6.2.2 合金元素在钢中的主要作用
1.合金元素对钢中基本相的影响
铁素体和渗碳体是碳素钢中两个基本相,合金元素进入钢中将对这两个基本相的成分、结构和性能产生影响。
(1)溶于铁素体,起固溶强化作用
加入钢中的非碳化物形成元素及过剩的碳化物形成元素都将溶于铁素体,形成合金铁素体,起固溶强化作用。从几种合金元素对铁素体硬度和韧性的影响可以看出,Si、Mn的固溶强化效果最显著,但其含量超过一定值后,铁素体的韧性将急剧下降,而Cr、Ni在适当的含量范围内不但能提高铁素体的硬度,而且还能提高其韧性。因此为了获得良好的强化效果,应控制固溶强化元素在钢中的含量。
(2)形成碳化物
加入到钢中的合金元素,除溶入铁素体外,还能进入渗碳体中,形成合金渗碳体,如铬进入渗碳体形成(Fe,Cr)3C。当碳化物形成元素超过一定量后,将形成这些元素自己的碳化物。合金元素与碳的亲和力从大到小的顺序为:Zr、Ti、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe。合金元素与碳的亲和力越大,所形成化合物越稳定、熔点、分解温度、硬度、耐磨性就越高。在碳化物形成元素中,钛、铌、钒是强碳化物形成元素,所形成的碳化物如TiC、VC等;钨、钼、铬是中碳化物形成元素,所形成碳化物如Cr23C6、Cr7C3、W2C等;锰、铁是弱碳化物形成元素,所形成的碳化物如Fe3C、Mn3C等。碳化物是钢中的重要组成相之一,其类型、数量、大小、形态及分布对钢的性能有着重要的影响。