Al fine di migliorare e potenziare alcune proprietà diacciaioe fargli ottenere alcune proprietà speciali elementi aggiunti deliberatamente nel processo di fusione chiamati elementi di lega.Gli elementi di lega comuni sono cromo, nichel, molibdeno, tungsteno, vanadio, titanio, niobio, zirconio, cobalto, silicio, manganese, alluminio, rame, boro, terre rare e così via.Fosforo, zolfo e azoto agiscono anche come leghe in alcuni casi.
(1) Cromo (Cr)
Il cromo può aumentare la temprabilità dell'acciaio e ha un effetto di tempra secondario, può migliorare la durezza e la resistenza all'usura dell'acciaio al carbonio senza rendere l'acciaio fragile.Quando il contenuto supera il 12%, l'acciaio ha una buona resistenza all'ossidazione e alla corrosione ad alta temperatura e aumenta anche la resistenza termica dell'acciaio.Il cromo è il principale elemento di lega dell'acciaio inossidabile resistente agli acidi e dell'acciaio resistente al calore.
Il cromo può migliorare la resistenza e la durezza dell'acciaio al carbonio allo stato di laminazione e ridurre l'allungamento e il restringimento della sezione trasversale.Quando il contenuto di cromo supera il 15%, la resistenza e la durezza diminuiranno e l'allungamento e il restringimento della sezione aumenteranno di conseguenza.Le parti contenenti acciaio al cromo sono facili da ottenere una maggiore qualità di lavorazione della superficie mediante rettifica.
Il ruolo principale del cromo nella struttura temperata è quello di migliorare la temprabilità, in modo che l'acciaio dopo la tempra e il rinvenimento abbia proprietà meccaniche migliori e complete, nell'acciaio cementato può anche formare carburo di cromo, in modo da migliorare la resistenza all'usura della superficie del materiale .
L'acciaio per molle contenente cromo non è facile da decarbonizzare durante il trattamento termico.Il cromo può migliorare la resistenza all'usura, la durezza e la durezza dell'acciaio per utensili e ha una buona stabilità al rinvenimento.Il cromo può migliorare la resistenza all'ossidazione, la resistenza e la forza delle leghe elettrotermiche.
(2) Nichel
Il nichel rafforza la ferrite e raffina la perlite nell'acciaio, l'effetto complessivo è quello di aumentare la resistenza, ma non ha effetti significativi sulla plasticità.In generale, una certa quantità di nichel può migliorare la resistenza dell'acciaio ma non ridurre significativamente la tenacità dell'acciaio a basso tenore di carbonio quando viene laminato, normalizzato o ricotto senza trattamento di rinvenimento.Secondo le statistiche, ogni aumento dell'1% di nichel può migliorare la forza di 29,4 Pa.Con l'aumento del contenuto di nichel, la resa dell'acciaio aumenta più velocemente della resistenza alla trazione, quindi il rapporto dell'acciaio contenente nichel è superiore a quello del normale acciaio al carbonio.Il nichel può migliorare la resistenza dell'acciaio, ma il danno alla tenacità, alla plasticità e ad altre proprietà di processo dell'acciaio è inferiore rispetto ad altri elementi di lega.Per l'acciaio al carbonio medio, la perlite diventa più sottile perché il nichel riduce la temperatura di transizione della perlite.Poiché il nichel riduce il contenuto di carbonio nel punto eutettoide, ci sono più perlite dell'acciaio al carbonio con lo stesso contenuto di carbonio, il che rende l'acciaio ferritico perlite con nichel ha una resistenza maggiore dell'acciaio al carbonio con lo stesso contenuto di carbonio.Al contrario, se la resistenza dell'acciaio è la stessa, il contenuto di carbonio dell'acciaio contenente nichel può essere opportunamente ridotto, in modo da migliorare la tenacità e la plasticità dell'acciaio.Il nichel può migliorare la resistenza dell'acciaio alla fatica e ridurre la sensibilità dell'acciaio all'intaglio.Il nichel riduce la fragile temperatura di transizione dell'acciaio a bassa temperatura, che è molto importante per l'acciaio a bassa temperatura.L'acciaio con il 3,5% di nichel può essere utilizzato a -100 ℃ e l'acciaio con il 9% di nichel può essere utilizzato a -196 ℃.Il nichel non aumenta la resistenza dell'acciaio allo scorrimento, quindi generalmente non viene utilizzato come elemento di rinforzo dell'acciaio per resistenza a caldo.
Il coefficiente di dilatazione lineare delle leghe Fe-Ni ad alto contenuto di nichel cambia significativamente con l'aumento o la diminuzione del contenuto di nichel.Utilizzando questa proprietà, è possibile progettare e produrre leghe di precisione e materiali bimetallici con un coefficiente di dilatazione lineare molto basso o certo.
Inoltre, il nichel aggiunto all'acciaio non è solo resistente agli acidi, ma anche agli alcali, alla corrosione dell'atmosfera e del sale, il nichel è uno degli elementi importanti nell'acciaio inossidabile resistente agli acidi.
(3) Molibdeno (Mo)
Il molibdeno nell'acciaio può migliorare la temprabilità e la resistenza termica, prevenire la fragilità del rinvenimento, aumentare la permanenza e la coercitività e la resistenza alla corrosione in alcuni mezzi.
Nell'acciaio temperato, il molibdeno può far temprare in profondità parti con sezioni più grandi, temprare, migliorare la resistenza al fuoco o la stabilità al rinvenimento dell'acciaio, in modo che le parti possano essere temprate a temperature più elevate, in modo da eliminare (o ridurre) lo stress residuo in modo più efficace , migliorare la plasticità.
Oltre agli effetti di cui sopra nell'acciaio cementato, il molibdeno può anche ridurre la tendenza dei carburi a formare una rete continua sul bordo del grano nello strato di cementazione, ridurre l'austenite residua nello strato di cementazione e aumentare relativamente la resistenza all'usura della superficie strato.
Nello stampo di forgiatura, il molibdeno può anche mantenere l'acciaio ha una durezza relativamente stabile, aumentare la deformazione.Resistenza alla fessurazione e all'usura.
Nell'acciaio inossidabile resistente agli acidi, il molibdeno può migliorare ulteriormente la resistenza alla corrosione degli acidi organici (come acido formico, acido acetico, acido ossalico, ecc.), perossido di idrogeno, acido solforico, solfito, solfato, coloranti acidi, polvere sbiancante, ecc. In particolare, l'aggiunta di molibdeno previene la tendenza alla corrosione puntiforme causata dalla presenza di ioni cloruro.
L'acciaio ad alta velocità W12Cr4V4Mo contenente circa l'1% di molibdeno ha resistenza all'usura, durezza temperata e durezza rossa.
(4) tungsteno (W)
Oltre a formare carburi nell'acciaio, il tungsteno viene parzialmente sciolto nel ferro per formare una soluzione solida.La sua azione è simile al molibdeno, secondo il calcolo della frazione di massa, l'effetto generale non è significativo come il molibdeno.Il principale campione di tungsteno nell'acciaio è quello di aumentare la stabilità al rinvenimento, la durezza al rosso, la resistenza termica e la resistenza all'usura dovute alla formazione di carburi.Pertanto, viene utilizzato principalmente nell'acciaio per utensili, come l'acciaio ad alta velocità, lo stampo per forgiatura a caldoacciaioe così via.
Il tungsteno forma carburi refrattari in acciaio per molle di alta qualità.Quando si rinviene a temperature più elevate, il processo di accumulo di carburi può essere facilitato e può essere mantenuta la resistenza alle alte temperature.Il tungsteno riduce anche la sensibilità dell'acciaio al surriscaldamento, aumenta la temprabilità e aumenta la durezza.Dopo la laminazione a caldo, l'acciaio per molle 65SiMnWA ha un'elevata durezza dopo il raffreddamento ad aria.L'acciaio per molle con una sezione di 50 mm2 può essere temprato in olio e può essere utilizzato come una molla importante per resistere a carichi elevati, resistenza al calore (non superiore a 350 ℃) e urti.Acciaio per molle resistente al calore ad alta resistenza 30W4Cr2VA, con grande temprabilità, tempra 1050 ~ 1100 ℃, resistenza alla trazione di rinvenimento 550 ~ 650 ℃ di 1470 ~ 1666 Pa.Viene utilizzato principalmente nella produzione di molle in condizioni di alta temperatura (non più di 500 ℃).
Il tungsteno è l'elemento principale dell'acciaio per utensili legato perché la sua aggiunta può migliorare significativamente la resistenza all'usura e la lavorabilità dell'acciaio.
(5) Vanadio (V)
Il vanadio ha una forte affinità con il carbonio, l'ammoniaca e l'ossigeno e forma con essi composti stabili.Il vanadio esiste principalmente sotto forma di carburo nell'acciaio.La sua funzione principale è quella di affinare la struttura e la grana dell'acciaio, migliorare la resistenza e la tenacità dell'acciaio.Quando disciolto in una soluzione solida ad alta temperatura, aumenta la temprabilità;Al contrario, se in forma di carburo, ridurre la temprabilità.Il vanadio aumenta la stabilità di rinvenimento dell'acciaio temprato e produce un effetto di tempra secondario.Il contenuto di vanadio nell'acciaio, ad eccezione dell'acciaio per utensili ad alta velocità, non è generalmente superiore allo 0,5%.
In comune lega a basso tenore di carbonioacciaio, il vanadio può affinare la grana, aumentare la resistenza e il rapporto di resa dopo la normalizzazione e migliorare le prestazioni di saldatura dell'acciaio a bassa temperatura.
Il vanadio nell'acciaio strutturale legato a causa delle condizioni generali di trattamento termico ridurrà la temprabilità, quindi è spesso utilizzato in acciaio strutturale e manganese, cromo, molibdeno, tungsteno e altri elementi.Il vanadio nell'acciaio temperato serve principalmente a migliorare la resistenza e il rapporto di resa dell'acciaio, affinare la grana, raccogliere la sensibilità del surriscaldamento.Nell'acciaio cementato è possibile affinare il grano, l'acciaio può essere temprato direttamente dopo la cementazione, senza tempra secondaria.
Nell'acciaio per molle e nell'acciaio per cuscinetti, il vanadio può migliorare la resistenza e il rapporto di snervamento, in particolare il limite proporzionale e il limite elastico, e ridurre la sensibilità alla decarbonizzazione durante il trattamento termico, migliorando così la qualità della superficie.5 acciaio per cuscinetti al cromo contenente vanadio, elevata dispersione di carbonatazione, buone prestazioni.
Il vanadio nell'acciaio per utensili affina la grana, riduce la sensibilità al surriscaldamento, aumenta la stabilità alla tempra e la resistenza all'usura e quindi prolunga la durata dell'utensile.
(6) Titanio (Ti)
Il titanio ha una forte affinità con azoto, ossigeno e carbonio e ha un'affinità più forte con lo zolfo rispetto al ferro.Pertanto, è un buon agente disossidante e un elemento efficace per fissare azoto e carbonio.Sebbene il titanio sia un forte elemento che forma carburo, non si combina con altri elementi per formare composti complessi.La forza di legame del carburo di titanio è forte, stabile, non facile da decomporre, nell'acciaio solo il riscaldamento a più di 1000 ℃ può dissolversi lentamente nella soluzione solida.Le particelle di carburo di titanio hanno l'effetto di prevenire la crescita del grano prima della dissoluzione.Poiché l'affinità tra titanio e carbonio è molto maggiore di quella tra cromo e carbonio, il titanio è comunemente usato nell'acciaio inossidabile per fissare il carbonio al fine di eliminare la diluizione del cromo al bordo del grano, in modo da eliminare o ridurre la corrosione intergranulare dell'acciaio .
Il titanio è anche uno dei forti elementi che formano la ferrite, che aumenta fortemente le temperature A1 e A3 dell'acciaio.Il titanio può migliorare la plasticità e la tenacità nei comuni acciai bassolegati.Poiché il titanio fissa l'azoto e lo zolfo e forma il carburo di titanio, la resistenza dell'acciaio aumenta.Dopo aver normalizzato l'affinamento del grano, la precipitazione del carburo può migliorare significativamente la plasticità e la tenacità all'impatto dell'acciaio.L'acciaio strutturale legato contenente titanio ha buone proprietà meccaniche e di processo, ma lo svantaggio principale è che la temprabilità è leggermente scarsa.
Nell'acciaio inossidabile ad alto contenuto di cromo di solito è necessario aggiungere circa 5 volte il contenuto di carbonio del titanio, non solo può migliorare la resistenza alla corrosione (principalmente la resistenza alla corrosione intergranulare) e la tenacità dell'acciaio;Può anche prevenire la tendenza alla crescita del grano dell'acciaio ad alta temperatura e migliorare le prestazioni di saldatura dell'acciaio.
(7) Niobio/coltan (Nb/Cb)
Il niobio spesso coesiste con coltan e tantalio e il loro ruolo nell'acciaio è simile.Il niobio e il tantalio vengono parzialmente disciolti nella soluzione solida per rafforzare la soluzione solida.La capacità di tempra dell'acciaio può essere notevolmente migliorata quando viene disciolto in austenite.Tuttavia, sotto forma di particelle di carburo e ossido, affina la grana e riduce la temprabilità dell'acciaio.Può aumentare la stabilità di rinvenimento dell'acciaio e ha l'effetto di una tempra secondaria.Il niobio in traccia può migliorare la resistenza dell'acciaio senza influire sulla plasticità o sulla tenacità.A causa dell'effetto della raffinazione del grano, la tenacità all'urto dell'acciaio può essere migliorata e la temperatura di transizione della fragilità può essere ridotta.Quando il contenuto è più di 8 volte il carbonio, quasi tutto il carbonio nell'acciaio può essere riparato, in modo che l'acciaio abbia una buona resistenza all'idrogeno.La corrosione intergranulare dell'acciaio austenitico da parte del mezzo ossidante può essere prevenuta.Grazie alla fissazione del carbonio e all'indurimento per precipitazione, le proprietà alle alte temperature degli acciai resistenti a caldo, come la resistenza allo scorrimento, possono essere migliorate.
Il niobio può migliorare la resistenza allo snervamento e la resistenza all'urto e ridurre la temperatura di transizione della fragilità nel comune acciaio bassolegato utilizzato nelle costruzioni.Aumenta la temprabilità negli acciai strutturali legati per cementazione e rinvenimento.Migliora la tenacità e le prestazioni a bassa temperatura dell'acciaio.Può ridurre l'indurimento all'aria dell'acciaio inossidabile martensitico resistente al calore a basso tenore di carbonio, evitare l'indurimento e la fragilità del rinvenimento e migliorare la resistenza allo scorrimento.
(8) Zirconio (Zr)
Lo zirconio è un forte elemento che forma carburo, il suo ruolo nell'acciaio è simile a niobio, tantalio, vanadio.L'aggiunta di una piccola quantità di zirconio ha l'effetto di degassare, purificare e raffinare il grano, il che è vantaggioso per le prestazioni a bassa temperatura dell'acciaio e migliora le prestazioni di stampaggio.Viene spesso utilizzato nella produzione di acciaio ad altissima resistenza e superlega a base di nichel per motori a gas e strutture di missili balistici.
(9) Cobalto
Il cobalto è utilizzato principalmente in acciai speciali e leghe.L'acciaio rapido contenente cobalto ha una durezza ad alta temperatura e il molibdeno può essere aggiunto contemporaneamente all'acciaio martensitico per ottenere una durezza ultraelevata e buone proprietà meccaniche complete.Inoltre, il cobalto è un importante elemento legante negli acciai resistenti a caldo e nei materiali magnetici.
Il cobalto riduce la temprabilità dell'acciaio, quindi l'aggiunta di solo acciaio al carbonio ridurrà le proprietà meccaniche complessive dell'acciaio temprato.Il cobalto può rafforzare la ferrite e, se aggiunto all'acciaio al carbonio, può migliorare la durezza, il punto di snervamento e la resistenza alla trazione dell'acciaio allo stato ricotto o normalizzato e ha un effetto negativo sull'allungamento e sul ritiro della sezione.La resistenza all'impatto diminuisce con l'aumento del contenuto di cobalto.Il cobalto è utilizzato negli acciai e leghe resistenti al calore a causa della sua resistenza all'ossidazione.Le turbine a gas in lega a base di cobalto mostrano il suo ruolo unico.
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