Con el fin de mejorar y potenciar algunas propiedades deaceroy hacer que obtenga algunas propiedades especiales elementos añadidos deliberadamente en el proceso de fundición llamados elementos de aleación.Los elementos de aleación comunes son cromo, níquel, molibdeno, tungsteno, vanadio, titanio, niobio, circonio, cobalto, silicio, manganeso, aluminio, cobre, boro, tierras raras, etc.El fósforo, el azufre y el nitrógeno también actúan como aleaciones en algunos casos.
(1) Cromo (Cr)
El cromo puede aumentar la templabilidad del acero y tiene un efecto de endurecimiento secundario, puede mejorar la dureza y la resistencia al desgaste del acero al carbono sin volverlo quebradizo.Cuando el contenido excede el 12%, el acero tiene buena resistencia a la oxidación y resistencia a la corrosión a alta temperatura, y también aumenta la resistencia térmica del acero.El cromo es el principal elemento de aleación del acero inoxidable resistente a los ácidos y del acero resistente al calor.
El cromo puede mejorar la resistencia y la dureza del acero al carbono en estado de laminación y reducir el alargamiento y la contracción de la sección transversal.Cuando el contenido de cromo supera el 15 %, la resistencia y la dureza disminuirán y, en consecuencia, aumentarán el alargamiento y la contracción de la sección.Las piezas que contienen acero al cromo son fáciles de obtener una mayor calidad de mecanizado superficial mediante rectificado.
El papel principal del cromo en la estructura templada es mejorar la templabilidad, de modo que el acero después del templado y revenido tenga mejores propiedades mecánicas integrales, en el acero carburado también puede formar carburo de cromo, para mejorar la resistencia al desgaste de la superficie del material. .
El acero para resortes que contiene cromo no es fácil de descarbonizar durante el tratamiento térmico.El cromo puede mejorar la resistencia al desgaste, la dureza y la dureza del acero para herramientas, y tiene una buena estabilidad de templado.El cromo puede mejorar la resistencia a la oxidación, la resistencia y la fuerza de las aleaciones electrotérmicas.
(2) níquel
El níquel fortalece la ferrita y refina la perlita en el acero, el efecto general es aumentar la resistencia, pero no tiene un efecto significativo sobre la plasticidad.En términos generales, una cierta cantidad de níquel puede mejorar la resistencia del acero pero no reducir significativamente la tenacidad del acero con bajo contenido de carbono cuando se lamina, normaliza o recoce sin tratamiento de templado.Según las estadísticas, cada aumento del 1% en níquel puede mejorar la resistencia de 29,4 Pa.Con el aumento del contenido de níquel, el rendimiento del acero aumenta más rápido que la resistencia a la tracción, por lo que la proporción de acero que contiene níquel es mayor que la del acero al carbono ordinario.El níquel puede mejorar la resistencia del acero, pero el daño a la tenacidad, plasticidad y otras propiedades del proceso del acero es menor que el de otros elementos de aleación.Para el acero al carbono medio, la perlita se vuelve más delgada porque el níquel reduce la temperatura de transición de la perlita.Debido a que el níquel reduce el contenido de carbono en el punto eutectoide, hay más perlita que acero al carbono con el mismo contenido de carbono, lo que hace que el acero ferrítico de perlita con níquel tenga mayor resistencia que el acero al carbono con el mismo contenido de carbono.Por el contrario, si la resistencia del acero es la misma, el contenido de carbono del acero que contiene níquel puede reducirse adecuadamente, de manera que la tenacidad y la plasticidad del acero pueden mejorarse.El níquel puede mejorar la resistencia del acero a la fatiga y reducir la sensibilidad del acero a las muescas.El níquel reduce la temperatura de transición frágil del acero de baja temperatura, lo cual es muy importante para el acero de baja temperatura.El acero con 3,5 % de níquel se puede usar a -100 ℃ y el acero con 9 % de níquel se puede usar a -196 ℃.El níquel no aumenta la resistencia del acero a la fluencia, por lo que generalmente no se usa como elemento de refuerzo del acero resistente en caliente.
El coeficiente de expansión lineal de las aleaciones de Fe-Ni con alto contenido de níquel cambia significativamente con el aumento o disminución del contenido de níquel.Usando esta propiedad, se pueden diseñar y producir aleaciones de precisión y materiales bimetálicos con un coeficiente de expansión lineal muy bajo o cierto.
Además, el níquel agregado al acero no solo es resistente a los ácidos, sino también a los álcalis, resistente a la corrosión atmosférica y a la sal, el níquel es uno de los elementos importantes en el acero inoxidable resistente a los ácidos.
(3) Molibdeno (Mo)
El molibdeno en el acero puede mejorar la templabilidad y la resistencia térmica, evitar la fragilidad por templado, aumentar la remanencia y la coercitividad y la resistencia a la corrosión en algunos medios.
En el acero templado, el molibdeno puede hacer que las piezas con secciones más grandes se enfríen profundamente, se enfríen por completo, mejoren la resistencia al fuego o la estabilidad del acero al revenido, de modo que las piezas se puedan templar a temperaturas más altas, a fin de eliminar (o reducir) la tensión residual de manera más eficaz. , mejorar la plasticidad.
Además de los efectos anteriores en el acero cementado, el molibdeno también puede reducir la tendencia de los carburos a formar una red continua en el límite de grano en la capa de cementación, reducir la austenita residual en la capa de cementación y aumentar relativamente la resistencia al desgaste de la superficie. capa.
En la matriz de forja, el molibdeno también puede mantener el acero con una dureza relativamente estable y aumentar la deformación.Resistencia al agrietamiento y al desgaste.
En el acero inoxidable resistente a los ácidos, el molibdeno puede mejorar aún más la resistencia a la corrosión de los ácidos orgánicos (como el ácido fórmico, el ácido acético, el ácido oxálico, etc.), el peróxido de hidrógeno, el ácido sulfúrico, el sulfito, el sulfato, los tintes ácidos, el polvo blanqueador, etc. En particular, la adición de molibdeno evita la tendencia a la corrosión puntual provocada por la presencia de iones de cloruro.
El acero de alta velocidad W12Cr4V4Mo que contiene aproximadamente 1% de molibdeno tiene resistencia al desgaste, dureza templada y dureza roja.
(4) Tungsteno (W)
Además de formar carburos en acero, el tungsteno se disuelve parcialmente en hierro para formar una solución sólida.Su acción es similar al molibdeno, según el cálculo de fracción de masa, el efecto general no es tan significativo como el molibdeno.La muestra principal de tungsteno en acero es aumentar la estabilidad de revenido, la dureza roja, la resistencia térmica y la resistencia al desgaste debido a la formación de carburos.Por lo tanto, se utiliza principalmente en acero para herramientas, como acero de alta velocidad, matriz de forja en calienteaceroy así.
El tungsteno forma carburos refractarios en acero para resortes de alta calidad.Al templar a temperaturas más altas, el proceso de acumulación de carburos se puede facilitar y se puede mantener la resistencia a altas temperaturas.El tungsteno también reduce la sensibilidad del acero al sobrecalentamiento, aumenta la templabilidad y aumenta la dureza.Después del laminado en caliente, el acero para resortes 65SiMnWA tiene una alta dureza después del enfriamiento por aire.El acero para resortes con una sección de 50 mm2 se puede templar en aceite y se puede usar como un resorte importante para soportar grandes cargas, resistencia al calor (no más de 350 ℃) e impacto.30W4Cr2VA acero para muelles resistente al calor de alta resistencia, con gran templabilidad, enfriamiento de 1050 ~ 1100 ℃, resistencia a la tracción de templado de 550 ~ 650 ℃ de 1470 ~ 1666Pa.Se utiliza principalmente en la fabricación de resortes en condiciones de alta temperatura (no más de 500 ℃).
El tungsteno es el elemento principal del acero aleado para herramientas porque su adición puede mejorar significativamente la resistencia al desgaste y la maquinabilidad del acero.
(5) Vanadio (V)
El vanadio tiene una fuerte afinidad con el carbono, el amoníaco y el oxígeno, y forma compuestos estables con ellos.El vanadio existe principalmente en forma de carburo en el acero.Su función principal es refinar la estructura y el grano del acero, mejorar la resistencia y dureza del acero.Cuando se disuelve en una solución sólida a alta temperatura, aumenta la templabilidad;Por el contrario, si es en forma de carburo, reduce la templabilidad.El vanadio aumenta la estabilidad de templado del acero endurecido y produce un efecto de endurecimiento secundario.El contenido de vanadio en el acero, excepto el acero para herramientas de alta velocidad, generalmente no supera el 0,5%.
En aleación baja en carbono comúnacero, el vanadio puede refinar el grano, aumentar la resistencia y la relación de rendimiento después de la normalización y mejorar el rendimiento de soldadura del acero a baja temperatura.
El vanadio en acero estructural de aleación debido a las condiciones generales de tratamiento térmico reducirá la templabilidad, por lo que a menudo se usa en acero estructural y manganeso, cromo, molibdeno, tungsteno y otros elementos.El vanadio en el acero templado es principalmente para mejorar la resistencia y la relación de rendimiento del acero, refinar el grano y aumentar la sensibilidad del sobrecalentamiento.En el acero cementado se puede refinar el grano, el acero se puede apagar directamente después de la cementación, sin enfriamiento secundario.
En acero para muelles y acero para cojinetes, el vanadio puede mejorar la relación de resistencia y rendimiento, especialmente el límite proporcional y el límite elástico, y reducir la sensibilidad a la descarbonización durante el tratamiento térmico, mejorando así la calidad de la superficie.Acero con 5 cojinetes de cromo que contiene vanadio, dispersión de alta carbonatación, buen rendimiento.
El vanadio en el acero para herramientas refina los granos, reduce la sensibilidad al sobrecalentamiento, aumenta la estabilidad del revenido y la resistencia al desgaste y, por lo tanto, prolonga la vida útil de la herramienta.
(6) Titanio (Ti)
El titanio tiene una fuerte afinidad con el nitrógeno, el oxígeno y el carbono, y tiene una mayor afinidad con el azufre que con el hierro.Por tanto, es un buen desoxidante y un elemento eficaz para la fijación de nitrógeno y carbono.Aunque el titanio es un elemento formador de carburo fuerte, no se combina con otros elementos para formar compuestos complejos.La fuerza de unión del carburo de titanio es fuerte, estable, no es fácil de descomponer, en el acero solo el calentamiento a más de 1000 ℃ puede disolverse lentamente en la solución sólida.Las partículas de carburo de titanio tienen el efecto de prevenir el crecimiento de granos antes de la disolución.Dado que la afinidad entre el titanio y el carbono es mucho mayor que la que existe entre el cromo y el carbono, el titanio se usa comúnmente en el acero inoxidable para fijar el carbono a fin de eliminar la dilución del cromo en el límite de grano, a fin de eliminar o reducir la corrosión intergranular del acero. .
El titanio es también uno de los fuertes elementos formadores de ferrita, lo que aumenta considerablemente las temperaturas A1 y A3 del acero.El titanio puede mejorar la plasticidad y la tenacidad en el acero común de baja aleación.Como el titanio fija nitrógeno y azufre y forma carburo de titanio, aumenta la resistencia del acero.Después de normalizar el refinamiento del grano, la precipitación de carburo puede mejorar significativamente la plasticidad y la resistencia al impacto del acero.El acero estructural de aleación que contiene titanio tiene buenas propiedades mecánicas y propiedades de proceso, pero la principal desventaja es que la templabilidad es ligeramente pobre.
En el acero inoxidable con alto contenido de cromo, generalmente es necesario agregar aproximadamente 5 veces el contenido de carbono del titanio, no solo puede mejorar la resistencia a la corrosión (principalmente la resistencia a la corrosión intergranular) y la tenacidad del acero;También puede prevenir la tendencia al crecimiento de grano del acero a alta temperatura y mejorar el rendimiento de soldadura del acero.
(7) Niobio/coltán (Nb/Cb)
El niobio a menudo coexiste con el coltán y el tantalio, y su papel en el acero es similar.El niobio y el tantalio se disuelven parcialmente en la solución sólida para fortalecer la solución sólida.La capacidad de enfriamiento del acero se puede mejorar significativamente cuando se disuelve en austenita.Sin embargo, en forma de partículas de carburo y óxido, refina el grano y reduce la templabilidad del acero.Puede aumentar la estabilidad de templado del acero y tiene el efecto de endurecimiento secundario.El rastro de niobio puede mejorar la resistencia del acero sin afectar la plasticidad o la tenacidad.Debido al efecto de refinar el grano, se puede mejorar la resistencia al impacto del acero y se puede reducir la temperatura de transición de fragilidad.Cuando el contenido de carbono es más de 8 veces, se puede fijar casi todo el carbono del acero, de modo que el acero tenga una buena resistencia al hidrógeno.Se puede prevenir la corrosión intergranular del acero austenítico por medio oxidante.Debido a la fijación del carbono y al endurecimiento por precipitación, se pueden mejorar las propiedades a alta temperatura de los aceros resistentes en caliente, como la resistencia a la fluencia.
El niobio puede mejorar el límite elástico y la resistencia al impacto y reducir la temperatura de transición de fragilidad en el acero común de baja aleación que se usa en la construcción.Aumentar la templabilidad en el acero estructural de aleación cementado y templado.Mejorar la tenacidad y el rendimiento a baja temperatura del acero.Puede reducir el endurecimiento por aire del acero inoxidable martensítico resistente al calor con bajo contenido de carbono, evitar el endurecimiento y el templado de la fragilidad y mejorar la resistencia a la fluencia.
(8) Zirconio (Zr)
El circonio es un elemento formador de carburo fuerte, su papel en el acero es similar al niobio, tantalio, vanadio.Agregar una pequeña cantidad de circonio tiene el efecto de desgasificar, purificar y refinar el grano, lo que es beneficioso para el desempeño del acero a bajas temperaturas y mejora el desempeño del estampado.A menudo se utiliza en la fabricación de acero de ultra alta resistencia y superaleaciones a base de níquel para motores de gas y estructuras de misiles balísticos.
(9) Cobalto
El cobalto se usa principalmente en aceros especiales y aleaciones.El acero de alta velocidad que contiene cobalto tiene una dureza a alta temperatura y se puede agregar molibdeno al acero envejecido martensítico al mismo tiempo para obtener una dureza ultra alta y buenas propiedades mecánicas integrales.Además, el cobalto es un elemento de aleación importante en aceros de resistencia en caliente y materiales magnéticos.
El cobalto reduce la templabilidad del acero, por lo que agregar solo acero al carbono reducirá las propiedades mecánicas generales del acero templado.El cobalto puede fortalecer la ferrita y, cuando se agrega al acero al carbono, puede mejorar la dureza, el límite elástico y la resistencia a la tracción del acero en estado recocido o normalizado, y tiene un efecto adverso sobre el alargamiento y la contracción de la sección.La tenacidad al impacto disminuye con el aumento del contenido de cobalto.El cobalto se utiliza en aceros y aleaciones resistentes al calor debido a su resistencia a la oxidación.Las turbinas de gas de aleación a base de cobalto muestran su papel único.
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