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合金元素及其在合金中的作用

合金元素钢中的作用

为了改善和提高钢的某些性能和使之获得某些特殊性能而有意在冶炼过程中加入的元素称为合金元素。常用的合金元素有铬（Cr)、镍（Ni)、钼（Mo）、钨（w）、钒（V）。钛(Ti)、铌（Nb)、锆（Zr）、钴（Co）、硅（Si）、锰（Mn)、铝（Al)、铜（Cu)、硼（B)、稀土(Re）等。磷（P）、硫（S)、氮（N）等在某些情况下也起到合金元素的作用。

铬(Cr)

铬能增加钢的淬透性并有二次硬化作用。可提高高碳钢的硬度和耐磨性而不使钢变脆；含量超过12%时。使钢有良好的高温抗氧化性和耐氧化性介质腐蚀的作用。还增加钢的热强性，铬为不锈耐酸钢及耐热钢的主要合金元素。

铬能提高碳素钢轧制状态的强度和硬度。降低伸长率和断面收缩率。当铬含量超过15%时，强度和硬度将下降，伸长率和断面收缩率则相应地有所提高。含铬钢的零件经研磨容易获得较高的表面加工质量。

铬在调质结构钢中的主要作用是提高淬透性。使钢经淬火回火后具有较好的综合力学性能，在渗碳钢中还可以形成含铬的碳化物，从而提高材料表面的耐磨性。

含铬的弹簧钢在热处理时不易脱碳。铬能提高工具钢的耐磨性、硬度和红硬性。有良好的回火稳定性。在电热合金中，铬能提高合金的抗氧化性、电阻和强度。

对钢的显做组织及热处理的作用

A、铬与铁形成连续固溶体，缩小奥氏体相区城。铬与碳形成多种碳化物，与碳的亲和力大于铁和锰而低于钨、钼等．铬与铁可形成金属间化合物σ相(FeCr)

B、铬使珠光体中碳的浓度及奥氏体中碳的极限溶解度减少

C、减缓奥氏体的分解速度，显著提高钢的淬透性．但亦增加钢的回火脆性倾向

(2)对钢的力学性能的作用

A、提高钢的强度和硬度．时加入其他合金元素时，效果较显著

B、显著提高钢的脆性转变温度

C、在含铬量高的Fe-Cr合金中，若有σ相析出，冲击韧性急剧下降

(3)对钢的物理、化学及工艺性能的作用

A、提高钢的耐磨性，经研磨，易获得较高的表面光洁度

B、降低钢的电导率，降低电阻温度系数

C、提高钢的矫顽力和剩余磁感．广泛用于制造永磁钢

D、铬促使钢的表面形成钝化膜，当有一定含量的铭时，显著提高钢的耐腐蚀性能（特别是硝酸）。若有铬的碳化物析出时，使钢的耐腐蚀性能下降

E、提高钢的抗氧化性能

F、铬钢中易形成树枝状偏析，降低钢的塑性

G、由于铬使钢的热导率下降，热加工时要缓慢升温，锻、轧后要缓冷

(4)在钢中的应用

A、合金结构钢中主要利用铬提高淬透性，并可在渗碳表面形成含铬碳化物以提高耐磨性

B、弹簧钢中利用铬和共他合金元素一起提供的综合性能

C、轴承钢中主要利用铬的特殊碳化物对耐磨性的贡献及研磨后表面光沽度高的优点

D、工具钢和高速钢中主要利用铬提高耐磨性的作用，并具有一定的回火稳定性和韧性

E、不锈钢、耐热钢中铬常与锰、氮、镍等联合便用，当需形成奥氏体钢时，稳定铁素体的铬与稳定奥氏体的锰、镍之间须有一定比例，如Cr18Ni9等

F、我国铬资源较少．应尽量节省铬的使用

镍(Ｎi)

镍在钢中强化铁素体并细化珠光体，总的效果是提高强度，对塑性的影响不显著。一般地讲，对不需调质处理而在轧制、正火或退火状态使用的低碳钢，一定的含镍量能提高钢的强度而不显著降低其韧性。据统计，每增加1%的镍约可提高强度29.41Pa。随着镍含量的增加，钢的屈服强度比抗拉强度提高得快,因此含镍钢的屈服比可较普通碳素钢高。镍在提高钢强度的同时，对钢的韧性、塑性以及其他工艺性能的损害较其他合金元素的影响小。对于中碳钢，由于镍降低珠光体转变温度，使珠光体变细；又由于镍降低共析点的含碳量，因而和相同碳含量的碳素钢比，其珠光体数量较多，使含镍的珠光体铁素体钢的强度较相同碳含量的碳素钢高。反之，若使钢的强度相同，含镍钢的碳含量可以适当降低，因而能使钢的韧性和塑性有所提高。镍可以提高钢对疲劳的抗力和减小钢对缺口的敏感性。镍降低钢的低温脆性转变温度，这对低温用钢有极重要的意义。含镍3.5%的钢可在-100℃时使用，含镍9%的钢则可在-196

镍含量高的铁镍合金，其线胀系数随镍含量增减有显著的变化。利用这一特性，可以设计和生产具有极低或一定线胀系数的精密合金、双金属材料等。

此外，镍加入钢中不仅能耐酸，而且也能抗碱，对大气及盐都有抗蚀能力。镍是不锈耐酸钢中的重要元素之一。

(1)对钢的显做组织及热处理的作用

A、镍和铁能无限固溶，镍扩大铁的奥氏体区，即升高A4点，降低A3点，是形成和稳定奥氏体的主要合金元素

B、镍和碳不形成碳化物

C、降低临界转变温度，降低钢中各元素的扩散速率，提高淬透性

D、降低共析珠光体的碳含量．其作用仅次于氮而强于锰。，在降低马氏体转变温度方面的作用为锰的一半