金屬元素在鑄造生產(chǎn)就像我們炒菜一樣，有些是主材，有些是輔材。現(xiàn)在，幾乎所有的鑄造廠都在用廢鋼加回爐料，或廢鋼加生鐵的混合配組方來生產(chǎn)鑄件。所以，了解廢鋼中的常存元素就成為必修的功課。下面是金屬元素的介紹，希望能幫助到大家。

為了改善和提高鋼的某些性能和使之獲得某些特殊性能而有意在冶煉過程中加入的元素稱為合金元素。常用的合金元素有鉻、鎳、鉬、鎢、釩、鈦、鈮、鋯、鈷、硅、錳、鋁、銅、硼及稀土等。磷、硫、氮等在某些情況下也起到合金的作用。

　　（1）Cr 鉻能增加鋼的淬透性并有二次硬化的作用，可提高碳鋼的硬度和耐磨性而不使鋼變脆。含量超過12%時，使鋼有良好的高溫抗氧化性和耐氧化性腐蝕的作用，還增加鋼的熱強性。鉻為不銹鋼耐酸鋼及耐熱鋼的主要合金元素。

　　鉻能提高碳素鋼軋制狀態(tài)的強度和硬度，降低伸長率和斷面收縮率。當鉻含量超過15%時，強度和硬度將下降，伸長率和斷面收縮率則相應地有所提高。含鉻鋼的零件經(jīng)研磨容易獲得較高的表面加工質(zhì)量。

　　鉻在調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)中的主要作用是提高淬透性，使鋼經(jīng)淬火回火后具有較好的綜合力學性能，在滲碳鋼中還可以形成含鉻的碳化物，從而提高材料表面的耐磨性。含鉻的彈簧鋼在熱處理時不易脫碳。鉻能提高工具鋼的耐磨性、硬度和紅硬性，有良好的回火穩(wěn)定性。在電熱合金中，鉻能提高合金的抗氧化性、電阻和強度。

　　（2）Ni 鎳在鋼中強化鐵素體并細化珠光體，總的效果是提高強度，對塑性的影響不顯著。一般地講，對不需調(diào)質(zhì)處理而在軋鋼、正火或退火狀態(tài)使用的低碳鋼，一定的含鎳量能提高鋼的強度而不顯著降低其韌性。據(jù)統(tǒng)計，每增加1%的鎳約可提高強度29.4Pa。隨著鎳含量的增加，鋼的屈服程度比抗拉強度提高的快，因此含鎳鋼的比可較普通碳素鋼高。鎳在提高鋼強度的同時，對鋼的韌性、塑性以及其他工藝的性能的損害較其他合金元素的影響小。對于中碳鋼，由于鎳降低珠光體轉(zhuǎn)變溫度，使珠光體變細；又由于鎳降低共析點的含碳量，因而和相同的碳含量的碳素鋼比，其珠光體數(shù)量較多，使含鎳的珠光體鐵素體鋼的強度較相同碳含量的碳素鋼高。反之，若使鋼的強度相同，含鎳鋼的碳含量可以適當降低，因而能使鋼的韌性和塑性有所提。鎳可以提高鋼對疲勞的抗力和減小鋼對缺口的敏感性。鎳降低鋼的低溫脆性轉(zhuǎn)變溫度，這對低溫用鋼有極重要的意義。含鎳3.5%的鋼可在-100℃時使用，含鎳9%的鋼則可在-196℃時工作。鎳不增加鋼對蠕變的抗力，因此一般不作為熱強鋼的強化元素。

　　鎳含量高的鐵鎳合金，其線脹系數(shù)隨鎳含量增減而顯著變化，利用這一特性，可以設計和生產(chǎn)具有極低或一定線脹系數(shù)的精密合金、雙金屬材料等。

　　此外，鎳加入鋼中不僅能耐酸，而且也能抗堿，對大氣及鹽都有抗蝕能力，鎳是不銹耐酸鋼中的重要元素之一。

　　（3）Mo 鉬在鋼中能提高淬透性和熱強性，防止回火脆性，增加剩磁和矯頑力以及在某些介質(zhì)中的抗蝕性。

　　在調(diào)質(zhì)鋼中，鉬能使較大斷面的零件淬深、淬透，提高鋼的抗回火性或回火穩(wěn)定性，使零件可以在較高溫度下回火，從而更有效地消除（或降低）殘余應力，提高塑性。

　　在滲碳鋼中鉬除了具有上述作用外，還能在滲碳層中降低碳化物在晶界上形成連續(xù)網(wǎng)狀的傾向，減少滲碳層中殘留的奧氏體，相對地增加了表面層的耐磨性。

　　在鍛模鋼中，鉬還能保持鋼有比較穩(wěn)定的硬度，增加對變形。開裂和磨損等的抗力。

　　在不銹耐酸鋼中，鉬能進一步提高對有機酸（如蟻酸、醋酸、草酸等）以及過氧化氫、硫酸、亞硫酸、硫酸鹽、酸性染料、漂白粉液等的抗蝕性。特別是由于鉬的加入，防止了氯離子的存在所產(chǎn)生的點腐蝕傾向。

　　含1%左右鉬的W12Cr4V4Mo高速鋼具有耐磨性、回火硬度和紅硬性等。

　　（4）W 鎢在鋼中除形成碳化物外，部分地溶入鐵中形成固溶體。其作用與鉬相似，按質(zhì)量分數(shù)計算，一般效果不如鉬顯著。鎢在鋼中主要樣圖是增加回火穩(wěn)定性、紅硬性、熱強性以及由于形成碳化物而增加的耐磨性。因此它的主要用于工具鋼，如高速鋼、熱鍛模具用鋼等。

　　鎢在優(yōu)質(zhì)彈簧鋼中形成難熔碳化物，在較高溫度回火時，能緩解碳化物的聚集過程，保持較高的高溫強度。鎢還可以降低鋼的過熱敏感性、增加淬透性和提高硬度。65SiMnWA彈簧鋼熱軋后空冷就具有很高的硬度，50mm2截面的彈簧鋼在油中即能淬透，可作承受大負荷、耐熱（不大于350℃）、受沖擊的重要彈簧。30W4Cr2VA高強度耐熱優(yōu)質(zhì)彈簧鋼，具有大的淬透性，1050～1100℃淬火，550～650℃回火后抗拉強度達1470～1666MPa。它主要用于制造在高溫（不大于500℃）條件下使用的彈簧。

　　由于鎢的加入，能顯著提高鋼的耐磨性和切削性，所以，鎢是合金工具鋼的主要元素。

　　（5）V 釩和碳、氨、氧有極強的親和力，與之形成相應的穩(wěn)定化合物。釩在鋼中主要以碳化物的形式存在。其主要作用是細化鋼的組織和晶粒，降低鋼的強度和韌性。當在高溫溶入固溶體時，增加淬透性；反之，如以碳化物形式存在時，降低淬透性。釩增加淬火鋼的回火穩(wěn)定性，并產(chǎn)生二次硬化效應。鋼中的含釩量，除高速工具鋼外，一般均不大于0.5%。

　　釩在普通低碳合金鋼中能細化晶粒，提高正火后的強度和屈服比及低溫特性，改善鋼的焊接性能。

　　釩在合金結(jié)構(gòu)鋼中由于在一般熱處理條件下會降低淬透性，故在結(jié)構(gòu)鋼中常和錳、鉻、鉬以及鎢等元素聯(lián)合使用。釩在調(diào)質(zhì)鋼中主要是提高鋼的強度和屈服比，細化晶粒，撿的過熱敏感性。在滲碳鋼中因能細化晶粒，可使鋼在滲碳后直接淬火，不需二次淬火。

　　釩在彈簧鋼和軸承鋼中能提高強度和屈服比，特別是提高比例極限和彈性極限，降低熱處理時脫碳敏感性，從而提高了表面質(zhì)量。五鉻含釩的軸承鋼，碳化彌散度高，使用性能良好。

　　釩在工具鋼中細化晶粒，降低過熱敏感性，增加回火穩(wěn)定性和耐磨性，從而延長了工具的使用壽命。

　　（6）Ti 鈦與氮、氧、碳都有極強的親和力，與硫的親和力比鐵強。因此，它是一種良好的脫氧去氣劑和固定氮和碳的有效元素。鈦雖然是強碳化物形成元素，但不和其他元素聯(lián)合形成復合化合物。碳化鈦結(jié)合力強，穩(wěn)定，不易分解，在鋼中只有加熱到1000℃以上才能緩慢地溶入固溶體中。在未溶入之前，碳化鈦微粒有阻止晶粒長大的作用。由于鈦和碳之間的親和力遠大于鉻和碳之間的親和力，在不銹鋼中常用鈦來固定其中的碳以消除鉻在晶界處的貧化，從而消除或減輕鋼的晶間腐蝕。

　　鈦也是強鐵氧體形成元素之一，強烈的提高了鋼的A1和A3溫度。鈦在普通低合金鋼中能提高塑性和韌性。由于鈦固定了氮和硫并形成碳化鈦，提高了鋼的強度。經(jīng)正火使晶粒細化，析出形成碳化物可使鋼的塑性和沖擊韌度得到顯著改善，含鈦的合金結(jié)構(gòu)鋼，有良好的力學性能和工藝性能，主要缺點是淬透性稍差。

　　在高鉻不銹鋼中通常需加入約5倍碳含量的鈦，不但能提高鋼的抗蝕性（主要是抗晶間腐蝕）和韌性；還能組織鋼在高溫時的晶粒長大傾向和改善鋼的焊接性能。

　　（7）Nb/Cb 鈮和鈳常與鉭共生，它們在鋼中的作用相近。鈮和鉭部分溶入固溶體，起固溶強化作用。溶入奧氏體時顯著提高鋼的淬透性。但以碳化物和氧化物微粒形式存在時，細化晶粒并降低鋼的淬透性。它能增加鋼的回火穩(wěn)定性，有二次硬化作用。微量鈮可以在不影響鋼的塑性或韌性的情況下提高鋼的強度。由于有細化晶粒的作用，能提高鋼的沖擊韌性并降低其脆性轉(zhuǎn)變溫度。當含量大于碳的8倍時，幾乎可以固定鋼中所有的碳，使鋼具有良好的抗氫性能。在奧氏體鋼中可以防止氧化介質(zhì)對鋼的晶間腐蝕。由于固定碳和沉淀硬化作用，能提高熱強鋼的高溫性能，如蠕變強度等。

　　鈮在建筑用普通低合金鋼中能提高屈服強度和沖擊韌性，降低脆性轉(zhuǎn)變溫度有益焊接性能。在滲碳及調(diào)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼中在增加淬透性的同時。提高鋼的韌性和低溫性能。能降低低碳馬氏體耐熱不銹鋼的空氣硬化性，避免硬化回火脆性，提高蠕變強度。

　　（8）Zr 鋯是強碳化物形成元素，它在鋼中的作用與鈮、鉭、釩相似。加入少量鋯有脫氣、凈化和細化晶粒作用，有利于鋼的低溫性能，改善沖壓性能，它常用于制造燃氣發(fā)動機和彈道導彈結(jié)構(gòu)使用的超高強度鋼和鎳基高溫合金中。

　　（9）Co 鈷多用于特殊的鋼和合金中，含鈷的高速鋼有高的高溫硬度，與鉬同時加入馬氏體時效鋼中可以獲得超高硬度和良好綜合力學性能。此外，鈷在熱強鋼和磁性材料中也是重要的合金元素。

　　鈷降低鋼的淬透性，因此，單獨加入碳素鋼中會降低調(diào)質(zhì)后的綜合力學性能。鈷能強化鐵素體，加入碳素鋼中，在退火或正火狀態(tài)下能提高鋼的硬度、屈服點和抗拉強度，對伸長率和斷面收縮率有不利的影響，沖擊韌性也隨著鈷含量的增加而降低。由于鈷具有抗氧化性能，在耐熱鋼和耐熱合金中得到應用。鈷基合金燃氣渦輪中更是顯示了它特有的作用。

　　（10）Si 硅能溶于鐵素體和奧氏體中提高鋼的硬度和強度，其作用僅次于磷，較錳、鎳、鉻、鎢、鉬、釩等元素強。但含硅量超過3%時，將顯著降低鋼的塑性和韌性。硅能提高鋼的彈性極限、屈服強度和屈服比（σs/σb），以及疲勞強度和疲勞比（σ-1/σb）等。這是硅或硅錳鋼可作為彈簧鋼種的緣故。

　　硅能降低鋼的密度、熱導率和電導率。能促使鐵素體晶粒粗化，降低矯頑力。有減小晶體的各向異性傾向，使磁化容易，磁阻減小，可用來生產(chǎn)電工用鋼，所以硅鋼片的磁阻滯損耗較低。硅能提高鐵素體的導磁率，使鋼片在較弱磁場下有較高的磁感強度。但在強磁場下硅降低鋼的磁感強度。硅因有強的脫氧力，從而減少了鐵的磁時效作用。

　　含硅的鋼在氧化氣氛中加熱時，表面將形成一層SiO2薄膜，從而提高鋼在高溫時的抗氧化性。硅能促使鑄鋼中的柱狀晶成長，降低塑性。硅鋼若加熱時冷卻較快，由于熱導率低，鋼的內(nèi)部和外部溫差較大，因而斷裂。

　　硅能降低鋼的焊接性能。因為與氧的結(jié)合能力硅比鐵強，在焊接時容易生成低熔點的硅酸鹽，增加熔渣和融化金屬的流動性，引起噴濺現(xiàn)象，影響焊接質(zhì)量。硅是良好的脫氧劑。用鋁脫氧時酌情加一定量的硅，能顯著提高率的脫氧性。硅在鋼中本來就有一定的殘存，這是由于煉鐵煉鋼時作為原料帶入的。在沸騰鋼中，硅限制在

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