合金元素的特性2.docx

合金元素的特性2.docx

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合金元素的特性2

1、从合金中Si-C关系可知，为了使硅铬合金的含碳量降到0.1%一下，合金中的含硅量必须高于35%，实际生产中，合金中的含硅量一般都控制高于40%。

而43%时有一个显著的转折点，即再提高Si量对降低含碳量已不明显。

2、选择和控制炉渣成份时必须考虑下列主要原则：

1）、炉渣的成分应保证使有用元素得到最大限度的还原，有害元素还原得最小；

2）、炉渣的熔点必须能使炉铁内达到足够的温度，以使熔炼过程能顺利进行；

3）、炉渣必须有良好的流动性，以便从炉内放出和保证渣、铁分离，但也不能太稀，以免破坏炉衬；

4）、炉渣数量应最少，以节约热量和减少元素在渣中的损失。

3、渣中Al2O3含量对炉渣粘度有影响，若渣中Al2O3含量过高，炉渣粘度增加，不利于排渣。

通常冶炼含碳量高的TCr600时，渣中Al2O3应控制的高些，冶炼含碳量最高的TCr1000时，渣中Al2O3应控制的低些。

4、真空脱碳要考虑以下两个因素：

（1）、温度：

温度越高反应速度越快，但温度高于或等于炉料的熔点（炉料溶化温度大约在1500℃）时，炉料就会产生溶化现象，封闭了反应产物CO的出路，是反应中断。

因此，合理的控制炉内温度是非常重要的，适宜的温度是1250~1450℃。

（2）、压力：

降低炉内CO压力是加速反应的另一个重要的因素。

真空炉抽气系统的能力应该保证炉料脱碳反应过程中有较低的压力，以加速反应的进行。

5、熔炼终点通常按以下几点来判断：

（1）、料面有明显的收缩，料面温度达到1450℃，料低温度达到1250℃以上；

（2）、予抽前真空度达到0.5乇以下，经熔炼后真空度又回到0.5乇以下；

（3）、在正常情况下，每炉熔炼时间和电耗大致相同；

（4）、根据管道测量，漏气率一定，炉气中CO含量有所减少，氧含量相应有所增高

6、为了保证渗氮的效果必须注意下列几点：

（1）、铬铁块严禁表面溶化或再结晶，要求在脱碳阶段的中后期升温应缓慢些，温度控制在1400℃；

（2）、配料的过剩氧取最低限，不然氧化物夹杂会阻碍渗氮，造成氮化铬铁含氮量低；

（3）、真空度应高些，炉内空气量越少对渗氮越有利。

因为空气吸附在铬铁的表面和孔道处，氮气难以将它们赶走，不仅渗氮速度受到影响，而且生成氧化薄膜会将低渗氮效果，影响氮化铬铁的质量。

7、渗氮终点可由两方面进行判断：

（1）、氮气管道内的氮流动声音消失；

（2）、炉内由原来的负压升到大气压。

8、影响氮化铬焙烧转化率的主要因素有矿石的粒度及其成份、炉料的配比、焙烧温度、焙烧时间、焙烧操作和窑内气氛等。

矿石的粒度越细，反应也越完全。

但当原料中杂质含量高时，副反应的速度也快且完全。

要求铬矿中含Cr2O3越高越好，

，SiO2≤2.0%，Al2O3越低越好。

料在1000~1150℃的温度下焙烧1.5~2小时。

9、Cr-Fe-C系：

碳化物：

（Cr,Fe）23C6，（Cr,Fe）7C3，（Cr,Fe）3C2和金属间化合物FeCr（δ-相），上述三种碳化物均是可置换型组合相，铬与铁在碳化物的晶格上可以互相置换。

在碳化物Fe3C中铬可以置换18%的铁，在Cr23C6中可以置换达35%的Cr，在Cr7C3中铁可以置换到50%的铬，但在碳化物Cr3C2中铁只能置换少量的铬。

随着合金中碳浓度的提高合金密度降低，含碳7.7%和8.5%的铬铁在结晶时出现大量气孔。

10、Cr-N系：

N与Cr形成固溶体[N]Cr和两个氮化物Cr2N（11.87%N）和CrN（21.22%N）。

Cr2N当温度大于1500℃时被分解。

CrN当加热温度不低于1000℃时被分解。

两个氮化物都可以溶解碳形成碳氮化物Cr2（C,N）,Cr（C,N）。

钼铁：

钼的最重要的用途是用于炼制合金钢。

因钼能降低钢的共晶分解温度，扩大钢的淬火温度范围，从而影响钢的淬火硬化深度。

钼经常与其它元素，如：

铬、钒、等配合使用，使钢具有均匀的结晶组织，提高钢的强度、弹性极限、抗磨性和冲击强度等性能。

钼广泛用于炼制结构钢、弹簧钢、轴承钢、工具钢、不锈耐酸钢、耐热钢和磁钢等系列钢种。

钼的主要物理化学性质：

原子量：

95.94。

比重：

10.32。

熔点：

2600℃，沸点：

5500℃。

钼在空气中于400℃以下是稳定的，高于400℃时就被氧化，高于600℃时生成三氧化二钼。

真空冶炼法：

真空冶炼法的优越性在于直接用辉钼矿生产钼铁，杂质含量很低。

美国公布一项真空法熔炼钼铁的专利，是将辉钼矿（MoS2约为82.5%）含铁原料和碳质还原剂充分混合压制成块，放入碳质炉衬，碳电极的真空炉中，在1650℃下真空加热2小时，使MoS2分解，拍掉S。

冷却后得到的金属含Mo：

85~94%，C<0.07%，S<0.08%。

11、钛铁：

一、作用：

钛在炼钢生产中是作为脱氧剂和合金剂来应用的。

其脱氧能力超过硅，可与Al相比，它与铝都是强脱氧剂，钛又是一种脱氮剂。

熔炼耐磨钢和耐热钢时，用钛作为稳定剂，使碳化合成稳定的碳化物和抑制碳化铬的生成。

钛可减少晶间腐蚀并可改善耐腐蚀铬镍钢的焊接性。

钛的韧性很大，但少量杂质便会使其韧性恶化。

钛作为脱氧剂，产生的脱氧产物具有熔点低（FeO.Ti2-1370℃），因而分散的炉渣夹杂物易于聚合浮至表面。

镇静钢用钛脱氧可以减少钢锭上部的偏析，因而可以改善钢锭质量，提高钢锭的收得率。

钛与溶解在钢水中的氮结合生成一种稳定的不溶于钢水中的氮化钛。

钛与钢水中的碳生成碳化钛，因而可使钢的强度增加，并可以减少不锈钢的晶间腐蚀倾向，提高了钢的抗腐蚀性能。

用钛稳定的含18%Cr和8%Ni的不锈钢可以焊接，且不必担心焊缝淬裂。

在铸铁中加入钛，于过冷时有助于形成细晶石磨。

为了使膨胀倾向尽可能的小，在高硅耐热铸铁中有时要加钛。

较软基体中的匀细分散的碳化泰可以保证铸铁具有良好的耐磨性，而又不影响其加工性，可以作焊条（钛铁）。

二、钛的主要物理性质：

钛是银白色具有金属光泽的金属，在加热时具有良好的延展性。

原子量为47.9，比重为4.5，熔点为1668℃，沸点为3285℃。

三、Ti-Fe系：

液体状态下，该系生成任一含量的合金，已知的化合物有TiFe2，TiFe，可能还有Ti2Fe。

按如下反应式生成氮化钛：

2TiO2+4C+N2=2TiN+4CO

可能还有TiN4，Ti5N6，Ti3N6及TiN6氮化物。

这些氮化物具有很广的均质区。

可能性最大的组成为TiN（22.7%N，密度为5.2，熔点为3303K）。

2Ti+N2=2TiN

12、钨铁：

钨的性质：

原子量183.85，比重为1927，熔点为3380℃。

沸点为5927℃。

钨铁的作用：

钨可增大钢的强度极限，屈服点，耐磨性和抗冲击性。

提高高温强度和硬度，增加自硬性，减少形成热烈的可能性。

钨在磁性钢中可增大磁化强度和改善矫顽磁性。

占全部80%以上的钨用于钢的合金化。

随着钨含量的增高，冲击韧性和抗过热性增大。

而淬透性减小，因为在此情况下，生成稳定的WC，钢中碳和钨的浓度下降，降低回火脆性，导热性和焊接性。

钨和钼与磷有很高的化学亲和力。

钨以碳化钨（以铸造或粉末冶金方法制取）形成含在金属陶瓷中，具有很高的硬度和耐磨性。

这些合金用于制造切削和钻探工具的工作部位及拔丝用的拉丝模等。

这些合金中有钼、铌、钽及钛的碳化物。

在那些含有钽、镍及其它具有很高导电性、导热性及耐磨性的元素的合金中，也含有钨。

使用这些合金作为电动机极易磨损的阀、冲模、涡轮机叶片等覆层。

钨合金可以确保在2400~2500K工作温度下具有很高的强度。

钨的化合物在化学工业和石油工业中作触媒剂。

13、钒铁：

钒主要作为合金化元素使用。

其含量不大，对钢的性质也有影响。

钒在奥氏体类钢中可稳定高温碳含量低条件下的铁素体。

形成碳化物后，它使钢的结晶组织细化，从而可提高钢的强度，韧性，可塑性及耐磨性。

当含V0.03~0.05%时可减少因钢中氮含量较高而造成钢的时效敏感性并可以改善钢锭表面状态。

当V0.01~0.04%时表可显著提高钢在高温下淬火和退火的性质。

钒也用于铸铁的合金化。

铸铁中含V0.1~0.2%，可防止石墨化，阻止游离石墨和铁素体的析出，稳定渗碳体及显著增大铸铁的白口层深度。

同时可提高其冲击韧性。

往轧辊铸件用的铸铁中添加0.2%V可促使形成坚硬的表面，并且白口层深度增大，而轧辊心部为细晶粒组织且韧性大。

应用含钒和其他元素的合金可以制造出能在苛刻条件下工作的制件。

含40%V和5%Al的合金及含0.5%C，Ti50%及15%Cr的合金在高温下可长时间保持其强度。

这些合金用于制造在873~973K温度下工作的涡轮喷气式电动机的叶轮，蒸气和气体涡轮机的转子和叶子。

含45~50%V，40~50Nb，10%Ti并添加硅和铝的合金在空气和973K温度下的纯氧气中具有很高的耐腐蚀性。

温度在1573~1273K时，它们在侵蚀性介质中的耐腐蚀强度比耐腐蚀钢要高很多。

大部分钒（85%）用于钢铁冶金中，而有色冶金为8~10%。

只有高纯度钒才具有良好的强度和可塑性，数量不多的杂质便使其变脆。

V-N系：

钒生成氮化物VN（熔点=2323K），反应式为（1500~2000K）：

V+0.5N2=VN

氮化钒合金：

含氮钒铁广泛用于生产氮化物硬化钢，因为在热处理过程中析出氮化钒（VN）或碳氮化钒（V【C,N】）。

可用各种不同方法，制取以钒为基的氮化铁合金：

1）、合金粉末固相（900℃）饱和渗氮（6~8%N）；

2）、熔体吹氮（3~4.0%N）；

3）、等离子氮化（0.3~0.5%N）；

硅钒铁合金也可类似与硅锰合金饱和渗氮进行氮化处理。

14、磷铁：

一、基本性质：

磷有三种变体，白磷，红磷和黑磷。

白磷在空气中极易氧化，是一种剧毒物质。

它在光的作用下呈现黄褐色，俗称黄磷。

磷有同素异晶转变。

二、磷的作用：

磷对绝大多数钢种来说是有害的杂质，降低钢的塑性和韧性。

但使用含磷的钢压薄板时，能防止钢板间产生粘着现象。

生产轧辊时，加入0.4~0.5%的磷可改善其流动性，避免表面产生裂纹。

生产高磷耐磨铸铁时，磷在铸铁中形成均匀的二元磷共晶组织，且呈网状分布。

由于磷共晶硬度较高，所以火车闸瓦中含有0.7~1%的磷，可提高其耐磨性能。

磷还可提高和改善钢的切削性能。

三、化学性能：

原子量为30.975，比重为1.83，红磷为2.2熔点为44℃，沸点为260℃。

15、硼铁：

1、硼的主要物理性质：

无论是无定形硼，还是结晶硼的纯样品均呈现黑色，硬度为9.3。

原子量为10.81，比重为2.34，熔点为2050℃，沸点为3900℃。

二、硼的用途：

硼铁作为含硼的合金元素加入钢中，钢中含硼是微量的，一般为0.002~0.005%。

向碳钢或合金结构钢加入硼能显著的提高钢的淬透性和改善钢的机械性能。

在优质钢中加入硼能代替其他合金元素而不影响其机械性能，向耐热钢和耐热合金中加入硼，不仅能提高其耐热强度，同时还可提高合金的塑性。

铸铁中加入硼使铸铁组织中除石墨和珠光体外，又析出高硬度的含硼碳化物组织，从而提高了铸铁的耐磨性。

硼以合金形式用于钢和有色金属合金的合金化和变性处理。

硼以0.005~0.05%加入即可提高钢的淬透性并阻止奥氏体分解。

硼对铸铁合金化还可减少石墨析出量，增大白口层深度，提高铸铁的强度和硬度。

硼合金可加入以硅和铝为基的液态合金中，对其变性处理。

氮化硼材料对核装置的保护作用是其他材料所无法代替的。

用碳化硼和三价氮化硼制作的工具研磨性非常高。

16、铌铁：

一、铌的物理化学性质：

原子量为92.91，熔点为2741K，沸点为3173K，密度为8.6。

铌铁是灰色金属，塑性好，铌在空气中很稳定，473K开始氧化生成致密的氧化膜。

阻止氧向内扩散，并使金属不会变脆。

2、铌铁的用途：

铌铁在冶金工业中作为合金剂使用。

不锈钢和耐热钢钢中加铌有利于提高其可塑性和抗蚀性；铌在合金钢中可起细化组织及在高温下阻止晶粒长大的作用，从而能提高合金钢在常温特别是高温下的强度；铌能够改善结构钢的焊接性能。

在碳钢中加入0.02~0.03%的铌，其机械性能与普通碳钢比较，屈服强度提高了8~10公斤/毫米，抗张强度提高了2~5公斤/毫米，且焊接性能好。

由于铌的碳化物熔点高且质地坚硬，所以它可以与其他碳化物及高熔点金属炼制硬质合金。

铌在真空电子技术和原子能工业中也有应用。

当耐蚀铬镍钢中铌的加入量【%Nb】=7【%C】-0.02时，即可防止晶间腐蚀，因为碳化合成热力学上稳定的碳化物，铌对氧的亲和力比铁高，脱氧反应。