Влияние элементов в сплавах на механические свойства 

Добавление в сплав различных металлических элементов может существенно повлиять на его механические свойства (такие как прочность, твердость, пластичность, ударная вязкость, коррозионная стойкость и т. д.).

Ниже приведены роли обычных металлических элементов в сплавах и их влияние на механические свойства:

1.Углерод (С)

(1).Использование: В основном встречается в стали и чугуне, образуя с железом карбиды (например, Fe3C).

(2). Влияние:

①.Прочность/твердость: Повышенное содержание углерода значительно увеличивает твердость и прочность (например, у высокоуглеродистой стали), но чрезмерное его количество может привести к хрупкости.

②.Пластичность: Чем выше содержание углерода, тем ниже пластичность и вязкость.

③. Свариваемость: Высокоуглеродистая сталь имеет плохие сварочные свойства.

2. Хром (Cr)

(1).Использование: Ключевой элемент для нержавеющей стали (например, 304, 316) и инструментальной стали.

(2). Влияние:

①.Коррозионная стойкость: Образует пассивную оксидную пленку (Cr2O3) для улучшения стойкости к окислению и коррозии.

②. Твердость/прочность: Образует карбиды с углеродом (например, Cr23C6) для повышения твердости и износостойкости.

③.Высокотемпературные характеристики: Повышает жаропрочность (например, жаропрочной стали).

3.Никель (Ni)

(1). Применения: нержавеющая сталь (например, 304), жаропрочные сплавы (например, инконель) и коррозионностойкие сплавы.

(2). Влияние:

①. Прочность: Улучшает низкотемпературную вязкость и пластичность (например, никелевая сталь для низкотемпературных сред).

②.Коррозионная стойкость: Повышает устойчивость к кислотам и щелочам.

③. Стабилизация аустенита: В нержавеющей стали он взаимодействует с хромом, образуя аустенитную структуру (например, сталь 304).

4. Молибден (Мо)

(1). Применения: высокопрочная сталь (например, 4140), нержавеющая сталь (например, 316) и жаропрочные сплавы.

(2). Влияние:

①.Прочность/термостойкость: Улучшает жаропрочность и сопротивление ползучести.

②.Коррозионная стойкость: Повышает устойчивость к хлоридной коррозии под напряжением (например, нержавеющая сталь 316).

③.Очистка зерна: Улучшает прокаливаемость.

5.Марганец (Mn)

(1). Применения: углеродистая сталь (например, A36), высокопрочная низколегированная сталь (HSLA) и аустенитная марганцевая сталь (например, сталь Гадфилда).

(2). Влияние:

①.Раскисление/обессеривание: Снижает вредное воздействие серы (образует MnS вместо FeS).

②.Прокаливаемость: Улучшает прокаливаемость и износостойкость (например, сталь с высоким содержанием марганца для ковшей экскаваторов).

③. Стабилизация аустенита: Частичная замена никеля в нержавеющей стали.

6. Кремний (Si)

(1).Использование: Пружинная сталь (например, 65Mn), электротехническая сталь и алюминиевые сплавы (например, серия 4xxx).

(2).Влияние:

①.Прочность/эластичность: Улучшает прочность и предел упругости стали (например, кремний-марганцевой пружинной стали).

②. Раскислитель: Удаляет кислород при выплавке стали.

③.Магнитные свойства: Улучшает магнитную проницаемость электротехнической стали.

7. Алюминий (Ал)

(1).Использование: Алюминиевые сплавы (например, 6061), жаропрочные сплавы (например, Fe-Cr-Al) и раскислители.

(2). Влияние:

①.Легкость: Снижает плотность (алюминиевые сплавы примерно на 2/3 легче стали).

②.Коррозионная стойкость: Образует защитную пленку Al2O3.

③.Очистка зерна: Препятствует росту зерна в стали.

8. Титан (Ti)

(1). Применения: Титановые сплавы (например, Ti-6Al-4V), нержавеющие стали (например, 321) и жаропрочные сплавы.

(2). Влияние:

①. Соотношение прочности и веса: Титановые сплавы обладают чрезвычайно высокой удельной прочностью.

②.Коррозионная стойкость: Устойчив к морской воде и хлоридной коррозии.

③. Образование карбида: Фиксирует углерод в стали для предотвращения межкристаллитной коррозии (например, нержавеющая сталь 321).

9. Медь (Cu)

(1). Применения: Латунь (Cu-Zn), бронза (Cu-Sn) и дисперсионно-твердеющие стали (например, 17-4PH).

(2). Влияние:

①.Коррозионная стойкость: Улучшает стойкость к атмосферной коррозии (например, атмосферостойкой стали).

②.Электрическая/тепловая проводимость: Медные сплавы обладают отличной электропроводностью.

③.Усиление осадков: Образует фазу ε-Cu в стали (например, нержавеющая сталь 17-4PH).

10.Ванадий (В)

(1). Применения: Инструментальные стали (например, D2), высокопрочные низколегированные стали (HSLA).

(2). Влияние:

①.Очистка зерна: Образование карбонитридов (таких как VC), препятствующих росту зерен.

②.Прочность/стойкость: Повышение прочности при сохранении ударной вязкости (например, сталь HSLA).

11. Вольфрам (W)

(1). Применения: Быстрорежущая сталь (например, М2), твердый сплав (WC-Co) и жаропрочные сплавы.

(2). Влияние:

①.Высокотемпературная твердость: Образование износостойких карбидов (например, W2C).

②.Красная твердость: Быстрорежущая сталь сохраняет твердость при высоких температурах.

12.Цинк (Zn)

(1). Применения: Оцинкованная сталь (защита от ржавчины), латунь (Cu-Zn) и алюминиевые сплавы (например, серия 7xxx).

(2). Влияние:

①.Жертвенная анодная защита: Слой цинка защищает стальную матрицу.

②.Сила: Образует упрочняющую фазу в алюминиевых сплавах (таких как Zn-Mg-Cu, алюминиевый сплав 7075).

Резюме: Основное влияние элементов на механические свойства.

Регулируя содержание и комбинацию этих элементов, можно разрабатывать сплавы для удовлетворения конкретных потребностей (например, высокопрочные стали, коррозионностойкие сплавы или жаропрочные сплавы).