Wpływ pierwiastków stopów na właściwości mechaniczne 

Dodatek różnych pierwiastków metalicznych do stopu może znacząco wpłynąć na jego właściwości mechaniczne (takie jak wytrzymałość, twardość, plastyczność, wytrzymałość, odporność na korozję itp.).

Poniżej przedstawiono role powszechnych pierwiastków metalicznych w stopach i ich wpływ na właściwości mechaniczne:

1. Węgiel (C)

(1). Użyj: Występuje głównie w stali i żeliwie, tworząc węgliki z żelazem (takie jak Fe3C).

(2). Wpływ:

①.Siła/twardość: Zwiększona zawartość węgla znacznie zwiększa twardość i wytrzymałość (np. stal wysokowęglowa), ale nadmierne ilości mogą prowadzić do kruchości.

②.Plastyczność: Im wyższa zawartość węgla, tym niższa ciągliwość i wytrzymałość.

③.Spawalność: Stal wysokowęglowa ma słabe właściwości spawalnicze.

2.Chrom (Cr)

(1). Użyj: Kluczowy element do stali nierdzewnej (np. 304, 316) i stali narzędziowej.

(2). Wpływ:

①.Odporność na korozję: Tworzy pasywny film tlenkowy (Cr2O3), który poprawia odporność na utlenianie i korozję.

②.Twardość/Wytrzymałość: Tworzy węgliki z węglem (takie jak Cr23C6), aby poprawić twardość i odporność na zużycie.

③.Wydajność w wysokiej temperaturze: Zwiększa wytrzymałość w wysokich temperaturach (np. stal żaroodporna).

3. Nikiel (Ni)

(1).Zastosowania: stal nierdzewna (taka jak 304), stopy wysokotemperaturowe (takie jak Inconel) i stopy odporne na korozję.

(2). Wpływ:

①.Wytrzymałość: Poprawia wytrzymałość i plastyczność w niskich temperaturach (np. stal niklowa do zastosowań w niskich temperaturach).

②.Odporność na korozję: Zwiększa odporność na kwasy i zasady.

③.Stabilizacja austenitu: W stali nierdzewnej współpracuje z chromem, tworząc strukturę austenityczną (np. stal 304).

4.Molibden (Mo)

(1).Zastosowania: stal o wysokiej wytrzymałości (taka jak 4140), stal nierdzewna (taka jak 316) i stopy wysokotemperaturowe.

(2). Wpływ:

①.Wytrzymałość/odporność na ciepło: Poprawia wytrzymałość w wysokich temperaturach i odporność na pełzanie.

②.Odporność na korozję: Zwiększa odporność na korozję naprężeniową chlorkową (np. stal nierdzewna 316).

③.Rozdrobnienie ziarna: Poprawia hartowność.

5.Mangan (Mn)

(1).Zastosowania: stal węglowa (taka jak A36), stal niskostopowa o wysokiej wytrzymałości (HSLA) i austenityczna stal manganowa (taka jak stal Hadfielda).

(2). Wpływ:

①.Odtlenianie/odsiarczanie: Redukuje szkodliwe działanie siarki (zamiast FeS tworzy MnS).

②.Hardowalność: Poprawia hartowność i odporność na zużycie (np. stal wysokomanganowa na łyżki do koparek).

③.Stabilizacja austenitu: Częściowa wymiana niklu w stali nierdzewnej.

6.Krzem (Si)

(1). Zastosowania: Stal sprężynowa (np. 65Mn), stal elektrotechniczna i stopy aluminium (np. seria 4xxx).

(2). Wpływ:

①.Wytrzymałość/elastyczność: Poprawia wytrzymałość i granicę sprężystości stali (np. krzemowo-manganowej stali sprężynowej).

②.Odtleniacz: Usuwa tlen podczas produkcji stali.

③.Właściwości magnetyczne: Poprawia przenikalność magnetyczną stali elektrotechnicznej.

7.Aluminium (Al)

(1). Zastosowania: Stopy aluminium (np. 6061), stopy wysokotemperaturowe (np. Fe-Cr-Al) i odtleniacze.

(2). Wpływ:

①.Lekki: Zmniejsza gęstość (stopy aluminium są o około 2/3 lżejsze od stali).

②.Odporność na korozję: Tworzy warstwę ochronną Al2O3.

③.Rozdrobnienie ziarna: Hamuje wzrost ziaren w stali.

8. Tytan (Ti)

(1).Zastosowania: Stopy tytanu (np. Ti-6Al-4V), stale nierdzewne (np. 321) i stopy wysokotemperaturowe.

(2). Wpływ:

① Stosunek wytrzymałości do masy: Stopy tytanu mają wyjątkowo wysoką wytrzymałość właściwą.

②.Odporność na korozję: Odporny na korozję powodowaną przez wodę morską i chlorki.

③.Tworzenie węglika: Utrwala węgiel w stali, zapobiegając korozji międzykrystalicznej (np. stal nierdzewna 321).

9. Miedź (Cu)

(1).Zastosowania: Mosiądz (Cu-Zn), brąz (Cu-Sn) i stale utwardzane wydzieleniowo (np. 17-4PH).

(2). Wpływ:

①.Odporność na korozję: Poprawia odporność na korozję atmosferyczną (np. stal odporna na warunki atmosferyczne).

②.Przewodność elektryczna/cieplna: Stopy miedzi mają doskonałą przewodność elektryczną.

③.Wzmocnienie opadów: Tworzy fazę ε-Cu w stali (np. stali nierdzewnej 17-4PH).

10.Wanad (V)

(1).Zastosowania: Stale narzędziowe (np. D2), stale niskostopowe o wysokiej wytrzymałości (HSLA).

(2). Wpływ:

①.Rozdrobnienie ziarna: Tworzenie węglikoazotków (takich jak VC) w celu hamowania wzrostu ziaren.

②.Siła/wytrzymałość: Zwiększ wytrzymałość przy jednoczesnym zachowaniu wytrzymałości (np. stal HSLA).

11. Wolfram (W)

(1).Zastosowania: Stal szybkotnąca (taka jak M2), węglik spiekany (WC-Co) i stopy wysokotemperaturowe.

(2). Wpływ:

①.Twardość w wysokiej temperaturze: Tworzenie węglików odpornych na zużycie (takich jak W2C).

②.Czerwona twardość: Stal szybkotnąca utrzymuje twardość w wysokich temperaturach.

12. Cynk (Zn)

(1).Zastosowania: Stal ocynkowana (zabezpieczenie przed rdzą), mosiądz (Cu-Zn) i stopy aluminium (takie jak seria 7xxx).

(2). Wpływ:

①.Ofiarna ochrona anody: Warstwa cynku zabezpiecza stalową matrycę.

②.Siła: Tworzy fazę wzmacniającą w stopach aluminium (takich jak stop aluminium Zn-Mg-Cu, 7075).

Streszczenie: Podstawowy wpływ pierwiastków na właściwości mechaniczne

Dostosowując zawartość i kombinację tych pierwiastków, stopy można zaprojektować tak, aby spełniały określone potrzeby (takie jak stale o wysokiej wytrzymałości, stopy odporne na korozję lub stopy wysokotemperaturowe).