Effekter av element i legeringar på mekaniska egenskaper 

Tillsatsen av olika metallelement i en legering kan avsevärt påverka dess mekaniska egenskaper (såsom hållfasthet, hårdhet, duktilitet, seghet, korrosionsbeständighet, etc.).

Följande är rollerna för vanliga metallelement i legeringar och deras effekter på mekaniska egenskaper:

1. Kol (C)

(1). Använd: Finns främst i stål och gjutjärn och bildar karbider med järn (som Fe3C).

(2). Inflytande:

①.Styrka/hårdhet: Ökat kolinnehåll ökar avsevärt hårdhet och styrka (såsom stål med hög kolhalt), men alltför stora mängder kan leda till sprödhet.

②. Duktilitet: Ju högre kolhalt, desto lägre formbarhet och seghet.

③.Svetsbarhet: Stål med hög kolhalt har dåliga svetsegenskaper.

2. Krom (Cr)

(1). Använd: Nyckelelement för rostfritt stål (som 304, 316) och verktygsstål.

(2). Inflytande:

①.Korrosionsbeständighet: Bildar en passiv oxidfilm (Cr2O3) för att förbättra oxidationsbeständigheten och korrosionsbeständigheten.

②.Hårdhet/styrka: Bildar karbider med kol (som Cr23C6) för att förbättra hårdheten och slitstyrkan.

③.Hög temperaturprestanda: Förbättrar hållfasthet vid hög temperatur (som värmebeständigt stål).

3. Nickel (Ni)

(1). Applikationer: rostfritt stål (som 304), högtemperaturlegeringar (som Inconel) och korrosionsbeständiga legeringar.

(2). Inflytande:

①.Seghet: Förbättrar seghet och duktilitet vid låg temperatur (som nickelstål för lågtemperaturmiljöer).

②.Korrosionsbeständighet: Ökar motståndskraften mot syror och alkalier.

③.Austenitstabilisering: I rostfritt stål samverkar det med krom för att bilda en austenitisk struktur (som 304-stål).

4. Molybden (Mo)

(1). Applikationer: höghållfast stål (som 4140), rostfritt stål (som 316) och högtemperaturlegeringar.

(2). Inflytande:

①. Styrka/värmebeständighet: Förbättrar hållfasthet vid hög temperatur och krypmotstånd.

②.Korrosionsbeständighet: Förbättrar motståndet mot kloridpåkänningskorrosion (såsom 316 rostfritt stål).

③.Kornförfining: Förbättrar härdbarheten.

5. Mangan (Mn)

(1). Applikationer: kolstål (som A36), höghållfast låglegerat stål (HSLA) och austenitiskt manganstål (som Hadfield-stål).

(2). Inflytande:

①.Deoxidation/avsvavling: Minskar de skadliga effekterna av svavel (bildar MnS istället för FeS).

②.Härdbarhet: Förbättrar härdbarhet och slitstyrka (t.ex. högmanganstål för grävskopor).

③.Austenitstabilisering: Partiell nickelersättning i rostfritt stål.

6. Silikon (Si)

(1). Använder: Fjäderstål (t.ex. 65Mn), elstål och aluminiumlegeringar (t.ex. 4xxx-serien).

(2). Inflytande:

①. Styrka/elasticitet: Förbättrar hållfastheten och elasticiteten hos stål (t.ex. kisel-mangan fjäderstål).

②.Deoxidationsmedel: Tar bort syre vid ståltillverkning.

③.Magnetiska egenskaper: Förbättrar den magnetiska permeabiliteten hos elektriskt stål.

7. Aluminium (Al)

(1). Använder: Aluminiumlegeringar (t.ex. 6061), högtemperaturlegeringar (t.ex. Fe-Cr-Al) och desoxideringsmedel.

(2). Inflytande:

①.Lättvikt: Minskar densiteten (aluminiumlegeringar är cirka 2/3 lättare än stål).

②.Korrosionsbeständighet: Bildar Al2O3 skyddsfilm.

③.Kornförfining: Hämmar korntillväxt i stål.

8.Titan (Ti)

(1). Applikationer: Titanlegeringar (t.ex. Ti-6Al-4V), rostfria stål (t.ex. 321) och högtemperaturlegeringar.

(2). Inflytande:

①. Styrka/viktförhållande: Titanlegeringar har extremt hög specifik hållfasthet.

②.Korrosionsbeständighet: Motstår havsvatten och kloridkorrosion.

③.Hårdmetallbildning: Fixerar kol i stål för att förhindra intergranulär korrosion (t.ex. 321 rostfritt stål).

9. Koppar (Cu)

(1). Applikationer: Mässing (Cu-Zn), brons (Cu-Sn) och nederbördshärdande stål (t.ex. 17-4PH).

(2). Inflytande:

①.Korrosionsbeständighet: Förbättrar atmosfärisk korrosionsbeständighet (t.ex. vittringsstål).

②.Elektrisk/termisk konduktivitet: Kopparlegeringar har utmärkt elektrisk ledningsförmåga.

③. Nederbördsförstärkning: Bildar ε-Cu-fas i stål (t.ex. 17-4PH rostfritt stål).

10.Vanadium (V)

(1). Applikationer: Verktygsstål (t.ex. D2), höghållfasta låglegerade stål (HSLA).

(2). Inflytande:

①. Kornförfining: Bildning av karbonitrider (såsom VC) för att hämma korntillväxt.

②. Styrka/seghet: Förbättra styrkan samtidigt som segheten bibehålls (som HSLA-stål).

11.Tungsten (W)

(1). Applikationer: Snabbstål (som M2), hårdmetall (WC-Co) och högtemperaturlegeringar.

(2). Inflytande:

①.Hårdhet vid hög temperatur: Bildning av slitstarka karbider (som W2C).

②.Röd hårdhet: Snabbstål bibehåller hårdhet vid höga temperaturer.

12. Zink (Zn)

(1). Applikationer: Galvaniserat stål (rostskydd), mässing (Cu-Zn) och aluminiumlegeringar (som 7xxx-serien).

(2). Inflytande:

①.Offeranodskydd: Zinkskiktet skyddar stålmatrisen.

②.Styrka: Bildar en stärkande fas i aluminiumlegeringar (som Zn-Mg-Cu, 7075 aluminiumlegering).

Sammanfattning: Grundämnenas inverkan på mekaniska egenskaper

Genom att justera innehållet och kombinationen av dessa element kan legeringar utformas för att möta specifika behov (såsom höghållfasta stål, korrosionsbeständiga legeringar eller högtemperaturlegeringar).