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合金元素與鐵、碳的相互作用
合金元素加入鋼中后，主要以三種形式存在鋼中。即：與鐵形成固溶體；與碳形成碳化物；在高合金鋼中還可能形成金屬間化合物。
1. 溶于鐵中
幾乎所有的合金元素（除Pb外）都可溶入鐵中, 形成合金鐵素體或合金奧氏體, 按其對α-Fe或γ-Fe的作用, 可將合金元素分為擴大奧氏體相區和縮小奧氏體相區兩大類。
擴大γ相區的元素—亦稱奧氏體穩定化元素, 主要是Mn、Ni、Co、C、N、Cu等, 它們使A3點(γ-Fe α-Fe的轉變點)下降, A4點( γ-Fe的轉變點)上升, 從而擴大γ-相的存在范圍。其中Ni、Mn等加入到一定量后, 可使γ相區擴大到室溫以下, 使α相區消失, 稱為完全擴大γ相區元素。另外一些元素(如C、N、Cu等), 雖然擴大γ相區, 但不能擴大到室溫, 故稱之為部分擴大γ相區的元素。
縮小γ相區元素——亦稱鐵素體穩定化元素, 主要有Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si、B、Nb、Zr等。它們使A3點上升, A4點下降(鉻除外, 鉻含量小于7%時, A3點下降; 大于7%后,A3點迅速上升), 從而縮小γ相區存在的范圍, 使鐵素體穩定區域擴大。按其作用不同可分為完全封閉γ相區的元素(如Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si等)和部分縮小γ相區的元素(如B、Nb、Zr等)。
3. 成分特點
(1) 中碳：碳含量一般在0.25%～0.50%之間，以0.4%居多；
(2) 加入提高淬透性的元素Cr、Mn、Ni、Si等：這些合金元素除了提高淬透性外，還能形成合金鐵素體，提高鋼的強度。如調質處理后的40Cr鋼的性能比45鋼的性能高很多；
(3) 加入防止第二類回火脆性的元素：含Ni、Cr、Mn的合金調質鋼，高溫回火慢冷時易產生第二類回火脆性。在鋼中加入Mo、W可以防止第二類回火脆性，其適宜含量約為0.15%～0.30%Mo或0.8%～1.2%的W。
45鋼與40Cr鋼調質后性能的對比
鋼號及熱處理狀態 截面尺寸/ mm sb/ MPa ss/MPa d5/ % y/% ak/kJ/m2
45鋼 850℃水淬, 550℃回火 f50 700 500 15 45 700
40Cr鋼 850℃油淬, 570℃回火 f50 (心部) 850 670 16 58 1000
4. 鋼種及牌號
(1)40Cr低淬透性調質鋼：這類鋼的油淬臨界直徑為30mm～40mm，用于制造一般尺寸的重要零件。
(2)35CrMo中淬透性合金調質鋼：這類鋼的油淬臨界直徑為40mm～60mm,加入鉬不僅可提高淬透性，而且可防止第二類回火脆性。
(3)40CrNiMo高淬透性合金調質鋼：這類鋼的油淬臨界直徑為60mm-100mm，多半是鉻鎳鋼。鉻鎳鋼中加入適當的鉬，不但具有好的淬透性，還可第二類回火脆性。
金宏通鋼管有限公司
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