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?；瘜W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，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，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?shù)拟仯杀苊饩чg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，在無任何預兆的情況下突然斷裂，往往造成災(zāi)難性的后果。二是導致鋼材內(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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