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不銹鋼中主要元素及其影響

     一般認為純金屬具有較高的塑性,當加入其他合金元素后成單相固溶體時也有較好的塑性,若所含的元素形成化合物時使塑性降低。面心立方晶體,如Cu、Al、Ni、Pb、Au、Ag等具有較高的塑性。體心立方晶體,如Fe、Cr、W、Mo、β-黃銅等的塑性居次。塑性較低的是六方晶格金屬,如Zr、Hf、Ti等。

      鐵鎳合金可形成連續固溶體,因此在鐵與鎳任意比例的情況下,合金的塑性都是很高的。此情況也適用于三元合金,例如在Fe-Vi-Cr形成的三元合金中,當Cr的含量不超過8%時,此合金的塑性與純鐵的塑性無大差別。當對純固溶體進行塑性加工時,合金的塑性與其基體元素的塑性相近。

     上述討論只是對合金僅含有形成固溶體的元素,而不含有其它元素的條件下才是正確的,但實際上這種條件幾乎是不存在的。因為除基本元素外,所有的鋼與合金都含有一系列的必需元素和附帶的不必需的其它元素,形成不溶于固溶體或部分溶于固溶體的金屬間化合物,這類元素有硫、鋁、硅、鉛、錫等等,在固溶體中的過剩相,對其塑性有非常大的影響。

 ①合金元素的影響

鐵(Fe):化學純鐵有非常高的塑性;

碳(C):在碳鋼中含碳量越高塑性越差;

錳(Mn):奧氏體錳鋼,由于低的導熱性和大的膨脹系數,使之具有高的加熱速度敏感性;

硫(S):硫溶于固溶體內甚微。某些硫化物共晶體和化合物的熔點低,鋼在加熱時會產生紅脆現象;鋼是否會產生紅脆與錳含量有關,當Mn/S大于3時不會出現紅脆。

氧(O):與硫類似;

硅(Si):純硅不能進行塑性加工。當在鋼和合金中的硅與固溶體形式存在時,它對該金屬的塑性影響不大;

鎳(Ni):純鎳具有高塑性。鎳為奧氏體形成元素,鎳可提高純鐵的強度和塑性,能減緩鋼在加熱時晶粒的長大,在含鎳高的鋼中提高含硫量會引起鋼的紅脆;

鉻(Cr):工業用鉻為脆性材料。鉻為鐵素體形成元素,在一系列的奧氏體合金中,含有一定量的鉻會產生鐵素體的過剩相使鋼的塑性降低,在鋼中加入鉻會使其導熱性降低;

鎢(W)、鉬(Mo)、釩(V):這些都是碳化物形成元素,他們所形成的碳化物極為穩定,這些碳化物能阻止奧氏體加熱時的晶粒長大,減小鋼的過熱敏感性;

銅(Cu):純銅具有非常高的塑性。銅只能在氧化氣氛中加熱,若在還原氣氛中加熱,銅會變成紅脆;

磷(P):磷嚴重地影響鋼的冷變形能力,并隨著含磷量的升高而減弱,即所謂出現冷脆現象。

在Cr18Ni9型不銹鋼中,當含鉛量大于0.007%時便產生紅脆。

氫(H)、氮(N):熱加工時對鋼的塑性無明顯影響。

不銹鋼中最常見的元素為C、Si、Mn、P、S、Cr、Ni、Mo、Cu、N。

 ②金屬宏觀組織的影響

鑄態奧氏體不銹鋼具有非常明顯的橫晶宏觀組織,對鐵素體鋼,其大部分為等軸晶。具有明顯橫晶宏觀組織的奧氏體不銹鋼在熱加工中仍有很高的塑性。

 ③金屬微觀組織的影響

奧氏體Cr-Ni不銹鋼中因含有Ni、Cr和其他合金元素的不同,會含有不同量的α相,鋼中含Ni量越多和含Cr、Si量越少時,α相越少,相反α相越多,鋼中含α相越多鋼的塑性就越低。

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