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各種金屬元素對模具鋼的影響和作用
各種金屬添加劑和化學(xué)夾雜物對模具鋼強(qiáng)度的影響與粒度和含量密切相關(guān)。室溫下，當(dāng)氧化鋁顆粒超過1μm時(shí)，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度下降；當(dāng)夾雜物含量很低時(shí)，它對屈服強(qiáng)度的降低特別敏感。當(dāng)金屬斷裂時(shí)，裂紋不僅在基體中形成，而且經(jīng)常在夾雜物中形成，這導(dǎo)致鋼的斷裂。一般來說，夾雜物對鋼的縱向延性影響不大，但對橫向延性有顯著影響。硫化物含量的增加降低了鋼的各項(xiàng)韌性指標(biāo)，鋼的斷裂韌性隨著夾雜物數(shù)量或長度的增加而降低。為了使鋼具有良好的韌性并盡可能降低韌性各向異性，對夾雜物有以下要求:
雜物的體積分?jǐn)?shù)盡可能低；
夾雜物的均勻分布；
夾雜物應(yīng)具有緊湊的形狀；
夾雜物的硬度更好是鋼基體的兩倍，以便在熱加工過程中使夾雜物的變形更小化。
碳是對鋼的性能影響更大的基本元素。根據(jù)鋼中雜質(zhì)元素的含量和軋制后的冷卻條件，不同的碳含量對鋼的性能有不同的影響。隨著鋼中碳含量的增加，熱軋態(tài)碳鋼的硬度線性增加，塑性和韌性下降。以下德松模具鋼詳細(xì)列舉了各種金屬元素和化學(xué)元素在特殊鋼產(chǎn)品精煉中的作用和影響。
碳(c):
隨著鋼中碳含量的增加，屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度增加，但塑性和抗沖擊性下降。當(dāng)碳含量超過0.23%時(shí)，鋼的可焊性變差。因此，焊接用低合金結(jié)構(gòu)鋼的碳含量一般不超過0.20%。高碳含量也會(huì)降低鋼材的耐大氣腐蝕能力，高碳鋼在露天堆場容易生銹；此外，碳會(huì)增加鋼的冷脆性和時(shí)效敏感性。
硅(硅):
在煉鋼過程中，加入硅作為還原劑和脫氧劑，因此鎮(zhèn)靜鋼含硅0.15-0.30%。如果鋼中硅的含量超過0.50-0.60%，硅被認(rèn)為是合金元素。硅能顯著提高鋼的彈性極限、屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度，因此被廣泛用作彈簧鋼。在調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼中加入1.0-1.2%的硅可提高強(qiáng)度15-20%。硅與鉬、鎢和鉻結(jié)合可提高耐腐蝕性和抗氧化性，并可用于制造耐熱鋼。含硅1-4%的低碳鋼具有極高的磁導(dǎo)率，用于制造電工硅鋼片。隨著硅含量的增加，鋼的焊接性會(huì)降低。
錳(錳):
在煉鋼過程中，錳是一種很好的脫氧劑和脫硫劑。通常，鋼含有0.30-0.50%的錳。當(dāng)加入0.70%以上的碳鋼時(shí)，被認(rèn)為是“錳鋼”，不僅具有足夠的韌性，而且具有較高的強(qiáng)度和硬度，提高了鋼的淬透性和熱加工性。例如，16Mn鋼的屈服點(diǎn)比A3鋼高40%。含錳11-14%的鋼具有極高的耐磨性，用于挖掘機(jī)鏟斗、球磨機(jī)襯板等。隨著錳含量的增加，鋼的耐蝕性減弱，焊接性降低。
鉻(鉻):
在結(jié)構(gòu)鋼和工具鋼中，鉻可以顯著提高強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但同時(shí)降低塑性和韌性。鉻能提高鋼的抗氧化性和耐腐蝕性，是不銹鋼和耐熱鋼的重要合金元素。
鎳(鎳):
鎳可以提高鋼的強(qiáng)度，同時(shí)保持良好的塑性和韌性。鎳具有很高的耐酸堿性、防銹性和高溫耐熱性。然而，由于鎳是一種稀缺資源，應(yīng)盡可能使用其他合金元素來代替鎳鉻鋼。
莫(莫):
鉬可以細(xì)化鋼的晶粒，提高淬透性和熱強(qiáng)度，并在高溫下保持足夠的強(qiáng)度和抗蠕變性(高溫下的長期應(yīng)力和變形稱為蠕變)。在結(jié)構(gòu)鋼中添加鉬可以提高機(jī)械性能。它還能抑制合金鋼因火災(zāi)而產(chǎn)生的脆性。它可以改善工具鋼的發(fā)紅。
鈦(鈦):
鈦是鋼中的強(qiáng)脫氧劑。它能使鋼的內(nèi)部組織致密，細(xì)化晶粒力；降低老化敏感性和冷脆性。提高焊接性能。在鉻-18-鎳-9奧氏體不銹鋼中加入適量的鈦可以避免晶間腐蝕。
釩(v):
釩是一種很好的鋼鐵脫氧劑。在鋼中加入0.5%的釩可以細(xì)化晶粒組織，提高強(qiáng)度和韌性。釩和碳形成的碳化物可以提高高溫高壓下的抗氫腐蝕能力。
鎢(w):
鎢是一種高熔點(diǎn)、高比重的貴重合金元素。由鎢和碳形成的碳化鎢具有高硬度和耐磨性。在工具鋼中添加鎢可顯著提高紅硬性和熱強(qiáng)度，可用于切削工具和鍛模。
鈮(Nb):
鈮可以細(xì)化晶粒，降低鋼的過熱敏感性和回火脆性，提高強(qiáng)度，但塑性和韌性下降。在普通低合金鋼中加入鈮可以提高抗大氣腐蝕和抗高溫氫、氮、氨腐蝕的能力。鈮可以改善焊接性能。在奧氏體不銹鋼中加入鈮可以防止晶間腐蝕。
鈷(鈷):
鈷是一種稀有貴金屬，主要用于特殊的鋼和合金，如耐熱鋼和磁性材料。
銅(銅):
從WISCO大冶礦石提煉的鋼通常含有銅。銅可以提高強(qiáng)度和韌性，尤其是大氣腐蝕性能。缺點(diǎn)是在熱加工過程中容易產(chǎn)生熱脆化，當(dāng)銅含量超過0.5%時(shí)，塑性明顯降低。當(dāng)銅含量低于0.50%時(shí)，對焊接性沒有影響。
鋁(鋁):
鋁是鋼中常用的脫氧劑。在鋼中加入少量鋁可以細(xì)化晶粒，提高沖擊韌性，如深沖鋼板用08Al鋼。鋁還具有抗氧化性和耐腐蝕性。鋁與鉻和硅的結(jié)合可以顯著提高鋼的抗高溫剝離和抗高溫腐蝕性能。鋁的缺點(diǎn)是它影響鋼的熱加工性、焊接性和切削加工性。
硼(b):
加入少量硼可以提高鋼的致密性、熱軋性能和強(qiáng)度。
氮(n):
氮可以提高鋼的強(qiáng)度、低溫韌性和焊接性，增加時(shí)效敏感性。
磷(磷):
在正常情況下，磷是鋼中的一種有害元素，它增加了鋼的冷脆性，惡化了可焊性，降低了塑性，并惡化了冷彎性能。因此，通常要求鋼中的磷含量低于0.045%，對優(yōu)質(zhì)鋼的要求較低。
硫:
在正常情況下，硫也是一種有害元素。它使鋼變得熱脆，降低延展性和韌性，并在鍛造和軋制過程中產(chǎn)生裂紋。硫?qū)附有砸彩怯泻Φ?，?huì)降低耐腐蝕性。因此，硫含量通常小于0.055%，優(yōu)質(zhì)鋼小于0.040%。在鋼中加入0.08-0.20%的硫可以改善可加工性，這通常被稱為易切削鋼。
氫(h):
鋼中的氫被生銹的含水爐料或含有水蒸氣的爐氣吸收。氫氣對鋼鐵非常有害。首先，它會(huì)引起氫脆，即在低于鋼的極限應(yīng)力的作用下，經(jīng)過一段時(shí)間后，它會(huì)毫無征兆地突然斷裂，這往往會(huì)造成災(zāi)難性的后果。第二，它導(dǎo)致鋼中出現(xiàn)大量細(xì)小裂紋和白點(diǎn)，在鋼的縱向端面上出現(xiàn)光滑的銀色斑點(diǎn)，酸洗后在端面上出現(xiàn)更多的細(xì)微裂紋。白點(diǎn)使鋼的伸長率明顯下降，特別是端面收縮和沖擊韌性下降更多，有時(shí)接近于零。因此，帶白點(diǎn)的鋼不能使用，這種缺陷主要出現(xiàn)在合金鋼中。
氧氣(o):
氧在鋼中溶解度低，幾乎所有的氧都以氧化物夾雜物的形式存在于鋼中，如FeO、AL2O3、MnO、CaO、MgO等。此外，鋼中還有FeS、MnS、硅酸鹽、氮化物和磷化物。這些夾雜物破壞了鋼基體的連續(xù)性，往往成為靜載荷和動(dòng)載荷下裂紋的起點(diǎn)。這些非金屬夾雜物不同程度地影響鋼的各種性能，尤其是鋼的塑性、韌性、疲勞強(qiáng)度和耐腐蝕性。因此，應(yīng)嚴(yán)格控制非金屬夾雜物。
稀土(Xt):
稀土元素是指元素周期表中原子序數(shù)為57-71的15種鑭系元素。這些元素都是金屬，但它們的氧化物與“地球”非常相似，所以它們通常被稱為稀土。在鋼中加入稀土可以改變鋼中夾雜物的組成、形態(tài)、分布和性能，從而改善鋼的韌性、焊接性和冷加工性能等多種性能。在犁鏵鋼中加入稀土可以提高耐磨性。
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