Le rôle des éléments d'alliage dans l'acier(one)

Afin d'améliorer et d'améliorer certaines propriétés deacieret lui faire obtenir certaines propriétés spéciales des éléments délibérément ajoutés dans le processus de fusion appelés éléments d'alliage.Les éléments d'alliage courants sont le chrome, le nickel, le molybdène, le tungstène, le vanadium, le titane, le niobium, le zirconium, le cobalt, le silicium, le manganèse, l'aluminium, le cuivre, le bore, les terres rares, etc.Le phosphore, le soufre et l'azote agissent également comme des alliages dans certains cas.

(1) Chrome (Cr)

Le chrome peut augmenter la trempabilité de l'acier et a un effet de durcissement secondaire, peut améliorer la dureté et la résistance à l'usure de l'acier au carbone sans rendre l'acier cassant.Lorsque la teneur dépasse 12%, l'acier a une bonne résistance à l'oxydation et à la corrosion à haute température, et augmente également la résistance thermique de l'acier.Le chrome est le principal élément d'alliage de l'acier inoxydable résistant aux acides et de l'acier résistant à la chaleur.

Le chrome peut améliorer la résistance et la dureté de l'acier au carbone à l'état de laminage et réduire l'allongement et le retrait de la section transversale.Lorsque la teneur en chrome dépasse 15%, la résistance et la dureté diminuent, et l'allongement et le retrait de section augmentent en conséquence.Les pièces contenant de l'acier au chrome sont faciles à obtenir une meilleure qualité d'usinage de surface par meulage.

Le rôle principal du chrome dans la structure trempée est d'améliorer la trempabilité, de sorte que l'acier après trempe et revenu ait de meilleures propriétés mécaniques complètes, dans l'acier cémenté peut également former du carbure de chrome, de manière à améliorer la résistance à l'usure de la surface du matériau .

L'acier à ressort contenant du chrome n'est pas facile à décarboner lors du traitement thermique.Le chrome peut améliorer la résistance à l'usure, la dureté et la dureté de l'acier à outils et présente une bonne stabilité au revenu.Le chrome peut améliorer la résistance à l'oxydation, la résistance et la résistance des alliages électrothermiques.

(2) Nickel

Le nickel renforce la ferrite et affine la perlite dans l'acier, l'effet global est d'augmenter la résistance, mais n'a pas d'effet significatif sur la plasticité.D'une manière générale, une certaine quantité de nickel peut améliorer la résistance de l'acier mais pas réduire de manière significative la ténacité de l'acier à faible teneur en carbone lorsqu'il est laminé, normalisé ou recuit sans traitement de revenu.Selon les statistiques, chaque augmentation de 1 % du nickel peut améliorer la résistance de 29,4 Pa.Avec l'augmentation de la teneur en nickel, le rendement de l'acier augmente plus rapidement que la résistance à la traction, de sorte que le rapport de l'acier contenant du nickel est supérieur à celui de l'acier au carbone ordinaire.Le nickel peut améliorer la résistance de l'acier, mais les dommages à la ténacité, à la plasticité et aux autres propriétés de traitement de l'acier sont moindres que les autres éléments d'alliage.Pour l'acier à carbone moyen, la perlite devient plus fine car le nickel réduit la température de transition de la perlite.Étant donné que le nickel réduit la teneur en carbone au point eutectoïde, il y a plus de perlite que d'acier au carbone avec la même teneur en carbone, ce qui rend l'acier ferritique perlitique au nickel plus résistant que l'acier au carbone avec la même teneur en carbone.Au contraire, si la résistance de l'acier est la même, la teneur en carbone de l'acier contenant du nickel peut être réduite de manière appropriée, de sorte que la ténacité et la plasticité de l'acier peuvent être améliorées.Le nickel peut améliorer la résistance de l'acier à la fatigue et réduire la sensibilité de l'acier à l'entaille.Le nickel réduit la température de transition fragile de l'acier à basse température, ce qui est très important pour l'acier à basse température.L'acier avec 3,5% de nickel peut être utilisé à -100℃, et l'acier avec 9% de nickel peut être utilisé à -196℃.Le nickel n'augmente pas la résistance de l'acier au fluage, il n'est donc généralement pas utilisé comme élément de renforcement de l'acier résistant à chaud.

Le coefficient de dilatation linéaire des alliages Fe-Ni à haute teneur en nickel change de manière significative avec l'augmentation ou la diminution de la teneur en nickel.En utilisant cette propriété, des alliages de précision et des matériaux bimétalliques avec un coefficient de dilatation linéaire très faible ou certain peuvent être conçus et produits.

De plus, le nickel ajouté à l'acier est non seulement résistant aux acides, mais également aux alcalis, résistant à la corrosion à l'atmosphère et au sel, le nickel est l'un des éléments importants de l'acier inoxydable résistant aux acides.

(3) Molybdène (Mo)

Le molybdène dans l'acier peut améliorer la trempabilité et la résistance thermique, empêcher la fragilité du revenu, augmenter la rémanence et la coercivité et la résistance à la corrosion dans certains milieux.

Dans l'acier trempé, le molybdène peut faire tremper profondément les pièces avec des sections plus grandes, tremper à fond, améliorer la résistance au feu ou la stabilité de revenu de l'acier, de sorte que les pièces peuvent être trempées à des températures plus élevées, de manière à éliminer (ou réduire) plus efficacement les contraintes résiduelles , améliorer la plasticité.

En plus des effets ci-dessus dans l'acier cémenté, le molybdène peut également réduire la tendance des carbures à former un réseau continu sur la limite des grains dans la couche de cémentation, réduire l'austénite résiduelle dans la couche de cémentation et augmenter relativement la résistance à l'usure de la surface. couche.

Dans la matrice de forgeage, le molybdène peut également maintenir l'acier a une dureté relativement stable, augmenter la déformation.Résistance à la fissuration et à l'usure.

Dans l'acier inoxydable résistant aux acides, le molybdène peut encore améliorer la résistance à la corrosion des acides organiques (tels que l'acide formique, l'acide acétique, l'acide oxalique, etc.), le peroxyde d'hydrogène, l'acide sulfurique, le sulfite, le sulfate, les colorants acides, la poudre de blanchiment, etc. En particulier, l'ajout de molybdène évite la tendance à la corrosion ponctuelle provoquée par la présence d'ions chlorure.

L'acier rapide W12Cr4V4Mo contenant environ 1% de molybdène a une résistance à l'usure, une dureté trempée et une dureté rouge.

(4) Tungstène (W)

En plus de former des carbures dans l'acier, le tungstène est partiellement dissous dans le fer pour former une solution solide.Son action est similaire au molybdène, selon le calcul de la fraction massique, l'effet général n'est pas aussi important que le molybdène.L'échantillon principal de tungstène dans l'acier est d'augmenter la stabilité au revenu, la dureté rouge, la résistance thermique et la résistance à l'usure en raison de la formation de carbures.Par conséquent, il est principalement utilisé dans l'acier à outils, tel que l'acier rapide, la matrice de forgeage à chaudacieretc.

Le tungstène forme des carbures réfractaires en acier à ressort de haute qualité.Lors d'un revenu à température plus élevée, le processus d'accumulation de carbures peut être facilité et la résistance à haute température peut être maintenue.Le tungstène réduit également la sensibilité de l'acier à la surchauffe, augmente la trempabilité et augmente la dureté.Après laminage à chaud, l'acier à ressort 65SiMnWA a une dureté élevée après refroidissement à l'air.L'acier à ressort d'une section de 50 mm2 peut être trempé dans de l'huile et peut être utilisé comme ressort important pour résister à des charges importantes, à la résistance à la chaleur (pas plus de 350 ℃) et aux chocs.Acier à ressort résistant à la chaleur haute résistance 30W4Cr2VA, avec une grande trempabilité, une trempe de 1050 ~ 1100℃, une résistance à la traction de revenu de 550 ~ 650℃ de 1470 ~ 1666Pa.Il est principalement utilisé dans la fabrication de ressorts à haute température (pas plus de 500℃).

Le tungstène est l'élément principal de l'acier à outils allié car son ajout peut améliorer considérablement la résistance à l'usure et l'usinabilité de l'acier.

(5) Vanadium (V)

Le vanadium a une forte affinité avec le carbone, l'ammoniac et l'oxygène et forme avec eux des composés stables.Le vanadium existe principalement sous forme de carbure dans l'acier.Sa fonction principale est d'affiner la structure et le grain de l'acier, d'améliorer la résistance et la ténacité de l'acier.Lorsqu'il est dissous dans une solution solide à haute température, augmente la trempabilité ;Au contraire, si sous forme de carbure, réduire la trempabilité.Le vanadium augmente la stabilité au revenu de l'acier trempé et produit un effet de durcissement secondaire.La teneur en vanadium de l'acier, à l'exception de l'acier à outils rapide, n'est généralement pas supérieure à 0,5 %.

En alliage à faible teneur en carbone communacier, le vanadium peut affiner le grain, augmenter la résistance et le rapport de rendement après normalisation et améliorer les performances de soudage de l'acier à basse température.

Le vanadium dans l'acier de construction allié en raison des conditions générales de traitement thermique réduira la trempabilité, il est donc souvent utilisé dans l'acier de construction et le manganèse, le chrome, le molybdène, le tungstène et d'autres éléments.Le vanadium dans l'acier trempé sert principalement à améliorer la résistance et le rapport de rendement de l'acier, à affiner le grain, à capter la sensibilité à la surchauffe.Dans l'acier cémenté peut affiner le grain, l'acier peut être directement trempé après cémentation, sans trempe secondaire.

Dans l'acier à ressort et l'acier à roulement, le vanadium peut améliorer la résistance et le rapport d'élasticité, en particulier la limite proportionnelle et la limite élastique, et réduire la sensibilité à la décarbonatation pendant le traitement thermique, améliorant ainsi la qualité de surface.5 acier à roulement au chrome contenant du vanadium, dispersion de carbonatation élevée, bonnes performances.

Le vanadium dans l'acier à outils affine les grains, réduit la sensibilité à la surchauffe, augmente la stabilité de revenu et la résistance à l'usure, et prolonge ainsi la durée de vie de l'outil.

(6) Titane (Ti)

Le titane a une forte affinité avec l'azote, l'oxygène et le carbone, et a une plus forte affinité avec le soufre que le fer.C'est donc un bon désoxydant et un élément efficace pour fixer l'azote et le carbone.Bien que le titane soit un élément fort de formation de carbure, il ne se combine pas avec d'autres éléments pour former des composés complexes.La force de liaison du carbure de titane est forte, stable, difficile à décomposer, dans l'acier, seul le chauffage à plus de 1000 ℃ peut se dissoudre lentement dans la solution solide.Les particules de carbure de titane ont pour effet d'empêcher la croissance des grains avant la dissolution.L'affinité entre le titane et le carbone étant bien supérieure à celle entre le chrome et le carbone, le titane est couramment utilisé dans l'acier inoxydable pour fixer le carbone afin d'éliminer la dilution du chrome au joint de grain, de manière à éliminer ou réduire la corrosion intergranulaire de l'acier. .

Le titane est également l'un des éléments forts formant la ferrite, ce qui augmente fortement les températures A1 et A3 de l'acier.Le titane peut améliorer la plasticité et la ténacité des aciers faiblement alliés courants.Comme le titane fixe l'azote et le soufre et forme du carbure de titane, la résistance de l'acier est augmentée.Après normalisation du raffinement du grain, la précipitation du carbure peut améliorer considérablement la plasticité et la résistance aux chocs de l'acier.L'acier de construction allié contenant du titane a de bonnes propriétés mécaniques et de bonnes propriétés de traitement, mais le principal inconvénient est que la trempabilité est légèrement médiocre.

Dans l'acier inoxydable à haute teneur en chrome, il faut généralement ajouter environ 5 fois la teneur en carbone du titane, non seulement peut améliorer la résistance à la corrosion (principalement la résistance à la corrosion intergranulaire) et la ténacité de l'acier;Il peut également empêcher la tendance à la croissance des grains de l'acier à haute température et améliorer les performances de soudage de l'acier.

(7) Niobium/coltan (Nb/Cb)

Le niobium coexiste souvent avec le coltan et le tantale, et leur rôle dans l'acier est similaire.Le niobium et le tantale sont partiellement dissous dans la solution solide pour renforcer la solution solide.La capacité de trempe de l'acier peut être considérablement améliorée lorsqu'il est dissous dans de l'austénite.Cependant, sous forme de particules de carbure et d'oxyde, il affine le grain et diminue la trempabilité de l'acier.Il peut augmenter la stabilité au revenu de l'acier et a pour effet un durcissement secondaire.Des traces de niobium peuvent améliorer la résistance de l'acier sans affecter la plasticité ou la ténacité.En raison de l'effet de raffinage du grain, la résistance aux chocs de l'acier peut être améliorée et la température de transition de fragilité peut être réduite.Lorsque la teneur est supérieure à 8 fois celle du carbone, presque tout le carbone de l'acier peut être fixé, de sorte que l'acier présente une bonne résistance à l'hydrogène.La corrosion intergranulaire de l'acier austénitique par un milieu oxydant peut être évitée.En raison de la fixation du carbone et du durcissement par précipitation, les propriétés à haute température des aciers résistants à chaud, telles que la résistance au fluage, peuvent être améliorées.

Le niobium peut améliorer la limite d'élasticité et la résistance aux chocs et réduire la température de transition de fragilité dans l'acier faiblement allié couramment utilisé dans la construction.Augmente la trempabilité dans la cémentation et le revenu de l'acier de construction en alliage.Améliorer la ténacité et les performances à basse température de l'acier.Il peut réduire le durcissement à l'air de l'acier inoxydable martensitique à faible teneur en carbone résistant à la chaleur, éviter la fragilité du durcissement et du revenu et améliorer la résistance au fluage.

(8) Zirconium (Zr)

Le zirconium est un élément fort formant du carbure, son rôle dans l'acier est similaire au niobium, au tantale, au vanadium.L'ajout d'une petite quantité de zirconium a pour effet de dégazer, purifier et affiner le grain, ce qui est bénéfique pour les performances à basse température de l'acier et améliore les performances d'emboutissage.Il est souvent utilisé dans la fabrication d'acier à très haute résistance et de superalliage à base de nickel pour les moteurs à gaz et la structure des missiles balistiques.

(9) Cobalt

Le cobalt est principalement utilisé dans les aciers spéciaux et les alliages.L'acier rapide contenant du cobalt a une dureté élevée à haute température, et du molybdène peut être ajouté à l'acier vieillissant martensitique en même temps pour obtenir une dureté ultra-élevée et de bonnes propriétés mécaniques complètes.De plus, le cobalt est un élément d'alliage important dans les aciers résistants à chaud et les matériaux magnétiques.

Le cobalt réduit la trempabilité de l'acier, donc l'ajout d'acier au carbone seul réduira les propriétés mécaniques globales de l'acier trempé.Le cobalt peut renforcer la ferrite et, lorsqu'il est ajouté à l'acier au carbone, il peut améliorer la dureté, la limite d'élasticité et la résistance à la traction de l'acier à l'état recuit ou normalisé, et a un effet négatif sur l'allongement et le retrait de section.La résistance aux chocs diminue avec l'augmentation de la teneur en cobalt.Le cobalt est utilisé dans les aciers et alliages résistants à la chaleur en raison de sa résistance à l'oxydation.Les turbines à gaz en alliage à base de cobalt montrent son rôle unique.