Para mejorar y mejorar ciertas propiedades del acero y obtener ciertas propiedades especiales, los elementos que se agregan intencionalmente durante el proceso de fundición se denominan elementos de aleación. Los elementos de aleación usados comúnmente incluyen cromo, níquel, molibdeno, tungsteno, vanadio, titanio, tántalo, zirconio, cobalto, silicio, manganeso, aluminio, cobre, boro, tierras raras, y similares. Fósforo, azufre, nitrógeno, etc. también juegan un papel de aleación en algunos casos.
(1) Chrome (Cr)
El cromo puede aumentar la templabilidad del acero y tener el efecto de endurecimiento secundario, puede mejorar la dureza y la resistencia al desgaste del acero al carbono sin hacer que el acero se vuelva frágil. Cuando el contenido excede el 12%, el acero tiene buena resistencia a la oxidación a alta temperatura y resistencia a la corrosión por resistencia a la oxidación, y también aumenta la resistencia térmica del acero. El cromo es el principal elemento de aleación de acero inoxidable resistente al ácido y acero resistente al calor.
El cromo puede aumentar la resistencia y la dureza del acero al carbono en el estado de balanceo y reducir el alargamiento y la reducción del área. Cuando el contenido de cromo excede el 15%, la resistencia y la dureza disminuirán, y la elongación y la reducción del área aumentarán en consecuencia. Las piezas que contienen acero al cromo se muelen fácilmente para obtener una mayor calidad superficial.
El papel principal del cromo en la estructura templada y templada es mejorar la templabilidad, de modo que el acero después del templado y templado tenga mejores propiedades mecánicas integrales, en el acero cementado también puede formar carburos de cromo, aumentando así la resistencia de la superficie del material. .
El acero para muelles que contiene cromo no es susceptible de descarburización durante el tratamiento térmico. El cromo puede mejorar la resistencia al desgaste, la dureza y la dureza roja del acero para herramientas y tiene una buena estabilidad al revenido. En aleaciones electrotérmicas, el cromo puede aumentar la resistencia a la oxidación, la resistencia eléctrica y la resistencia de la aleación.
(2) níquel (Ni)
El níquel fortalece la ferrita y refina la perlita en acero. El efecto general es aumentar la fuerza y no tener un efecto significativo sobre la plasticidad. En general, para los aceros de bajo contenido de carbono que se utilizan en la laminación, normalización o recocido de acero sin la necesidad de acondicionamiento, una cierta cantidad de níquel puede aumentar la resistencia del acero sin reducir significativamente su tenacidad. Según las estadísticas, cada aumento del 1% de níquel puede aumentar la fuerza en 29.4Pa. 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 puede ser mayor que la del acero al carbono ordinario. El níquel aumenta la resistencia del acero, mientras que tiene menos efecto sobre la dureza, la plasticidad y el rendimiento de otros procesos que otros elementos de aleación. Para el acero de carbono medio, dado que el níquel reduce la temperatura de transformación de la perlita, la perlita se vuelve fina; y debido a que el níquel reduce el contenido de carbono del punto eutectoide, la cantidad de perlita es mayor que la del acero al carbono con el mismo contenido de carbono. La resistencia del acero ferrítico perlítico que contiene níquel es más alta que la del acero al carbono del mismo contenido de carbono. Por el contrario, si la resistencia del acero es la misma, el contenido de carbono del acero que contiene níquel se puede reducir de manera apropiada, y se puede mejorar la dureza y la plasticidad del acero. El níquel puede mejorar la resistencia del acero a la fatiga y reducir la sensibilidad del acero a la brecha. El níquel reduce la temperatura de transición frágil del acero a bajas temperaturas, lo que es de gran importancia para los aceros de baja temperatura. El níquel que contiene el 3,5% de acero se puede usar a -100 ° C, y el níquel que contiene el 9% de acero puede trabajar a -196 ° C. El níquel no aumenta la resistencia del acero a la fluencia y, por lo tanto, generalmente no se usa como un elemento de refuerzo para aceros de resistencia en caliente.
En las aleaciones de hierro y níquel con un alto contenido de níquel, el coeficiente de expansión lineal cambia significativamente con el aumento o disminución del contenido de níquel. Con esta característica, es posible diseñar y producir aleaciones de precisión, bimetales, etc. con coeficientes de expansión lineal muy bajos o ciertos.
Además, el níquel no solo es resistente al ácido, sino que también es resistente al álcali y tiene una resistencia a la corrosión a la atmósfera y a la sal. El níquel es uno de los elementos importantes en acero inoxidable resistente al ácido.
(3) Molibdeno (Mo)
El molibdeno mejora la templabilidad y la resistencia térmica en acero, previene la fragilización del temple, aumenta la remanencia y la coercitividad, y resiste la corrosión en ciertos medios.
En el acero templado y revenido, el molibdeno puede templar y endurecer las piezas con secciones más grandes, mejorar la resistencia al revenido o la estabilidad del acero y permitir que las piezas se templen a una temperatura más alta, eliminando así más eficazmente (o reduciendo el residuo estrés y mejorar la plasticidad.
Además de las funciones mencionadas anteriormente, el molibdeno en aceros carburizados también puede reducir la tendencia de los carburos a formar una red continua en los límites de grano en la capa carburizada, reducir la austenita residual en la capa carburizada y aumentar relativamente la capa superficial. La resistencia al desgaste
En el molde de forja, el molibdeno también puede mantener una dureza de acero relativamente estable y aumentar la deformación. Agrietamiento y resistencia al desgaste.
En aceros resistentes al ácido inoxidable, el molibdeno puede aumentar aún más la resistencia a ácidos orgánicos (ácido fórmico, ácido acético, ácido oxálico, etc.) así como peróxido de hidrógeno, ácido sulfúrico, ácido sulfuroso, sulfatos, colorantes ácidos y líquidos blanqueadores. En particular, debido a la adición de molibdeno, se previene la tendencia a la corrosión por picadura causada por la presencia de iones cloruro.
El acero de alta velocidad W12Cr4V4Mo que contiene aproximadamente 1% de molibdeno tiene resistencia al desgaste, dureza de templado y dureza roja.
(4) Tungsteno (W)
Además de formar carburos en acero, el tungsteno se disuelve parcialmente en hierro para formar una solución sólida. El efecto es similar al del molibdeno, y el efecto general no es tan significativo como el del molibdeno en términos de fracción de masa. La muestra principal de tungsteno en acero es una mayor estabilidad del temple, dureza roja, resistencia térmica y mayor resistencia al desgaste debido a la formación de carburos. Por lo tanto, se utiliza principalmente para aceros para herramientas, como acero de alta velocidad, acero para forjado en caliente y otros.
El tungsteno forma carburos refractarios en aceros de muelles de alta calidad. Cuando se atempera a temperaturas más altas, puede aliviar el proceso de agregación de carburos y mantener una alta resistencia a altas temperaturas. El tungsteno también puede reducir la sensibilidad de sobrecalentamiento del acero, aumentar la templabilidad y aumentar la dureza. El acero de resorte 65SiMnWA tiene una dureza muy alta después del laminado en caliente. El acero para muelles de 50 mm2 de sección se puede endurecer en aceite y se puede usar como un resorte importante sometido a cargas pesadas, resistencia al calor (menos de 350 ° C) e impactado. 30W4Cr2VA de alta resistencia resistente al calor de alta calidad de acero para muelles, con una gran templabilidad, templado 1050 ~ 1100 ° C, 550 ~ 650 ° C templado después de la resistencia a la tracción de 1470 ~ 1666Pa. Se utiliza principalmente para fabricar resortes a altas temperaturas (hasta 500 ° C).
Debido a la adición de tungsteno, la resistencia al desgaste y la maquinabilidad del acero se pueden mejorar significativamente. Por lo tanto, el tungsteno es el elemento principal del acero de herramientas de aleación.
(5) Vanadio (V)
El vanadio y el carbono, el amoníaco y el oxígeno tienen una gran afinidad, con la formación de los compuestos estables correspondientes. El vanadio existe principalmente en forma de carburos en acero. Su función principal es refinar la microestructura y los granos del acero y aumentar la resistencia y la tenacidad del acero. Cuando la solución sólida se disuelve a alta temperatura, aumenta la templabilidad; por el contrario, cuando está presente como un carburo, disminuye la templabilidad. El vanadio aumenta la estabilidad del templado del acero templado y produce un efecto de endurecimiento secundario. El contenido de vanadio en el acero generalmente no supera el 0.5%, excepto el acero para herramientas de alta velocidad.
El vanadio puede refinar granos en aceros de aleación comunes de bajo carbono, aumentar la resistencia, la relación de rendimiento y las propiedades de baja temperatura después de la normalización, y mejorar el rendimiento de soldadura de los aceros.
El vanadio en el acero estructural de aleación reducirá la templabilidad bajo las condiciones generales de tratamiento térmico, por lo que a menudo se usa junto con elementos como manganeso, cromo, molibdeno y tungsteno en el acero estructural. El vanadio en el acero templado y revenido es principalmente para aumentar la relación de resistencia y rendimiento del acero y refinar la sensibilidad térmica de los granos y el niobio. Debido a la capacidad de refinar los granos en el acero cementado, el acero se puede templar directamente después de la cementación sin enfriamiento secundario.
El vanadio puede aumentar la relación de resistencia y rendimiento en acero para muelles y acero para rodamientos, especialmente para aumentar el límite de proporción y el límite elástico, reducir la sensibilidad a la descarbonización durante el tratamiento térmico y así mejorar la calidad de la superficie. El acero para rodamientos con cinco cromo y vanadio tiene una alta dispersión de carbonización y un buen rendimiento.
El vanadio refina los granos en el acero para herramientas, reduce la sensibilidad al sobrecalentamiento, aumenta la estabilidad del revenido y la resistencia al desgaste, y extiende 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 afinidad más fuerte con el azufre que el hierro. Por lo tanto, es un buen desoxidante y un elemento eficaz para la fijación de nitrógeno y carbono. Aunque el titanio es un elemento de formación de carburo fuerte, no se combina con otros elementos para formar un compuesto compuesto. El carburo de titanio tiene una fuerte fuerza de unión, es estable y no se descompone fácilmente. Solo se puede disolver lentamente en una solución sólida cuando se calienta a más de 1000 ° C en acero. Antes de disolverse, las partículas de carburo de titanio tienen el efecto de prevenir el crecimiento del grano. Dado que la afinidad entre titanio y carbono es mucho mayor que la afinidad entre cromo y carbono, el titanio se usa a menudo en acero inoxidable para fijar el carbono y eliminar el cromo en los límites del grano, eliminando o reduciendo la corrosión intergranular del acero.
El titanio es también uno de los elementos formadores de ferrita y aumenta fuertemente la temperatura del acero A1 y A3. El titanio mejora la plasticidad y la tenacidad en los aceros normales de baja aleación. Como el titanio fija nitrógeno y azufre y forma carburo de titanio, la resistencia del acero aumenta. El refinamiento del grano después de la normalización, la precipitación y la formación de carburos puede mejorar significativamente la plasticidad e impacto de la tenacidad del acero. El acero estructural de aleación que contiene titanio tiene buenas propiedades mecánicas y rendimiento del proceso. La principal desventaja es la capacidad de endurecimiento.
En los aceros inoxidables con alto contenido de cromo, generalmente es necesario agregar aproximadamente 5 veces el contenido de carbono del titanio, que no solo mejora la resistencia a la corrosión (principalmente la resistencia a la corrosión intergranular) y la dureza del acero, sino que también tiende a mejorar el grano crecimiento del acero a altas temperaturas y mejora la microestructura. Rendimiento de soldadura de acero.
(7) Nb / Cb
La simbiosis entre 铌 y 钶 es a menudo similar a la de 钽 y,. Tienen efectos similares en acero. El lantano y el cerio se disuelven en una solución sólida y desempeñan un papel de fortalecimiento de la solución sólida. Cuando se disuelve en austenita, la templabilidad del acero aumenta significativamente. Sin embargo, en presencia de carburos y partículas de óxido, los granos se refinan y la templabilidad del acero se reduce. Puede aumentar la estabilidad de revenido del acero y tiene un efecto secundario de endurecimiento. El rastro de niobio puede aumentar la resistencia del acero sin afectar la plasticidad o la tenacidad del acero. Debido al efecto del refinamiento del grano, se puede mejorar la resistencia al impacto del acero y se puede reducir su temperatura de transición frágil. Cuando el contenido es más de 8 veces mayor que el del carbono, casi todo el carbón en el acero puede ser reparado, de modo que el acero tiene una buena resistencia al hidrógeno. En aceros austeníticos, se puede evitar la corrosión intergranular del acero por el medio oxidante. Debido a los efectos fijos de endurecimiento por carbono y precipitación, las propiedades de alta temperatura de los aceros de resistencia en caliente, como la resistencia a la fluencia, pueden mejorarse.
铌 En el acero ordinario de baja aleación para la construcción, la resistencia a la fluencia y la resistencia al impacto pueden mejorarse, y la temperatura de transición frágil puede reducir el rendimiento de soldadura beneficioso. En el acero estructural de aleación cementada y templada y templada en el aumento de la templabilidad al mismo tiempo. Mejore la tenacidad y el rendimiento a baja temperatura del acero. Puede reducir el endurecimiento por aire del acero inoxidable martensítico resistente al calor y bajo en carbono, evitar el endurecimiento y atenuar la fragilidad y aumentar la resistencia a la fluencia.
(8) Zirconio (Zr)
El zirconio es un fuerte elemento formador de carburo y su papel en el acero es similar al del niobio, tantalio y vanadio. La adición de una pequeña cantidad de zirconio tiene el efecto de desgasificar, purificar y refinar los granos, lo que es beneficioso para el rendimiento a baja temperatura del acero y mejora el rendimiento del estampado. Se usa comúnmente en la fabricación de aceros de ultra alta resistencia y superaleaciones a base de níquel para motores de gas y estructuras de misiles balísticos.
(9) Cobalto (Co)
El cobalto se usa en aceros especiales y aleaciones. Los aceros de alta velocidad que contienen cobalto tienen una alta dureza a alta temperatura. Cuando se combina con molibdeno, los aceros martensíticos se pueden usar para obtener una dureza ultra alta y buenas propiedades mecánicas. Además, el cobalto es también un importante elemento de aleación en aceros de resistencia en caliente y materiales magnéticos.
El cobalto reduce la templabilidad del acero, por lo que la adición de acero al carbono por sí solo reducirá las propiedades mecánicas generales después del enfriamiento y el revenido. El cobalto puede fortalecer la ferrita y agregar acero al carbono. Puede aumentar la dureza, el límite elástico y la resistencia a la tracción del acero durante el recocido o la normalización. Tiene un efecto adverso sobre el alargamiento y la reducción del área, y la resistencia al impacto también aumenta. Disminuir el contenido de cobalto. Debido a que el cobalto tiene propiedades antioxidantes, se usa en aceros resistentes al calor y aleaciones resistentes al calor. La turbina de gas de aleación a base de cobalto muestra su papel único.
(10) Silicio (Si)
El silicio se puede disolver en ferrita y austenita para mejorar la dureza y la resistencia del acero, su función es solo superada por el fósforo, más fuerte que el manganeso, el níquel, el cromo, el tungsteno, el molibdeno, el vanadio y otros elementos. Sin embargo, cuando el contenido de silicio excede el 3%, la plasticidad y dureza del acero se reducirá significativamente. El silicio puede mejorar el límite elástico del acero, la resistencia a la fluencia y la relación de rendimiento (σs / σb), así como la resistencia a la fatiga y la relación de fatiga (σ-1 / σb). Esto se debe a que el acero al manganeso de silicio o silicio se puede usar como un acero para muelles.
El silicio reduce la densidad, la conductividad térmica y la conductividad eléctrica del acero. Puede promover el engrosamiento del grano de ferrita y reducir la coercitividad. Hay una tendencia a reducir la anisotropía del cristal, por lo que la magnetización es fácil, la resistencia magnética se reduce y puede utilizarse para la producción de acero eléctrico, por lo que la lámina de acero magnético tiene una menor pérdida de histéresis magnética. El silicio puede aumentar la permeabilidad magnética de la ferrita, de modo que la lámina de acero tenga una mayor fuerza de inducción magnética bajo un campo magnético más débil. Sin embargo, en un campo magnético fuerte, el silicio reduce la fuerza de inducción magnética del acero. Debido a la fuerte desoxigenación del silicio, el silicio reduce el efecto de envejecimiento magnético del hierro.
Cuando el acero que contiene silicio se calienta en una atmósfera oxidante, se formará una capa de película de SiO2 en la superficie, lo que aumentará la resistencia a la oxidación del acero a altas temperaturas.
El silicio puede promover el crecimiento de cristales columnares en acero fundido y reducir la plasticidad. Si el acero al silicio se enfría rápidamente cuando se calienta, la diferencia de temperatura entre el interior y el exterior del acero es grande debido a la baja conductividad térmica y, por lo tanto, se rompe.
El silicio puede reducir el rendimiento de soldadura del acero. Debido a que la capacidad de unión al oxígeno es más fuerte que la del hierro, se genera fácilmente un silicato de bajo punto de fusión durante la soldadura, lo que aumenta la fluidez de la escoria fundida y el metal fundido, causando derrumbes y afectando la calidad de la soldadura. El silicio es un buen desoxidante. Cuando se desoxida con aluminio, se agrega una cierta cantidad de silicio según corresponda, lo que puede aumentar significativamente la tasa de desoxidación. El silicio originalmente tiene algo de residual en el acero, que se introduce como materia prima durante la fabricación del acero y la fabricación de acero. En aceros al ebullición, el silicio está limitado a <> Cuando se agrega intencionalmente, las aleaciones de ferrosilicio se agregan durante la fabricación de acero.
(11) Manganeso (Mn)
El manganeso es un buen desoxidante y desulfurante. El acero generalmente contiene una cierta cantidad de manganeso, que puede eliminar o reducir la fragilidad en caliente del acero debido al azufre, mejorando así la trabajabilidad en caliente del acero.
La solución sólida formada por manganeso y hierro aumenta la dureza y la resistencia de la ferrita y la austenita en el acero. Al mismo tiempo, es un elemento de formación de carburo y entra en la cementita para reemplazar una parte de los átomos de hierro. El manganeso reduce la temperatura crítica de transición en acero. Desempeña un papel en el refinado de la perlita y también, indirectamente, juega un papel importante en el aumento de la resistencia del acero perlítico. La capacidad del manganeso para estabilizar la austenita es la segunda detrás del níquel, y también aumenta fuertemente la templabilidad del acero. El manganeso usado no excede el 2% en composición con otros elementos para fabricar una variedad de aceros aleados.
El manganeso tiene las características de abundantes recursos y diversas funciones, y ha sido ampliamente utilizado, como los aceros estructurales al carbono y los aceros para muelles con mayor contenido de manganeso.
En aceros resistentes al desgaste con alto contenido de carbono y alto manganeso, el contenido de manganeso puede alcanzar entre 10% y 14%. Después del tratamiento de solución, tiene buena tenacidad. Cuando recibe el impacto y se deforma, la capa superficial se verá reforzada debido a la deformación y tendrá una gran resistencia. Molienda.
El manganeso y el azufre forman un MnS con un alto punto de fusión, lo que evita la fragilidad en caliente debido al FeS. El manganeso tiene la tendencia a aumentar el engrosamiento de los granos de acero y la sensibilidad para atenuar la fragilidad. Si la fundición no se enfría adecuadamente después de verterla y forjarla, puede causar fácilmente manchas blancas en el acero.
(12) Aluminio (Al)
El aluminio se usa principalmente para desoxidar y refinar granos. La formación de una capa nitrurada dura y resistente a la corrosión en el acero nitrurado. El aluminio puede inhibir el envejecimiento de aceros bajos en carbono y aumentar su resistencia a bajas temperaturas. Cuando el contenido es alto, se puede mejorar la resistencia a la oxidación del acero y la resistencia a la corrosión en el ácido oxidante y el gas H2S, y se pueden mejorar las propiedades eléctricas y magnéticas del acero. El aluminio tiene un gran efecto de fortalecimiento de la solución sólida en el acero, mejorando la resistencia al desgaste, la resistencia a la fatiga y las propiedades mecánicas del núcleo del acero cementado.
En la aleación dura, el aluminio y el níquel forman compuestos, mejorando así la resistencia de la fundición. La aleación de aluminio y hierro-cromo-aluminio que contiene aluminio tiene características de resistencia casi constantes y una excelente resistencia a la oxidación a altas temperaturas. Es adecuado para materiales de aleación electrometalúrgica y aluminio cromo. Alambre de resistencia