合金模具鋼中加入合金元素的目的及作用

2024-07-18

　　

　　合金模具鋼中加入合金元素的目的及作用一合金模具鋼中為(wei) 什麽(me) 加入大量的合金元素?都加入哪些合金元素?加入大量的合金元素可以改善模具鋼原有的性能譬如改善強韌性、增加淬透性、增加耐磨與(yu) 耐蝕性、提高熱穩定性、改善切削加工工藝性等，使模具鋼更能滿足模具的使用要求。

　　一、合金模具鋼中所加的合金元素有：

　　①第二周期B、C、N;

　　②第三周期Si、Al、P、S;

　　③第四周期V、Cr、Ti、Mn、Co、Ni、Cu;

　　④第五周期Y、Zr、Nb、Mo;

　　⑤第六周期La族、Ta、W。

　　依據合金元素與(yu) C的親(qin) 和力的大小，合金模具鋼中加入的合金元素可分為(wei) 四類：

　　①強碳化物形成元素，如Ti、Zr、Nb、V;

　　②中強碳化物形成元素，如W、Mo、Cr;

　　③弱碳化物形成元素，如Mn;

　　④非碳化物形成元素，如Ni、Si、Al、Co、Cu、P、S、N.

　　二、合金模具鋼中加入合金元素的目的是什麽(me) ?

　　合金模具鋼實質上是在優(you) 質或高級優(you) 質碳鋼的基礎上加入合金元素形成的。加入合金元素的目的有這些：

　　⒈提高模具鋼的淬透性，增加模具鋼的硬化層深度;

　　⒉形成大量的合金碳化物，作為(wei) 模具鋼中的強化相，增加模具鋼的強度、硬度與(yu) 耐磨性;

　　⒊細化晶粒，提高模具鋼的強度與(yu) 韌性;

　　⒋固溶於(yu) 基體(ti) 組織中，起固溶強化作用;

　　⒌脫溶於(yu) 基體(ti) 組織，起沉澱強化作用;

　　⒍消除或降低模具鋼的回火脆性;

　　⒎固溶於(yu) 基體(ti) 組織中，提高模具鋼的熱穩定性和回火穩定性;

　　⒏改善模具鋼的耐蝕性及抗高溫氧化性;

　　⒐降低模具鋼的淬火變形，保持鋼件的尺寸穩定;

　　⒑改善切削加工工藝性。

　　三、合金模具鋼的合金元素主要起什麽(me) 作用?合金元素所起的作用有以下幾個(ge) 方麵。

　　⒈對臨(lin) 界點的影響

　　Mn、Co、Ni、C、Cu、N等元素合A3溫度下降，A4溫度升高;V、Cr、Ti、Mo、W、Al、P、Sn、Sb、As、B、Zr、Nb、Ta、S、Ce等元素使A3溫度升高，A4溫度下降。

　　⒉對鐵-碳合金臨(lin) 界點的影響

　　Mn、Ni、C、Cu、N等元素使鐵碳相圖中的S點和E點向下並向左移，A3線(GS線)也向下移(Co除外);V、Cr、Ti、Mo、W、Al、P、Sn、Sb、As、B、Zr、Nb、Ta、S、Ce等元素使S點和E點上升並向左移。

　　⒊與(yu) 模具鋼中晶體(ti) 缺陷的相互作用

　　一些合金元素與(yu) 晶界結合，形成晶界偏聚;與(yu) 位錯結合形成柯垂耳氣團。對鋼的組織及性能產(chan) 生影響，如產(chan) 生晶界強化、出現晶界脆性、出現晶間腐蝕等。

　　⒋對C、N形成碳化物、氮化物

　　Ti、Zr、Nb、V為(wei) 強碳化物形成元素，W、Mo、Cr為(wei) 中強碳化物形成元素，Mn為(wei) 弱碳化物形成元素;Ti、Zr、Nb、V為(wei) 強氮化物形成元素，W、Mo為(wei) 中強氮化物形成元素，Cr、Mn、Fe為(wei) 弱氮化物形成元素。碳化物與(yu) 氮化物作為(wei) 鋼組織中的強化相，起到提高強度、硬度與(yu) 耐磨性以及細化晶粒的作用。

　　⒌固溶於(yu) 基體(ti) 組織中起固溶強化作用

　　碳化物形成元素Ti、Zr、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn等與(yu) 非碳化物形成元素Ni、Si、Al、Co、Cu、P、S、N等，在高溫時能固溶於(yu) 奧氏體(ti) 中，相變後遺留固溶於(yu) 室溫組織中，對基體(ti) 組織起固溶強化作用。

　　⒍對C曲線影響

　　非碳化物形成元素Ni、Si、Al、Cu以及弱碳化物形成元素Mn等使C曲線右移而不改變曲線形狀。Co使C曲線左移。碳化物形成元素W、Mo、Cr、V等不僅(jin) 使C曲線右移而且使其形狀改變為(wei) 具有上、下兩(liang) 麵三刀個(ge) “C”形曲線。提高臨(lin) 界點的元素如Si、Al、Co、Cr、Mo、W、V等使C曲線的“鼻子”向上移動，降低臨(lin) 界點的元素如Mn、Ni、Cu等則使C曲線的“鼻子”向下移動。

　　⒎對奧氏體(ti) 化的影響

　　合金元素的加入提高了鋼奧氏體(ti) 化溫度和延長了奧氏體(ti) 化的時間。Al、Ti、Nb、V元素強烈阻止了奧氏體(ti) 晶粒長大，W、Mo中等阻止奧氏體(ti) 晶粒長大，C、P、Mn(高碳時)促進奧氏體(ti) 晶粒長大。

　　⒏合金元素對過冷奧氏體(ti) 轉變影響

　　Ti、Nb、V、W、Mo等強和中強碳化物形成元素強烈推遲珠光體(ti) 轉變，推遲貝氏體(ti) 轉變較少;升高珠光體(ti) 轉變溫度範圍，降低貝氏體(ti) 轉變溫度範圍，明顯出現珠光體(ti) 和貝氏體(ti) 兩(liang) 條C曲線。鉻和錳等中、弱碳化物形成元素強烈推遲珠光體(ti) 轉變，推遲後者更顯著，因而出現了另一種兩(liang) 條C曲線形式。非碳化物形成元素鋁和矽都增加過冷奧氏體(ti) 的穩定性，而推遲貝氏體(ti) 轉變更強烈。鎳強烈推遲珠光體(ti) 轉變，鈷降低過冷奧氏體(ti) 的穩定性。但鎳和鈷不改變碳鋼C曲線的形狀。鋼中晶界偏聚強烈的元素如硼、磷、稀土等元素使先共析鐵素體(ti) 轉變顯著推遲，對珠光體(ti) 和貝氏體(ti) 轉變推遲較弱，但不改變碳鋼C曲線的形狀。

　　⒐對馬氏體(ti) 轉變的影響

　　多數合金元素使馬氏體(ti) 點MS降低，其中Cr、Mn、Ni元素的作用很強。隻有Al 、Co元素是提高馬氏體(ti) 點MS的，Si元素則影響不大。

　　⒑對回火組織轉變的影響

　　多數合金元素推遲馬氏體(ti) 在第二階段的分解，阻止碳化物的分解和聚集，升高殘餘(yu) 奧氏體(ti) 的分解溫度，改善鋼的回火穩定性。同時合金元素也催了二次硬化、二次淬火現象。

　　⒒對工藝性的影響

　　加入大量的合金元素促使鋼內(nei) 部產(chan) 生大量的共晶碳化物，給鍛造增加了難度，經切削加工製造了困難，給熱處理帶來了棘手的難題，給焊接造成了難以實現的困難。模具鋼中加入Pb、Ca、S、Se元素，卻能改善模具鋼的切削加工工藝性。

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