Virkninger af elementer i legeringer på mekaniske egenskaber 

Tilføjelsen af forskellige metalelementer i en legering kan i væsentlig grad påvirke dens mekaniske egenskaber (såsom styrke, hårdhed, duktilitet, sejhed, korrosionsbestandighed osv.).

Følgende er rollerne for almindelige metalelementer i legeringer og deres indvirkning på mekaniske egenskaber:

1. Kulstof (C)

(1). Brug: Findes hovedsageligt i stål og støbejern og danner karbider med jern (såsom Fe3C).

(2). Indflydelse:

①.Styrke/Hårdhed: Øget kulstofindhold øger hårdheden og styrken markant (såsom stål med højt kulstofindhold), men for store mængder kan føre til skørhed.

②. Duktilitet: Jo højere kulstofindhold, jo lavere sejhed og sejhed.

③.Svejsbarhed: Højkulstofstål har dårlige svejseegenskaber.

2. Chrom (Cr)

(1). Brug: Nøgleelement til rustfrit stål (såsom 304, 316) og værktøjsstål.

(2). Indflydelse:

①.Korrosionsbestandighed: Danner en passiv oxidfilm (Cr2O3) for at forbedre oxidationsbestandighed og korrosionsbestandighed.

②.Hårdhed/styrke: Danner karbider med kulstof (såsom Cr23C6) for at forbedre hårdhed og slidstyrke.

③. Ydeevne ved høj temperatur: Forbedrer højtemperaturstyrke (såsom varmebestandigt stål).

3.Nikkel (Ni)

(1). Ansøgninger: rustfrit stål (såsom 304), højtemperaturlegeringer (såsom Inconel) og korrosionsbestandige legeringer.

(2). Indflydelse:

①. Sejhed: Forbedrer sejhed og duktilitet ved lav temperatur (såsom nikkelstål til lavtemperaturmiljøer).

②.Korrosionsbestandighed: Øger modstandsdygtigheden over for syrer og baser.

③.Austenitstabilisering: I rustfrit stål samarbejder det med krom for at danne en austenitisk struktur (såsom 304 stål).

4. Molybdæn (Mo)

(1). Ansøgninger: højstyrkestål (såsom 4140), rustfrit stål (såsom 316) og højtemperaturlegeringer.

(2). Indflydelse:

①. Styrke/varmemodstand: Forbedrer højtemperaturstyrke og krybemodstand.

②.Korrosionsbestandighed: Forbedrer modstanden mod kloridspændingskorrosion (såsom 316 rustfrit stål).

③.Kornforfining: Forbedrer hærdbarheden.

5. Mangan (Mn)

(1). Ansøgninger: kulstofstål (såsom A36), højstyrke lavlegeret stål (HSLA) og austenitisk manganstål (såsom Hadfield stål).

(2). Indflydelse:

①.Deoxidation/afsvovling: Reducerer de skadelige virkninger af svovl (danner MnS i stedet for FeS).

②.Hærdeevne: Forbedrer hærdbarhed og slidstyrke (f.eks. højt manganstål til gravemaskiners skovle).

③.Austenitstabilisering: Delvis nikkeludskiftning i rustfrit stål.

6. Silicium (Si)

(1). Anvender: Fjederstål (f.eks. 65Mn), elektrisk stål og aluminiumslegeringer (f.eks. 4xxx-serien).

(2). Indflydelse:

①.Styrke/elasticitet: Forbedrer styrke- og elasticitetsgrænsen for stål (f.eks. silicium-mangan fjederstål).

②.Deoxidationsmiddel: Fjerner ilt under stålfremstilling.

③.Magnetiske egenskaber: Forbedrer den magnetiske permeabilitet af elektrisk stål.

7. Aluminium (Al)

(1). Anvender: Aluminiumslegeringer (f.eks. 6061), højtemperaturlegeringer (f.eks. Fe-Cr-Al) og deoxidationsmidler.

(2). Indflydelse:

①.Letvægt: Reducerer densiteten (aluminiumslegeringer er ca. 2/3 lettere end stål).

②.Korrosionsbestandighed: Danner Al2O3 beskyttende film.

③.Kornforfining: Hæmmer kornvækst i stål.

8.Titanium (Ti)

(1). Ansøgninger: Titaniumlegeringer (f.eks. Ti-6Al-4V), rustfrit stål (f.eks. 321) og højtemperaturlegeringer.

(2). Indflydelse:

①. Styrke/vægt-forhold: Titaniumlegeringer har ekstrem høj specifik styrke.

②.Korrosionsbestandighed: Modstår havvand og kloridkorrosion.

③.Carbiddannelse: Fikserer kulstof i stål for at forhindre intergranulær korrosion (f.eks. 321 rustfrit stål).

9. Kobber (Cu)

(1). Ansøgninger: Messing (Cu-Zn), bronze (Cu-Sn) og nedbørshærdende stål (f.eks. 17-4PH).

(2). Indflydelse:

①.Korrosionsbestandighed: Forbedrer atmosfærisk korrosionsbestandighed (fx forvitringsstål).

②.Elektrisk/termisk ledningsevne: Kobberlegeringer har fremragende elektrisk ledningsevne.

③.Forstærkning af nedbør: Danner ε-Cu fase i stål (f.eks. 17-4PH rustfrit stål).

10. Vanadium (V)

(1). Ansøgninger: Værktøjsstål (f.eks. D2), højstyrke lavlegeret stål (HSLA).

(2). Indflydelse:

①. Kornforfining: Dannelse af carbonitrider (såsom VC) for at hæmme kornvækst.

②.Styrke/sejhed: Forbedre styrken og samtidig bevare sejheden (såsom HSLA stål).

11. Wolfram (W)

(1). Ansøgninger: Højhastighedsstål (såsom M2), hårdmetal (WC-Co) og højtemperaturlegeringer.

(2). Indflydelse:

①.Hårdhed ved høj temperatur: Dannelse af slidbestandige karbider (såsom W2C).

②.Rød hårdhed: Højhastighedsstål bevarer hårdheden ved høje temperaturer.

12. Zink (Zn)

(1). Ansøgninger: Galvaniseret stål (rustbeskyttelse), messing (Cu-Zn) og aluminiumslegeringer (såsom 7xxx-serien).

(2). Indflydelse:

①.Overanodebeskyttelse: Zinklaget beskytter stålmatrixen.

②.Styrke: Danner en forstærkende fase i aluminiumslegeringer (såsom Zn-Mg-Cu, 7075 aluminiumslegering).

Sammenfatning: Grundstoffernes kernepåvirkning på mekaniske egenskaber

Ved at justere indholdet og kombinationen af disse elementer kan legeringer designes til at opfylde specifikke behov (såsom højstyrkestål, korrosionsbestandige legeringer eller højtemperaturlegeringer).