Om bepaalde eigenschappen van het staal te verbeteren en te verbeteren en om bepaalde speciale eigenschappen te verkrijgen, worden de elementen die opzettelijk zijn toegevoegd tijdens het smeltproces legeringselementen genoemd. Algemeen gebruikte legeringselementen omvatten chroom, nikkel, molybdeen, wolfraam, vanadium, titanium, tantaal, zirkonium, kobalt, silicium, mangaan, aluminium, koper, boor, zeldzame aarde en dergelijke. Fosfor, zwavel, stikstof enz. Spelen in sommige gevallen ook een lichtmetalen rol.
(1) Chrome (Cr)
Chroom kan de hardbaarheid van staal verhogen en heeft het effect van secundair harden, kan de hardheid en slijtvastheid van koolstofstaal verbeteren zonder het staal bros te maken. Wanneer het gehalte 12% overschrijdt, heeft het staal een goede oxidatieweerstand bij hoge temperaturen en corrosieweerstand tegen oxidatiebestendigheid en verhoogt het ook de thermische sterkte van het staal. Chroom is het belangrijkste legeringselement van roestvrij staal, zuurbestendig staal en hittebestendig staal.
Chroom kan de sterkte en hardheid van het koolstofstaal in de roltoestand verhogen en de rek en verkleining van het oppervlak verminderen. Wanneer het chroomgehalte 15% overschrijdt, nemen de sterkte en hardheid af en zullen de rek en reductie in het oppervlak overeenkomstig toenemen. Onderdelen die chroomstaal bevatten, kunnen gemakkelijk worden gemalen om een hogere oppervlaktekwaliteit te verkrijgen.
De belangrijkste rol van chroom in de gebluste en getemperde structuur is om de hardbaarheid te verbeteren, zodat het staal na afschrikken en ontlaten betere alomvattende mechanische eigenschappen heeft, in het gecarboniseerde staal ook chroomcarbiden kan vormen, waardoor het oppervlak van de materiaalweerstand toeneemt .
Chroomhoudend verenstaal is niet gevoelig voor ontkoling tijdens warmtebehandeling. Chroom kan de slijtvastheid, hardheid en rode hardheid van het gereedschapsstaal verbeteren en heeft een goede stabiliteit bij het temperen. In elektrothermische legeringen kan chroom de oxidatieweerstand, elektrische weerstand en sterkte van de legering verhogen.
(2) Nikkel (Ni)
Nikkel versterkt ferriet en verfijnt perliet in staal. Het totale effect is om de sterkte te verhogen en heeft geen significant effect op de plasticiteit. In het algemeen kan voor koolstofarm staal dat wordt gebruikt in staalwalsen, normaliseren of uitgloeien zonder de noodzaak van conditionering, een bepaalde hoeveelheid nikkel de sterkte van het staal verhogen zonder de taaiheid ervan aanzienlijk te verminderen. Volgens de statistieken kan elke toename van 1% nikkel de sterkte met 29,4 Pa vergroten. Met de toename van het nikkelgehalte neemt de opbrengst aan staal sneller toe dan de treksterkte, zodat de verhouding van nikkel bevattend staal hoger kan zijn dan die van gewoon koolstofstaal. Nikkel verhoogt de sterkte van staal, terwijl het minder effect heeft op de taaiheid, plasticiteit en prestaties van andere processen dan andere legeringselementen. Voor medium koolstofstaal, als het nikkel de perpiettransformatietemperatuur verlaagt, wordt het pearliet fijn; en omdat nikkel het koolstofgehalte van het eutectolde punt vermindert, is de hoeveelheid pearliet groter dan die van het koolstofstaal met hetzelfde koolstofgehalte. De sterkte van nikkelhoudend perlitisch ferritisch staal is hoger dan dat van koolstofstaal met hetzelfde koolstofgehalte. Omgekeerd, als de sterkte van het staal hetzelfde is, kan het koolstofgehalte van het nikkelbevattende staal op geschikte wijze worden verminderd, en kunnen de taaiheid en plasticiteit van het staal worden verbeterd. Nikkel kan de weerstand van staal tegen vermoeiing verbeteren en de gevoeligheid van staal voor de opening verkleinen. Nikkel vermindert de brosse overgangstemperatuur van staal bij lage temperaturen, wat van groot belang is voor lage temperatuur staalsoorten. Nikkel met 3,5% staal kan worden gebruikt bij -100 ° C en nikkel met 9% staal kan werken bij -196 ° C. Nikkel verhoogt de weerstand van staal niet tegen kruip en wordt daarom over het algemeen niet gebruikt als versterkingselement voor staal met een hoge sterkte.
In ijzer-nikkellegeringen met een hoog nikkelgehalte verandert de lineaire uitzettingscoëfficiënt aanzienlijk met de toename of afname van het nikkelgehalte. Met deze functie is het mogelijk om precisielegeringen, bimetalen, enz. Te ontwerpen en te produceren met zeer lage of bepaalde lineaire uitzettingscoëfficiënten.
Bovendien is nikkel niet alleen bestand tegen zuur, maar ook bestand tegen alkali en bestand tegen corrosie in de atmosfeer en zout. Nikkel is een van de belangrijke elementen in roestvrij zuurbestendig staal.
(3) Molybdeen (Mo)
Molybdeen verbetert de hardbaarheid en thermische sterkte in staal, voorkomt broosheid van de temperatuur, verhoogt de remanentie en coërcitiviteit en is bestand tegen corrosie in bepaalde media.
In het gedoofde en getemperde staal kan molybdeen de delen doven en verharden met grotere secties, de ontlaatweerstand of ontlatingsstabiliteit van het staal verbeteren en de onderdelen laten temperen bij een hogere temperatuur, waardoor ze effectiever worden geëlimineerd (of de resterende resten verminderen). stress en plasticiteit verbeteren.
Naast de bovengenoemde functies, kan molybdeen in gecarboniseerde staalsoorten ook de neiging van carbiden verminderen om een continu netwerk te vormen bij de korrelgrenzen in de gecarboniseerde laag, het overblijvende austeniet in de gecarboniseerde laag te verminderen, en de oppervlaktelaag relatief te vergroten. De slijtvastheid.
In de smeedmatrijs kan molybdeen ook een relatief stabiele staalhardheid behouden en de vervorming vergroten. Kraken en slijtvastheid.
In roestvaste zuurbestendige staalsoorten kan molybdeen de weerstand tegen organische zuren (mierenzuur, azijnzuur, oxaalzuur, enz.) Evenals waterstofperoxide, zwavelzuur, zwavelig zuur, sulfaten, zure kleurstoffen en bleekvloeistoffen verder vergroten. In het bijzonder wordt vanwege de toevoeging van molybdeen de neiging van putcorrosie veroorzaakt door de aanwezigheid van chloride-ionen voorkomen.
Het W12Cr4V4Mo-hogesnelheidsstaal met ongeveer 1% molybdeen heeft slijtvastheid, ontlaten-de hardheid en rode hardheid.
(4) Wolfraam (W)
Naast het vormen van carbiden in staal, lost wolfraam gedeeltelijk op in ijzer om een vaste oplossing te vormen. Het effect is vergelijkbaar met dat van molybdeen en het algemene effect is niet zo significant als dat van molybdeen in termen van massafractie. Het belangrijkste staal van wolfraam in staal is verhoogde temperstabiliteit, rode hardheid, thermische sterkte en verhoogde slijtvastheid als gevolg van de vorming van carbiden. Daarom wordt het voornamelijk gebruikt voor gereedschapsstaal, zoals hogesnelheidsstaal, heet smeedstaal en dergelijke.
Wolfraam vormt vuurvaste carbiden in hoogwaardig verenstaal. Wanneer getemperd bij hogere temperaturen, kan het het aggregatieproces van carbiden verlichten en een hoge hoge temperatuursterkte behouden. Wolfraam kan ook de oververhittingsgevoeligheid van staal verminderen, de hardbaarheid verhogen en de hardheid verhogen. 65SiMnWA verenstaal heeft een zeer hoge hardheid na warmwalsen. Verenstaal van 50 mm2 doorsnede kan worden gehard in olie en kan worden gebruikt als een belangrijke veer die wordt blootgesteld aan zware belasting, hittebestendigheid (minder dan 350 ° C) en stoten. 30W4Cr2VA hoogwaardig hittebestendig hoogwaardig verenstaal, met een grote verhardbaarheid, doving 1050 ~ 1100 ° C, 550 ~ 650 ° C getemperd na de treksterkte van 1470 ~ 1666Pa. Het wordt voornamelijk gebruikt om veren te gebruiken bij hoge temperaturen (tot 500 ° C).
Door de toevoeging van wolfraam kunnen de slijtvastheid en bewerkbaarheid van het staal aanzienlijk worden verbeterd. Daarom is wolfraam het hoofdelement van het staal van gelegeerd gereedschap.
(5) Vanadium (V)
Vanadium en koolstof, ammoniak, zuurstof hebben een sterke affiniteit, met de vorming van de overeenkomstige stabiele verbindingen. Vanadium bestaat voornamelijk in de vorm van carbiden in staal. Zijn hoofdrol is het verfijnen van de microstructuur en korrels van het staal en het vergroten van de sterkte en taaiheid van het staal. Wanneer de vaste oplossing wordt opgelost bij een hoge temperatuur, neemt de hardbaarheid toe; omgekeerd, wanneer aanwezig als een carbide, is de hardbaarheid verminderd. Vanadium verhoogt de temperstabiliteit van het gebluste staal en produceert een secundair verhardingseffect. Het gehalte aan vanadium in staal is in het algemeen niet meer dan 0,5% behalve hogesnelheidsgereedschapstaal.
Vanadium kan granen verfijnen in gewone koolstofarme gelegeerde staalsoorten, de sterkte, de rendementsverhouding en de eigenschappen bij lage temperaturen verhogen na normalisering, en de lasprestaties van staal verbeteren.
Vanadium in het gelegeerd constructiestaal zal de hardbaarheid onder de algemene warmtebehandelingscondities verminderen, dus wordt het vaak samen met elementen zoals mangaan, chroom, molybdeen en wolfraam in het constructiestaal gebruikt. Vanadium in het gebluste en geharde staal is hoofdzakelijk om de sterkte en de opbrengstverhouding van het staal te verhogen en de thermische gevoeligheid van de korrels en niobium te verfijnen. Vanwege het vermogen om de korrels in het gecarboniseerde staal te verfijnen, kan het staal direct worden geblust na het carboneren zonder secundair afschrikken.
Vanadium kan de sterkte en opbrengstverhouding in verenstaal en lagerstaal verhogen, vooral de verhoudingslimiet en elastische limiet verhogen, de decarbonisatiegevoeligheid tijdens warmtebehandeling verminderen en aldus de oppervlaktekwaliteit verbeteren. Vijf-chroom vanadium-lagerstaal heeft een hoge carboniseringsverspreiding en goede prestaties.
Vanadium verfijnt de korrels in het gereedschapsstaal, vermindert gevoeligheid voor oververhitting, verhoogt de ontlatingsstabiliteit en slijtvastheid en verlengt de levensduur van het gereedschap.
(6) Titanium (Ti)
Titanium heeft een sterke affiniteit met stikstof, zuurstof en koolstof en heeft een sterkere affiniteit met zwavel dan ijzer. Daarom is het een goede deoxidatiemiddel en een effectief element voor het fixeren van stikstof en koolstof. Hoewel titanium een sterk carbide vormend element is, combineert het niet met andere elementen om een composietverbinding te vormen. Titaniumcarbide heeft een sterke bindende kracht, is stabiel en niet gemakkelijk te ontbinden. Het kan slechts langzaam oplossen in vaste oplossing wanneer het wordt verwarmd tot meer dan 1000 ° C in staal. Alvorens te worden opgelost, hebben de titaniumcarbidedeeltjes het effect van het voorkomen van korrelgroei. Omdat de affiniteit tussen titanium en koolstof veel groter is dan de affiniteit tussen chroom en koolstof, wordt titanium vaak gebruikt in roestvrij staal om de koolstof daarin te fixeren om de depletie van chroom bij korrelgrenzen te elimineren, waardoor de intergranulaire corrosie van staal wordt geëlimineerd of verminderd.
Titanium is ook een van de ferrietvormende elementen en verhoogt de temperatuur van staal A1 en A3 sterk. Titanium verbetert de plasticiteit en taaiheid in gewone laaggelegeerde staalsoorten. Aangezien titanium stikstof en zwavel vastmaakt en titaniumcarbide vormt, neemt de sterkte van het staal toe. Grainverfijning na normalisatie, precipitatie en carbidevorming kan de plasticiteit en slagtaaiheid van staal aanzienlijk verbeteren. Legering constructiestaal met titanium heeft goede mechanische eigenschappen en procesprestaties. Het grootste nadeel is de hardbaarheid.
In de hoog-chroom roestvaste staalsoorten, is het meestal noodzakelijk om ongeveer 5 keer het koolstofgehalte van titanium toe te voegen, wat niet alleen de corrosiebestendigheid (voornamelijk weerstand tegen intergranulaire corrosie) en taaiheid van het staal verbetert, maar ook de korrel verbetert groei van het staal bij hoge temperaturen en verbetert de microstructuur. Lasprestaties van staal.
(7) Nb / Cb
De symbiose tussen 铌 en 钶 is vaak vergelijkbaar met die van 钽 en,. Ze hebben vergelijkbare effecten in staal. Het lanthaan en cerium worden opgelost in een vaste oplossing en spelen een rol bij de versterking van de vaste oplossing. Wanneer opgelost in austeniet, wordt de hardbaarheid van het staal aanzienlijk verhoogd. In aanwezigheid van carbiden en oxidedeeltjes worden de korrels echter geraffineerd en wordt de hardbaarheid van het staal verminderd. Het kan de ontlatingsstabiliteit van staal verhogen en heeft een secundair verhardingseffect. Trace niobium kan de staalsterkte verhogen zonder de plasticiteit of taaiheid van het staal te beïnvloeden. Door het effect van korrelverfijning kan de slagtaaiheid van het staal worden verbeterd en kan de brosse overgangstemperatuur worden verlaagd. Wanneer het gehalte meer dan 8 keer dat van koolstof is, kan bijna alle koolstof in het staal worden gefixeerd, zodat het staal een goede waterstofweerstand heeft. In austenitische staalsoorten kan intergranulaire corrosie van het staal door het oxiderende medium worden voorkomen. Vanwege de vaste koolstof- en precipitatiehardende effecten, kunnen de eigenschappen bij hoge temperaturen van hete staalsoorten, zoals kruipsterkte, worden verbeterd.
铌 In het gewone laaggelegeerde staal voor constructie kunnen de vloeigrens en slagtaaiheid worden verbeterd, en de brosse overgangstemperatuur kan de gunstige lasprestaties verminderen. In het carboniserende en afgekoelde en geharde gelegeerde constructiestaal in de toename van de hardbaarheid op hetzelfde moment. Verbeter de taaiheid en lage temperatuurprestaties van staal. Het kan de luchtverharding van martensitisch hittebestendig roestvrij staal met lage koolstofinhoud verminderen, verharding en broosheid van de temperatuur voorkomen en de kruipsterkte vergroten.
(8) Zirkonium (Zr)
Zirkonium is een sterk carbide vormend element en zijn rol in staal is vergelijkbaar met dat van niobium, tantaal, vanadium. De toevoeging van een kleine hoeveelheid zirkonium heeft het effect van ontgassing, zuivering en raffinage van korrels, wat gunstig is voor de lage temperatuurprestaties van het staal en de stempelprestaties verbetert. Het wordt veel gebruikt bij de fabricage van ultrahoge sterktestalen en op nikkel gebaseerde superlegeringen voor gasmotoren en ballistische raketconstructies.
(9) Cobalt (Co)
Kobalt wordt gebruikt in speciale staalsoorten en legeringen. Hoge snelheidsstaalsoorten die kobalt bevatten, hebben een hoge hardheid bij hoge temperatuur. In combinatie met molybdeen kunnen martensitische staalsoorten worden gebruikt om een ultrahoge hardheid en goede mechanische eigenschappen te verkrijgen. Daarnaast is kobalt ook een belangrijk legeringselement in hete staalsoorten en magnetische materialen.
Kobalt vermindert de hardbaarheid van het staal, dus alleen al het toevoegen van koolstofstaal zal de algehele mechanische eigenschappen verminderen na afkoeling en ontlaten. Kobalt kan ferriet versterken en koolstofstaal toevoegen. Het kan de hardheid, vloeigrens en treksterkte van staal tijdens het uitgloeien of normaliseren verhogen. Het heeft een nadelig effect op rek en reductie van het oppervlak, en de stootvastheid neemt ook toe. Dalend kobaltgehalte. Omdat kobalt antioxiderende eigenschappen heeft, wordt het gebruikt in hittebestendig staal en hittebestendige legeringen. De op kobalt gebaseerde legering gasturbine toont zijn unieke rol.
(10) Silicium (Si)
Silicium kan worden opgelost in ferriet en austeniet om de hardheid en sterkte van staal te verbeteren, de rol ervan is de tweede alleen voor fosfor, sterker dan mangaan, nikkel, chroom, wolfraam, molybdeen, vanadium en andere elementen. Wanneer het siliciumgehalte echter meer dan 3% bedraagt, zullen de plasticiteit en taaiheid van het staal aanzienlijk worden verminderd. Silicium kan de elasticiteitslimiet, elasticiteitsgrens en opbrengstverhouding (σs / σb) van het staal verbeteren, evenals de vermoeiingssterkte en vermoeidheidsverhouding (σ-1 / σb). Dit komt omdat silicium of silicium mangaanstaal kan worden gebruikt als een veerstaal.
Silicium vermindert de dichtheid, thermische geleidbaarheid en elektrische geleidbaarheid van staal. Kan korrelgroei van ferriet bevorderen en de coërciviteit verminderen. Er is een tendens om de anisotropie van het kristal te verminderen, zodat de magnetisatie gemakkelijk is, de magnetische weerstand wordt verminderd en het kan worden gebruikt voor de productie van elektrisch staal, dus de magnetische staalplaat heeft een lager magnetisch hystereseverlies. Silicium kan de magnetische permeabiliteit van ferriet vergroten, zodat de staalplaat een hogere magnetische inductiesterkte heeft onder een zwakker magnetisch veld. In een sterk magnetisch veld vermindert silicium echter de magnetische inductiesterkte van staal. Door de sterke deoxygenatie van silicium vermindert silicium het magnetische verouderingseffect van ijzer.
Wanneer siliciumhoudend staal wordt verhit in een oxiderende atmosfeer, zal een laag SiO2-film worden gevormd op het oppervlak, waardoor de oxidatieweerstand van het staal bij hoge temperaturen wordt verhoogd.
Silicium kan de groei van kolomvormige kristallen in gegoten staal bevorderen en de plasticiteit verminderen. Als het siliciumstaal snel afkoelt wanneer het wordt verwarmd, is het temperatuurverschil tussen de binnenkant en de buitenkant van het staal groot vanwege de lage thermische geleidbaarheid en daarom breekt het.
Silicium kan de lasprestaties van staal verminderen. Omdat het bindvermogen voor zuurstof sterker is dan dat van ijzer, wordt tijdens het lassen gemakkelijk een silicaat met een laag smeltpunt gegenereerd, waardoor de vloeibaarheid van gesmolten slak en gesmolten metaal toeneemt, waardoor de kwaliteit van het lassen vermindert. Silicium is een goede deoxidatiemiddel. Wanneer deoxidatie met aluminium plaatsvindt, wordt een bepaalde hoeveelheid silicium toegevoegd zoals geschikt, wat de snelheid van deoxidatie aanzienlijk kan verhogen. Silicium heeft oorspronkelijk nog wat restanten in het staal, dat als grondstof wordt ingebracht tijdens staalproductie en staalproductie. In kokende staalsoorten is silicium beperkt tot <> Wanneer opzettelijk toegevoegd, ferrosiliciumlegeringen worden toegevoegd tijdens staalproductie.
(11) Mangaan (Mn)
Mangaan is een goede desoxidatie en desulfurizer. Staal bevat over het algemeen een bepaalde hoeveelheid mangaan, die de hete broosheid van staal als gevolg van zwavel kan elimineren of verminderen, waardoor de hete verwerkbaarheid van het staal wordt verbeterd.
De vaste oplossing gevormd door mangaan en ijzer verhoogt de hardheid en sterkte van ferriet en austeniet in staal. Tegelijkertijd is het een element van carbidevorming en betreedt het cementiet om een deel van de ijzeratomen te vervangen. Mangaan verlaagt de kritische overgangstemperatuur in staal. Het speelt een rol bij het verfijnen van het perliet en speelt ook indirect een belangrijke rol bij het vergroten van de sterkte van het perlitisch staal. Het vermogen van mangaan om austeniet te stabiliseren is de tweede alleen voor nikkel, en het verhoogt ook sterk de hardbaarheid van het staal. Gebruikt mangaan niet meer dan 2% in samenstelling met andere elementen om een verscheidenheid van gelegeerd staal te maken.
Mangaan heeft de kenmerken van overvloedige hulpbronnen en verschillende functies en is op grote schaal gebruikt, zoals koolstofconstructiestaal en verenstaal met een hoger mangaangehalte.
In slijtvaste staalsoorten met hoog koolstofgehalte en hoge mangaangehaltes kan het mangaangehalte 10% tot 14% bedragen. Na de oplossingsbehandeling heeft het een goede taaiheid. Wanneer het de impact opvangt en vervormt, wordt de oppervlaktelaag versterkt door vervorming en heeft het een hoge weerstand. Slijpen.
Mangaan en zwavel vormen een MNS met een hoog smeltpunt, wat hete broosheid door FeS voorkomt. Mangaan heeft de neiging om de verruwing van staalkorrels en de gevoeligheid voor broosheid te verbeteren. Als het smelten niet goed wordt afgekoeld na het gieten en smeden, kan dit gemakkelijk witte vlekken in het staal veroorzaken.
(12) Aluminium (Al)
Aluminium wordt hoofdzakelijk gebruikt om granen te deoxideren en te verfijnen. De vorming van een harde, corrosiebestendige genitrideerde laag in het nitridestaal. Aluminium kan de veroudering van koolstofarme staalsoorten remmen en hun taaiheid bij lage temperaturen verhogen. Wanneer het gehalte hoog is, kan de oxidatieweerstand van het staal en de corrosieweerstand in het oxiderende zuur en H2S-gas worden verbeterd en kunnen de elektrische en magnetische eigenschappen van het staal worden verbeterd. Aluminium heeft een sterk versterkend effect op de vaste-stofoplossing in staal, waardoor de slijtvastheid, de vermoeiingssterkte en de mechanische eigenschappen van de kern van het gecarboniseerde staal worden verbeterd.
In de harde legering vormen aluminium en nikkelverbindingen, waardoor de smeltsterkte wordt verbeterd. De aluminiumbevattende ijzer-chroom-aluminiumlegering heeft bijna constante weerstandseigenschappen en uitstekende oxidatiebestendigheid bij hoge temperaturen. Het is geschikt voor elektrometallurgische legeringsmaterialen en chroomaluminium. Weerstand draad.