常见化学元素对金属材料性能的影响.doc

常见化学元素对金属材料性能的影响1. 对钢材性能的影响（1） 碳含量越高，钢的硬度越高，耐磨性越好，但塑性及韧性越差。（2） 硫是钢中的有害杂质，含硫较多的钢在高温下进行压力加工时，容易脆裂，这种现象通常称为热脆性。（3） 磷能使钢中的塑性及韧性明显下降，特别在低温时影响更为严重，这一现象称为冷脆性。在优质钢中，硫和磷的含量应严格控制。但从另一方面来看，在低碳钢中含有较高的硫和磷时，能使切削时切屑易断，对改善钢的可切削性是有利的。（4） 锰能提高钢的强度，消除或削弱硫的不良影响，并能提高钢的淬透性。含锰量很高的高合金钢(高锰钢)具有良好的抗磨性及其他物理性能。（5） 硅含量增加可使钢的硬度增加，但塑性及韧性下降。电工用钢中含一定量的硅能改善软磁性能。（6） 钨可提高钢的红硬性和热强性，并可提高钢的耐磨性。（7） 铬能提高钢的淬透性及耐磨性，改善钢的抗氧化作用，提高钢的抗腐蚀能力。（8） 钒能细化钢的晶粒组织，提高钢的强度、韧性及耐磨性。当它在高温溶入奥氏体时，可增加钢的淬透性;反之，当它以碳化物形态存在时，会降低钢的淬透性。（9） 钼可显著提高钢的淬透性，提高热强性，防止回火脆性，提高剩磁和矫顽力。（10）钛能细化钢的晶粒组织，从而提高钢的强度及韧性。在不锈钢中，钛能消除或减轻钢的晶间腐蚀现象。（11）镍能提高钢的强度和韧性，提高淬透性，含量高时，可显著改变钢和合金的一些物理性能，提高钢的抗腐蚀能力。（12）硼的作用是当钢中含有微量0.0010.005%)硼时，钢的淬透性可以成倍地提高。（13）铝能细化钢的晶粒组织，阻抑低碳钢的时效，提高钢在低温下的韧性。铝还能提高钢的抗氧化性，提高渗氮钢的耐磨性和疲劳强度等。（14）铜在钢中突出的作用是改善普通低合金钢的抗大气腐蚀性能，特别是和磷配合使用时。2.对铸铁性能的影响 铸铁中除了含有碳以外，还有硅、锰、硫、磷等杂质。这些元素对铸铁的组织及性能都有一定的影响。（1） 碳与硅石铸铁中的两个主要元素，它们能促使铸铁中的碳以石墨形式存在，即能促进石墨化。铸铁中的石墨碳越多性质越软。因此往往通过控制铸铁中碳和硅的含量来保证一定的组织和性能。（2） 锰能阻止石墨化过程，抵消硫的有害影响，因此铸铁中含有适量的锰是有益的。（3） 硫是一种有害元素，它强烈阻止石墨碳的形成，降低铸铁的流动性。铸铁的含硫量越少，其质量越好。（4） 磷对石墨化无明显影响，含量较高时，可以增加铁水的流动性，提高铸铁的耐磨性，但高磷铁的缺点是质硬而脆。3.对铜合金性能的影响(1)黄铜锌能改善黄铜的机械性能。在一定的含量范围内，随着含锌量的提高，黄铜的强度和延伸率都可随之提高。铝可以提高黄铜的强度和耐蚀性，但铝的含量高时会降低塑性。铁通常与锰一起加入黄铜中，能起细化晶粒作用，提高机械性能。锡的主要作用是增加黄铜对海水的耐腐蚀能力，并有助于提高黄铜的强度。锰可以改善黄铜的机械性能，并能提高黄铜在海水、氯化物和过热蒸汽中的耐蚀性。铅的加入主要是为了改善黄铜的切削性能，并提高减磨性，但会降低机械性能。硅可以提高强度、硬度和铸造性；但如含硅过高，塑性降低。（2）青铜 锡在一定含量内，能提高青铜硬度、强度和塑性。但含量过高会使合金变脆，强度下降。锌可以显著改善锡青铜的铸造性能。铅可以提高锡青铜的减磨性，同时也可以改善它的切削加工性。磷能提高合金的耐磨性。在锡青铜中加入少量磷有助于提高弹性极限和疲劳极限。铝在一定含量内，可以提高合金的强度和塑性。铝青铜并有优良的抗蚀性。铍的加入，可使合金具有时效硬化的特性，铍青铜经过热处理后，具有很高的强度、硬度及弹性。铍青铜并有良好的耐磨性、耐蚀性及不起火花的特性。4.对铝合金性能的影响按照成分及生产工艺特点，通常将铝合金分为形变铝合金和铸造铝合金两大类。前者具有较高的塑性，适于压力加工，故称为形变铝合金(如防锈铝、硬铝、超硬铝和锻铝等)；后者适于铸造而不适于压力加工，故称为铸造铝合金。（1） 形变铝合金 铜和镁能提高铝合金的强度、硬度，尤其可以使铝合金具有时效硬化的特性，使它能通过热处理(淬火及时效)而显著强化。锌可以提高铝合金的时效硬化效率，在超硬铝中就含有较多的锌。锰的作用主要是提高铝合金的抗蚀性。钛可以细化晶粒。硅在含镁的铝合金中，能增强合金的热处理强化效果。铁和镍可以提高合金的热强性。（2） 铸造铝合金 硅在一定含量下，可以显著改善铝合金的铸造工艺性，即提高浇铸时的流动性；减小生成裂纹的倾向；减小线收缩率等。 铜和镁可改善合金的热处理强化能力。镍的加入提高合金的热强性，使之适合于在高温条件下工作。