Việc bổ sung các nguyên tố kim loại khác nhau vào hợp kim có thể ảnh hưởng đáng kể đến các tính chất cơ học của nó (như độ bền, độ cứng, độ dẻo, độ bền, khả năng chống ăn mòn, v.v.).
Sau đây là vai trò của các nguyên tố kim loại phổ biến trong hợp kim và ảnh hưởng của chúng đến tính chất cơ học:
1.Cacbon (C)
(1).Sử dụng: Chủ yếu được tìm thấy trong thép và gang, tạo thành cacbua với sắt (như Fe3C).
(2).Ảnh hưởng:
①.Sức mạnh/Độ cứng: Hàm lượng carbon tăng làm tăng đáng kể độ cứng và sức mạnh (chẳng hạn như thép có hàm lượng carbon cao), nhưng lượng quá mức có thể dẫn đến độ giòn.
②.Độ dẻo: Hàm lượng carbon càng cao thì độ dẻo và độ dẻo dai càng thấp.
③.Khả năng hàn: Thép carbon cao có đặc tính hàn kém.
2. Crom (Cr)
(1).Sử dụng: Yếu tố chính cho thép không gỉ (như 304, 316) và thép công cụ.
(2).Ảnh hưởng:
①.Khả năng chống ăn mòn: Tạo thành màng oxit thụ động (Cr2O3) để cải thiện khả năng chống oxy hóa và chống ăn mòn.
②.Độ cứng/Sức mạnh: Tạo thành cacbua với carbon (như Cr23C6) để cải thiện độ cứng và khả năng chống mài mòn.
③.Hiệu suất nhiệt độ cao: Tăng cường độ bền nhiệt độ cao (chẳng hạn như thép chịu nhiệt).
3. Niken (Ni)
(1) .Ứng dụng: thép không gỉ (như 304), hợp kim nhiệt độ cao (như Inconel) và hợp kim chống ăn mòn.
(2).Ảnh hưởng:
①.Độ dẻo dai: Cải thiện độ bền và độ dẻo ở nhiệt độ thấp (chẳng hạn như thép niken cho môi trường nhiệt độ thấp).
②.Khả năng chống ăn mòn: Tăng cường sức đề kháng với axit và kiềm.
③.Ổn định Austenite: Trong thép không gỉ, nó hợp tác với crom để tạo thành cấu trúc austenit (chẳng hạn như thép 304).
4.Molypden (Mo)
(1) .Ứng dụng: thép cường độ cao (như 4140), thép không gỉ (như 316) và hợp kim nhiệt độ cao.
(2).Ảnh hưởng:
①.Sức mạnh/khả năng chịu nhiệt: Cải thiện độ bền nhiệt độ cao và khả năng chống leo.
②.Khả năng chống ăn mòn: Tăng cường khả năng chống ăn mòn ứng suất clorua (chẳng hạn như thép không gỉ 316).
③.Sàng lọc hạt: Cải thiện độ cứng.
5. Mangan (Mn)
(1) .Ứng dụng: thép cacbon (như A36), thép hợp kim thấp cường độ cao (HSLA) và thép mangan austenit (như thép Hadfield).
(2).Ảnh hưởng:
①.Khử oxy/khử lưu huỳnh: Giảm tác hại của lưu huỳnh (tạo thành MnS thay vì FeS).
②.Độ cứng: Cải thiện độ cứng và khả năng chống mài mòn (ví dụ: thép mangan cao cho gầu máy xúc).
③.Ổn định Austenite: Thay thế một phần niken bằng thép không gỉ.
6.Silic (Si)
(1). Công dụng: Thép lò xo (ví dụ: 65Mn), thép điện và hợp kim nhôm (ví dụ: dòng 4xxx).
(2).Ảnh hưởng:
①.Sức mạnh/độ đàn hồi: Cải thiện độ bền và giới hạn đàn hồi của thép (ví dụ: thép lò xo silicon-mangan).
②.Chất khử oxy: Loại bỏ oxy trong quá trình luyện thép.
③.Tính chất từ tính: Cải thiện tính thấm từ của thép điện.
7.Nhôm (Al)
(1). Công dụng: Hợp kim nhôm (ví dụ 6061), hợp kim nhiệt độ cao (ví dụ Fe-Cr-Al) và chất khử oxy.
(2).Ảnh hưởng:
①.Trọng lượng nhẹ: Giảm mật độ (hợp kim nhôm nhẹ hơn thép khoảng 2/3).
②.Khả năng chống ăn mòn: Tạo màng bảo vệ Al2O3.
③.Sàng lọc hạt: Ức chế sự phát triển của hạt trong thép.
8.Titan (Ti)
(1) .Ứng dụng: Hợp kim titan (ví dụ Ti-6Al-4V), thép không gỉ (ví dụ 321) và hợp kim nhiệt độ cao.
(2).Ảnh hưởng:
①.Tỷ lệ sức mạnh/trọng lượng: Hợp kim titan có độ bền riêng cực cao.
②.Khả năng chống ăn mòn: Chống ăn mòn nước biển và clorua.
③.Sự hình thành cacbua: Cố định carbon trong thép để ngăn chặn sự ăn mòn giữa các hạt (ví dụ: thép không gỉ 321).
9. Đồng (Cu)
(1) .Ứng dụng: Đồng thau (Cu-Zn), đồng thau (Cu-Sn) và thép làm cứng kết tủa (ví dụ: 17-4PH).
(2).Ảnh hưởng:
①.Khả năng chống ăn mòn: Cải thiện khả năng chống ăn mòn trong khí quyển (ví dụ: thép chịu thời tiết).
②.Độ dẫn điện/nhiệt: Hợp kim đồng có tính dẫn điện tuyệt vời.
③.Tăng cường lượng mưa: Tạo thành pha ε-Cu trong thép (ví dụ thép không gỉ 17-4PH).
10. Vanadi (V)
(1) .Ứng dụng: Thép công cụ (ví dụ D2), thép hợp kim thấp cường độ cao (HSLA).
(2).Ảnh hưởng:
①.Sàng lọc hạt: Sự hình thành carbonitrides (như VC) để ức chế sự phát triển của hạt.
②.Sức mạnh/độ dẻo dai: Nâng cao sức bền mà vẫn giữ được độ dẻo dai (như thép HSLA).
11.Vonfram (W)
(1) .Ứng dụng: Thép tốc độ cao (như M2), cacbua xi măng (WC-Co) và hợp kim nhiệt độ cao.
(2).Ảnh hưởng:
①.Độ cứng ở nhiệt độ cao: Sự hình thành cacbua chịu mài mòn (như W2C).
②.Độ cứng màu đỏ: Thép tốc độ cao duy trì độ cứng ở nhiệt độ cao.
12.Kẽm (Zn)
(1) .Ứng dụng: Thép mạ kẽm (chống gỉ), đồng thau (Cu-Zn) và hợp kim nhôm (như dòng 7xxx).
(2).Ảnh hưởng:
①.Bảo vệ cực dương hy sinh: Lớp kẽm bảo vệ ma trận thép.
②.Sức mạnh: Tạo thành pha tăng cường trong hợp kim nhôm (như hợp kim nhôm Zn-Mg-Cu, 7075).
Tóm tắt: Ảnh hưởng cốt lõi của các nguyên tố tới tính chất cơ học
| Hiệu suất | Các yếu tố đóng góp chính |
| Sức mạnh / độ cứng | C, Cr, Mo, V, W, Mn |
| Độ dẻo / độ dẻo dai | Ni, Al, Cu(Trung bình) |
| Chống ăn mòn | Cr, Ni, Mo, Cu, Al |
| Hiệu suất nhiệt độ cao | W, Mo, Cr, Ti, Ni |
| Trọng lượng nhẹ | Al, Ti, Mg |
Bằng cách điều chỉnh hàm lượng và sự kết hợp của các nguyên tố này, hợp kim có thể được thiết kế để đáp ứng các nhu cầu cụ thể (chẳng hạn như thép cường độ cao, hợp kim chống ăn mòn hoặc hợp kim nhiệt độ cao).
