Effekter av elementer i legeringer på mekaniske egenskaper 

Tilsetning av forskjellige metallelementer i en legering kan i betydelig grad påvirke dens mekaniske egenskaper (som styrke, hardhet, duktilitet, seighet, korrosjonsbestandighet, etc.).

Følgende er rollene til vanlige metallelementer i legeringer og deres effekter på mekaniske egenskaper:

1. Karbon (C)

(1). Bruk: Finnes hovedsakelig i stål og støpejern, og danner karbider med jern (som Fe3C).

(2). Påvirkning:

①.Styrke/hardhet: Økt karboninnhold øker hardheten og styrken betydelig (som høykarbonstål), men for store mengder kan føre til sprøhet.

②. Duktilitet: Jo høyere karboninnhold, jo lavere duktilitet og seighet.

③.Sveisbarhet: Høykarbonstål har dårlige sveiseegenskaper.

2. Krom (Cr)

(1). Bruk: Nøkkelelement for rustfritt stål (som 304, 316) og verktøystål.

(2). Påvirkning:

①.Korrosjonsmotstand: Danner en passiv oksidfilm (Cr2O3) for å forbedre oksidasjonsmotstanden og korrosjonsbestandigheten.

②.Hardhet/styrke: Danner karbider med karbon (som Cr23C6) for å forbedre hardheten og slitestyrken.

③. Høy temperatur ytelse: Forbedrer høytemperaturstyrke (som varmebestandig stål).

3.Nikkel (Ni)

(1). Søknader: rustfritt stål (som 304), høytemperaturlegeringer (som Inconel) og korrosjonsbestandige legeringer.

(2). Påvirkning:

①. Seighet: Forbedrer seighet og duktilitet ved lav temperatur (som nikkelstål for lavtemperaturmiljøer).

②.Korrosjonsmotstand: Øker motstanden mot syrer og alkalier.

③.Austenittstabilisering: I rustfritt stål samarbeider det med krom for å danne en austenittisk struktur (som 304 stål).

4. Molybden (Mo)

(1). Søknader: høyfast stål (som 4140), rustfritt stål (som 316) og høytemperaturlegeringer.

(2). Påvirkning:

①. Styrke/varmemotstand: Forbedrer høytemperaturstyrke og krypemotstand.

②.Korrosjonsmotstand: Forbedrer motstanden mot kloridspenningskorrosjon (som 316 rustfritt stål).

③.Kornforfining: Forbedrer herdbarheten.

5. Mangan (Mn)

(1). Søknader: karbonstål (som A36), høyfast lavlegert stål (HSLA) og austenittisk manganstål (som Hadfield-stål).

(2). Påvirkning:

①.Deoksidering/desulfurisering: Reduserer de skadelige effektene av svovel (danner MnS i stedet for FeS).

②.Herdbarhet: Forbedrer herdbarhet og slitestyrke (f.eks. høyt manganstål for gravemaskinskuffer).

③.Austenittstabilisering: Delvis nikkelerstatning i rustfritt stål.

6. Silisium (Si)

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

(2). Innflytelse:

①. Styrke/elastisitet: Forbedrer styrken og elastisiteten til stål (f.eks. silisium-mangan fjærstål).

②.Deoksideringsmiddel: Fjerner oksygen under stålproduksjon.

③.Magnetiske egenskaper: Forbedrer den magnetiske permeabiliteten til elektrisk stål.

7.Aluminium (Al)

(1). Bruker: Aluminiumslegeringer (f.eks. 6061), høytemperaturlegeringer (f.eks. Fe-Cr-Al) og deoksideringsmidler.

(2). Påvirkning:

①.Lettvekt: Reduserer tettheten (aluminiumslegeringer er ca. 2/3 lettere enn stål).

②.Korrosjonsmotstand: Danner Al2O3 beskyttende film.

③.Kornforfining: Hemmer kornvekst i stål.

8.Titan (Ti)

(1). Søknader: Titanlegeringer (f.eks. Ti-6Al-4V), rustfritt stål (f.eks. 321) og høytemperaturlegeringer.

(2). Påvirkning:

①. Styrke/vekt-forhold: Titanlegeringer har ekstremt høy spesifikk styrke.

②.Korrosjonsmotstand: Motstår sjøvann og kloridkorrosjon.

③. Karbiddannelse: Fikserer karbon i stål for å forhindre intergranulær korrosjon (f.eks. 321 rustfritt stål).

9. Kobber (Cu)

(1). Søknader: Messing (Cu-Zn), bronse (Cu-Sn), og nedbørsherdende stål (f.eks. 17-4PH).

(2). Påvirkning:

①.Korrosjonsmotstand: Forbedrer atmosfærisk korrosjonsbestandighet (f.eks. forvitringsstål).

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

③.Forsterkende nedbør: Danner ε-Cu fase i stål (f.eks. 17-4PH rustfritt stål).

10. Vanadium (V)

(1). Søknader: Verktøystål (f.eks. D2), høyfast lavlegert stål (HSLA).

(2). Påvirkning:

①. Kornforfining: Dannelse av karbonitrider (som VC) for å hemme kornvekst.

②.Styrke/seighet: Forbedre styrken mens du opprettholder seighet (som HSLA-stål).

11. Wolfram (W)

(1). Søknader: Høyhastighetsstål (som M2), sementert karbid (WC-Co) og høytemperaturlegeringer.

(2). Påvirkning:

①.Høytemperaturhardhet: Dannelse av slitesterke karbider (som W2C).

②.Rød hardhet: Høyhastighetsstål opprettholder hardheten ved høye temperaturer.

12. Sink (Zn)

(1). Søknader: Galvanisert stål (rustbeskyttelse), messing (Cu-Zn) og aluminiumslegeringer (som 7xxx-serien).

(2). Påvirkning:

①.Overanodebeskyttelse: Sinklaget beskytter stålmatrisen.

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

Sammendrag: Elementers kjernepåvirkning på mekaniske egenskaper

Ved å justere innholdet og kombinasjonen av disse elementene, kan legeringer utformes for å møte spesifikke behov (som høyfast stål, korrosjonsbestandige legeringer eller høytemperaturlegeringer).