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在钢中加入合金元素后,钢的基本组元铁和碳与加入的合金元素会发生交互作用。钢的合金化目的是希望利用合金元素与铁、碳的相互作用和对铁碳相图及对钢的热处理的影响来改善钢的组织和性能。合金元素与铁、碳的相互作用合金元素加入钢中后,主要以三种形式存在钢中。即:与铁形成固溶体;与碳形成碳化物;在高合金钢中还可能形成金属间化合物。溶于铁中几乎所有的合金元素(除Pb外)都可溶入铁中,形成合金铁素体或合金奥氏体,按其对α-Fe或γ-Fe的作用,可将合金元素分为扩大奥氏体相区和缩小奥氏体相区两大类。扩大γ相区的元素—亦称奥氏体稳定化元素,主要是Mn、Ni、Co、C、N、Cu等,它们使A3点(γ-Feα-Fe的转变点)下降,A4点(γ-Fe的转变点)上升,从而扩大γ-相的存在范围。其中Ni、Mn等加入到一定量后,可使γ相区扩大到室温以下,使α相区消失,称为完全扩大γ相区元素。另外一些元素(如C、N、Cu等),虽然扩大γ相区,但不能扩大到室温,故称之为部分扩大γ相区的元素。
合金元素对相图的影响对奥氏体和铁素体存在范围的影响扩大或缩小γ相区的元素均同样扩大或缩小Fe-Fe3C相图中的γ相区,且同样Ni或Mn的含量较多时,可使钢在室温下得到单相奥氏体组织(如奥氏体不锈钢和高锰钢等),而Cr、Ti、Si等超过一定含量时,可使钢在室温获得单相铁素体组织(如高铬铁素体不锈钢等)。对Fe-Fe3C相图临界点(S和E点)的影响
扩大γ相区的元素使Fe-Fe3C相图中的共析转变温度下降,缩小γ相区的元素则使其上升,并都使共析反应在一个温度范围内进行。几乎所有的合金元素都使共析点(S)和共晶点(E)的碳含量降低,即S点和E点左移,强碳化物形成元素的作用尤为强烈。合金元素对钢热处理的影响合金元素的加入会影响钢在热处理过程中的组织转变。
对退火状态下钢的机械性能的影响结构钢在退火状态下的基本相是铁素体和碳化物。合金元素溶于铁素体中,形成合金铁素体,依靠固溶强化作用,提高强度和硬度,但同时降低塑性和韧性。对退火状态下钢的机械性能的影响由于合金元素的加入降低了共析点的碳含量、使C曲线右移,从而使组织中的珠光体的比例增大,使珠光体层片距离减小,这也使钢的强度增加,塑性下降。但是在退火状态下,合金钢没有很大的优越性。由于过冷奥氏体稳定性增大,合金钢在正火状态下可得到层片距离更小的珠光体,或贝氏体甚至马氏体组织,从而强度大为增加。Mn、Cr、Cu的强化作用较大,而Si、Al、V、Mo等在一般含量(例如一般结构钢的实际含量)下影响很小。
15CrMo合金钢板系珠光体组织耐热钢,在高温下具有较高的热强性(δb≥440MPa)和抗氧化性,并具有一定的抗氢腐蚀能力。由于钢中含有较高含量的Cr、C和其它合金元素,钢材的淬硬倾向较明显,焊接性差。焊接性焊接材料针对15CrMo钢的焊接性的工作特点,方案Ⅰ:焊接预热,采用ER80S-B2L焊丝,T1G焊打底,E8018-B2焊条,焊条电弧焊盖面,焊后进行局部热处理。焊后热处理采用方案Ⅰ焊接的试件,焊后应进行局部高温回火处理。热处理的工艺为:升温速度为200℃/h,升到715℃保温1小时15分钟,降温速度100℃/h,降到300℃后空冷。具体采用JL-4型履带式电加热器(1146×310)包绕焊缝,用硅酸铝棉层保温,保温层厚度50mm,温度控制采用DJK-A型电加热器自动控温仪.16Mo3合金钢板一种国外牌号钢板,用于制作锅炉或者压力容器使用。
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增大回火脆性和碳钢一样,合金钢也产生回火脆性,而且更明显。这是合金元素的不利影响。在450℃-600℃间发生的第二类回火脆性(高温回火脆性)主要与某些杂质元素以及合金元素本身在原奥氏体晶界上的严重偏聚有关,多发生在含Mn、Cr、Ni等元素的合金钢中。这是一种可逆回火脆性,回火后快冷(通常用油冷)可防止其发生。钢中加入适当Mo或W(0.5%Mo,1%W)也可基本上这类脆性。合金元素对钢的机械性能的影响提高钢的强度是加入合金元素的主要目的之一。欲提高强度,就要设法增大位错运动的阻力。金属中的强化机制主要有固溶强化、位错强化、细晶强化、第二相(沉淀和弥散)强化。合金元素的强化作用,正是利用了这些强化机制。
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