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合金元素對鋼性能的影響

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，含合金元素的鋼已被廣尊龍國際泛的采用，這是因為他們不但有較好的物理、化學(xué)性質(zhì)，更重要的是它的機械性能也大為改善，特別是強度、韌度等有顯著的增加。而且它具有優(yōu)越的熱處理性能；同時，熱處理能十分顯著的改善和加強他的機械性能。因此，我們必須詳細的了解各個合金元素對鋼在熱處理時的影響。
現(xiàn)將本實驗試樣40Cr（化學(xué)成分見下表1-1）各個元素對鋼在熱處理時的影響分述如下：

40Cr鋼的化學(xué)成分（GB/T3077-1999）ω/%

表1-1 40Cr鋼的化學(xué)成分

（一） 碳（C）的影響
從鐵碳平衡圖中，我們能清楚的看到，鋼隨著含碳量的增加，鋼的基本組織不同，而且在加熱與冷卻時，組織轉(zhuǎn)變的溫度也不相同。純鐵在加熱與冷卻過程中，僅發(fā)生晶格的變化（同素異形轉(zhuǎn)變）。所以熱處理時其機械性能幾乎不發(fā)生影響。但是隨著含碳量的增加，熱處理將發(fā)生顯著地作用。如亞共析鋼隨著含金量的增高，淬火后強度、硬度都有顯著提高；同時含碳量的多少也確定了鋼的熱處理工藝。例如亞共析鋼隨著含碳量的增加，它的A3逐漸降低，因而退火、正火、淬火的加熱溫度都隨之降低。而過共析鋼的正火溫度隨著含碳量的增高而增高，但淬火溫度都是在Ac1以上30-50攝氏度。而且隨著鋼中含碳量的增加，淬透性也有所提高，工件淬火后引起的變形也就越大，增加淬火時的困難；同時含碳量增加，使馬氏體點下降殘余奧氏體的數(shù)量增加。如低碳鋼淬火后幾乎不含殘余奧氏體，而高碳鋼則含大量殘余奧氏體。
（二） 鉻（Cr）的影響
    鉻為碳化物形成元素。它能顯著提高強度、硬度和耐磨性，但同時降低塑性和韌性；阻止晶粒長大，增加鋼的淬透性，降低鋼的臨界冷卻速度。因而，使鋼在熱處理時，退火、正火、淬火的加熱溫度與所提高。并使它在油中便能淬硬。但他降低了鋼的馬氏體點，因而增加了鋼殘余奧氏體量。使鋼的奧氏體不穩(wěn)定區(qū)域變?yōu)?span lang="EN-US">700-500℃和400-250℃。提高了鋼的硬度和強度，增加了鋼在高溫回火時強度降低的抗力。
（三）鎳（Ni）的影響
    Ni能強化鐵素體，降低鋼的Ac1和Ac3點，從而使熱處理時的退火、正火、淬火的加熱溫度有所降低。增加了奧氏體的穩(wěn)定性，降低了鋼的臨界冷卻速度，對鋼的淬透性略有增加；但它降低了鋼的馬氏體點，增加了鋼的殘余奧氏體量。對鋼的強度和硬度有所提高，但阻止晶粒長大的作用不明顯。
（四）硅（Si）的影響
    Si能升高Ac1和Ac3點，從而使熱處理時的退火、正火、淬火的加熱溫度增高。能增加奧氏體的穩(wěn)定性，降低臨界冷卻速度，增加鋼的淬透性很多，故能使Si合金鋼在油中淬硬。對鋼的馬氏體區(qū)域有什么影響，增加殘余奧氏體數(shù)量不多。對鋼的強度、硬度增加不多，但卻增加了鋼的回火脆性和過熱與脫碳的敏感性。
（五）錳（Mn）的影響
    Mn為碳化物形成元素。他降低鋼的Ac1和Ac3而使鋼在熱處理時的溫度有所降低。增加奧氏體的穩(wěn)定性，降低鋼的臨界冷卻速度，同時增加鋼的淬透性，但它使殘余奧氏體量增加。可以減少鋼在淬火時的變形和增加鋼的強度和硬度。使鋼的回火脆性與晶粒長大的作用增大。

（六）硫（S）的影響

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)�焊接性能也不利，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。               

(七) 銅(Cu)和硼(B)的影響
（1）銅在合金鋼中，使鋼的Ac3下降，即使熱處理的加熱度降低；銅還能增加鋼的淬透性和增加鋼的強度。
硼為鋼中的微量元素，一般僅在0.001-0.005%之間，它能增加鋼的淬透性，提高鋼的熱處理溫度，而且能提高鋼的強度與硬度。