erhöhen, hat aber keinen signifikanten Einfluss auf die Plastizität.Im Allgemeinen kann eine bestimmte Menge Nickel die Festigkeit des Stahls verbessern, aber die Zähigkeit des kohlenstoffarmen Stahls nicht wesentlich verringern, wenn er ohne Anlassbehandlung gewalzt, normalisiert oder geglüht wird.Laut Statistik kann jede Erhöhung des Nickelgehalts um 1 % die Festigkeit von 29,4 Pa verbessern.Mit zunehmendem Nickelgehalt steigt die Streckgrenze des Stahls schneller als die Zugfestigkeit, sodass der Anteil von nickelhaltigem Stahl höher ist als der von gewöhnlichem Kohlenstoffstahl.Nickel kann die Festigkeit von Stahl verbessern, aber die Beeinträchtigung der Zähigkeit, Plastizität und anderer Verarbeitungseigenschaften von Stahl ist geringer als bei anderen Legierungselementen.Bei Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt wird der Perlit dünner, da Nickel die Perlit-Übergangstemperatur verringert.Da Nickel den Kohlenstoffgehalt am eutektoiden Punkt reduziert, gibt es mehr Perlit als Kohlenstoffstahl mit demselben Kohlenstoffgehalt, wodurch der ferritische Perlitstahl mit Nickel eine höhere Festigkeit aufweist als Kohlenstoffstahl mit demselben Kohlenstoffgehalt.Im Gegensatz dazu kann bei gleicher Festigkeit des Stahls der Kohlenstoffgehalt des nickelhaltigen Stahls entsprechend reduziert werden, so dass die Zähigkeit und Plastizität des Stahls verbessert werden können.Nickel kann die Ermüdungsbeständigkeit von Stahl verbessern und die Kerbempfindlichkeit von Stahl verringern.Nickel reduziert die spröde Übergangstemperatur von Tieftemperaturstahl, was für Tieftemperaturstahl sehr wichtig ist.Stahl mit 3,5 % Nickel kann bei -100 ℃ und Stahl mit 9 % Nickel bei -196 ℃ verwendet werden.Nickel erhöht die Kriechfestigkeit von Stahl nicht, daher wird es im Allgemeinen nicht als Verstärkungselement für warmfesten Stahl verwendet.

Der lineare Ausdehnungskoeffizient von Fe-Ni-Legierungen mit hohem Nickelgehalt ändert sich signifikant mit der Zunahme oder Abnahme des Nickelgehalts.Unter Verwendung dieser Eigenschaft können Präzisionslegierungen und bimetallische Materialien mit sehr niedrigem oder bestimmtem linearen Ausdehnungskoeffizienten entworfen und hergestellt werden.

Darüber hinaus ist dem Stahl zugesetztes Nickel nicht nur säurebeständig, sondern auch alkalibeständig, korrosionsbeständig gegen Atmosphäre und Salz. Nickel ist eines der wichtigen Elemente in rostfreiem säurebeständigem Stahl.

(3) Molybdän (Mo)

Molybdän in Stahl kann Härtbarkeit und Wärmefestigkeit verbessern, Anlasssprödigkeit verhindern, Remanenz und Koerzitivfeldstärke sowie Korrosionsbeständigkeit in einigen Medien erhöhen.

In gehärtetem Stahl kann Molybdän Teile mit größeren Querschnitten tief abschrecken, durchhärten, die Feuerbeständigkeit oder Anlassstabilität von Stahl verbessern, sodass Teile bei höheren Temperaturen angelassen werden können, um Eigenspannungen effektiver zu beseitigen (oder zu reduzieren). , verbessern die Plastizität.

Zusätzlich zu den oben genannten Wirkungen in aufgekohltem Stahl kann Molybdän auch die Tendenz von Karbiden verringern, ein kontinuierliches Netzwerk an der Korngrenze in der Aufkohlungsschicht zu bilden, den Restaustenit in der Aufkohlungsschicht verringern und die Verschleißfestigkeit der Oberfläche relativ erhöhen Schicht.

Im Schmiedegesenk kann Molybdän auch den Stahl mit einer relativ stabilen Härte aufrechterhalten und die Verformung erhöhen.Beständigkeit gegen Rissbildung und Verschleiß.

In rostfreiem säurebeständigem Stahl kann Molybdän die Korrosionsbeständigkeit von organischen Säuren (wie Ameisensäure, Essigsäure, Oxalsäure usw.), Wasserstoffperoxid, Schwefelsäure, Sulfit, Sulfat, Säurefarbstoffen, Bleichpulver usw. weiter verbessern Insbesondere der Zusatz von Molybdän verhindert die durch die Anwesenheit von Chloridionen verursachte Neigung zur Punktkorrosion.

W12Cr4V4Mo-Schnellarbeitsstahl mit etwa 1 % Molybdän hat Verschleißfestigkeit, Anlasshärte und Rothärte.

(4) Wolfram (W)

Zusätzlich zur Bildung von Karbiden in Stahl wird Wolfram teilweise in Eisen gelöst, um eine feste Lösung zu bilden.Seine Wirkung ist ähnlich wie bei Molybdän, nach der Massenanteilsberechnung ist die allgemeine Wirkung nicht so signifikant wie bei Molybdän.Die Hauptprobe von Wolfram in Stahl besteht darin, die Anlassstabilität, die Rothärte, die thermische Festigkeit und die Verschleißfestigkeit aufgrund der Bildung von Karbiden zu erhöhen.Daher wird es hauptsächlich in Werkzeugstahl wie Schnellarbeitsstahl und Warmschmiedewerkzeugen verwendetStahlusw.

Wolfram bildet in hochwertigem Federstahl hochschmelzende Karbide.Beim Anlassen bei höherer Temperatur kann der Anreicherungsprozess von Karbiden erleichtert und die Hochtemperaturfestigkeit aufrechterhalten werden.Wolfram reduziert auch die Empfindlichkeit von Stahl gegenüber Überhitzung, erhöht die Härtbarkeit und erhöht die Härte.Nach dem Warmwalzen weist der Federstahl 65SiMnWA nach Luftkühlung eine hohe Härte auf.Der Federstahl mit einem Querschnitt von 50 mm2 kann in Öl abgeschreckt werden und kann als wichtige Feder verwendet werden, um großen Belastungen, Hitzebeständigkeit (nicht mehr als 350 ° C) und Stößen standzuhalten.30W4Cr2VA hochfester hitzebeständiger Federstahl mit großer Härtbarkeit, 1050 ~ 1100 ℃ Abschrecken, 550 ~ 650 ℃ Anlasszugfestigkeit von 1470 ~ 1666 Pa.Es wird hauptsächlich bei der Herstellung von Federn unter Hochtemperaturbedingungen (nicht mehr als 500 ℃) verwendet.

Wolfram ist das Hauptelement von legiertem Werkzeugstahl, da sein Zusatz die Verschleißfestigkeit und Bearbeitbarkeit von Stahl erheblich verbessern kann.

(5) Vanadium (V)

Vanadium hat eine starke Affinität zu Kohlenstoff, Ammoniak und Sauerstoff und bildet mit ihnen stabile Verbindungen.Vanadium kommt hauptsächlich in Form von Karbid in Stahl vor.Seine Hauptfunktion besteht darin, die Struktur und das Korn von Stahl zu verfeinern und die Festigkeit und Zähigkeit von Stahl zu verbessern.Beim Auflösen in eine feste Lösung bei hoher Temperatur die Härtbarkeit erhöhen;Im Gegenteil, wenn sie in Form von Karbid vorliegen, verringern sie die Härtbarkeit.Vanadium erhöht die Anlassstabilität von gehärtetem Stahl und erzeugt einen sekundären Härtungseffekt.Der Vanadiumgehalt in Stahl, außer Schnellarbeitsstahl, beträgt im Allgemeinen nicht mehr als 0,5 %.

In gemeinsamer kohlenstoffarmer LegierungStahlVanadium kann das Korn verfeinern, die Festigkeit und das Streckgrenzenverhältnis nach dem Normalisieren erhöhen und die Schweißleistung von Stahl bei niedriger Temperatur verbessern.

Vanadium in legiertem Baustahl verringert aufgrund der allgemeinen Wärmebehandlungsbedingungen die Härtbarkeit, daher wird es häufig in Baustahl und Mangan, Chrom, Molybdän, Wolfram und anderen Elementen verwendet.Vanadium in gehärtetem Stahl dient hauptsächlich dazu, die Festigkeit und das Streckgrenzenverhältnis von Stahl zu verbessern, die Körnung zu verfeinern und die Überhitzungsempfindlichkeit zu verringern.Im aufgekohlten Stahl kann das Korn verfeinert werden, der Stahl kann nach dem Aufkohlen direkt abgeschreckt werden, ohne sekundäres Abschrecken.

In Federstahl und Wälzlagerstahl kann Vanadium das Festigkeits- und Streckgrenzenverhältnis, insbesondere die Proportionalgrenze und Streckgrenze, verbessern und die Entkohlungsempfindlichkeit bei der Wärmebehandlung verringern und damit die Oberflächenqualität verbessern.5 Chromlagerstahl mit Vanadium, Dispersion mit hoher Karbonisierung, gute Leistung.

Vanadium im Werkzeugstahl verfeinert die Körnung, reduziert die Überhitzungsempfindlichkeit, erhöht die Anlassstabilität und Verschleißfestigkeit und verlängert so die Standzeit der Werkzeuge.

(6) Titan (Ti)

Titan hat eine starke Affinität zu Stickstoff, Sauerstoff und Kohlenstoff und eine stärkere Affinität zu Schwefel als Eisen.Daher ist es ein gutes Desoxidationsmittel und ein wirksames Element zum Fixieren von Stickstoff und Kohlenstoff.Obwohl Titan ein starkes carbidbildendes Element ist, verbindet es sich nicht mit anderen Elementen, um komplexe Verbindungen zu bilden.Die Bindungskraft von Titancarbid ist stark, stabil und nicht leicht zu zersetzen. In Stahl kann sich nur eine Erwärmung auf mehr als 1000 ℃ langsam in der festen Lösung auflösen.Titancarbidpartikel haben die Wirkung, Kornwachstum vor Auflösung zu verhindern.Da die Affinität zwischen Titan und Kohlenstoff viel größer ist als die zwischen Chrom und Kohlenstoff, wird Titan üblicherweise in rostfreiem Stahl verwendet, um den Kohlenstoff zu fixieren, um eine Chromverdünnung an der Korngrenze zu beseitigen und so die interkristalline Korrosion von Stahl zu beseitigen oder zu verringern .

Titan ist auch eines der stark ferritbildenden Elemente, was die A1- und A3-Temperaturen von Stahl stark erhöht.Titan kann die Plastizität und Zähigkeit in gewöhnlichem niedriglegiertem Stahl verbessern.Da Titan Stickstoff und Schwefel bindet und Titancarbid bildet, wird die Festigkeit des Stahls erhöht.Nach Normalisierung der Kornfeinung kann durch Ausfällen von Karbid die Plastizität und Schlagzähigkeit von Stahl deutlich verbessert werden.Der legierte titanhaltige Baustahl hat gute mechanische Eigenschaften und Verarbeitungseigenschaften, aber der Hauptnachteil ist, dass die Härtbarkeit etwas schlecht ist.

In Edelstahl mit hohem Chromgehalt muss in der Regel etwa das 5-fache des Kohlenstoffgehalts von Titan hinzugefügt werden, was nicht nur die Korrosionsbeständigkeit (hauptsächlich interkristalline Korrosionsbeständigkeit) und die Zähigkeit von Stahl verbessern kann;Es kann auch die Kornwachstumstendenz von Stahl bei hoher Temperatur verhindern und die Schweißleistung von Stahl verbessern.

(7) Niob/Coltan (Nb/Cb)

Niob existiert oft zusammen mit Coltan und Tantal, und ihre Rolle in Stahl ist ähnlich.Niob und Tantal werden teilweise in der festen Lösung gelöst, um die feste Lösung zu festigen.Die Abschreckfähigkeit von Stahl kann deutlich verbessert werden, wenn er in Austenit aufgelöst wird.In Form von Karbid- und Oxidpartikeln verfeinert es jedoch das Korn und verringert die Härtbarkeit des Stahls.Es kann die Anlassstabilität von Stahl erhöhen und wirkt sekundärhärtend.Spuren von Niob können die Festigkeit von Stahl verbessern, ohne die Plastizität oder Zähigkeit zu beeinträchtigen.Aufgrund der Kornfeinungswirkung kann die Schlagzähigkeit von Stahl verbessert und die Sprödigkeitsübergangstemperatur gesenkt werden.Wenn der Kohlenstoffgehalt mehr als das 8-fache beträgt, kann fast der gesamte Kohlenstoff im Stahl fixiert werden, so dass der Stahl eine gute Wasserstoffbeständigkeit aufweist.Die interkristalline Korrosion von austenitischem Stahl durch oxidierende Medien kann verhindert werden.Durch Kohlenstofffixierung und Ausscheidungshärtung können die Hochtemperatureigenschaften von warmfesten Stählen, wie beispielsweise die Kriechfestigkeit, verbessert werden.

Niob kann die Streckgrenze und Schlagzähigkeit verbessern und die Sprödigkeitsübergangstemperatur in gewöhnlichem niedriglegiertem Stahl, der im Bauwesen verwendet wird, verringern.Erhöhen Sie die Härtbarkeit beim Aufkohlen und Anlassen von legiertem Baustahl.Verbessern Sie die Zähigkeit und Leistung von Stahl bei niedrigen Temperaturen.Es kann die Lufthärtung von hitzebeständigem martensitischem Edelstahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt verringern, Härtungs- und Anlasssprödigkeit vermeiden und die Kriechfestigkeit verbessern.

(8) Zirkonium (Zr)

Zirkonium ist ein starkes karbidbildendes Element, seine Rolle in Stahl ist ähnlich wie Niob, Tantal, Vanadium.Das Hinzufügen einer kleinen Menge Zirkonium hat die Wirkung, das Korn zu entgasen, zu reinigen und zu verfeinern, was sich positiv auf die Tieftemperaturleistung von Stahl auswirkt und die Stanzleistung verbessert.Es wird häufig bei der Herstellung von ultrahochfestem Stahl und Superlegierungen auf Nickelbasis für Gasmotoren und ballistische Raketenstrukturen verwendet.

(9) Kobalt

Kobalt wird hauptsächlich in Spezialstählen und Legierungen verwendet.Hochgeschwindigkeitsstahl, der Kobalt enthält, hat eine hohe Hochtemperaturhärte, und Molybdän kann gleichzeitig zu martensitischem Alterungsstahl hinzugefügt werden, um eine ultrahohe Härte und gute umfassende mechanische Eigenschaften zu erhalten.Darüber hinaus ist Kobalt ein wichtiges Legierungselement in warmfesten Stählen und Magnetwerkstoffen.

Kobalt verringert die Härtbarkeit von Stahl, sodass die Zugabe von Kohlenstoffstahl allein die mechanischen Gesamteigenschaften von gehärtetem Stahl verringert.Kobalt kann Ferrit verstärken, und wenn es zu Kohlenstoffstahl hinzugefügt wird, kann es die Härte, Streckgrenze und Zugfestigkeit von Stahl im geglühten oder normalisierten Zustand verbessern und hat eine nachteilige Wirkung auf die Dehnung und die Querschnittsschrumpfung.Die Schlagzähigkeit nimmt mit zunehmendem Kobaltgehalt ab.Kobalt wird wegen seiner Oxidationsbeständigkeit in hitzebeständigen Stählen und Legierungen verwendet.Gasturbinen aus Kobaltlegierungen zeigen ihre einzigartige Rolle.