合金元素的作用(ppt)

合金元素作用
合金是由两种或两种以上金属或金属与非金属元素混合而成的材料。

在工程领域中，合金具有许多重要作用，因为它们可以提高金属的物理和化学特性。

下面介绍合金元素的作用。

1. 提高强度和硬度
合金元素的添加可以提高金属的强度和硬度。

例如，钢经过高温淬火、淬透和回火，可以通过安排合理的合金成分，使其具有高强度、高弹性和高韧性。

2. 改善耐腐蚀性能
合金元素的添加也可以改善金属的耐蚀性能。

例如，不锈钢是一种含有铬、镍和其他合金元素的钢类，具有优异的耐腐蚀性，特别是在酸性和碱性环境中。

3. 提高耐磨性能
含有合金元素的金属材料通常具有良好的耐磨性能。

铜合金、钼合金、铬钼钢和淬火处理的高铬合金等都是可以用来制造机器和设备零件的优秀材料。

4. 提高热稳定性
通过添加稀有金属（如钽、铌和钨等）制造的合金，可以提高金属的高温强度和热稳定性。

这些合金常用于高温下的石化、核电、航空航天等行业。

5. 改善电导率和磁导率
某些合金元素的添加可以改善电导率和磁导率。

例如，铝合金中添加一些铜、镁等元素，可以增加其电导率；而由带有铬或钴合金制成的磁体，具有高磁导率和特定的磁特性。

总之，合金元素的添加可以提高金属的物理、化学和机械特性，从而使它们在各种工业领域中应用得更加广泛，这些领域包括汽车、航空航天、船舶、电子、精密机械、医疗器械等。

合金元素在钢中的作用钢中的元素分常存和添加两种。

在实际生产和使用的钢中总是有少量非有意加入的各种元素，如硅、锤、磷、硫、氧、氮、氢等，这些元素称为常存或残余元素。

其中，硅、锺是脱氧后残留下来的；磷、硫主要是原材料带来的；而氧、氮、氢部分是原材料带来，其余部分是在冶炼过程中从空气中吸收的。

为了改善和提高钢的某些性能，或获得某些特殊性能而有意在冶炼过程中加入的元素称为合金元素。

常用的合金元素有铭(Cr）、镇（Ni ）、铝（Mo ）、鸽（W）、饥（V）、铁（Ti）、银（Nb ）、错（Zr）、钻（Co）、硅（Si）、锤（Mn）、铝（Al）、铜（Cu）、棚（B）、稀土(Re）等。

磷（P）、硫（S）、氮（N）等在某些情况下也起到合金元素的作用。

合金元素在钢中与铁和碳这两个基本组元的相互作用，以及它们彼此之间的相互作用，影响钢中各组成相、组织和结构，促使其发生有利的变化，可提高和改善钢的综合力学性能；能显著提高和改善钢的工艺性能，如洋透性、回火稳定性、切削加工性等；还可使钢获得一些特殊的物理化学性能，如耐热、不锈、耐腐蚀等。

这些性能的改善和获得，一部分是加入合金元素的直接影响，而大部分则是通过合金元素对钢的相变过程影响所引起的。

合金元素所起的作用，与其本身的原子结构、原子大小和晶体结构特征等有关。

人们对合金元素在钢中所起作用的认识是经过长期实践、不断探索而发展起来的，因此，还需不断地研究、探索、发展。

总的说来，合金元素在退火状态下起着强化铁素体的作用，从而提高退火状态下钢的强度。

它们对铁素体强化的程度由强到弱排列为P、Si、Ti、Mn,Al、Cu,Ni、W、Mo、V、Co、Cro除镇外，它们都使伸长率和冲击值下降，而镇一方面显著提高强度，另一方面却始终使塑性和韧性保持高水平。

除C o、Al外的大多数合金元素在洋火回火状态下均能提高钢的洋透性。

添加了合金元素的合金钢在硬度、强度（σb,a.),塑性指标（σ%，ψ%）等性能方面均高于碳钢，冲击韧性αk也较高。

各种元素在铝合金中的作用1.合金元素影响铜元素铝铜合金富铝部分548时，铜在铝中的最大溶解度为 5.65%,温度降到302时，铜的溶解度为0.45%。

铜是重要的合金元素，有一定的固溶强化效果，此外时效析出的CuAl2有着明显的时效强化效果。

铝合金中铜含量通常在2.5% ~ 5%，铜含量在4%~6.8%时强化效果最好，所以大部分硬铝合金的含铜量处于这范围。

铝铜合金中可以含有较少的硅、镁、锰、铬、锌、铁等元素。

硅元素Al—Si合金系富铝部分在共晶温度577 时，硅在固溶体中的最大溶解度为1.65%。

尽管溶解度随温度降低而减少，介这类合金一般是不能热处理强化的。

铝硅合金具有极好的铸造性能和抗蚀性。

若镁和硅同时加入铝中形成铝镁硅系合金，强化相为MgSi。

镁和硅的质量比为1.73:1。

设计Al-Mg-Si系合金成分时，基体上按此比例配置镁和硅的含量。

有的Al-Mg-Si合金，为了提高强度，加入适量的铜，同时加入适量的铬以抵消铜对抗蚀性的不利影响。

Al-Mg2Si合金系合金平衡相图富铝部分Mg2Si 在铝中的最大溶解度为1.85%，且随温度的降低而减速小。

变形铝合金中，硅单独加入铝中只限于焊接材料，硅加入铝中亦有一定的强化作用。

镁元素Al-Mg合金系平衡相图富铝部分尽管溶解度曲线表明，镁在铝中的溶解度随温度下降而大大地变小，但是在大部分工业用变形铝合金中，镁的含量均小于6%，而硅含量也低，这类合金是不能热处理强化的，但是可焊性良好，抗蚀性也好，并有中等强度。

镁对铝的强化是明显的，每增加1%镁，抗拉强度大约升高瞻远34MPa。

如果加入1%以下的锰，可能补充强化作用。

因此加锰后可降低镁含量，同时可降低热裂倾向，另外锰还可以使Mg5Al8化合物均匀沉淀，改善抗蚀性和焊接性能。

锰元素Al-Mn合金系平平衡相图部分在共晶温度658时，锰在固溶体中的最大溶解度为1.82%。

合金强度随溶解度增加不断增加，锰含量为0.8%时，延伸率达最大值。

钢材合金中各种元素的作用1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。

碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。

2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。

如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。

硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。

在调质结构钢中加入 1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。

硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。

含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。

硅量增加，会降低钢的焊接性能。

3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。

在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。

含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。

锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。

4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。

因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。

5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。

使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。

硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。

所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。

在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。

6、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。

合⾦元素的作⽤合⾦元素随着C、Mn、S、P、Si含量的增加，σs提⾼，塑性应变⽐R减⼩。

Mn可提⾼钢防⽌热脆的能⼒。

S使钢产⽣热脆，硫化物夹杂促使钢中形成带状组织，恶化冲压性能。

P能溶于铁素体内使铁素体在室温下强、硬度提⾼，塑、韧性下降，发⽣冷脆。

S 偏析现象严重，且很难经扩散退⽕完全消除，易出现带状组织。

Al可使O和N固定在Al2O3和AlN 中，消除钢的时效硬化；Al 也可控制晶粒度及晶粒形状，形成{111}织构；若Al含量⼩于0.02%，则其不能消除游离态的N，若Al含量⼤于0.065%，则其在钢中会起到合⾦化的作⽤，使σs升⾼，理想含量为0.025~0.05%。

沸腾钢中的固溶氮含量较⾼，时效硬化明显。

铝镇静钢在光亮退⽕过程中，绝⼤部分碳析出形成Fe3C，经平整后性能稳定。

IF钢中添加了强碳、氮化合物形成元素Ti或Nb，具有超低碳，微合⾦化，钢质纯净及⽆时效性等特点。

Mn⼤部分溶于α-Fe,形成置换固溶体，并使α-Fe强化；⼀部分溶于Fe3C，形成合⾦Fe3C，可增加P相对量，并使P变细；MnS能减轻S的“热脆”。

Si也溶于Fe3C，使Fe3C。

S不溶于Fe，FeS与Fe共晶，并分布于A晶界。

在1000~1200℃，FeS-Fe 共晶溶化，晶粒脱开，钢材变得极脆。

P全部溶于Fe3C，使脆性转化温度升⾼，发⽣“冷脆”。

不锈钢中Cr的主要作⽤是产⽣钝化，阻碍阳极反应，增加耐腐蚀性；Ni起扩⼤γ区，降低钢的Ms点，使钢在室温下具有单相奥⽒体组织。

钢中的H、O、N是在炼钢时进⼊的，Ni、Cu、Sn是由废钢原料带⼊，Al、Ti是为脱氧⽽引⼊。

Al、N、Co、Ti、V可细化晶粒，C、N起固溶强化作⽤，Ni、Co、Ti、V、W起弥散强化作⽤。

C含量低，Al、Mn 含量⾼，晶粒细化的钢的韧性较好；晶粒细化，Mn、Ni固溶强化可使钢的韧性随屈服强度增加⽽得以改善，⽽弥散硬化，位错强化，C固溶则使钢随屈服强度增加⽽使韧性恶化。