Afin d'améliorer et d'améliorer certaines propriétés de l'acier et d'obtenir certaines propriétés spéciales, les éléments ajoutés intentionnellement au cours du processus de fusion sont appelés éléments d'alliage. Les éléments d'alliage couramment utilisés comprennent le chrome, le nickel, le molybdène, le tungstène, le vanadium, le titane, le tantale, le zirconium, le cobalt, le silicium, le manganèse, l'aluminium, le cuivre, le bore et les terres rares. Le phosphore, le soufre, l'azote, etc. jouent également un rôle d'alliage dans certains cas.
(1) chrome (cr)
Le chrome peut augmenter la trempabilité de l'acier et avoir l'effet de durcissement secondaire, peut améliorer la dureté et la résistance à l'usure de l'acier au carbone sans rendre l'acier fragile. Lorsque la teneur dépasse 12%, l'acier présente une bonne résistance à l'oxydation à haute température et une résistance à la corrosion par résistance à l'oxydation, et augmente également la résistance thermique de l'acier. Le chrome est le principal élément d'alliage de l'acier inoxydable résistant à l'acide et de l'acier résistant à la chaleur.
Le chrome peut augmenter la résistance et la dureté de l'acier au carbone à l'état de roulement et réduire l'allongement et la réduction de la surface. Lorsque la teneur en chrome dépasse 15%, la résistance et la dureté diminuent et l'allongement et la réduction de la surface augmentent en conséquence. Les pièces contenant de l'acier au chrome sont facilement broyées pour obtenir une qualité de surface supérieure.
Le rôle principal du chrome dans la structure trempée et trempée est d’améliorer la trempabilité, de sorte que l’acier après trempe et revenu présente de meilleures propriétés mécaniques, l’acier cémenté pouvant également former des carbures de chrome, augmentant ainsi la résistance du matériau. .
L'acier à ressort contenant du chrome n'est pas sensible à la décarburation pendant le traitement thermique. Le chrome peut améliorer la résistance à l'usure, la dureté et la dureté du rouge de l'acier à outils et avoir une bonne stabilité à la trempe. Dans les alliages électrothermiques, le chrome peut augmenter la résistance à l'oxydation, la résistance électrique et la résistance de l'alliage.
(2) Nickel (Ni)
Le nickel renforce la ferrite et affine la perlite dans l'acier. L'effet global est d'augmenter la force et n'a pas d'effet significatif sur la plasticité. En général, pour les aciers à faible teneur en carbone utilisés dans le laminage, la normalisation ou le recuit de l'acier sans nécessiter de conditionnement, une certaine quantité de nickel peut augmenter la résistance de l'acier sans en réduire considérablement la résistance. Selon les statistiques, chaque augmentation de 1% du nickel peut augmenter la résistance de 29,4 Pa. Avec l'augmentation de la teneur en nickel, le rendement de l'acier augmente plus rapidement que la résistance à la traction, de sorte que le rapport de l'acier contenant du nickel peut être plus élevé que celui de l'acier au carbone ordinaire. Le nickel augmente la résistance de l'acier, alors qu'il a moins d'effet sur la ténacité, la plasticité et la performance d'autres procédés que d'autres éléments d'alliage. Pour l'acier au carbone moyen, comme le nickel réduit la température de transformation de la perlite, la perlite devient fine; et comme le nickel réduit la teneur en carbone du point eutectoïde, la quantité de perlite est supérieure à celle de l'acier au carbone ayant la même teneur en carbone. La résistance de l'acier ferritique nacré contenant du nickel est supérieure à celle de l'acier au carbone ayant la même teneur en carbone. Inversement, si la résistance de l'acier est la même, la teneur en carbone de l'acier contenant du nickel peut être réduite de manière appropriée, et la ténacité et la plasticité de l'acier peuvent être améliorées. Le nickel peut améliorer la résistance de l'acier à la fatigue et réduire la sensibilité de l'acier à l'écart. Le nickel réduit la température de transition fragile de l'acier à basse température, ce qui est très important pour les aciers à basse température. Le nickel contenant 3,5% d'acier peut être utilisé à -100 ° C et le nickel contenant 9% d'acier peut fonctionner à -196 ° C. Le nickel n'augmente pas la résistance au fluage de l'acier et n'est donc généralement pas utilisé comme élément de renforcement pour les aciers de résistance à chaud.
Dans les alliages fer-nickel à haute teneur en nickel, le coefficient de dilatation linéaire change de manière significative avec l'augmentation ou la diminution de la teneur en nickel. Avec cette caractéristique, il est possible de concevoir et de produire des alliages de précision, des bilames, etc. avec des coefficients de dilatation linéaires très faibles ou certains.
De plus, le nickel est non seulement résistant aux acides, mais également résistant aux alcalis, et résiste à l’atmosphère et au sel. Le nickel est l'un des éléments importants de l'acier inoxydable résistant aux acides.
(3) Molybdène (Mo)
Le molybdène améliore la trempabilité et la résistance thermique de l'acier, empêche la fragilité de la trempe, augmente la rémanence et la coercivité et résiste à la corrosion dans certains milieux.
Dans l’acier trempé et revenu, le molybdène peut étancher et durcir les pièces avec des sections plus grandes, améliorer la résistance à la trempe ou la stabilité à la trempe de l’acier et permettre aux pièces d’être trempées à une température plus élevée. stress et améliorer la plasticité.
En plus des fonctions mentionnées ci-dessus, le molybdène dans les aciers cémentés peut également réduire la tendance des carbures à former un réseau continu aux joints de grains dans la couche cémentée, réduire l'austénite résiduelle dans la couche cémentée et augmenter relativement la couche superficielle. La résistance à l'usure.
Dans la matrice de forgeage, le molybdène peut également maintenir une dureté de l'acier relativement stable et augmenter la déformation. Résistance à la fissuration et à l'usure.
Dans les aciers inoxydables résistant aux acides, le molybdène peut augmenter la résistance aux acides organiques (acide formique, acide acétique, acide oxalique, etc.) ainsi qu'au peroxyde d'hydrogène, à l'acide sulfurique, à l'acide sulfureux, aux sulfates, aux colorants acides et aux liquides de blanchiment. En particulier, en raison de l'addition de molybdène, la tendance à la corrosion par piqûres provoquée par la présence d'ions chlorure est empêchée.
L'acier rapide W12Cr4V4Mo contenant environ 1% de molybdène présente une résistance à l'usure, une dureté de trempe et une dureté rouge.
(4) tungstène (W)
En plus de former des carbures dans l'acier, le tungstène se dissout partiellement dans le fer pour former une solution solide. L'effet est similaire à celui du molybdène et l'effet général n'est pas aussi important que celui du molybdène en termes de fraction massique. L'échantillon principal de tungstène dans l'acier est la stabilité à la température, la dureté rouge, la résistance thermique et la résistance à l'usure accrue dues à la formation de carbures. Par conséquent, il est principalement utilisé pour les aciers à outils, tels que l'acier rapide, l'acier de forge à chaud, etc.
Le tungstène forme des carbures réfractaires dans les aciers à ressorts de haute qualité. Lorsqu'il est tempéré à des températures plus élevées, il peut soulager le processus d'agrégation des carbures et maintenir une résistance élevée à haute température. Le tungstène peut également réduire la sensibilité à la surchauffe de l'acier, augmenter la trempabilité et augmenter la dureté. L'acier à ressort 65SiMnWA présente une très grande dureté après le laminage à chaud. L'acier à ressort de section 50mm2 peut être durci dans l'huile et peut être utilisé comme un ressort important soumis à une charge lourde, une résistance à la chaleur (inférieure à 350 ° C) et impacté. 30W4Cr2VA acier à ressort de haute qualité résistant à la chaleur, avec une grande trempabilité, trempe 1050 ~ 1100 ° C, 550 ~ 650 ° C trempé après la résistance à la traction de 1470 ~ 1666Pa. Il est principalement utilisé pour fabriquer des ressorts utilisés à des températures élevées (jusqu'à 500 ° C).
Grâce à l'ajout de tungstène, la résistance à l'usure et l'usinabilité de l'acier peuvent être considérablement améliorées. Par conséquent, le tungstène est l'élément principal de l'acier à outils en alliage.
(5) Vanadium (V)
Le vanadium et le carbone, l'ammoniac, l'oxygène ont une forte affinité avec la formation des composés stables correspondants. Le vanadium existe principalement sous forme de carbures dans l'acier. Son rôle principal est d'affiner la microstructure et les grains de l'acier et d'augmenter la résistance et la ténacité de l'acier. Lorsque la solution solide est dissoute à haute température, la trempabilité est augmentée; inversement, lorsqu'il est présent sous forme de carbure, la trempabilité est diminuée. Le vanadium augmente la stabilité à la trempe de l'acier trempé et produit un effet de durcissement secondaire. La teneur en vanadium dans l'acier n'est généralement pas supérieure à 0,5%, sauf l'acier à outils à grande vitesse.
Le vanadium peut affiner les grains dans les aciers alliés ordinaires à faible teneur en carbone, augmenter la résistance mécanique, le taux de rendement et les propriétés à basse température après normalisation, et améliorer les performances de soudage des aciers.
Le vanadium dans l'acier de construction en alliage réduira la trempabilité dans les conditions générales de traitement thermique, de sorte qu'il est souvent utilisé avec des éléments tels que le manganèse, le chrome, le molybdène et le tungstène dans l'acier de construction. Le vanadium dans l'acier trempé et trempé sert principalement à augmenter la résistance et le rendement de l'acier et à affiner la sensibilité thermique des grains et du niobium. Grâce à la possibilité d'affiner les grains dans l'acier cémenté, l'acier peut être directement trempé après la cémentation sans trempe secondaire.
Le vanadium peut augmenter la résistance et le rendement de l'acier à ressort et de l'acier de roulement, en particulier augmenter la limite de rapport et la limite élastique, réduire la sensibilité à la décarbonisation pendant le traitement thermique et améliorer ainsi la qualité de la surface. L'acier porteur à cinq chrome-vanadium présente une dispersion de carbonisation élevée et de bonnes performances.
Le vanadium affine les grains dans l'acier à outils, réduit la sensibilité à la surchauffe, augmente la stabilité de la trempe et la résistance à l'usure, et prolonge la durée de vie de l'outil.
(6) Titane (Ti)
Le titane a une forte affinité avec l'azote, l'oxygène et le carbone et a une plus forte affinité avec le soufre que le fer. C'est donc un bon désoxydant et un élément efficace pour la fixation de l'azote et du carbone. Bien que le titane soit un élément solide formant un carbure, il ne se combine pas avec d'autres éléments pour former un composé composite. Le carbure de titane a une forte force de liaison, est stable et ne se décompose pas facilement. Il ne peut que se dissoudre lentement en solution solide lorsqu'il est chauffé à plus de 1000 ° C dans l'acier. Avant d'être dissoutes, les particules de carbure de titane ont pour effet d'empêcher la croissance des grains. Puisque l'affinité entre le titane et le carbone est beaucoup plus grande que l'affinité entre le chrome et le carbone, le titane est souvent utilisé dans l'acier inoxydable pour y fixer le carbone afin d'éliminer l'appauvrissement en chrome des joints de grains.
Le titane est également l'un des éléments formant des ferrites et augmente fortement la température de l'acier A1 et A3. Le titane améliore la plasticité et la ténacité des aciers ordinaires faiblement alliés. Comme le titane fixe l'azote et le soufre et forme du carbure de titane, la résistance de l'acier augmente. Le raffinage des grains après la normalisation, la précipitation et la formation de carbures peuvent améliorer considérablement la plasticité et la résilience de l'acier. L'acier de construction en alliage contenant du titane présente de bonnes propriétés mécaniques et des performances de traitement. Le principal inconvénient est la trempabilité.
Dans les aciers inoxydables à haute teneur en chrome, il est généralement nécessaire d'ajouter environ 5 fois la teneur en carbone du titane, ce qui améliore non seulement la résistance à la corrosion (principalement la résistance à la corrosion intergranulaire) et la ténacité de l'acier. croissance de l'acier à haute température et améliore la microstructure. Performance de soudage de l'acier.
(7) Nb / Cb
La symbiose entre 铌 et 钶 est souvent similaire à celle de 钽 et,. Ils ont des effets similaires en acier. Le lanthane et le cérium sont dissous dans une solution solide et jouent un rôle de renforcement de la solution solide. Une fois dissous dans l'austénite, la trempabilité de l'acier est considérablement augmentée. Cependant, en présence de carbures et de particules d'oxyde, les grains sont affinés et la trempabilité de l'acier est réduite. Il peut augmenter la stabilité de la trempe de l'acier et a un effet de durcissement secondaire. Le niobium à l'état de trace peut augmenter la résistance de l'acier sans affecter la plasticité ou la ténacité de l'acier. En raison de l'affinement du grain, la résistance à l'impact de l'acier peut être améliorée et sa température de transition fragile peut être réduite. Lorsque le contenu est plus de huit fois supérieur à celui du carbone, la quasi-totalité du carbone contenu dans l'acier peut être fixée, de sorte que l'acier présente une bonne résistance à l'hydrogène. Dans les aciers austénitiques, la corrosion intergranulaire de l'acier par le milieu oxydant peut être évitée. En raison des effets fixes du carbone et du durcissement par précipitation, les propriétés à haute température des aciers à résistance élevée, tels que la résistance au fluage, peuvent être améliorées.
铌 Dans l'acier ordinaire faiblement allié pour la construction, la limite d'élasticité et la résilience peuvent être améliorées, et la température de transition fragile peut réduire les performances de soudage bénéfiques. Dans la cémentation et trempé et trempé alliage d'acier de construction dans l'augmentation de la trempabilité en même temps. Améliorer la résistance et la performance à basse température de l'acier. Il peut réduire le durcissement à l'air de l'acier inoxydable martensitique résistant à la chaleur à faible teneur en carbone, éviter le durcissement et tempérer la fragilité et augmenter la résistance au fluage.
(8) Zirconium (Zr)
Le zirconium est un puissant élément formant un carbure et son rôle dans l’acier est similaire à celui du niobium, du tantale et du vanadium. L'ajout d'une petite quantité de zirconium a pour effet de dégazer, de purifier et d'affiner les grains, ce qui est bénéfique à la performance à basse température de l'acier et améliore les performances de marquage. Il est couramment utilisé dans la fabrication d'aciers à très haute résistance et de superalliages à base de nickel pour moteurs à gaz et structures de missiles balistiques.
(9) Cobalt (Co)
Le cobalt est utilisé dans les aciers spéciaux et les alliages. Les aciers rapides contenant du cobalt ont une dureté élevée à haute température. En combinaison avec le molybdène, les aciers martensitiques peuvent être utilisés pour obtenir une dureté très élevée et de bonnes propriétés mécaniques. De plus, le cobalt est également un élément d'alliage important dans les aciers à haute résistance et les matériaux magnétiques.
Le cobalt réduit la trempabilité de l'acier. L'ajout d'acier au carbone seul réduit donc les propriétés mécaniques globales après trempe et revenu. Le cobalt peut renforcer la ferrite et ajouter de l'acier au carbone. Il peut augmenter la dureté, la limite élastique et la résistance à la traction de l'acier pendant le recuit ou la normalisation. Cela a un effet néfaste sur l'allongement et la réduction de la surface, et la résistance aux chocs augmente également. Diminution de la teneur en cobalt. Le cobalt ayant des propriétés antioxydantes, il est utilisé dans les aciers résistants à la chaleur et les alliages résistant à la chaleur. La turbine à gaz en alliage à base de cobalt montre son rôle unique.
(10) silicium (Si)
Le silicium peut être dissous dans la ferrite et l'austénite pour améliorer la dureté et la résistance de l'acier, son rôle est le deuxième après le phosphore, plus fort que le manganèse, le nickel, le chrome, le tungstène, le molybdène et le vanadium. Cependant, lorsque la teneur en silicium dépasse 3%, la plasticité et la ténacité de l'acier seront considérablement réduites. Le silicium peut améliorer la limite d'élasticité de l'acier, la limite d'élasticité et le taux de rendement (σs / σb), ainsi que la résistance à la fatigue et le taux de fatigue (σ-1 / σb). En effet, l'acier au silicium ou au silicium-manganèse peut être utilisé comme acier à ressort.
Le silicium réduit la densité, la conductivité thermique et la conductivité électrique de l'acier. Peut favoriser le grossissement des grains de ferrite et réduire la coercivité. Il y a une tendance à réduire l'anisotropie du cristal, de sorte que la magnétisation est facile, la résistance magnétique est réduite et peut être utilisée pour la production d'acier électrique, de sorte que la tôle d'acier magnétique présente une perte d'hystérésis magnétique inférieure. Le silicium peut augmenter la perméabilité magnétique de la ferrite, de sorte que la tôle d'acier présente une plus grande force d'induction magnétique sous un champ magnétique plus faible. Cependant, dans un fort champ magnétique, le silicium réduit la résistance à l'induction magnétique de l'acier. En raison de la forte désoxygénation du silicium, le silicium réduit l'effet de vieillissement magnétique du fer.
Lorsque de l'acier contenant du silicium est chauffé dans une atmosphère oxydante, une couche de film de Si02 sera formée sur la surface, augmentant ainsi la résistance à l'oxydation de l'acier à des températures élevées.
Le silicium peut favoriser la croissance de cristaux colonnaires dans l'acier coulé et réduire la plasticité. Si l'acier au silicium refroidit rapidement lorsqu'il est chauffé, la différence de température entre l'intérieur et l'extérieur de l'acier est grande en raison de la faible conductivité thermique, et par conséquent, il se brise.
Le silicium peut réduire les performances de soudage de l'acier. Comme la capacité de liaison à l'oxygène est plus forte que celle du fer, un silicate à bas point de fusion est facilement généré pendant le soudage, ce qui augmente la fluidité du laitier fondu et du métal fondu, entraînant une perte de qualité. Le silicium est un bon désoxydant. Lors de la désoxydation avec de l'aluminium, une certaine quantité de silicium est ajoutée selon les besoins, ce qui peut augmenter considérablement le taux de désoxydation. À l’origine, le silicium contient des résidus dans l’acier, qui est utilisé comme matière première lors de la fabrication de l’acier et de l’acier. Dans les aciers en ébullition, le silicium est limité à <> Lorsqu'ils sont ajoutés intentionnellement, des alliages de ferrosilicium sont ajoutés pendant la fabrication de l'acier.
(11) Manganèse (Mn)
Le manganèse est un bon désoxydant et désulfurant. L'acier contient généralement une certaine quantité de manganèse, ce qui peut éliminer ou réduire la fragilité à chaud de l'acier à cause du soufre, améliorant ainsi la capacité de travail à chaud de l'acier.
La solution solide formée par le manganèse et le fer augmente la dureté et la résistance de la ferrite et de l'austénite dans l'acier. En même temps, il s'agit d'un élément de formation de carbure qui pénètre dans la cémentite pour remplacer une partie des atomes de fer. Le manganèse réduit la température de transition critique dans l'acier. Il joue un rôle dans le raffinage de la perlite et joue aussi indirectement un rôle important dans l'augmentation de la résistance de l'acier perlitique. La capacité du manganèse à stabiliser l’austénite est la deuxième après le nickel et augmente fortement la trempabilité de l’acier. Le manganèse utilisé ne contient pas plus de 2% de composition avec d'autres éléments pour fabriquer une variété d'aciers alliés.
Le manganèse présente les caractéristiques de ressources abondantes et de fonctions diverses et a été largement utilisé, comme les aciers structurels au carbone et les aciers à ressorts à plus haute teneur en manganèse.
Dans les aciers résistants à l'usure à haute teneur en carbone et en manganèse, la teneur en manganèse peut atteindre 10% à 14%. Après le traitement en solution, il a une bonne ténacité. Lorsqu'il reçoit l'impact et se déforme, la couche superficielle sera renforcée par déformation et présente une résistance élevée. Broyage.
Le manganèse et le soufre forment un MnS avec un point de fusion élevé, ce qui empêche la fragilité à chaud due au FeS. Le manganèse a tendance à augmenter le grossissement des grains d'acier et à accroître la sensibilité à la fragilité. Si la fusion n'est pas correctement refroidie après la coulée et le forgeage, elle peut facilement causer des taches blanches dans l'acier.
(12) aluminium (al)
L'aluminium est principalement utilisé pour désoxyder et raffiner les grains. La formation d'une couche nitrurée dure et résistante à la corrosion dans l'acier nitruré. L'aluminium peut empêcher le vieillissement des aciers à faible teneur en carbone et augmenter leur ténacité à basse température. Lorsque la teneur est élevée, la résistance à l'oxydation de l'acier et la résistance à la corrosion dans l'acide oxydant et le gaz H2S peuvent être améliorées et les propriétés électriques et magnétiques de l'acier peuvent être améliorées. L'aluminium a un grand effet de renforcement en solution solide dans l'acier, améliorant la résistance à l'usure, la résistance à la fatigue et les propriétés mécaniques du noyau de l'acier cémenté.
Dans l'alliage dur, l'aluminium et le nickel forment des composés, améliorant ainsi la résistance à la fusion. L'alliage aluminium fer-chrome contenant de l'aluminium présente des caractéristiques de résistance presque constantes et une excellente résistance à l'oxydation à haute température. Il convient aux matériaux d'alliage électrométallurgique et à l'aluminium de chrome. Fil de résistance.