材料—常见元素对金属材料性能的影响

《材料—常见元素对金属材料性能的影响》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、常见元素对金属材料性能的影响1.碳（1）含碳量的增加，使得碳素钢的强度和硬度增加，而塑性、韧性和焊接性能下降。（2）一般情况下，当含碳量大于0.25%时，碳钢可焊性开始变差，故压力管道中一般采用含碳量小于0.25%的碳钢。含碳量的增加，其球化和石墨化的倾向增加。（3）作为高温下耐热用的高合金钢，含碳量应大于或等于0.04%，但此时奥氏体不锈钢的抗晶间腐蚀性能下降。2.硅（1）硅固溶于铁素体和奥氏体中可起到提高它们的硬度和强度的作用。（2）含硅量若超过3%时，将显著地降低钢的塑性、韧性、延展性和可焊性，并易导致冷脆，中、高碳钢回火时易产

2、生石墨化。（3）各种奥氏体不锈钢中加入约2%的硅，可以增强它们的高温不起皮性。在铬、铬铝、铬镍、铬钨等钢中加入硅，都将提高它们的高温杭氧化性能。但含硅量太高时，材料的表面脱碳倾向增加。（4）低含硅量对钢的耐腐蚀性能影响小大，只有当含硅量达到一定值时，它对钢的耐腐性能才有显著的增强作用。含硅量为l5%~20%的的硅铸铁是很好的耐酸材料，对不同温度和浓度的硫酸、硝酸都很稳定，但在盐酸和王水的作用下稳定性很小，在氢氟酸中则不稳定。高硅铸铁之所以耐腐蚀，是由于当开始腐蚀时，在其表面形成致密的SiO2薄层，阻碍了酸的进一步向内侵蚀。3.硫、氧在

3、碳素钢中的作用硫和氧作为杂质元素常以非金属化合物（如FeS、FeO）形式存在于碳素钢中，形成非金属杂质，从而导致材料性能劣化，尤其是硫的存在引起材料的热脆。六和磷是钢中要控制的元素，并以其含量的多少来评定碳素钢的优劣。（由于FeS可与铁形成共晶，并沿晶界分布），Fe-FeS共晶物的熔点为985℃，当在1000~1200℃温度下，对材料进行压力加工时，由于它已经熔化而导致晶粒开裂，使材料呈现脆性。这种现象称为热脆。）4.磷、砷、锑在碳素钢中的作用（1）磷、砷、锑作为杂质元素，它们对提高碳素钢的抗拉强度有一定的作用，但同时又都增加钢的脆性

4、，尤其是低温脆性。（由于磷以固溶形式存在于铁素体中，影响铁素体的晶格变形，使碳素钢在常温下呈现脆性。这种现象称为冷脆）。磷和砷有都是造成碳素钢严重偏析的有害元素。磷对钢的焊接性不利，它能增加焊裂的敏感性。（2）由于低合金钢熔点较高，磷、砷、锑等杂质元素容易在高温下迁移聚集，从而导致低合金钢的高温回火脆性。（合金钢在进行高温回火热处理或长期在高温下工作时，其中的杂质元素磷、砷、锑等容易在高温下迁移聚集。由于这些元素的熔点一般比合金元素低，它将“割裂”材料基体而导致合金钢在高温下呈现脆性。因为合金钢的这种脆性发生在红热的温度下，故称为红脆

5、。）一般情况下，低合金钢均采用较高级的冶炼方法（如电炉冶炼），故其硫、磷元素含量较低。5.钨在碳素钢中的作用(1）钢中含钨量高时有二次硬化作用，有红硬性，以及增加耐磨性。钨对钢的淬透性、回火稳定性、力学性能的影响均与钼相似，但以质量计，其作用效果不如钼显著。钨提高钢在高温下的蠕变抗力与热强性，当与钼复合使用时．效果更佳。（2）钨能提高钢的抗氢作用的稳定性。钨通常加入低碳和中碳高级优质合金结构钢中，钨能阻止热处理时晶粒的长大和粗化，降低具回火脆化倾向，并显著提高钢的强度和韧性。6.锰在低合金钢中的作用（1）锰与铁形成固溶体．可提高钢中铁

6、素体和奥氏体的硬度和强度。在碳锰钢中常利用锰来提高钢的强度，但它是材料的延展性有所降低，而且增加了应力腐蚀开裂的敏感性。在一般碳锰钢和低合金钢中，其含量在1%~2%。（2）锰是良好的脱敏剂和脱硫剂。锰与硫形成MnS，可防止因硫而导致的热脆现象，从而改善钢的热加工性能。因此，在工业用钢中一般都含有一定数最的锰。（3）锰在钢中由于能降低临界转变温度．故碳锰钢的低温冲击韧性比碳素钢好。（4）锰能强烈增加碳锰钢的淬透性。含锰量较高时，有使钢晶粒粗化并增加钢的回火脆性的不利倾向。（5）锰对钢的焊接性有着不利的影响响。为改善钢的焊接性，应在许可的

7、范围内，适当降低钢的含碳量。焊接时也需采用优质低氢焊条和相应的焊接工艺。7.铬在低合金钢中的作用（1）随含铬量的增加．使铬钼钢和铬钼钒钢有良好的的抗高温性和耐氧化介质腐蚀作用，并增加钢的热强性。但含铬量太高时或者处理不当．易发生δ相和475℃回火脆化。（2）铬增加钢的淬透性并有二次硬化作用。（3）铬是显著提高钢的脆性转变温度的元素，随着含铬量的增加，钢的脆性转变温度也逐步提高，冲击值随含铬量增加而下降。(4）在含钼的锅炉钢中，加入少量的铬，能肪止钢在长期使用过程中的石墨化。（5）在单一的铬钢中，材料的焊接性能随含铬量的增加而恶化。8．

8、铝在低合金钢中的作用（1）铝与氮及氧的亲和力很强，因此它也作为炼钢时的脱氧定氮剂，井起到细化晶粒、阻抑碳钢的时效、提高钢在低温下韧性的作用。（2）铝作为合金元素加入钢中时能提高钢的抗氧化性，改善钢的电磁性能．提高渗氮钢的