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碳在钢中作用（一）、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。（二）、C扩大γ相区，但因渗碳体的形成，不能无限固溶。在α铁及γ铁中的最大溶解度分别为0.02%及2.1%随含量的增加，提高钢的硬度和强度，但降低其塑性和韧性氮在钢中作用（一）、氮(N):氮能提高钢的强度，低温韧性和焊接性，增加时效敏感性。（二）、N扩大γ相区，但由于形成氮化铁而不能无限固溶；在α铁及γ铁中的最大溶解度分别约0.1%及2.8%。不形成碳化物，氮与钢中其他合金元素形成氮化物，如TiN，VN，AlN等，有固溶强化和提高淬透性的作用，但均不太显著。由于氮化物在晶界上析出，提高晶界高温强度，从而增加钢的蠕变强度。在奥氏体钢中，可以取代一部分镍。与钢中其他元素化合，有沉淀硬化作用；对钢抗腐蚀性能的影响不显著，但钢表面渗氮后，不仅增加其硬度和耐磨性能，也显著改善其抗蚀性。在低碳钢中，残余氮会导致时效脆性。（三）、钢中添加N的作用炼钢过程中钢液从炉气中吸收氮1、钢液中溶解的氮在凝固过程中因溶解度降低而析出，并与钢中的Si、Al、Zr等元素化合，生成SiN、AlN、ZrN等氮化物。少量氮化物能细化钢的晶粒。氮休物多时，会使钢的塑性和韧性降低。2、氮属于扩大奥氏体区元素，在钢中可部分代替镍的作用，是铬锰氮不锈钢中的合金元素，，在超低碳不锈钢中，可代替碳的作用，提高钢的强度。硅在钢中作用（一）、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。硅量增加，会降低钢的焊接性能。（二）、硅：Si在白口铸铁中是被限制的元素，因为Si增加碳的活性，容易促使石墨形成，阻止白口产生。另外，硅降低淬透性，容易促使形成珠光体，影响材料耐磨性。低合金白口铸铁中w(Si)=1%左右，高铬白口铸铁含硅量常控制在w(Si)=0.4%~0.7%。Si量过低（如w(Si)0.4%）对脱氧不利。与一般结论不同，有文献报道，Si在中铬白口铸铁中，有使(Fe、Cr)7C3碳化物量增加的趋势（三）、Si缩小γ相区，形成γ相圈；在α铁及γ铁中的溶解度分别为18.5%及2.15%。不形成碳化物，为常用的脱氧剂。对铁素体的固溶强化作用仅次于磷，提高钢的电阻率，降低磁滞损耗，对磁导率也有所改善，为硅钢片的主要合金化元素。提高钢的淬透性和抗回火性，对钢的综合力学性能，特别是弹性极限有利。还可增强钢在自然条件下的耐蚀性。为弹簧钢和低合金高强度钢中常用的合金元素。含量较高时，对钢的焊接性不利，因焊接时飞溅较严重，有损焊缝质量，并易导致冷脆；对中高碳钢回火时易产生石墨化。(四)、钢中添加Si的作用1、强化铁素体，提高钢的强度和硬度2、降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性3、提高钢的氧化性腐蚀介质中的耐蚀性，提高钢的耐热性4、磁钢中的主要合金元素（含量在0.40%范围内时，改善热裂倾向，含量高时，易形成柱状晶，增加热裂倾向。）磷在钢中的作用（一）、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。（二）、P缩小γ相区，形成γ相圈；在α铁及γ铁中的最大溶解度分别为2.8%及0.25%。不形成碳化物，但含量高时易形成Fe3P固溶强化及冷作硬化作用极强；与铜联合使用，提高低合金高强度钢的耐大气腐蚀性能，但降低其冷冲压性能。与硫锰联合使用，增加钢的被切削性。在钢中偏析严重。增加钢的回火脆性及冷脆敏感性。（三）、磷在粉末冶金中的应用：1、磷元素掺杂会降低铁基材料的烧结密度，空间网状二次渗碳体的生成导致P-0.3wt%材料压溃强度极低。随着材料中的磷含量的增加，组织结构中产生大量马氏体，因此含磷材料的硬度随磷含量的增加而提高。2、磷元素改变了铁基烧结材料的组织结构，无磷材料组织主要由铁素体区域、珠光体区域构成，而含磷材料主要由马氏体区域和珠光体区域构成。磷使合金元素Cu、Ni在铁基烧结材料马氏体区域偏聚，并促进材料烧结时的渗碳行为，使材料在自燃空冷的条件下达到烧结硬化（富含马氏体）的效果。3、磷元素的掺杂明显提高材料硬度以及摩擦过程中的抗粘着擦伤的性能，改善材料的减摩特性和承载能力。4、磷含量达到0.5wt%时，铁基材料中生长的马氏体过于粗大导致应力集中，摩擦过程中循环应力作用下使材料产生裂纹，导致摩擦系数增大、磨损量上升。5、磷在铁基粉末冶金材料烧结过程中可以促进材料致密化，抵消坯体烧结膨胀，稳定零件尺寸。6、通过在含磷铁基材料中添加大量Cu，可有效改善材料脆性，提高摩擦磨损性能，适量超出铜铁固溶极限的铜在基体之间形成合金相，起到“粘结”作用，有效改善材料各相结合牢固程度，提高摩擦学性能。7、磷的熔点为1050℃，烧结过程达到1050℃磷溶化，产生瞬时液相烧结，促进烧结。8、磷元素在铁基材料中促进孔隙球化的作用。硫在钢中作用（一）、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。（二）、S缩小γ相区，因有FeS的形成，未能形成γ相圈。在铁中溶解度很小，主要以硫化物的形式存在，提高硫和锰的含量，可以改善钢的被切削性。在钢中偏析严重，恶化钢的质量。如以熔点较低的FeS的形式存在时，将导致钢的热脆现象。为了防止因硫导致的热脆应有足够的锰，使形成熔点较高的MnS。硫含量偏高，焊接时由于SO2的产生，将在焊缝金属内形成气孔和疏松（三）、钢中添加S的作用1、硫在钢中以FeS-Fe共晶体存在于钢的晶粒周界，降低钢的力学性能，优制钢含硫量一般应限制在0.04%以下。2、在机械制造中，有时为了改善某些钢的切削加工性能，人为将含硫量提高，以形成硫化物，起中断基体连续性的作用。3、硫含量的提高，增加铸件热裂倾向。（四）、粉末冶金铁基制品，利用其毛细孔可以浸渍相当多的硫，经过加热可使硫与孔隙表面的铁生成硫化铁，它均匀地分布于制品的各处，在摩擦表面上起着良好的润滑作用，并可以改善切削加工性能。硫化处理后的制品，其摩擦和切削表面都显得很光滑。多孔烧结铁经硫化处理后，最突出的作用是具有很好的干摩擦性能。在无油润滑的工作条件下（即不准加油或无法加油），是一种令人满意的自润滑材料，并且有很好的抗咬合性，减少啃轴现象。此外，这种材料的摩擦特性与一般减摩材料不同。一般材料随着比压的增加，摩擦系数开始变化不大，当比压超过一定值后，摩擦系数急剧增加。而经过硫化处理后的多孔烧结铁，其摩擦系数在很大比压范围内随其比压增加反而下降。这就是减摩材料一种可贵的特性。铝在钢中作用（一）、铝(Al)：铝是钢中常用的脱氧剂。钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性，如作深冲薄板的08Al钢。铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，铝与铬、硅合用，可显著提高钢的高温不起皮性能和耐高温腐蚀的能力。铝的缺点是影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。（二）、Al缩小γ相区，形成γ相圈；在α铁及γ铁中的最大溶解度分别为36%及0.6%，不形成碳化物，但与氮及氧亲和力极强主要用来脱氧和细化晶粒。在渗碳钢中促使形成坚硬耐蚀的渗碳层。含量高时，赋予钢高温抗氧化及耐氧化性介质、H2S气体的腐蚀作用。固溶强化作用大。在耐热合金中，与镍形成γ′相（Ni3Al），从而提高其热强性。有促使石墨化倾向，对淬透性影响不显著（三）、钢中添加Al的作用1、炼钢中起良好的脱氧作用2、细化钢的晶粒，提高钢的强度3、提高钢的抗氧化性能，提高不锈钢对强氧化性酸类的耐蚀能力（四）、多数合金元素使马氏体点MS降低，其中Cr、Mn、Ni元素的作用最强。只有Al、Co元素是提高马氏体点MS的，Si元素则影响不大。钛在钢中作用（一）、钛(Ti)：钛是钢中强脱氧剂。它能使钢的内部组织致密，细化晶粒力；降低时效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在铬18镍9奥氏体不锈钢中加入适当的钛，可避免晶间腐蚀。（二）Ti缩小γ相区，形成γ相圈；在α铁及γ铁中的最大溶解度分别约为7%及0.75%，系最强的碳化物形成元素，与氮的亲和力也极强，固溶状态时，固溶强化作用极强，但同时降低固溶体的韧性。固溶于奥氏体中提高钢淬透性的作用很强，但化合钛，由于其细微颗粒形成新相的晶核从而促进奥氏体分解，降低钢的淬透性。提高钢的回火稳定性，并有二次硬化作用。含量高时析出弥散分布的拉氏相TiFe2，而产生时效强化作用。提高耐热钢的抗氧化性和热强性，如蠕变和持久强度。在高镍含铝合金中形成γ′相〔Ni3（Al，Ti）〕，弥散析出，提高合金的热强性，有防止和减轻不锈耐酸钢晶间和应力腐蚀的作用。由于细化晶粒和固定碳，对钢的焊接性有利（三）、钛(Ti)：钛是钢中强脱氧剂。它能使钢的内部组织致密，细化晶粒力；降低时效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在铬18镍9奥氏体不锈钢中加入适当的钛，可避免晶间腐蚀。钛是化学性质非常活泼的金属，与钢中的氧、硫、碳、氮都容易形成化合物。钛在固态时有结构转变，这种同素异构转变决定了钛在钢中加入量的限制。在很多情况下，钛作为微合金化元素的加入。钛含量约在0.02%时，具有最佳的抑制奥氏体晶粒粗化的效果，但并不产生明显的强化作用。钛与硫的亲和力大于锰和硫的亲和力，而且TiS比MnS更稳定，所以钛的去硫效果非常显著。但是TiS的生成自由能与TiN、TiC差不多，所以碳氮含量高时，会影响钛的脱硫作用。钛在钢中形成非常稳定、弥散、高熔点、高硬度的碳化物，另外钛还可以消除不锈钢的晶间腐蚀倾向。但如果形成较多的铁素体和TiN夹杂物，这种夹杂物会影响钢的抗蚀性。钛在钢中优先与氧化学合成TiO2。钛的化合物能阻止晶粒长大，由固态下高温析出的、弥散分布的TiN，对阻止奥氏体晶粒长大最为有效，含钛非调质加热至1250℃，仍具有较细的奥氏体晶粒钒在钢中作用（一）、钒(V)：钒是钢的优良脱氧剂。钢中加0.5%的钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。钒：V是强烈的碳化物形成元素，铸态下形成初生碳化物，或二次碳化物，增加激冷程度。钒在薄壁铸件中产生的强烈激冷作用可借助Ni、Cu或增加C、Si含量给与平衡。此外，少量的钒，如w(V)=0.1%~0.5%可使粗大的柱状晶细化。由于钒与溶液中的碳结合，导致基体碳量降低，从而提高马氏体转化温度，促使在铸造条件下完全转成马氏体。（二）、V缩小γ相区，形成γ相圈；在α铁中无限固溶，在γ铁中的最大溶解度约1.35%。强碳化物及氮化物形成元素固溶于奥氏体中可提高钢的淬透性；但以化合物状态存在的钒，由于这类化合物的细小颗粒形成新相的晶核，将降低钢的淬透性。增加钢的回火稳定性并有强烈的二次硬化作用。有细化晶粒作用，所以对低温冲击韧度有利。碳化钒是金属碳化物中最硬最耐磨的，可提高工具钢的使用寿命。钒通过细小碳化物颗粒的弥散分布可以提高钢的蠕变和持久强度。钒、碳含量比大于5.7时可防止或减轻介质对不锈耐酸钢的晶间腐蚀，并大大提高钢抗高温高压氢腐蚀的能力，但对钢高温抗氧化不利。（三）、钒(V)：钒是钢的优良脱氧剂。钢中加0.5%的钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。为使淬火后获得细晶马氏体，加入钒是最有效的元素。钒是强碳化物形成元素，与碳的结合力极强，形成稳定的VC，是典型