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模具鋼百科
合金元素對模具鋼有哪些作用 模具鋼合金元素介紹
來源: | 作者:13963813331 | 發布時間: 2019-09-26 | 306 次瀏覽 | 分享到:
大家都知道,鋼是一種合金材料。那么在模具鋼的生產中,加入合金元素對模具鋼會有什么影響呢?今天小編就為大家介紹一下合金元素對模具鋼有什么作用。
  大家都知道,鋼是一種合金材料。那么在模具鋼的生產中,加入合金元素對模具鋼會有什么影響呢?今天小編就為大家介紹一下合金元素對模具鋼有什么作用。
模具鋼  
  碳素鋼占鋼總產量80%左右,是基本的工業用鋼。它種類齊全,生產簡單,價格低廉,通過不同的熱處理后,可獲得不同的力學性能,因此得到了極廣泛的應用。但碳素鋼的強度及淬透性低、熱硬性差,耐磨、耐蝕和耐熱等性能也都比較低。況且,工業的發展特別是國防、交通運輸、石油和化工等工業的發展,對材料提出了更高的要求,因而使用領域受到限制。為了改善碳素鋼的力學性能、工藝性能或某些特殊的物理、化學性能,在冶煉時,有選擇地向鋼液中加入一些合金元素,如錳、硅、鉻、鎳、鋁、鎢、釩、鈦、鈮、鋯、稀土元素等,這類鋼就統稱為合金鋼。模具鋼材是合金鋼中的一種。
  
  純鐵
  
 ?、?、碳素鋼用途的局限性
  
 ?、?淬透性低
  
  一般情況下,碳鋼淬火要求水冷,它水淬的最大淬透直徑為15~20MM,因此在制造大尺寸和形狀復雜的零件時,不能保證性能的均勻性和幾何形狀不變。
  
 ?、?強度和屈強比較低
  
  強度低使工程結構和設備笨重。A3鋼的σS≥240MPA,而低合金結構鋼16MN的σS≥360MPA。屈強比低說明強度的有效利用率低。40碳鋼的σS/σB為0.43,而合金鋼35CRNI3MO的σS/σB可達0.74。
  
 ?、?回火穩定性差
  
  由于回火穩定性差,碳鋼在進行調質處理時,為了保證較高強度而回火溫度應低些時,韌性又偏低;為了保證較好韌性而回火溫度應高些時強度又偏低,所以碳鋼的綜合機械性能很難提高上去。
  
 ?、?不能滿足某些特殊性能的要求
  
  碳鋼在抗氧化、耐腐蝕、耐熱、耐低溫、耐磨以及特殊電磁性能等方面往往較差,不能滿足特殊使用要求。
  
  為了解決上述問題,在碳鋼中特意加入合金元素,以彌補以上不足之處。
  
  模具鋼
  
 ?、?、合金元素在模具鋼材中的作用
  
  合金元素在模具鋼材中的作用非常復雜,到目前為止對它的認識還很不全面。
  
  下面著重分析合金元素與鐵和碳的作用、對鐵碳相圖的影響規律。
  
 ?、焙辖鹪嘏c鐵和碳的作用
  
  合金元素加入鋼中,主要與鐵形成固溶體,或者與碳形成碳化物,少量存在于夾雜物(如氧化物、氮化物、硫化物及硅酸鹽等)中,在高合金鋼中還可能形成金屬間化合物。
  
 ?、?溶入鐵中
  
  幾乎所有合金元素(除PB外)都可與鐵形成合金鐵素體或合金奧氏體。按照合金元素對α?FE或γ?FE的作用,可將它們分為兩大類。
  
 ?、贁U大γ相區元素亦稱奧氏體穩定化元素,主要是MN、NI、CO、C、N、CU等。
  
  它們使相圖中N點下降,G點上升,從而擴大γ相的存在范圍。其中NI、MN等元素加入到一定量后,可使G點降到室溫以下,使α相完全消失,它們稱為完全擴大γ區的元素。另外一些元素如C、N和CU等,雖擴大γ相區,但不能將其擴大到室溫,所以它們稱為部分擴大γ區的元素。
  
 ?、诳s小γ相區元素亦稱F穩定化元素,主要有CR、MO、W、V、TI、AL、SI、B、NB、ZR等。它們使G點上升,N點下降(CR例外,CR含量小于7%時,G點下降;大于7%后G點迅速上升),從而縮小γ相存在范圍,使F穩定區域擴大。其中CR、MO、W、V、TI、AL、SI等元素超過一定含量時,G點與N點重合,使γ相區被封閉,這時合金在固態范圍內一直處于單相α相狀態,它們稱為完全封閉γ區的元素。另外一些元素,如B、NB、ZR等,雖然也使γ相區溫度范圍縮小,但不能使其封閉,稱為部分縮小γ區的元素。
  
  上述元素中,只有C、N、B與鐵形成間隙固溶體,其它均與鐵形成置換固溶體。
  
 ?、?形成碳化物
  
  合金元素按其與鋼中碳親合力大小,分為碳化物形成元素和非碳化物形成元素兩大類。
  
 ?、?常用非碳化物形成元素有:NI、CO、CU、AL、SI、N、B等。它們不與碳形成化合物,除了在少數高合金鋼中可形成金屬間化合物外,基本上都溶于F和A中。
  
 ?、?常用碳化物形成元素有:MN、CR、MO、W、V、TI、NB、ZR等(按形成的碳化物的穩定性程度由弱到強的次序排列)。它們都是元素周期表中位于鐵左方的過渡族元素。MN與碳的親合力較弱,少部分溶于滲碳體中,大部分溶于F或A中。與碳的親和力較強的CR、MO、W等,含量較低時基本上與鐵一起形成合金滲碳體;含量較高時可形成新的合金碳化物。而與碳的親合力很強的元素V、TI、NB、ZR等,幾乎都是形成特殊碳化物。此外,總還有一部分強碳化物形成元素會溶于F或A中。
  
  合金滲碳體是部分鐵原子被碳化物形成元素置換后的滲碳體,如(FE,CR)3C、(FE,MN)3C等,其晶體結構與滲碳體相同,但比滲碳體略穩定些,硬度也略高些,這對提高鋼的耐磨性更有利。
  
  合金碳化物MN3C、CR7C3、CR23C6、FE3W3C等,比合金滲碳體的穩定性更高,而特殊碳化物MO2C、W2C、VC、TIC等的穩定性最高。穩定性愈高的碳化物,其熔點和硬度也愈高,加熱時也愈難溶于奧氏體中,因此對鋼的機械性能和工藝性能的影響很大。
  
 ?、埠辖鹪貙﹁F碳相圖的影響
  
  合金元素對鐵碳相圖的影響,與對純鐵的影響類似,但更復雜一些、影響主要分兩方面:
  
  純鐵
  
 ?、艑和F存在范圍的影響
  
 ?、贁U大γ相區元素均擴大鐵碳相圖中A存在的區域,其中完全擴大γ區的元素NI或MN的含量較多時,可使鋼在室溫下得到單相A組織,例如1CR18NI9高鎳A不銹鋼和ZGMN13高錳耐磨鋼等。
  
 ?、诳s小γ相區元素均縮小鐵碳相圖中A存在的區域,其中完全封閉γ區的元素(例如CR、TI、SI等)超過一定含量后,可使鋼在包括室溫在內的廣大溫度范圍內獲得單相F組織,例如1CR17TI高鉻F不銹鋼等。
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