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不锈钢中主要元素及其影响

     一般认为纯金属具有较高的塑性,当加入其他合金元素后成单相固溶体时也有较好的塑性,若所含的元素形成化合物时使塑性降低。面心立方晶体,如Cu、Al、Ni、Pb、Au、Ag等具有较高的塑性。体心立方晶体,如Fe、Cr、W、Mo、β-黄铜等的塑性居次。塑性较低的是六方晶格金属,如Zr、Hf、Ti等。

      铁镍合金可形成连续固溶体,因此在铁与镍任意比例的情况下,合金的塑性都是很高的。此情况也适用于三元合金,例如在Fe-Vi-Cr形成的三元合金中,当Cr的含量不超过8%时,此合金的塑性与纯铁的塑性无大差别。当对纯固溶体进行塑性加工时,合金的塑性与其基体元素的塑性相近。

     上述讨论只是对合金仅含有形成固溶体的元素,而不含有其它元素的条件下才是正确的,但实际上这种条件几乎是不存在的。因为除基本元素外,所有的钢与合金都含有一系列的必需元素和附带的不必需的其它元素,形成不溶于固溶体或部分溶于固溶体的金属间化合物,这类元素有硫、铝、硅、铅、锡等等,在固溶体中的过剩相,对其塑性有非常大的影响。

 ①合金元素的影响

铁(Fe):化学纯铁有非常高的塑性;

碳(C):在碳钢中含碳量越高塑性越差;

锰(Mn):奥氏体锰钢,由于低的导热性和大的膨胀系数,使之具有高的加热速度敏感性;

硫(S):硫溶于固溶体内甚微。某些硫化物共晶体和化合物的熔点低,钢在加热时会产生红脆现象;钢是否会产生红脆与锰含量有关,当Mn/S大于3时不会出现红脆。

氧(O):与硫类似;

硅(Si):纯硅不能进行塑性加工。当在钢和合金中的硅与固溶体形式存在时,它对该金属的塑性影响不大;

镍(Ni):纯镍具有高塑性。镍为奥氏体形成元素,镍可提高纯铁的强度和塑性,能减缓钢在加热时晶粒的长大,在含镍高的钢中提高含硫量会引起钢的红脆;

铬(Cr):工业用铬为脆性材料。铬为铁素体形成元素,在一系列的奥氏体合金中,含有一定量的铬会产生铁素体的过剩相使钢的塑性降低,在钢中加入铬会使其导热性降低;

钨(W)、钼(Mo)、钒(V):这些都是碳化物形成元素,他们所形成的碳化物极为稳定,这些碳化物能阻止奥氏体加热时的晶粒长大,减小钢的过热敏感性;

铜(Cu):纯铜具有非常高的塑性。铜只能在氧化气氛中加热,若在还原气氛中加热,铜会变成红脆;

磷(P):磷严重地影响钢的冷变形能力,并随着含磷量的升高而减弱,即所谓出现冷脆现象。

在Cr18Ni9型不锈钢中,当含铅量大于0.007%时便产生红脆。

氢(H)、氮(N):热加工时对钢的塑性无明显影响。

不锈钢中最常见的元素为C、Si、Mn、P、S、Cr、Ni、Mo、Cu、N。

 ②金属宏观组织的影响

铸态奥氏体不锈钢具有非常明显的横晶宏观组织,对铁素体钢,其大部分为等轴晶。具有明显横晶宏观组织的奥氏体不锈钢在热加工中仍有很高的塑性。

 ③金属微观组织的影响

奥氏体Cr-Ni不锈钢中因含有Ni、Cr和其他合金元素的不同,会含有不同量的α相,钢中含Ni量越多和含Cr、Si量越少时,α相越少,相反α相越多,钢中含α相越多钢的塑性就越低。

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