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合金元素在模具钢材中起到的作用

浏览 932 次 来源: 发布日期:2014-02-14 15:28:30

众所周知,占钢总产量80%左右的碳素圆钢,是基本的工业用钢。它种类齐全,生产简单,价格低廉,通过不同的热处理后,可获得不同的力学性能,因此得到了极广泛的应用。但碳素钢的强度及淬透性低、热硬性差,耐磨、耐蚀和耐热等性能也都比较低。况且,工业的发展特别是国防、交通运输、石油和化工等工业的发展,对材料提出了更高的要求,因而使用领域受到限制。为了改善碳素钢的力学性能、英标螺纹钢其它均与铁形成置换固溶体。

  ⑵形成碳化物

  合金元素按其与钢中碳亲合力大小,分为碳化物形成元素和非碳化物形成元素两大类。①常用非碳化物形成元素有:Ni、Co、Cu、Al、Si、N、B等。它们不与碳形成化合物,除了在少数高合金钢中可形成金属间化合物外,基本上都溶于F和A中。②常用碳化物形成元素有:Mn、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr等(按形成的碳化物的稳定性程度由弱到强的次序排列)。它们都是元素周期表中位于铁左方的过渡族元素。Mn与碳的亲合力较弱,少部分溶于渗碳体中,大部分溶于F或A中。与碳的亲和力较强的Cr、Mo、W等,含量较低时基本上与铁一起形成合金渗碳体;含量较高时可形成新的合金碳化物。而与碳的亲合力很强的元素V、Ti、Nb、Zr等,几乎都是形成特殊碳化物。此外,总还有一部分强碳化物形成元素会溶于F或A中。

  合金渗碳体是部分铁原子被碳化物形成元素置换后的渗碳体,如(Fe,Cr)3C、(Fe,Mn)3C等,其晶体结构与渗碳体相同,但比渗碳体略稳定些,硬度也略高些,这对提高钢的耐磨性更有利。

  合金碳化物Mn3C、Cr7C3、Cr23C6、Fe3W3C等,比合金渗碳体的稳定性更高,而特殊碳化物Mo2C、W2C、VC、TiC等的稳定性最高。稳定性愈高的碳化物,其熔点和硬度也愈高,加热时也愈难溶于奥氏体中,因此对钢的机械性能和工艺性能的影响很大。

  ⒉合金元素对铁碳相图的影响

  合金元素对铁碳相图的影响,与对纯铁的影响类似,但更复杂一些、影响主要分两方面:⑴对A和F存在范围的影响①扩大γ相区元素均扩大铁碳相图中A存在的区域,其中完全扩大γ区的元素Ni或Mn的含量较多时,可使钢在室温下得到单相A组织,例如1Cr18Ni9高镍A不锈钢和ZGMn13高锰耐磨钢等。②缩小γ相区元素均缩小铁碳相图中A存在的区域,其中完全封闭γ区的元素(例如Cr、Ti、Si等)超过一定含量后,可使钢在包括室温在内的广大温度范围内获得单相F组织,例如1Cr17Ti高铬F不锈钢等。⑵对铁碳相图临界点(S点和E点)的影响①扩大γ相区的元素使铁碳合金相图中的共析转变温度下降。②缩小γ相区的元素则使其上升并都使共析反应在二个温度范围内进行。合金元素还对共析点和共晶点的成分产生影响。几乎所有合金元素都使共析点碳含量降低;共晶点也有类似的规律,尤以强碳化物形成元素的作用最强烈。S点及E点的左移,使合金钢的平衡组织发生变化(不能完全用铁碳相图来分析)。例如,含0.3%C的3Cr2W8V热模具钢已为过共析钢,而碳含量不超过1.0%的W18Cr4V高速钢,在铸态下已具有莱氏体组织。


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