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鐵素體溶合金元素的影響有哪些

來(lái)源： | 發(fā)布日期：2024-06-28

絕大多數(shù)合金元素加入低碳鋼，是為了生產(chǎn)在某些環(huán)境溫度下的固溶體硬化鋼，提高晶格摩擦應(yīng)力δi。但目前還不能僅用公式預(yù)測(cè)較低屈服應(yīng)力，除非已知晶粒尺寸。雖然屈服應(yīng)力的決定因素是正火溫度和冷卻速度，然而這種研究方法仍很重要，因?yàn)榭梢酝ㄟ^(guò)提高δi預(yù)測(cè)單個(gè)合金元素可降低韌性的范圍。

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鐵素體鋼的無(wú)塑性轉(zhuǎn)變（NDT）溫度和夏比轉(zhuǎn)變溫度的回歸分析至今尚無(wú)報(bào)導(dǎo)，然而這些也僅限于加入單個(gè)合金元素對(duì)韌性影響的定性討論。以下就幾種合金元素對(duì)鋼性能的影響作簡(jiǎn)要介紹。
1）錳。絕大多數(shù)的錳含量約為0.5%。作為脫氧劑或固硫劑加入可防止鋼的熱裂，在低碳鋼中還有以下作用。
含碳量0.05%鋼，空冷或爐冷后有降低晶粒邊界滲碳體薄膜形成的趨勢(shì)。
可稍減小鐵素體晶粒尺寸。
可產(chǎn)生大量而細(xì)小的珠光體顆粒。
前兩種作用說(shuō)明NDT溫度隨著錳量的增加而降低，后兩種作用會(huì)引起夏比曲線峰值更尖。
鋼含碳量較高時(shí)，錳能顯著降低約50%轉(zhuǎn)變溫度。其原因可能是因珠光體量多，而不是滲碳體在邊界的分布。必須注意的是，如果鋼的含碳量高于0.15%，高錳含量對(duì)正火鋼的沖擊性能影響起到了決定性作用。因?yàn)殇摰母叽阃感砸饖W氏體轉(zhuǎn)變成脆性的上貝氏體，而不是鐵素體或珠光體。
2）鎳。加入鋼中的作用似錳，可改善鐵-碳合金韌性。其作用大小取決于含碳量和熱處理。在含碳量（約0.02%）很低的鋼中，加入量達(dá)到2%就能防止熱軋態(tài)和正火鋼晶界滲碳體的形成，同時(shí)實(shí)質(zhì)降低開(kāi)始轉(zhuǎn)變溫度TS，升高夏比沖擊曲線峰值。
進(jìn)一步增加鎳含量，改善沖擊韌性效果則降低。如果這時(shí)含碳量低至正火后無(wú)碳化物出現(xiàn)時(shí)，鎳對(duì)轉(zhuǎn)變溫度的影響將變得很有限。在含碳約0.10%的正火鋼中加入鎳，最大的好處是細(xì)化晶粒和降低游離氮含量，但其機(jī)理目前尚不清楚。可能是由于鎳作為奧氏體的穩(wěn)定劑從而降低了奧氏體分解的溫度。
3）磷。在純凈的鐵-磷合金中，由于鐵素體晶界會(huì)發(fā)生磷偏析降低了抗拉強(qiáng)度Rm而使晶粒之間脆化。此外，由于磷還是鐵素體的穩(wěn)定劑。所以，加入鋼中將大大增加δi值和鐵素體晶粒尺寸。這些作用的綜合將使磷成為極其有害的脆化劑，發(fā)生穿晶斷裂。
4）硅。鋼中加硅是為了脫氧，同時(shí)有益于提高沖擊性能。如果鋼中同時(shí)存在錳和鋁，大部分硅在鐵素體中溶解，同時(shí)通過(guò)固溶化硬化作用提高δi。這種作用與加入硅提高沖擊性能綜合的結(jié)果是，在穩(wěn)定晶粒尺寸的鐵-碳合金中按重量百分比加入硅，使50%轉(zhuǎn)變溫度升高約44℃。此外，硅與磷相似，是鐵素鐵的穩(wěn)定劑，能促進(jìn)鐵素體晶粒長(zhǎng)大。按重量百分?jǐn)?shù)計(jì)，硅加入正火鋼中將提高平均能量轉(zhuǎn)換溫度約60℃。
5）鋁。以合金和脫氧劑的作用加入鋼中有以下兩方面的原因：第一，與溶體中的氮生成AlN，去除游離氮；第二，AlN的形成細(xì)化了鐵素體晶粒。這兩種作用的結(jié)果是，每增加0.1%的鋁，將使轉(zhuǎn)變溫度降低約40℃。然而，當(dāng)鋁的加入量超過(guò)了需要，“固化”游離氮的作用將變?nèi)酢?
6）氧。鋼中的氧會(huì)在晶界產(chǎn)生偏析導(dǎo)致鐵合金晶間斷裂。鋼中氧含量高至0.01%，斷裂就會(huì)沿著脆化晶粒的晶界產(chǎn)生的連續(xù)通道發(fā)生。即使鋼中含氧量很低，也會(huì)使裂紋在晶界集中成核，然后穿晶擴(kuò)散。解決氧脆化問(wèn)題的方法是，可加入脫氧劑碳、錳、硅、鋁和鋯，使其和氧結(jié)合生成氧化物顆粒，而將氧從晶界去除。 

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