Επιδράσεις στοιχείων σε κράματα στις μηχανικές ιδιότητες 

Η προσθήκη διαφορετικών μεταλλικών στοιχείων σε ένα κράμα μπορεί να επηρεάσει σημαντικά τις μηχανικές του ιδιότητες (όπως αντοχή, σκληρότητα, ολκιμότητα, σκληρότητα, αντοχή στη διάβρωση κ.λπ.).

Ακολουθούν οι ρόλοι των κοινών μεταλλικών στοιχείων στα κράματα και οι επιδράσεις τους στις μηχανικές ιδιότητες:

1. Άνθρακα (C)

(1).Χρήση: Βρίσκεται κυρίως σε χάλυβα και χυτοσίδηρο, σχηματίζοντας καρβίδια με σίδηρο (όπως το Fe3C).

(2) Επιρροή:

①.Δύναμη/Σκληρότητα: Η αυξημένη περιεκτικότητα σε άνθρακα αυξάνει σημαντικά τη σκληρότητα και την αντοχή (όπως ο χάλυβας υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα), αλλά οι υπερβολικές ποσότητες μπορεί να οδηγήσουν σε ευθραυστότητα.

②. Ελκιμότητα: Όσο υψηλότερη είναι η περιεκτικότητα σε άνθρακα, τόσο χαμηλότερη είναι η ολκιμότητα και η σκληρότητα.

③. Συγκολλησιμότητα: Ο χάλυβας υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα έχει κακές ιδιότητες συγκόλλησης.

2.Χρώμιο (Cr)

(1).Χρήση: Βασικό στοιχείο για ανοξείδωτο χάλυβα (όπως 304, 316) και χάλυβα εργαλείων.

(2) Επιρροή:

① Αντοχή στη διάβρωση: Σχηματίζει ένα φιλμ παθητικού οξειδίου (Cr2O3) για τη βελτίωση της αντοχής στην οξείδωση και της αντίστασης στη διάβρωση.

②.Σκληρότητα/Δύναμη: Σχηματίζει καρβίδια με άνθρακα (όπως το Cr23C6) για τη βελτίωση της σκληρότητας και της αντοχής στη φθορά.

③. Απόδοση υψηλής θερμοκρασίας: Ενισχύει την αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες (όπως ανθεκτικό στη θερμότητα χάλυβα).

3. Νικέλιο (Ni)

(1).Εφαρμογές: ανοξείδωτο χάλυβα (όπως 304), κράματα υψηλής θερμοκρασίας (όπως Inconel) και κράματα ανθεκτικά στη διάβρωση.

(2) Επιρροή:

①. Ανθεκτικότητα: Βελτιώνει την ανθεκτικότητα και την ολκιμότητα σε χαμηλές θερμοκρασίες (όπως χάλυβας νικελίου για περιβάλλοντα χαμηλής θερμοκρασίας).

② Αντοχή στη διάβρωση: Ενισχύει την αντοχή σε οξέα και αλκάλια.

③.Σταθεροποίηση ωστενίτη: Στον ανοξείδωτο χάλυβα, συνεργάζεται με το χρώμιο για να σχηματίσει μια ωστενιτική δομή (όπως ο χάλυβας 304).

4. Μολυβδαίνιο (Mo)

(1).Εφαρμογές: χάλυβας υψηλής αντοχής (όπως 4140), ανοξείδωτος χάλυβας (όπως 316) και κράματα υψηλής θερμοκρασίας.

(2) Επιρροή:

①. Αντοχή/αντοχή στη θερμότητα: Βελτιώνει την αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες και την αντοχή σε ερπυσμό.

② Αντοχή στη διάβρωση: Ενισχύει την αντίσταση στη διάβρωση με τάση χλωρίου (όπως ο ανοξείδωτος χάλυβας 316).

③. Εξευγενισμός κόκκων: Βελτιώνει τη σκληρότητα.

5.Μαγγάνιο (Mn)

(1).Εφαρμογές: ανθρακούχο χάλυβα (όπως A36), χάλυβας χαμηλής κραματοποίησης υψηλής αντοχής (HSLA) και ωστενιτικό χάλυβα μαγγανίου (όπως χάλυβας Hadfield).

(2) Επιρροή:

①.Αποξείδωση/αποθείωση: Μειώνει τις βλαβερές συνέπειες του θείου (σχηματίζει MnS αντί για FeS).

②.Σκληρυνσιμότητα: Βελτιώνει τη σκληρότητα και την αντοχή στη φθορά (π.χ. χάλυβας υψηλής περιεκτικότητας σε μαγγάνιο για κάδους εκσκαφέων).

③.Σταθεροποίηση ωστενίτη: Μερική αντικατάσταση νικελίου από ανοξείδωτο χάλυβα.

6. Πυρίτιο (Si)

(1) Χρήσεις: Χάλυβας ελατηρίου (π.χ. 65Mn), ηλεκτρικός χάλυβας και κράματα αλουμινίου (π.χ. σειρά 4xxx).

(2) Επιρροή:

①.Δύναμη/ελαστικότητα: Βελτιώνει την αντοχή και το όριο ελαστικότητας του χάλυβα (π.χ. χάλυβας ελατηρίου πυριτίου-μαγγανίου).

②.Αποοξειδωτικός παράγοντας: Αφαιρεί το οξυγόνο κατά την κατασκευή του χάλυβα.

③.Μαγνητικές ιδιότητες: Βελτιώνει τη μαγνητική διαπερατότητα του ηλεκτρικού χάλυβα.

7.Αλουμίνιο (Al)

(1) Χρήσεις: Κράματα αλουμινίου (π.χ. 6061), κράματα υψηλής θερμοκρασίας (π.χ. Fe-Cr-Al) και αποοξειδωτές.

(2) Επιρροή:

①.Ελαφρύ βάρος: Μειώνει την πυκνότητα (τα κράματα αλουμινίου είναι περίπου 2/3 ελαφρύτερα από τον χάλυβα).

② Αντοχή στη διάβρωση: Σχηματίζει προστατευτικό φιλμ Al2O3.

③. Εξευγενισμός κόκκων: Αναστέλλει την ανάπτυξη των κόκκων στο χάλυβα.

8.Τιτάνιο (Ti)

(1).Εφαρμογές: Κράματα τιτανίου (π.χ. Ti-6Al-4V), ανοξείδωτοι χάλυβες (π.χ. 321) και κράματα υψηλής θερμοκρασίας.

(2) Επιρροή:

①. Αναλογία αντοχής/βάρους: Τα κράματα τιτανίου έχουν εξαιρετικά υψηλή ειδική αντοχή.

② Αντοχή στη διάβρωση: Αντέχει στη διάβρωση του θαλασσινού νερού και του χλωρίου.

③.Σχηματισμός καρβιδίου: Στερεώνει τον άνθρακα σε χάλυβα για να αποτρέψει τη διακοκκώδη διάβρωση (π.χ. ανοξείδωτος χάλυβας 321).

9.Χαλκός (Cu)

(1).Εφαρμογές: Ορείχαλκος (Cu-Zn), μπρούτζος (Cu-Sn) και χάλυβες σκληρυντικού καθίζησης (π.χ. 17-4PH).

(2) Επιρροή:

① Αντοχή στη διάβρωση: Βελτιώνει την ατμοσφαιρική αντοχή στη διάβρωση (π.χ. χάλυβας στις καιρικές συνθήκες).

②.Ηλεκτρική/θερμική αγωγιμότητα: Τα κράματα χαλκού έχουν εξαιρετική ηλεκτρική αγωγιμότητα.

③.Ενίσχυση βροχοπτώσεων: Σχηματίζει ε-Cu φάση σε χάλυβα (π.χ. ανοξείδωτο ατσάλι 17-4PH).

10. Βανάδιο (V)

(1).Εφαρμογές: Χάλυβες εργαλείων (π.χ. D2), χάλυβες χαμηλής κραματοποίησης υψηλής αντοχής (HSLA).

(2) Επιρροή:

①. Εξευγενισμός κόκκων: Σχηματισμός καρβονιτριδίων (όπως VC) για την αναστολή της ανάπτυξης των κόκκων.

②.Δύναμη/σκληρότητα: Βελτιώστε την αντοχή διατηρώντας παράλληλα την σκληρότητα (όπως ο χάλυβας HSLA).

11. Βολφράμιο (W)

(1).Εφαρμογές: Χάλυβας υψηλής ταχύτητας (όπως M2), καρβίδιο με τσιμέντο (WC-Co) και κράματα υψηλής θερμοκρασίας.

(2) Επιρροή:

①.Σκληρότητα υψηλής θερμοκρασίας: Σχηματισμός καρβιδίων ανθεκτικών στη φθορά (όπως το W2C).

②.Κόκκινη σκληρότητα: Ο χάλυβας υψηλής ταχύτητας διατηρεί τη σκληρότητα σε υψηλές θερμοκρασίες.

12. Ψευδάργυρος (Zn)

(1).Εφαρμογές: Γαλβανισμένος χάλυβας (πρόληψη σκουριάς), ορείχαλκος (Cu-Zn) και κράματα αλουμινίου (όπως η σειρά 7xxx).

(2) Επιρροή:

①.Θυσιαστική προστασία ανόδου: Το στρώμα ψευδαργύρου προστατεύει τη μήτρα του χάλυβα.

②.Δύναμη: Σχηματίζει μια φάση ενίσχυσης σε κράματα αλουμινίου (όπως Zn-Mg-Cu, κράμα αλουμινίου 7075).

Περίληψη: Η βασική επίδραση των στοιχείων στις μηχανικές ιδιότητες

Με την προσαρμογή του περιεχομένου και του συνδυασμού αυτών των στοιχείων, τα κράματα μπορούν να σχεδιαστούν για να καλύπτουν συγκεκριμένες ανάγκες (όπως χάλυβες υψηλής αντοχής, κράματα ανθεκτικά στη διάβρωση ή κράματα υψηλής θερμοκρασίας).