各種金屬元素對模具鋼的影響與作用
時間:2024-04-24 12:27來源:德松官網(wǎng) 作者:德松模具鋼
通常化學(xué)元素以及金屬夾雜物對鋼材的縱向延性影響不大，而對橫向延性的影響卻很顯著，硫化物的含量增加降低鋼的各種韌性指標(biāo)，鋼的斷裂韌性隨著夾雜物數(shù)量或長度的增加而下降。
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各種金屬添加與化學(xué)夾雜物對模具鋼的強度影響與顆粒尺寸和含量密切相關(guān)，室溫下，氧化鋁顆粒超過1μm時，使屈服強度和抗張強度降低；當(dāng)夾雜物的含量很低時對屈服強度的降低特別敏感，金屬斷裂時，裂紋不僅在基體中形成，而且也經(jīng)常在夾雜物中形成，從而造成鋼的斷裂。通常夾雜物對鋼材的縱向延性影響不大，而對橫向延性的影響卻很顯著。硫化物的含量增加降低鋼的各種韌性指標(biāo)，鋼的斷裂韌性隨著夾雜物數(shù)量或長度的增加而下降。為使鋼材具有良好的韌性和使韌性各向異性盡可能降低，對夾雜物有以下要求：
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雜物的體積分數(shù)盡可能低；
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夾雜物分布均勻；
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夾雜物要有緊湊的外形；
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夾雜物的硬度最好為鋼基體的兩倍，以使夾雜物在熱加工時變形最小。
碳是對鋼材性能影響最大的基本元素，不同的碳含量依據(jù)鋼中雜質(zhì)元素含量和軋后冷卻條件的不同對于鋼的性能影響是不同的，隨著鋼中碳含量的增加，碳鋼在熱軋狀態(tài)下的硬度直線上升，塑性和韌性降低。下面德松模具鋼給大家詳細列舉各種金屬元素和化學(xué)元素在特殊鋼材煉造中的作用與影響。
碳(C)：
鋼中含碳量增加，屈服點和抗拉強度升高，但塑性和沖擊性降低，當(dāng)碳量0.23%超過時，鋼的焊接性能變壞，因此用于焊接的低合金結(jié)構(gòu)鋼，含碳量一般不超過0.20%。碳量高還會降低鋼的耐大氣腐蝕能力，在露天料場的高碳鋼就易銹蝕；此外，碳能增加鋼的冷脆性和時效敏感性。
硅(Si)：
在煉鋼過程中加硅作為還原劑和脫氧劑，所以鎮(zhèn)靜鋼含有0.15－0.30%的硅。如果鋼中含硅量超過0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能顯著提高鋼的彈性極限，屈服點和抗拉強度，故廣泛用于作彈簧鋼。在調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼中加入1.0－1.2%的硅，強度可提高15－20%。硅和鉬、鎢、鉻等結(jié)合，有提高抗腐蝕性和抗氧化的作用，可制造耐熱鋼。含硅1－4%的低碳鋼，具有極高的導(dǎo)磁率，用于電器工業(yè)做矽鋼片。硅量增加，會降低鋼的焊接性能。
錳(Mn)：
在煉鋼過程中，錳是良好的脫氧劑和脫硫劑，一般鋼中含錳0.30－0.50%。在碳素鋼中加入0.70%以上時就算“錳鋼”，較一般鋼量的鋼不但有足夠的韌性，且有較高的強度和硬度，提高鋼的淬性，改善鋼的熱加工性能，如16Mn鋼比A3鋼屈服點高40%。含錳11－14%的鋼有極高的耐磨性，用于挖土機鏟斗，球磨機襯板等。錳量增高，減弱鋼的抗腐蝕能力，降低焊接性能。
鉻(Cr)：
在結(jié)構(gòu)鋼和工具鋼中，鉻能顯著提高強度、硬度和耐磨性，但同時降低塑性和韌性。鉻又能提高鋼的抗氧化性和耐腐蝕性，因而是不銹鋼，耐熱鋼的重要合金元素。
鎳(Ni)：
鎳能提高鋼的強度，而又保持良好的塑性和韌性。鎳對酸堿有較高的耐腐蝕能力，在高溫下有防銹和耐熱能力。但由于鎳是較稀缺的資源，故應(yīng)盡量采用其他合金元素代用鎳鉻鋼。
鉬(Mo)：
鉬能使鋼的晶粒細化，提高淬透性和熱強性能，在高溫時保持足夠的強度和抗蠕變能力(長期在高溫下受到應(yīng)力，發(fā)生變形，稱蠕變)。結(jié)構(gòu)鋼中加入鉬，能提高機械性能。 還可以抑制合金鋼由于火而引起的脆性。在工具鋼中可提高紅性。
鈦(Ti)：
鈦是鋼中強脫氧劑。它能使鋼的內(nèi)部組織致密，細化晶粒力；降低時效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在鉻18鎳9奧氏體不銹鋼中加入適當(dāng)?shù)拟?，可避免晶間腐蝕。
釩(V)：
釩是鋼的優(yōu)良脫氧劑。鋼中加0.5%的釩可細化組織晶粒，提高強度和韌性。釩與碳形成的碳化物，在高溫高壓下可提高抗氫腐蝕能力。
鎢(W)：
鎢熔點高，比重大，是貴生的合金元素。鎢與碳形成碳化鎢有很高的硬度和耐磨性。在工具鋼加鎢，可顯著提高紅硬性和熱強性，作切削工具及鍛模具用。
鈮(Nb)：
鈮能細化晶粒和降低鋼的過熱敏感性及回火脆性，提高強度，但塑性和韌性有所下降。在普通低合金鋼中加鈮，可提高抗大氣腐蝕及高溫下抗氫、氮、氨腐蝕能力。鈮可改善焊接性能。在奧氏體不銹鋼中加鈮，可防止晶間腐蝕現(xiàn)象。
鈷(Co)：
鈷是稀有的貴重金屬，多用于特殊鋼和合金中，如熱強鋼和磁性材料。
銅(Cu)：
武鋼用大冶礦石所煉的鋼，往往含有銅。銅能提高強度和韌性，特別是大氣腐蝕性能。缺點是在熱加工時容易產(chǎn)生熱脆，銅含量超過0.5%塑性顯著降低。當(dāng)銅含量小于0.50%對焊接性無影響。
鋁(Al)：
鋁是鋼中常用的脫氧劑。鋼中加入少量的鋁，可細化晶粒，提高沖擊韌性，如作深沖薄板的08Al鋼。鋁還具有抗氧化性和抗腐蝕性能，鋁與鉻、硅合用，可顯著提高鋼的高溫不起皮性能和耐高溫腐蝕的能力。鋁的缺點是影響鋼的熱加工性能、焊接性能和切削加工性能。
硼(B)：
鋼中加入微量的硼就可改善鋼的致密性和熱軋性能，提高強度。
氮(N):
氮能提高鋼的強度，低溫韌性和焊接性，增加時效敏感性。
磷(P)：
在一般情況下，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于0.045%，優(yōu)質(zhì)鋼要求更低些。
硫(S)：
硫在通常情況下也是有害元素。使鋼產(chǎn)生熱脆性，降低鋼的延展性和韌性，在鍛造和軋制時造成裂紋。硫?qū)附有阅芤膊焕?，降低耐腐蝕性。所以通常要求硫含量小于0.055%，優(yōu)質(zhì)鋼要求小于0.040%。在鋼中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常稱易切削鋼。
氫（H）：
鋼中的氫是由銹蝕含水的爐料或從含有水蒸氣的爐氣中吸收的。氫對鋼的危害是很大的。一是引起氫脆，即在低于鋼材極限應(yīng)力的作用下，經(jīng)一定的時間后，在無任何預(yù)兆的情況下突然斷裂，往往造成災(zāi)難性的后果。二是導(dǎo)致鋼材內(nèi)部產(chǎn)生大量細微裂紋缺陷、白點，在鋼材縱端面上呈光滑的銀白的斑點，在酸洗后的端面上呈較多的發(fā)絲狀裂紋，白點使鋼材的延伸率顯著下降，尤其是端面收縮率和沖擊韌性降低得更多，有時可能接近于零值。因此具有白點的鋼是不能用的，這類缺陷主要發(fā)生在合金鋼中。
氧（O）：
氧在鋼中的溶解度很低，幾乎全部以氧化物夾雜形式存在于鋼中，如FeO、AL2O3、MnO、CaO、MgO等。除此之外，鋼中還存在FeS、MnS、硅酸鹽、氮化物及磷化物等。這些夾雜物破壞了鋼的基體的連續(xù)性，在靜載荷和動載荷的情況下往往成為裂紋的起點。這些非金屬夾雜物的各種狀態(tài)不同程度的影響到鋼的各種性能，尤其是對于鋼的塑性、韌性、疲勞強度和抗腐蝕性等危害很大。因此，對于非金屬夾雜物應(yīng)嚴(yán)格控制。
稀土(Xt)：
稀土元素是指元素周期表中原子序數(shù)為57-71的15個鑭系元素。這些元素都是金屬，但他們的氧化物很象“土”，所以習(xí)慣上稱稀土。鋼中加入稀土，可以改變鋼中夾雜物的組成、形態(tài)、分布和性質(zhì)，從而改善了鋼的各種性能，如韌性、焊接性，冷加工性能。在犁鏵鋼中加入稀土，可提高耐磨性。
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