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合金元素硅在金属中的作用(Si)

本专题中,我们主要学习合金元素在金属中的作用。一般,可以从以下四个方面探讨:

一、对金属的显微组织及热处理的影响

二、对金属力学性能的影响

三、对金属物理参数、化学性能和加工工艺的影响

四、在实际生产中的应用

如今的工业生产和科学研究中,最常用的合金元素有硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒、铌、硼、氮、磷、硫、硒、锑、碲、铝等。接下来的课题,我们为大家一一介绍每种元素在上述四个方面对金属的影响和应用。

硅Si在钢中的作用 


一、硅对钢的显微组织及热处理的影响

1)作为钢中的合金元素,其质量分数一般不低于0.4%,以固溶体形态存在于铁素体或奥氏体中,能够缩小奥氏体相区。
2)提高退火、正火和淬火温度,在亚共析钢中提高淬透性。
3)硅不形成碳化物,可强烈地促进碳的石墨化,在硅含量较高的中碳钢和高碳钢中,如不含有强碳化物形成元素,易在一定温度下发生石墨化。
4)在渗碳钢中,硅能够减小渗碳层厚度和碳的浓度。
5)硅对钢液有良好的脱氧作用。

合金元素硅在金属中的作用(Si)1.png

二、硅对钢的力学性能的影响
1)提高铁素体和奥氏体的硬度和强度,其作用较锰、镍、铬、钨、铝、钒等更强;显著提高钢的弹性极限、屈服强度和屈强比,并提高疲劳强度。
2)硅的质量分数超过3%时,钢的塑性和韧性显著降低。
3)使钢中形成带状组织,造成横向性能低于纵向性能。
4)改善钢的耐磨性能。
 

合金元素硅在金属中的作用(Si)2.png

 
三、硅对钢的物理、化学及加工工艺的影响
1)降低钢的密度、热导率、电导率和电阻温度系数。
2)硅钢片的涡流损耗量显著低于纯铁,矫顽力、磁阻和磁滞损耗较低磁导率和磁感强度较高。
3)提高高温时钢的抗氧化性能。
4)使钢的焊接性恶化。
5)硅的质量分数超过2.5%的钢,其塑性加工较为困难。
 

合金元素硅在金属中的作用(Si)3.png

四、硅在钢中的应用
1)在普通低合金钢中可提高强度,改善局部腐蚀抗力,在调质钢中可提高淬透性和耐回火性,是多元合金结构中的主要合金组元之一。
2)硅硅的质量分数为0.5%-2.8%的SiMn或 SiMnB钢广泛用于高载荷弹簧材料,同时加入钨、钒、钼、铌、铬等强碳化物形成元素。
3)钢片是硅的质量分数为1.0%-4.5%的低碳钢和超低碳钢,用于电机和变压器。 
4)在不锈钢和耐蚀钢中,与钼、钨、铬、铝、钛、氮等配合,提高耐蚀性和抗高温氧化性能。用不锈钢和耐蚀钢制作的雕像经久如新。 
5)硅含量较高的石墨钢用于冷模具材料。


合金元素Si在模具钢中的作用


合金元素Si对模具钢的显微组织及热处理的作用
⑴、作为钢中的合金元素,其含量一般不低于0.4%。以固溶体形态存在于铁素体或奥氏体中,缩小奥氏体相区;
⑵、提高退火、正火和淬火温度,在亚共析钢中提高淬透性;
⑶、硅不形成碳化物,有强烈的促进碳的石墨化的作用,在硅含量较高的中碳和高碳钢中,如不含有强碳化物形成元素,易在一定温度条件下发生石墨化;
⑷、在渗碳钢中,硅减小渗碳层厚度和碳的浓度;
⑸、硅对钢水有良好脱氧作用。

合金元素Si对模具钢的力学性能的作用
⑴、提高铁素体和奥氏体的硬度和强度,其作用较MnNiCrWMoV等更强;显著提高钢的弹性极限、屈服强度和屈强比(δs/δb),并提高疲劳强度和疲劳比(δ-1/δb)
⑵、硅含量超过3%时显著降低钢的塑性和韧性;硅提高塑6脆转变温度;
⑶、硅易使钢中形成带状组织,使横向性能低于纵向性能;
⑷、改善钢的耐磨性能。

合金元素Si对模具钢的物理、化学及工艺性能的作用
⑴、降低钢的密度、热导率、电导率和电阻温度系数;
⑵、硅钢片的涡流损耗量显著低于纯铁,矫顽力、磁阻和磁滞损耗较低,磁导率和磁感强度较高。但在强磁场中,硅降低磁感强度;
⑶、提高高温时钢的抗氧化性能,但硅含量高时,表面脱碳加剧;
⑷、硅含量超过2.5%的钢,其变形加工较为困难;
⑸、硅降低钢的可焊性。

合金元素Si在模具钢中的应用
⑴、在普通低合金钢中提高强度,改善局部腐蚀抗力,在调质钢中提高淬透性和抗回火性,是多元合金结构钢中的主要合金组元之一;
⑵、硅含量为0.5%~2.8%SiMnSiMnB(碳含量0.5%~0.7%)广泛用于高载荷弹簧材料,同时加入WVMoNbCr等强碳化物形成元素;
⑶、硅钢片为含硅1.0%~4.5%的低碳和超低碳钢,用于电机和变压器;
⑷、在不锈钢和耐蚀钢中,与MoWCrAlTiN等配合,提高抗蚀和抗高温氧化能力;
⑸、硅含量较高的石墨钢用于冷作模具材料。

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