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合金元素
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合金元素合金元素特性
合金鋼是工業上運用最廣泛的一種材料,那可想而知對於材料的檢測從一般到精確都是有需求的。那麼鋁合金分析儀是如何分析鋼鐵裏面的其他元素雜質。
磷是鋼中有害元素,增加鋼的冷脆性,使焊接性能變壞,降低塑性,使冷彎性能變壞。因此通常要求鋼中含磷量小於0.045%,優質鋼要求更低些。
那麼Delta合金分析儀對鋼裏面所含的有害元素磷的檢測的精度能否達到0.045%以下,
下面是美國innov-x 合金分析對合金鋼裏磷元素檢測標準表
碳鋼等級 | P標準值 | P測試值 |
FXS313 | 0.014 | 0.012 |
FXS314 | 0.037 | 0.036 |
FXS315 | 0.056 | 0.053 |
FXS316 | 0.077 | 0.079 |
FXS317 | 0.109 | 0.114 |
FXS318 | 0.0321 | 0.319 |
從上面的表格不難看出,鋁合金分析儀是能夠檢測鋼中的有害元素含量,最低的檢測值 0.012,所以,合金分析儀的的這個特點就足以收到重視。
合金元素合金元素強化機理
合金化是改善金屬鈮性能的最重要措施。向鈮中加入合金元素可以獲得材料的特殊性能,如提高強度、改善抗氧化性能、提高塑性和工藝性能等。有兩類元素可以影響鈮的性能,一類是金屬元素,另一類是氧、氫、氮、碳等間歇元素。金屬元素主要是元素週期表中的ⅥB族元素Cr、Mo、W,V B族元素V和Ta,ⅣB族元素Ti、Zr、Hf以及Al、Si、Sn等。它們可以一種或者多種金屬加入,形成兩元或者多元合金,其強化機理是依靠固溶強化、沉澱強化和加工硬化等來實現的。間歇元素是室温下鈮的最強的強化劑,它們只有在存在有易於生成氧化物、氮化物、碳化物的元素(主要是Ti、Zr、Hf)時,才能對鈮的強度產生積極影響。
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合金元素合金元素的分類
一般情況下,奧氏體形成元素易於優先分佈在奧氏體中,鐵素體形成元素易於優先分佈在鐵素體中。而合金元素的實際分佈狀態還與加入量和熱處理條件有關。
②按照與碳相互作用的特點分類。可分為非碳化物形成元素(如Ni,Cu,Si,Al,P等)和碳化物形成元素(如Cr,Mo,V,Ti,Zr,Nb等)。
③按照對奧氏體層錯能的影響分類。可分為提高奧氏體層錯能的元素(如Ni,Cu,C等)和降低奧氏體層錯能的元素(如Mn,Cr,Ru,Ir等)。
合金元素合金元素在鋼中的作用
為了改善鋼的力學性能或獲得某些特殊性能,有目的地在冶煉鋼的過程中加入一些元素,這些元素稱為合金元素。常用的合金元素有:錳(ω(Mn)>1.0%)、硅(ω(Si)>0.5%)、鉻、鎳、鉬、鎢、鈦、鈷、鋁、硼、稀土(RE)等。磷、硫、氮等在某些情況下也起合金元素的作用。鋼中合金元素含量高者達百分之幾十,如鉻、鎳、錳等,有的則低至萬分之幾,如硼的質量分數一般為ω(B)=0.005%一0.0035%。
合金元素合金元素在鋼中的存在形式
1.形成合金鐵素體
合金元素在溶入鐵素體後,由於它與鐵的晶格類型和原子半徑有差異,必然引起鐵素體晶格畸變,產生固溶強化,使鐵素體的強度、硬度提高,但塑性、韌性卻有下降趨勢。如圖《合金元素對鐵素體的影響》所示為幾種合金元素對鐵素體硬度和韌性的影響。
由圖《合金元素對鐵素體的影響》可知,硅、錳能顯著地提高鐵素體的強度和硬度,但當ω(Si)>0.6%、ω(Mn)>1.5%時,將降低其韌性。而鉻與鎳比較特殊,在鐵素體中的含量適當時(ω(Cr)≤2%、ω(Ni)≤5%),在強化鐵素體的同時,仍能提高韌性。
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2.形成合金碳化物
在鋼中能形成碳化物的元素有:鐵、錳、鉻、鉬、鎢、鉬、釩、鈮、鋯、鈦等(按照與碳的親和力由弱到強,依次排列)。在週期表中,碳化物形成元素都是位於鐵左邊的過渡族金屬元素,離鐵越遠,則其與鐵的親和力越強,形成碳化物的能力越大,形成的碳化物穩定而不易分解。其中釩、鈮、鋯、鈦為強碳化物形成元素;錳為弱碳化物形成元素;鉻、鉬、鎢為中碳化物形成元素。鋼中形成的合金碳化物的類型主要有以下兩類:
(1)合金滲碳體。它是合金元素溶入滲碳體(置換其中鐵原子)所形成的化合物。它仍具有滲碳體的複雜晶格,其中鐵與合金元素的比例可變,但兩者的總和與碳的比例則固定不變。
錳一般是溶入鋼中的滲碳體,形成合金滲碳體(Fe,Mn),C。當中強碳化物形成元素在鋼中的質量分數不大(0.5%~3%)時,一般也傾向於形成合金滲碳體,如(Fe,Cr),C、(Fe,W),C等。
合金滲碳體較滲碳體略為穩定,硬度也較高,是一般低合金鋼中碳化物的主要存在形式。
(2)特殊碳化物。它是與滲碳體晶格完全不同的合金碳化物。通常是中強或強碳化物形成元素所構成的碳化物。
特殊碳化物有兩種類型:
1)具有簡單晶格的間隙相碳化物,如WC、Mo2C、VC、TiC等;
2)具有複雜晶格的碳化物,如Cr23C6、Cr7C3、Fe3W3C等。
強碳化物形成元素,即使含量較少,但只要有足夠的碳,就傾向於形成特殊碳化物;而中強碳化物形成元素,只要當其質量分數較高 (>5%)時,才傾向於形成特殊碳化物。
合金碳化物的種類、性能和在鋼中分佈狀態會直接影響到鋼的性能及熱處理時的相變。例如,當鋼中存在彌散分佈的特殊碳化物時,將顯著增加鋼的硬度、強度與耐磨性,而不降低韌性,這對提高工具的使用性能極為有利。
3.形成非金屬夾雜物
- 參考資料
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- 1. 有色金屬系列叢書 .讀秀網.2015.06 [引用日期2017-12-10]
- 2. 楊朝聰,張文莉主編.金屬材料學.瀋陽:東北大學出版社,2014.04 :8
- 3. 何人葵,劉樹主編.工程材料與熱處理. 北京:冶金工業出版社,2015.07 :102~106