合金模具鋼中加入合金元素的目的及作用

        合金模具鋼中加入合金元素的目的及作用一合金模具鋼中為什么加入大量的合金元素？都加入哪些合金元素？加入大量的合金元素可以改善模具鋼原有的性能譬如改善強韌性、增加淬透性、增加耐磨與耐蝕性、提高熱穩(wěn)定性、改善切削加工工藝性等，使模具鋼更能滿足模具的使用要求。

        一、合金模具鋼中所加的合金元素有：

        ①第二周期B、C、N；

        ②第三周期Si、Al、P、S；

        ③第四周期V、Cr、Ti、Mn、Co、Ni、Cu；

        ④第五周期Y、Zr、Nb、Mo；

        ⑤第六周期La族、Ta、W。

        依據(jù)合金元素與C的親和力的大小，合金模具鋼中加入的合金元素可分為四類：

        ①強碳化物形成元素，如Ti、Zr、Nb、V；

        ②中強碳化物形成元素，如W、Mo、Cr；

        ③弱碳化物形成元素，如Mn；

        ④非碳化物形成元素，如Ni、Si、Al、Co、Cu、P、S、N.

        二、合金模具鋼中加入合金元素的目的是什么？

        合金模具鋼實質上是在優(yōu)質或高級優(yōu)質碳鋼的基礎上加入合金元素形成的。加入合金元素的目的有這些：

        ⒈提高模具鋼的淬透性，增加模具鋼的硬化層深度；

        ⒉形成大量的合金碳化物，作為模具鋼中的強化相，增加模具鋼的強度、硬度與耐磨性；

        ⒊細化晶粒，提高模具鋼的強度與韌性；

        ⒋固溶于基體組織中，起固溶強化作用；

        ⒌脫溶于基體組織，起沉淀強化作用；

        ⒍消除或降低模具鋼的回火脆性；

        ⒎固溶于基體組織中，提高模具鋼的熱穩(wěn)定性和回火穩(wěn)定性；

        ⒏改善模具鋼的耐蝕性及抗高溫氧化性；

        ⒐降低模具鋼的淬火變形，保持鋼件的尺寸穩(wěn)定；

        ⒑改善切削加工工藝性。

        三、合金模具鋼的合金元素主要起什么作用？合金元素所起的作用有以下幾個方面。

        ⒈對臨界點的影響

        Mn、Co、Ni、C、Cu、N等元素合A3溫度下降，A4溫度升高；V、Cr、Ti、Mo、W、Al、P、Sn、Sb、As、B、Zr、Nb、Ta、S、Ce等元素使A3溫度升高，A4溫度下降。

        ⒉對鐵-碳合金臨界點的影響

        Mn、Ni、C、Cu、N等元素使鐵碳相圖中的S點和E點向下并向左移，A3線（GS線）也向下移（Co除外）；V、Cr、Ti、Mo、W、Al、P、Sn、Sb、As、B、Zr、Nb、Ta、S、Ce等元素使S點和E點上升并向左移。

        ⒊與模具鋼中晶體缺陷的相互作用

        一些合金元素與晶界結合，形成晶界偏聚；與位錯結合形成柯垂耳氣團。對鋼的組織及性能產(chǎn)生影響，如產(chǎn)生晶界強化、出現(xiàn)晶界脆性、出現(xiàn)晶間腐蝕等。

        ⒋對C、N形成碳化物、氮化物

        Ti、Zr、Nb、V為強碳化物形成元素，W、Mo、Cr為中強碳化物形成元素，Mn為弱碳化物形成元素；Ti、Zr、Nb、V為強氮化物形成元素，W、Mo為中強氮化物形成元素，Cr、Mn、Fe為弱氮化物形成元素。碳化物與氮化物作為鋼組織中的強化相，起到提高強度、硬度與耐磨性以及細化晶粒的作用。

        ⒌固溶于基體組織中起固溶強化作用

        碳化物形成元素Ti、Zr、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn等與非碳化物形成元素Ni、Si、Al、Co、Cu、P、S、N等，在高溫時能固溶于奧氏體中，相變后遺留固溶于室溫組織中，對基體組織起固溶強化作用。

        ⒍對C曲線影響

        非碳化物形成元素Ni、Si、Al、Cu以及弱碳化物形成元素Mn等使C曲線右移而不改變曲線形狀。Co使C曲線左移。碳化物形成元素W、Mo、Cr、V等不僅使C曲線右移而且使其形狀改變?yōu)榫哂猩稀⑾聝擅嫒秱€&ldquo；C&rdquo；形曲線。提高臨界點的元素如Si、Al、Co、Cr、Mo、W、V等使C曲線的&ldquo；鼻子&rdquo；向上移動，降低臨界點的元素如Mn、Ni、Cu等則使C曲線的&ldquo；鼻子&rdquo；向下移動。

        ⒎對奧氏體化的影響

        合金元素的加入提高了鋼奧氏體化溫度和延長了奧氏體化的時間。Al、Ti、Nb、V元素強烈阻止了奧氏體晶粒長大，W、Mo中等阻止奧氏體晶粒長大，C、P、Mn（高碳時）促進奧氏體晶粒長大。

        ⒏合金元素對過冷奧氏體轉變影響

        Ti、Nb、V、W、Mo等強和中強碳化物形成元素強烈推遲珠光體轉變，推遲貝氏體轉變較少；升高珠光體轉變溫度范圍，降低貝氏體轉變溫度范圍，明顯出現(xiàn)珠光體和貝氏體兩條C曲線。鉻和錳等中、弱碳化物形成元素強烈推遲珠光體轉變，推遲后者更顯著，因而出現(xiàn)了另一種兩條C曲線形式。非碳化物形成元素鋁和硅都增加過冷奧氏體的穩(wěn)定性，而推遲貝氏體轉變更強烈。鎳強烈推遲珠光體轉變，鈷降低過冷奧氏體的穩(wěn)定性。但鎳和鈷不改變碳鋼C曲線的形狀。鋼中晶界偏聚強烈的元素如硼、磷、稀土等元素使先共析鐵素體轉變顯著推遲，對珠光體和貝氏體轉變推遲較弱，但不改變碳鋼C曲線的形狀。

        ⒐對馬氏體轉變的影響

        多數(shù)合金元素使馬氏體點MS降低，其中Cr、Mn、Ni元素的作用最強。只有Al 、Co元素是提高馬氏體點MS的，Si元素則影響不大。

        ⒑對回火組織轉變的影響

        多數(shù)合金元素推遲馬氏體在第二階段的分解，阻止碳化物的分解和聚集，升高殘余奧氏體的分解溫度，改善鋼的回火穩(wěn)定性。同時合金元素也催了二次硬化、二次淬火現(xiàn)象。

        ⒒對工藝性的影響

        加入大量的合金元素促使鋼內部產(chǎn)生大量的共晶碳化物，給鍛造增加了難度，經(jīng)切削加工制造了困難，給熱處理帶來了棘手的難題，給焊接造成了難以實現(xiàn)的困難。模具鋼中加入Pb、Ca、S、Se元素，卻能改善模具鋼的切削加工工藝性。

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