浅析合金元素对材料性能的影响原理

Cerberos

   常见的合金元素有Cr、Mn、Si、W、Mo、V、Co   Cr是碳化物形成元素，当含量低于3%时，只形成合金渗碳体，并部分溶于固溶体。Cr可以提高钢材过冷奥氏体的稳定性，降低马氏体转变温度Ms，从而提高淬透性，因而淬火时可以采用较缓和的冷却方式，减少变形量。由于Cr可以溶于固溶体中，因而提高了马氏体的分解温度，提高了钢的抗回火性。同时，Cr提高了珠光体的转变温度和碳化物在奥氏体中的溶解度，从而提高了钢的淬火加热温度，但只脱碳倾向增加。另当Cr含量大雨1.4%，而碳含量大雨1-1.2%时，会增加碳化物的不均匀性。Cr还能防止Si的石墨化倾向。
   Si不能形成碳化物，只能溶于固溶体，增加了珠光体和中温转变区过冷奥氏体的稳定性。同时Si在回火过程阻碍马氏体的分解，提高了钢的回火稳定性。但Si是石墨化元素，在高碳钢中，高温加热时容易引起脱碳和石墨化。
   Mn提高钢的淬透性，但是同时增加的钢的过热倾向。
   W和V能提显著高钢的硬度、耐磨性和红硬性，并防止钢过热，保持晶粒细化。在含碳量大于1%的钢中，当W的含量大于5%时，会增加碳化物的不均匀性，使韧性下降。W与C的结合力较强，能提高回火马氏体的分解温度，增强红硬性。在回火过程中W以合金碳化物的形式析出，引起二次硬化。W的加入强烈的降低了钢的导热率，因此含W量高的钢材的加热和冷却都必须缓慢进行。V能形成VC，VC硬度极高，达到83-85HRC。回火时V以细小的VC析出，产生弥散强化。VC硬度很高，有助于提高钢的耐磨性，但也会给磨削加工造成困难。马氏体中的V也会提高马氏体的回火稳定性，从而提高钢的红硬性。
   Mo也是提高钢的红硬性的主要合金元素，Mo的作用与W相似。在钨钼系高速钢中，碳化物细小、分布均匀，具有较高的强度、韧性和良好的耐磨性。但碳化钼不如碳化钨稳定，因而钼会导致钢的脱碳倾向稍大，并且晶粒易于长大，因此对淬火时的气氛和温度控制要求严格。
  Co是非碳化物形成元素，Co增加回火时Mo2C的形核速度，减缓Mo2C的长大速度。同时Co增加了C的活性，因而脱碳倾向较大，必须严格控制加热时的气氛和温度。Co有利于合金碳化物已更细小的形式析出，增强二次强化效果。Co和W可以形成金属间化合物，产生弥散强化效果，阻止其他碳化物聚集长大。
   可见每一种合金元素都有各自的优缺点，必须配合使用才能充分发挥优点，克服缺点。

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西蜀印痴

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