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    模具鋼廠家,氫、硼、氮等微量元素對模具鋼的影響
    來源: | 作者:東啟特鋼 | 發布時間: 2021-11-11 | 33 次瀏覽 | 分享到:
    模具鋼廠家,氫、硼、氮等微量元素對模具鋼的影響

      模具鋼廠家,氫、硼、氮等微量元素對模具鋼的影響

      

      模具鋼廠家,氫、硼、氮等微量元素對模具鋼的影響:

      

      ▲氫

      

      氫通常是鋼中的有害元素。鋼中溶解的氫會造成氫脆、白點等缺陷。和氫、氮一樣,在固態鋼中的溶解度極小,在高溫下溶解到鋼水中,但冷卻時來不及逸出,在排列中堆積形成高壓細孔,急劇降低鋼的塑性、韌性和疲勞強度,嚴重時會形成裂紋和脆性斷裂。“氫脆”最早出現在馬氏體鋼中,但在鐵素體鋼中不太突出,通常與硬度和碳含量一起添加。

      

      另一方面,H能提高鋼的磁導率,但也會增加矯頑力和鐵損(加入H后矯頑力可提高0.5 ~ 2倍)。

      

      ▲硼

      

      B在鋼中的第一個作用是增加鋼的淬透性,進而節約其他稀有昂貴的金屬,如鎳、鉻、鉬等。為此,其含量通常在0.001% ~ 0.005%的范圍內。它可以代替1.6%的鎳、0.3%的鉻或0.2%的鉬。用硼代替鉬時要注意。因為鉬可以避免或降低回火脆性,但硼有輕微促進回火脆性的傾向,所以鉬不能被硼完全替代。

      

      在中碳鋼中加入硼,由于提高了淬透性,淬火回火后厚度在20毫米以上的鋼的性能可以大大提高。因此,40Cr可以用40B和40MnB鋼代替,20Mn2TiB鋼可以用來代替20CrMnTi滲碳鋼。但是,由于硼的作用隨著鋼中碳含量的增加而減弱甚至消失,所以在選擇含硼滲碳鋼時,需要考慮滲碳層的淬透性會低于芯層的特點。

      

    模具鋼


      拉簧鋼通常需要徹底淬火,通常拉簧面積不大,所以選擇含硼鋼比較有利。硼對高硅拉伸彈簧鋼的作用被大大動搖,不方便選擇。

      

      沸騰鋼中0.007%的硼可以消除鋼的時效。

      

      ▲碳

      

      c是僅次于鐵的主要元素,直接影響鋼的強度、塑性、電阻和焊接功能。

      

      當鋼中碳含量低于0.8%時,隨著碳含量的增加,鋼的強度和硬度提高,而塑性和耐磨性降低。然而,當碳含量高于1.0%時,鋼的強度隨著碳含量的增加而降低。

      

      隨著含碳量的增加,鋼的焊接性能變差(含碳量大于0.3%的鋼的焊接性明顯下降),冷脆性和時效敏感性增加,耐大氣腐蝕性能下降。

      

      ▲氮

      

      氮對鋼的作用類似于碳和磷。隨著氮含量的增加,鋼的強度明顯提高,塑性特別是耐磨性、焊接性變差,冷脆性變差。將時效傾向、冷脆性和熱脆性加在一起,會破壞鋼的焊接功能和冷彎功能。因此,應盡可能降低和抑制鋼中的氮含量。正常情況下,常規氮含量不應高于0.018%。

      

      在N、Al、Nb、V等元素的配合下,可以減少厄運的影響,提高鋼的功能,可以作為低合金鋼的合金元素。對于某些品牌的不銹鋼,適當添加N可以減少Cr的用量,降低成本。

      

      ▲氧

      

      o是鋼中的有害元素。它在煉鋼過程中自然進入鋼中。雖然錳、硅、鐵、鋁在煉鋼后期要脫氧,但未必能消除。鋼水凝固過程中,溶液中的氧和碳反應會產生一氧化碳,一氧化碳會形成氣泡。氧主要以夾雜物的形式存在,如FeO、MnO、SiO2、Al2O3等。,這降低了鋼的強度和塑性。尤其是對疲勞強度和抗沖擊性有嚴重影響。

      

      氧會增加硅鋼中的鐵損,削弱磁導率和磁感應強度,增加磁時效效應。

      

      ▲鎂

      

      鎂可以減少鋼中夾雜物的數量、大小、分布和形狀。微量鎂能改善軸承鋼的碳化物鱗片和彌散,含鎂軸承鋼的碳化物顆粒細小均勻。當鎂含量為0.002% ~ 0.003%時,抗拉強度和屈服強度增加5%以上,塑性保持不變。

      

      ▲鋁

      

      鋁在鋼中用作脫氧劑或合金元素時,其脫氧能力比硅和錳強得多。鋁在鋼中的主要作用是細化晶粒和固定鋼中的氮,進而明顯提高鋼的抗沖擊性能,降低冷脆和時效傾向。如D級碳素結構鋼中酸溶鋁含量不低于0.015%,深沖用08AL鋼中酸溶鋁含量為0.015%-0.065%。

      

      鋁還能提高鋼的防腐功能,特別是與鉬、銅、硅、鉻等元素配合使用時,效果更好。

      

      鉬鋼和鉻鋼的耐磨性可以添加鋁。東西高碳鋼中鋁的存在會引起淬火脆性。鋁的缺陷影響鋼的熱加工功能、焊接功能和切削功能。

      

      ▲硅

      

      它是硅煉鋼過程中重要的還原劑和脫氧劑:碳鋼中的許多材料富含0.5%以下的硅,通常在煉鋼過程中作為還原劑和脫氧劑帶入。

      

      硅可以溶解在鐵素體和奧氏體中,提高鋼的硬度和強度,僅次于磷,強于錳、鎳、鉻、鎢、鉬、釩等元素。然而,當硅含量超過3%時,鋼的塑性和電阻會明顯降低。硅可以提高鋼的彈性極限、屈服強度和屈強比(σs/σb),以及疲勞強度和疲勞比(σ-1/σb)。這就是為什么硅或硅錳鋼可以用作拉伸彈簧鋼的原因。

      

      硅會降低鋼的密度、導熱性和導電性。能促進鐵素體晶粒粗化,降低矯頑力。它具有降低晶體各向異性的趨勢,使磁化簡單,磁阻降低,可用于生產電工鋼,因此硅鋼片的磁延遲損耗低。硅可以提高鐵素體的磁導率,使鋼板在弱磁場下具有更高的磁感應強度。然而,在強磁場下,硅會降低鋼的磁感應強度。由于硅的強脫氧能力,降低了鐵的磁時效效應。

      

      當含硅鋼在氧化氣氛中加熱時,表面會形成二氧化硅薄膜,進而提高鋼在高溫下的抗氧化性。

      

      硅會促進鑄鋼中柱狀晶的生長,降低塑性。如果硅鋼受熱冷卻較快,由于導熱系數低,鋼內外溫差大,就會開裂。

      

      硅會降低鋼的焊接功能。因為硅和氧有聯系,所以硅比鐵強。焊接時只是生成低熔點的硅酸鹽,加入熔渣,熔化金屬的流動性,導致飛濺,影響焊接質量。硅是一種杰出的脫氧劑。用鋁脫氧時,適當加入一定量的硅可以明顯提高脫氧率。鋼中有一定殘留的硅,在煉鐵煉鋼時作為原料帶入。在沸騰的鋼中,硅被限制在

      

      ▲磷

      

      磷是由礦石帶入鋼中的,通常說磷也是有害元素。磷雖然能提高鋼的強度和硬度,但明顯降低了鋼的塑性和抗沖擊性能。特別是在低溫下,使鋼明顯脆性,稱為“冷脆性”。脆性會降低鋼的冷加工性和焊接性。磷含量越高,冷脆性越大,因此鋼中的磷含量受到嚴格控制。高鋼級:P < 0.025%;優質鋼:P < 0.04%;普鋼:p < 0.085%。

      

      磷的固溶強化和冷加工硬化效果很好。與銅配合使用,可提高低合金高強度鋼的耐大氣腐蝕性能,但降低其冷沖壓功能。當與硫和錳結合使用時,它可以改善可加工性并增加回火脆性和冷脆性敏感性。

      

      磷可以提高比電阻,并且由于簡單的粗晶,矯頑力和渦流損耗可以降低。就磁感應而言,在弱介質磁場下,高磷含量鋼的磁感應會得到改善,含P硅鋼的熱加工并不難,但由于會使硅鋼冷脆,含量小于0.15%(如冷軋電機用硅鋼含P = 0.07 ~ 0.10%)。

      

      磷是一種具有強鐵素體強化作用的元素。(p)硅鋼的再結晶溫度和晶粒長大的影響將比相同硅含量的高4 ~ 5倍。)

      

      ▲硫

      

      硫來自煉鋼礦石和燃料焦炭。它是鋼中的有害元素。它以FeS的形式存在于鋼中,FeS和Fe構成一種低熔點(985℃)的化合物。但鋼材的熱加工溫度通常在1150 ~ 1200℃以上,因此鋼材在熱加工時,工件會因FeS化合物過早熔化而產生裂紋,稱為“熱脆性”。鋼的延展性和抗力降低,在鍛造和軋制過程中形成裂紋。硫也不利于焊接功能,降低了耐腐蝕性。高鋼級:S < 0.02% ~ 0.03%;優質鋼:S < 0.03% ~ 0.045%;通常為鋼:S < 0.055% ~ 0.7%。

      

      由于其切屑易碎,可以獲得非常閃亮的外觀,因此可以用來制造低載荷的高表面光潔度的鋼零件(稱為快切鋼),如Cr14,其中有意添加少量硫(= 0.2 ~ 0.4%)。一些高速鋼在東西鋼表面硫化。

      

      ▲鉀/鈉

      

      鉀/鈉可以作為變性劑球化白口鑄鐵中的碳化物,使白口鑄鐵(和萊氏體鋼)的耐磨性提高2倍以上,同時保持原有硬度。細化球墨鑄鐵的組織,穩定蠕墨鑄鐵的處理工藝;它是一種強烈促進奧氏體化的元素。例如,它可以將奧氏體錳鋼的錳碳比從10: 1降低到13: 1到4: 1到5: 1。

      

      ▲鈣

      

      在鋼中加入鈣可以細化晶粒,部分脫硫,改變非金屬夾雜物的成分、數量和形狀。鋼中加入稀土的效果基本相似。

      

      提高鋼材的耐腐蝕、耐磨、耐高溫和低溫功能;提高了鋼的抗沖擊性能、疲勞強度、塑性和焊接性能。增加了鋼的冷鐓性能、抗沖擊性能、硬度和接觸耐久性。

      

      在鑄鋼中加入鈣大大改善了鋼水的流動性;提高了鑄件的表面光潔度,消除了鑄件內部排列的各向異性。其鍛造功能、抗熱裂功能、機械功能、切削功能均有不同程度的增加。

      

      在鋼中加入鈣可以提高抗氫致開裂和分層撕裂的功能,并能延長設備和物品的使用壽命。

      

      年數。鈣可作為母合金中的脫氧劑和孕育劑,具有微合金化作用。

      

      ▲鈦

      

      它與鈦、氧、碳有很強的親和力,與硫的親和力比鐵強。它是一種杰出的脫氧和脫氣劑,也是固定氮和碳的有用元素。雖然鈦是強碳化物組成元素,但不容易與其他元素結合形成復合化合物。碳化鈦附著力強,穩定性好,不易區分。只有在鋼中加熱到1000℃以上,才能慢慢溶解成固溶體。

      

      在溶解之前,碳化鈦顆粒具有阻止晶粒生長的作用。由于鈦與碳之間的親和力遠大于鉻與碳之間的親和力,所以在不銹鋼中常采用鈦來固定二者之間的碳,以消除晶界處鉻的稀釋,進而消除或減少鋼的晶間腐蝕。

      

      鈦也是強鐵素體的組成元素之一,它大大提高了鋼的A1和A3溫度。鈦可以提高低合金鋼的塑性和耐磨性。因為鈦固定氮和硫,形成碳化鈦,鋼的強度提高了。正火晶粒尺寸,分離組成碳化物,可明顯提高鋼的塑性和抗沖擊性能。含鈦合金結構鋼具有突出的機械和工藝性能,主要缺陷是淬透性稍差。

      

      高鉻不銹鋼中通常加入含碳量5倍左右的鈦,不僅可以提高鋼的耐蝕性(主要是抗晶間腐蝕)和耐蝕性;還能安排鋼在高溫下的晶粒長大趨勢,提高鋼的焊接性能。

      

      ▲釩

      

      釩、碳、氨和氧具有很強的親和力,并與它們形成相應的穩定化合物。釩主要以碳化物的形式存在于鋼中。它的主要作用是細化鋼的排列和晶粒尺寸,降低鋼的強度和抗力。當在高溫下溶解成固溶體時,增加了淬透性;相反,如果以碳化物的形式存在,淬透性會降低。含釩淬火鋼的回火穩定性及二次硬化效應。鋼中的釩含量通常低于0.5%,東西向高速鋼除外。

      

      釩可以細化晶粒,提高正火強度和低溫屈服,改善鋼的焊接性能。

      

      釩在結構鋼中經常與錳、鉻、鉬、鎢和其他元素結合使用,因為它會降低正常熱處理條件下的淬透性。在調質釩鋼中,提高鋼的強度和屈強比、細化晶粒和提高過熱敏感性是重要的。在滲碳鋼中,由于晶粒可以細化,滲碳后可以直接淬火,無需二次淬火。

      

      在釩拉伸彈簧鋼和軸承鋼中,可以提高強度和屈強比,特別是份額極限和彈性極限,降低熱處理過程中的脫碳敏感性,進而提高外觀質量。含鉻釩軸承鋼碳化分散性高,應用功能優異。

      

      釩細化了東西鋼中的晶粒尺寸,降低了過熱敏感性,增加了回火穩定性和耐磨性,進而延長了東西鋼的使用壽命。

      

      ▲鉻

      

      鉻可以增加鋼的淬透性,起到二次硬化的作用,在不使鋼變脆的情況下,可以提高碳鋼的硬度和耐磨性。當含量超過12%時,該鋼具有優異的高溫抗氧化性和耐氧化腐蝕性,并且還增加了鋼的熱強度。鉻是不銹鋼、耐酸鋼和耐熱鋼的主要合金元素。

      

      鉻可以提高軋制碳鋼的強度和硬度,降低延伸率和斷面收縮率。當鉻含量超過15%時,強度和硬度會降低,而延伸率和斷面收縮率會相應提高。含鉻鋼的零件只需簡單研磨即可獲得高表面加工質量。

      

      鉻調質組織中的主要作用是提高淬透性,使調質后的鋼具有更好的感應機械功能,滲碳鋼中可以形成含鉻的碳化物,進而提高材料表面的耐磨性。

      

      含鉻拉伸彈簧鋼在熱處理過程中不易脫碳。鉻能提高東西鋼的耐磨性、硬度和紅硬度,具有優異的回火穩定性。在電熱合金中,鉻可以提高合金的抗氧化性、耐磨性和強度。

      

      ▲錳

      

      Mn可以提高鋼的強度:由于Mn的報價相對便宜,而且可以與Fe無限固溶,所以在提高鋼的強度的同時,對塑性的影響相對較小。因此,錳被廣泛用作鋼中的強化元素。可以說,基本上所有的碳鋼都富含Mn。常見的沖壓低碳鋼、雙相鋼(DP鋼)、相變誘發塑性鋼(TR鋼)和馬氏體鋼(MS鋼)都富含錳。一般低碳鋼中的錳含量不會超過0.5%;高強度鋼中的錳含量會隨著強度等級的提高而增加,例如馬氏體鋼,錳含量可高達3%。

      

      提高錳鋼的淬透性,改善鋼的熱加工性能:比較40Mn、40 #鋼等典型鋼。

      

      Mn可以消除S(硫)的影響:Mn在鋼鐵運動中可以與S形成高熔點MnS,從而減弱和消除S的不利影響。

      

      然而,Mn含量也是一把雙刃劍。Mn含量不要盡可能高。錳含量的增加會降低鋼的塑性和焊接性能。

      

      ▲鈷

      

      鈷主要用于特殊鋼和合金。含鈷高速鋼具有較高的高溫硬度,在馬氏體時效鋼中加入鉬可以獲得超高的硬度和優異的感應機械性能。此外,鈷也是耐熱鋼和磁性材料中的重要合金元素。

      

      降低鈷鋼的淬透性,因此,單獨參加碳鋼會降低淬火和回火后的感應機械功能。鈷可以強化鐵氧體。在碳鋼中,退火或正火條件下可提高鋼的硬度、屈服點和抗拉強度,對延伸率和斷面縮短率有不良影響,抗沖擊能力也隨著鈷含量的增加而降低。鈷因其抗氧化功能被用于耐熱鋼和耐熱合金。鈷基合金燃氣輪機顯示出其獨特的效果。

      

      ▲鎳

      

      鎳具有高強度、高耐受性、優異的淬透性、高電阻和高耐腐蝕性的優點。

      

      一方面鋼的強度得到了很強的提高,另一方面鐵的耐力始終保持在很高的水平。其脆化溫度極低。(當鎳含量小于0.3%時,其脆化溫度低于‐100℃,當鎳量增加約4 ~ 5%時,其脆化溫度可降至‐180℃。因此,淬火結構鋼的強度和塑性可以共同提高。含Ni=3.5%不含Cr的鋼可以空氣淬火,含Ni=8%的Cr鋼也可以以很小的冷卻速度轉變為M體。

      

      鎳的晶格常數接近于γ-鐵的晶格常數,因此可以形成連續的固溶體。這有利于提高鋼的硬化能力。Ni可以降低臨界點,增加奧氏體的穩定性,從而降低淬火溫度,淬透性好。通常,大截面的重型零件由加鎳鋼制成。當它與鉻、鎢、鉻和鉬結合時,淬透性特別提高。鎳鉬鋼也有很高的疲勞極限。(鎳鋼具有優異的抗熱疲勞性能,在冷熱環境中反復運行。σ,αk高)

      

      不銹鋼中使用鎳是為了使鋼具有均勻的A-體排列并提高耐腐蝕性。含鎳鋼通常不容易過熱,因此在高溫下可以防止晶粒長大,同時仍能堅持細晶排列。

      

      ▲銅

      

      銅在鋼中的突出作用是提高低合金鋼的耐大氣腐蝕性能,特別是與磷配合使用時,加入銅也能提高鋼的強度和屈強比,但對焊接功能沒有不良影響。含銅0.20% ~ 0.50%的鋼軌鋼(U-Cu),除耐磨性外,其耐腐蝕壽命是普通碳軌的2 ~ 5倍。

      

      當銅含量超過0.75%時,經過固溶處理和時效后,可出現時效強化效果。在低含量時,效果與鎳相似,但較弱。含量高時,熱變形加工不吉利,導致銅脆。奧氏體不銹鋼中2% ~ 3%的銅能抵抗硫酸、磷酸、鹽酸的腐蝕和應力腐蝕。


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