November 3, 2022
Nhằm cải thiện và nâng cao một số thuộc tính củaThépvà làm cho nó có được một số đặc tính đặc biệt các nguyên tố được thêm vào trong quá trình nấu chảy được gọi là nguyên tố hợp kim.Các nguyên tố hợp kim phổ biến là crom, niken, molypden, vonfram, vanadi, titan, niobi, zirconium, coban, silicon, mangan, nhôm, đồng, bo, đất hiếm, v.v.Phốt pho, lưu huỳnh và nitơ cũng đóng vai trò là hợp kim trong một số trường hợp.
(1) Chromium (Cr)
Crom có thể làm tăng độ cứng của thép và có tác dụng làm cứng thứ cấp, có thể cải thiện độ cứng và khả năng chống mài mòn của thép cacbon mà không làm cho thép trở nên giòn.Khi hàm lượng vượt quá 12%, thép có khả năng chống oxy hóa tốt và chống ăn mòn ở nhiệt độ cao, đồng thời làm tăng độ bền nhiệt của thép.Crom là nguyên tố hợp kim chính của thép không gỉ thép chịu axit và thép chịu nhiệt.
Crom có thể cải thiện độ bền và độ cứng của thép cacbon ở trạng thái cán và giảm độ giãn dài và co ngót của mặt cắt.Khi hàm lượng crom vượt quá 15%, độ bền và độ cứng sẽ giảm, đồng thời độ giãn dài và độ co ngót của mặt cắt sẽ tăng lên tương ứng.Các chi tiết chứa thép crom dễ đạt chất lượng gia công bề mặt cao hơn bằng cách mài.
Vai trò chính của crom trong cấu trúc tôi luyện là cải thiện độ cứng, để thép sau khi tôi và tôi luyện có các tính chất cơ học toàn diện tốt hơn, trong thép cacbon hóa cũng có thể tạo thành cacbua crom, để cải thiện khả năng chống mài mòn của bề mặt vật liệu .
Thép lò xo chứa crom không dễ khử cacbon trong quá trình nhiệt luyện.Crom có thể cải thiện khả năng chống mài mòn, độ cứng và độ cứng của thép công cụ, đồng thời có độ ổn định tôi luyện tốt.Crom có thể cải thiện khả năng chống oxy hóa, điện trở và độ bền của hợp kim điện nhiệt.
(2) Niken
Niken tăng cường ferit và luyện ngọc trai trong thép, tác dụng tổng thể là tăng cường độ, nhưng không có ảnh hưởng đáng kể đến độ dẻo.Nói chung, một lượng niken nhất định có thể cải thiện độ bền của thép nhưng không làm giảm đáng kể độ dẻo dai của thép cacbon thấp khi nó được cán, thường hóa hoặc ủ mà không qua xử lý tôi luyện.Theo thống kê, cứ tăng 1% niken có thể cải thiện sức mạnh của 29,4Pa.Với sự gia tăng của hàm lượng niken, sản lượng của thép tăng nhanh hơn cường độ kéo, do đó, tỷ lệ của thép chứa niken cao hơn so với thép cacbon thông thường.Niken có thể cải thiện độ bền của thép, nhưng thiệt hại đối với độ dai, tính dẻo và các đặc tính quá trình khác của thép ít hơn các nguyên tố hợp kim khác.Đối với thép cacbon trung bình, ngọc trai trở nên mỏng hơn vì niken làm giảm nhiệt độ chuyển tiếp của ngọc trai.Bởi vì niken làm giảm hàm lượng cacbon tại điểm eutectoid, có nhiều ngọc trai hơn thép cacbon có cùng hàm lượng cacbon, điều này làm cho thép ferritic ngọc trai với niken có độ bền cao hơn thép cacbon có cùng hàm lượng cacbon.Ngược lại, nếu độ bền của thép bằng nhau, hàm lượng cacbon của thép chứa niken có thể được giảm đi một cách thích hợp, do đó có thể cải thiện độ dai và độ dẻo của thép.Niken có thể cải thiện khả năng chống mỏi của thép và giảm độ nhạy của thép đối với vết khía.Niken làm giảm nhiệt độ chuyển tiếp giòn của thép ở nhiệt độ thấp, điều này rất quan trọng đối với thép ở nhiệt độ thấp.Thép có 3,5% niken có thể được sử dụng ở -100 ℃, và thép với 9% niken có thể được sử dụng ở -196 ℃.Niken không làm tăng khả năng chống rão của thép, vì vậy nó thường không được sử dụng làm nguyên tố tăng cường cho thép cường độ nóng.
Hệ số giãn nở tuyến tính của hợp kim Fe-Ni có hàm lượng niken cao thay đổi đáng kể theo sự tăng hoặc giảm của hàm lượng niken.Sử dụng tính chất này, các hợp kim chính xác và vật liệu lưỡng kim có hệ số giãn nở tuyến tính rất thấp hoặc nhất định có thể được thiết kế và sản xuất.
Ngoài ra, niken được thêm vào thép không chỉ chống axit mà còn chống kiềm, chống ăn mòn trong khí quyển và muối, niken là một trong những nguyên tố quan trọng trong thép không gỉ chống axit.
(3) Molypden (Mo)
Molypden trong thép có thể cải thiện độ cứng và độ bền nhiệt, ngăn ngừa độ giòn khi tôi luyện, tăng cường độ từ lại và lực kháng từ và khả năng chống ăn mòn trong một số phương tiện.
Trong thép tôi luyện, molypden có thể làm cho các bộ phận có tiết diện lớn hơn được dập tắt sâu, tôi luyện qua, cải thiện khả năng chống cháy hoặc tính ổn định của thép, do đó các bộ phận có thể được tôi luyện ở nhiệt độ cao hơn, để loại bỏ (hoặc giảm) ứng suất dư hiệu quả hơn , cải thiện độ dẻo.
Ngoài các tác dụng trên trong thép thấm cacbon, molipđen còn có thể làm giảm xu hướng các cacbua tạo thành mạng lưới liên tục trên ranh giới hạt trong lớp thấm cacbon, giảm Austenit dư trong lớp thấm cacbon, và tương đối tăng khả năng chống mài mòn của bề mặt. lớp.
Trong khuôn rèn, molypden cũng có thể duy trì thép có độ cứng tương đối ổn định, tăng độ biến dạng.Khả năng chống nứt và mài mòn.
Trong thép chịu axit không gỉ, molypden có thể cải thiện hơn nữa khả năng chống ăn mòn của các axit hữu cơ (như axit formic, axit axetic, axit oxalic, v.v.), hydrogen peroxide, axit sulfuric, sulfit, sulfat, thuốc nhuộm axit, bột tẩy trắng, v.v. Đặc biệt, việc bổ sung molypden ngăn chặn xu hướng ăn mòn điểm gây ra bởi sự hiện diện của các ion clorua.
Thép tốc độ cao W12Cr4V4Mo chứa khoảng 1% molypden có khả năng chống mài mòn, độ cứng tôi luyện và độ cứng màu đỏ.
(4) Vonfram (W)
Ngoài việc tạo thành cacbua trong thép, vonfram được hòa tan một phần vào sắt để tạo thành dung dịch rắn.Tác dụng của nó tương tự như molypden, theo cách tính phần khối lượng, tác dụng chung không đáng kể như molypden.Mẫu vonfram chính trong thép là để tăng tính ổn định khi tôi luyện, độ cứng màu đỏ, độ bền nhiệt và khả năng chống mài mòn do sự hình thành của cacbua.Do đó, nó chủ yếu được sử dụng trong thép công cụ, chẳng hạn như thép tốc độ cao, khuôn rèn nóngThépvà như thế.
Vonfram tạo thành cacbua chịu lửa trong thép lò xo chất lượng cao.Khi tôi luyện ở nhiệt độ cao hơn, quá trình tích tụ cacbua có thể được giảm bớt và độ bền nhiệt độ cao có thể được duy trì.Vonfram cũng làm giảm độ nhạy của thép với quá nhiệt, tăng độ cứng và tăng độ cứng.Sau khi cán nóng, thép lò xo 65SiMnWA có độ cứng cao sau khi làm nguội bằng không khí.Thép lò xo có tiết diện 50mm2 có thể được tôi trong dầu, và nó có thể được sử dụng như một lò xo quan trọng để chịu tải trọng lớn, chịu nhiệt (không quá 350 ℃) và va đập.Thép lò xo chịu nhiệt cường độ cao 30W4Cr2VA, với độ cứng lớn, làm nguội 1050 ~ 1100 ℃, độ bền kéo khi tôi luyện 550 ~ 650 ℃ 1470 ~ 1666Pa.Nó chủ yếu được sử dụng trong sản xuất lò xo trong điều kiện nhiệt độ cao (không quá 500 ℃).
Vonfram là thành phần chính của thép công cụ hợp kim vì việc bổ sung nó có thể cải thiện đáng kể khả năng chống mài mòn và khả năng gia công của thép.
(5) Vanadi (V)
Vanadi có ái lực mạnh với cacbon, amoniac và oxy, đồng thời tạo thành các hợp chất bền với chúng.Vanadi tồn tại chủ yếu ở dạng cacbua trong thép.Chức năng chính của nó là tinh chỉnh cấu trúc và thớ của thép, cải thiện độ bền và độ dẻo dai của thép.Khi hòa tan thành dung dịch rắn ở nhiệt độ cao, tăng độ cứng;Ngược lại, nếu ở dạng cacbua thì giảm độ cứng.Vanadi làm tăng độ ổn định tôi luyện của thép cứng và tạo ra hiệu ứng làm cứng thứ cấp.Hàm lượng vanadi trong thép, ngoại trừ thép công cụ tốc độ cao, thường không quá 0,5%.
Trong hợp kim carbon thấp phổ biếnThép, vanadi có thể tinh chế hạt, tăng cường độ và tỷ lệ năng suất sau khi thường hóa, và cải thiện hiệu suất hàn của thép ở nhiệt độ thấp.
Vanadi trong thép kết cấu hợp kim do điều kiện nhiệt luyện chung sẽ làm giảm độ cứng nên thường được dùng trong thép kết cấu và các nguyên tố mangan, crom, molypden, vonfram và các nguyên tố khác.Vanadi trong thép tôi luyện chủ yếu là để cải thiện độ bền và tỷ lệ năng suất của thép, tinh chế hạt, tăng độ nhạy của quá nhiệt.Trong thép cacbon hóa có thể tinh chế hạt, thép có thể được dập tắt trực tiếp sau khi thấm cacbon, mà không cần làm nguội thứ cấp.
Trong thép lò xo và thép chịu lực, vanadi có thể cải thiện độ bền và tỷ lệ chảy, đặc biệt là giới hạn tỷ lệ và giới hạn đàn hồi, và giảm độ nhạy khử cacbon trong quá trình xử lý nhiệt, do đó cải thiện chất lượng bề mặt.Thép chịu lực 5 crom có chứa vanadi, phân tán cacbonat cao, hiệu suất tốt.
Vanadi trong thép dụng cụ giúp tinh luyện hạt, giảm độ nhạy quá nhiệt, tăng độ ổn định khi tôi luyện và chống mài mòn, do đó kéo dài tuổi thọ của dụng cụ.
(6) Titan (Ti)
Titan có ái lực mạnh với nitơ, oxy và carbon, và có ái lực với lưu huỳnh mạnh hơn sắt.Do đó, nó là một chất khử oxy tốt và là một nguyên tố hữu hiệu để cố định nitơ và cacbon.Mặc dù titan là một nguyên tố tạo cacbua mạnh, nó không kết hợp với các nguyên tố khác để tạo thành các hợp chất phức tạp.Lực liên kết cacbua titan rất mạnh, ổn định, không dễ bị phân hủy, trong thép chỉ cần nung nóng đến hơn 1000 ℃ là có thể tan từ từ vào dung dịch rắn.Các hạt cacbua titan có tác dụng ngăn cản sự phát triển của hạt trước khi hòa tan.Vì ái lực giữa titan và cacbon lớn hơn nhiều so với ái lực giữa crom và cacbon, nên titan thường được sử dụng trong thép không gỉ để cố định cacbon nhằm loại bỏ sự pha loãng crom ở ranh giới hạt, để loại bỏ hoặc giảm sự ăn mòn giữa các hạt của thép .
Titan cũng là một trong những nguyên tố tạo ferit mạnh, làm tăng nhiệt độ A1 và A3 của thép một cách mạnh mẽ.Titan có thể cải thiện độ dẻo và độ dẻo dai trong thép hợp kim thấp thông thường.Khi titan cố định nitơ và lưu huỳnh và tạo thành cacbua titan, độ bền của thép được tăng lên.Sau khi bình thường hóa quá trình tinh luyện hạt, kết tủa cacbua có thể cải thiện đáng kể độ dẻo và độ dai va đập của thép.Thép kết cấu hợp kim chứa titan có tính chất cơ học và tính chất quá trình tốt, nhưng nhược điểm chính là độ cứng hơi kém.
Trong thép không gỉ crom cao thường cần thêm khoảng 5 lần hàm lượng cacbon của titan, không chỉ có thể cải thiện khả năng chống ăn mòn (chủ yếu là chống ăn mòn giữa các hạt) và độ dẻo dai của thép;Nó cũng có thể ngăn chặn xu hướng phát triển hạt của thép ở nhiệt độ cao và cải thiện hiệu suất hàn của thép.
(7) Niobi / coltan (Nb / Cb)
Niobi thường cùng tồn tại với coltan và tantali, và vai trò của chúng đối với thép là tương tự.Niobi và tantali được hòa tan một phần vào dung dịch rắn để tăng cường dung dịch rắn.Khả năng dập tắt của thép có thể được cải thiện đáng kể khi nó được hòa tan thành Austenit.Tuy nhiên, ở dạng hạt cacbua và ôxít, nó tinh chế hạt và làm giảm độ cứng của thép.Nó có thể làm tăng độ ổn định tôi luyện của thép và có tác dụng làm cứng thứ cấp.Trace niobium có thể cải thiện độ bền của thép mà không ảnh hưởng đến độ dẻo hoặc độ dai.Do tác dụng của việc tinh luyện hạt, độ dai va đập của thép có thể được cải thiện và nhiệt độ chuyển đổi độ giòn có thể được giảm xuống.Khi hàm lượng lớn hơn 8 lần cacbon, hầu như tất cả cacbon trong thép đều có thể được cố định, do đó thép có khả năng kháng hydro tốt.Có thể ngăn ngừa sự ăn mòn giữa các hạt của thép Austenit bởi môi trường oxy hóa.Do cố định cacbon và làm cứng kết tủa, các đặc tính nhiệt độ cao của thép cường độ nóng, chẳng hạn như độ bền rão, có thể được cải thiện.
Niobi có thể cải thiện độ bền chảy và độ dai va đập và giảm nhiệt độ chuyển đổi độ giòn trong thép hợp kim thấp phổ biến được sử dụng trong xây dựng.Tăng độ cứng trong thấm cacbon và tôi luyện thép kết cấu hợp kim.Cải thiện độ dẻo dai và hiệu suất nhiệt độ thấp của thép.Nó có thể làm giảm sự đông cứng trong không khí của thép không gỉ chịu nhiệt mactenxit cacbon thấp, tránh làm cứng và tôi luyện độ giòn, đồng thời cải thiện độ bền.
(8) Zirconium (Zr)
Zirconium là nguyên tố tạo cacbit mạnh, vai trò của nó trong thép tương tự như niobi, tantali, vanadi.Thêm một lượng nhỏ zirconi có tác dụng khử khí, làm sạch và tinh luyện hạt, có lợi cho hiệu suất nhiệt độ thấp của thép và nâng cao hiệu suất dập.Nó thường được sử dụng trong sản xuất thép cường độ cực cao và siêu hợp kim niken cho động cơ khí và cấu trúc tên lửa đạn đạo.
(9) Coban
Coban chủ yếu được sử dụng trong thép và hợp kim đặc biệt.Thép tốc độ cao có chứa coban có độ cứng ở nhiệt độ cao, và molypden có thể được thêm vào thép lão hóa mactenxit đồng thời để có được độ cứng cực cao và các tính chất cơ học toàn diện tốt.Ngoài ra, coban là một nguyên tố hợp kim quan trọng trong thép cường độ nóng và vật liệu từ tính.
Coban làm giảm độ cứng của thép, vì vậy việc thêm riêng thép cacbon sẽ làm giảm tính chất cơ học tổng thể của thép tôi luyện.Coban có thể tăng cường ferit, và khi được thêm vào thép cacbon, nó có thể cải thiện độ cứng, điểm chảy và độ bền kéo của thép ở trạng thái ủ hoặc thường hóa, và có tác động bất lợi đến độ giãn dài và co ngót.Độ dai va đập giảm khi hàm lượng coban tăng lên.Coban được sử dụng trong thép và hợp kim chịu nhiệt vì khả năng chống oxy hóa của nó.Tua bin khí hợp kim dựa trên coban thể hiện vai trò độc đáo của nó.
