A fim de melhorar e melhorar certas propriedades do aço e obter certas propriedades especiais, os elementos que são intencionalmente adicionados durante o processo de fundição são chamados de elementos de liga. Elementos de liga comumente usados incluem cromo, níquel, molibdênio, tungstênio, vanádio, titânio, tântalo, zircônio, cobalto, silício, manganês, alumínio, cobre, boro, terra rara e similares. Fósforo, enxofre, nitrogênio, etc. também desempenham um papel de liga em alguns casos.
(1) cromo (Cr)
O cromo pode aumentar a temperabilidade do aço e tem o efeito de endurecimento secundário, pode melhorar a dureza e a resistência ao desgaste do aço carbono sem tornar o aço quebradiço. Quando o teor excede 12%, o aço tem boa resistência à oxidação em alta temperatura e resistência à corrosão, além de aumentar a resistência térmica do aço. O cromo é o principal elemento de liga do aço resistente ao ácido de aço inoxidável e do aço resistente ao calor.
O cromo pode aumentar a força e a dureza do aço carbono no estado de laminação e reduzir o alongamento e a redução da área. Quando o teor de cromo exceder 15%, a força e a dureza diminuirão, e o alongamento e a redução da área aumentarão de acordo. Peças contendo aço cromo são facilmente moídas para obter maior qualidade de superfície.
O principal papel do cromo na estrutura temperada e temperada é melhorar a temperabilidade, de modo que o aço após a têmpera e revenimento tem melhores propriedades mecânicas abrangentes, no aço cementado também pode formar carbonetos de cromo, aumentando assim a superfície da resistência do material Moagem .
O aço de mola contendo cromo não é suscetível a descarbonetação durante o tratamento térmico. O cromo pode melhorar a resistência ao desgaste, dureza e dureza vermelha do aço da ferramenta e ter boa estabilidade de revenimento. Nas ligas eletrotérmicas, o cromo pode aumentar a resistência à oxidação, a resistência elétrica e a resistência da liga.
(2) níquel (Ni)
O níquel fortalece a ferrita e refina a perlite em aço. O efeito geral é aumentar a força e não tem efeito significativo sobre a plasticidade. Em geral, para aços com baixo teor de carbono que são usados na laminação de aço, normalização ou recozimento sem a necessidade de condicionamento, uma certa quantidade de níquel pode aumentar a resistência do aço sem reduzir significativamente sua tenacidade. Segundo as estatísticas, cada aumento de 1% de níquel pode aumentar a força em 29,4Pa. Com o aumento do teor de níquel, o rendimento do aço aumenta mais rápido do que a resistência à tração, de modo que a proporção de aço contendo níquel pode ser maior do que a do aço carbono comum. O níquel aumenta a resistência do aço, embora tenha menos efeito sobre a tenacidade, plasticidade e desempenho de outros processos do que outros elementos de liga. Para o aço de carbono médio, como o níquel reduz a temperatura de transformação da perlite, a perlita fica bem; e como o níquel reduz o teor de carbono do ponto eutetóide, a quantidade de perlita é maior do que a do aço carbono com o mesmo teor de carbono. A resistência do aço ferrítico perlítico contendo níquel é maior do que a do aço carbono com o mesmo teor de carbono. Inversamente, se a força do aço é a mesma, o teor de carbono do aço contendo níquel pode ser apropriadamente reduzido, e a tenacidade e plasticidade do aço podem ser melhoradas. O níquel pode melhorar a resistência do aço à fadiga e reduzir a sensibilidade do aço à fenda. O níquel reduz a temperatura de transição frágil do aço a baixas temperaturas, o que é de grande importância para os aços de baixa temperatura. Níquel contendo 3,5% de aço pode ser usado a -100 ° C, e níquel contendo 9% de aço pode trabalhar a -196 ° C. O níquel não aumenta a resistência do aço à fluência e, portanto, geralmente não é usado como elemento de fortalecimento para aços de resistência a quente.
Em ligas de ferro-níquel com alto teor de níquel, o coeficiente de expansão linear muda significativamente com o aumento ou a diminuição do teor de níquel. Com esse recurso, é possível projetar e produzir ligas de precisão, bimetais, etc. com coeficientes de expansão linear muito baixos ou determinados.
Além disso, o níquel não é apenas resistente ao ácido, mas também resistente a álcalis e tem resistência à corrosão da atmosfera e do sal. O níquel é um dos elementos importantes no aço inoxidável resistente a ácidos.
(3) Molibdênio (Mo)
O molibdênio melhora a temperabilidade e a resistência térmica do aço, evita a fragilidade da têmpera, aumenta a remanência e a coercividade e resiste à corrosão em determinadas mídias.
No aço temperado e revenido, o molibdênio pode resfriar e endurecer as peças com seções maiores, melhorar a resistência à têmpera ou a estabilidade de revenido do aço e permitir que as peças sejam temperadas a uma temperatura mais alta, eliminando assim mais eficazmente estresse e melhorar a plasticidade.
Além das funções acima mencionadas, o molibdênio em aços cementados também pode reduzir a tendência dos carbonetos de formar uma rede contínua nos limites de grão na camada cementada, reduzir a austenita residual na camada cementada e aumentar relativamente a camada superficial. A resistência ao desgaste.
Na matriz de forjamento, o molibdênio também pode manter uma dureza de aço relativamente estável e aumentar a deformação. Craqueamento e resistência ao desgaste.
Nos aços inoxidáveis resistentes aos ácidos, o molibdênio pode aumentar ainda mais a resistência a ácidos orgânicos (ácido fórmico, ácido acético, ácido oxálico, etc.), bem como peróxido de hidrogênio, ácido sulfúrico, ácido sulfuroso, sulfatos, corantes ácidos e líquidos de branqueamento. Em particular, devido à adição de molibdênio, a tendência de corrosão por pite causada pela presença de íons cloreto é evitada.
O aço de alta velocidade W12Cr4V4Mo contendo cerca de 1% de molibdênio tem resistência ao desgaste, dureza de revenimento e dureza vermelha.
(4) tungstênio (W)
Além de formar carbonetos em aço, o tungstênio se dissolve parcialmente em ferro para formar uma solução sólida. O efeito é semelhante ao do molibdênio, e o efeito geral não é tão significativo quanto o do molibdênio em termos de fração de massa. A principal amostra de tungstênio no aço é maior estabilidade do temperamento, dureza vermelha, resistência térmica e maior resistência ao desgaste devido à formação de carbonetos. Portanto, ele é usado principalmente para aços ferramenta, como aço rápido, aço para forjamento a quente e assim por diante.
O tungstênio forma carbonetos refratários em aços mola de alta qualidade. Quando temperado a temperaturas mais altas, pode aliviar o processo de agregação de carbonetos e manter a alta resistência a altas temperaturas. O tungstênio também pode reduzir a sensibilidade de superaquecimento do aço, aumentar a temperabilidade e aumentar a dureza. O aço mola 65SiMnWA tem uma dureza muito alta após laminação a quente. Aços de mola com 50mm2 de seção podem ser endurecidos em óleo e podem ser usados como uma importante mola sujeita a cargas pesadas, resistência ao calor (inferior a 350 ° C) e impactados. 30W4Cr2VA alta resistência ao calor mola de aço de alta qualidade resistente, com uma grande temperabilidade, têmpera 1050 ~ 1100 ° C, 550 ~ 650 ° C temperado após a resistência à tração de 1470 ~ 1666Pa. É usado principalmente para fazer molas usadas em altas temperaturas (até 500 ° C).
Devido à adição de tungstênio, a resistência ao desgaste e a usinabilidade do aço podem ser significativamente melhoradas. Portanto, o tungstênio é o principal elemento do aço da ferramenta de liga.
(5) Vanádio (V)
Vanádio e carbono, amônia, oxigênio têm uma forte afinidade, com a formação dos correspondentes compostos estáveis. O vanádio existe principalmente na forma de carbonetos em aço. Seu principal papel é refinar a microestrutura e os grãos do aço e aumentar a resistência e a tenacidade do aço. Quando a solução sólida é dissolvida a alta temperatura, a temperabilidade é aumentada; inversamente, quando presente como um carboneto, a temperabilidade é diminuída. O vanádio aumenta a estabilidade de têmpera do aço temperado e produz um efeito secundário de endurecimento. O teor de vanádio no aço geralmente não é superior a 0,5%, exceto o aço ferramenta de alta velocidade.
O vanádio pode refinar grãos em aços comuns de baixo teor de carbono, aumentar a resistência, a taxa de rendimento e as propriedades de baixa temperatura após a normalização e melhorar o desempenho de soldagem dos aços.
O vanádio no aço estrutural de liga reduz a temperabilidade sob as condições gerais de tratamento térmico, por isso é freqüentemente usado em conjunto com elementos como manganês, cromo, molibdênio e tungstênio no aço estrutural. O vanádio no aço temperado e temperado é principalmente para aumentar a força e taxa de rendimento do aço e refinar a sensibilidade térmica dos grãos e nióbio. Devido à capacidade de refinar os grãos no aço cementado, o aço pode ser resfriado diretamente após a cementação sem resfriamento secundário.
O vanádio pode aumentar a força e taxa de rendimento em aço de mola e aço de rolamento, especialmente aumentar o limite de relação e limite elástico, reduzir a sensibilidade de descarbonização durante o tratamento térmico e, assim, melhorar a qualidade da superfície. O aço do mancal de 5-cromo-vanádio possui alta dispersão de carbonização e bom desempenho.
O vanádio refina os grãos no aço da ferramenta, reduz a sensibilidade ao superaquecimento, aumenta a estabilidade do temperamento e a resistência ao desgaste e aumenta a vida útil da ferramenta.
(6) Titânio (Ti)
O titânio tem forte afinidade com nitrogênio, oxigênio e carbono, e tem maior afinidade com o enxofre do que com o ferro. Portanto, é um bom desoxidante e um elemento efetivo para a fixação de nitrogênio e carbono. Embora o titânio seja um forte elemento de formação de carboneto, ele não se combina com outros elementos para formar um composto composto. O carboneto de titânio tem uma forte força de ligação, é estável e não é facilmente decomposto. Só pode dissolver lentamente em solução sólida quando é aquecida a mais de 1000 ° C em aço. Antes de serem dissolvidas, as partículas de carboneto de titânio têm o efeito de impedir o crescimento de grãos. Como a afinidade entre o titânio e o carbono é muito maior do que a afinidade entre o cromo e o carbono, o titânio é freqüentemente usado em aço inoxidável para fixar o carbono para eliminar o esgotamento do cromo nos limites dos grãos, eliminando ou reduzindo a corrosão intergranular do aço.
O titânio é também um dos elementos formadores de ferrite e aumenta fortemente a temperatura do aço A1 e A3. O titânio melhora a plasticidade e tenacidade em aços de baixa liga. Como o titânio fixa nitrogênio e enxofre e forma carboneto de titânio, a resistência do aço é aumentada. O refinamento de grãos após a normalização, a precipitação e a formação de carbonetos podem melhorar significativamente a plasticidade e a resistência ao impacto do aço. O aço estrutural de liga contendo titânio possui boas propriedades mecânicas e desempenho de processo. A principal desvantagem é a temperabilidade.
Nos aços inoxidáveis com alto teor de cromo, normalmente é necessário adicionar cerca de 5 vezes o teor de carbono do titânio, o que não só melhora a resistência à corrosão (principalmente a resistência à corrosão intergranular) e a dureza do aço, como também tende a melhorar o grão. crescimento do aço a altas temperaturas e melhora a microestrutura. Desempenho de soldagem de aço.
(7) Nb / Cb
A simbiose entre 铌 e 钶 é frequentemente semelhante à de 钽 e.. Eles têm efeitos semelhantes no aço. O lantânio e o cério dissolvem-se na solução sólida e desempenham um papel do fortalecimento de solução sólido. Quando dissolvido em austenita, a temperabilidade do aço é significativamente aumentada. No entanto, na presença de carbonetos e partículas de óxido, os grãos são refinados e a temperabilidade do aço é reduzida. Pode aumentar a estabilidade de têmpera do aço e tem um efeito secundário de endurecimento. O nióbio de traço pode aumentar a resistência do aço sem afetar a plasticidade ou a tenacidade do aço. Devido ao efeito do refinamento do grão, a resistência ao impacto do aço pode ser melhorada e a sua temperatura de transição frágil pode ser reduzida. Quando o conteúdo é mais de 8 vezes o do carbono, quase todo o carbono no aço pode ser fixado, de modo que o aço tenha uma boa resistência ao hidrogênio. Nos aços austeníticos, a corrosão intergranular do aço pelo meio oxidante pode ser evitada. Devido aos efeitos de endurecimento de carbono e precipitação fixos, as propriedades de alta temperatura dos aços de resistência a quente, como a resistência à deformação, podem ser melhoradas.
铌 No aço comum de baixa liga para construção, a resistência ao escoamento e a resistência ao impacto podem ser melhoradas, e a temperatura de transição frágil pode reduzir o desempenho de soldagem benéfico. No aço estrutural da liga da cementação e temperado e temperado no aumento de hardenability ao mesmo tempo. Melhore a tenacidade e desempenho de baixa temperatura do aço. Ele pode reduzir o endurecimento por ar de aço inoxidável resistente ao calor martensítico de baixo teor de carbono, evitar a fragilidade do endurecimento e do têmpera e aumentar a resistência à fluência.
(8) Zircônio (Zr)
O zircónio é um forte elemento formador de carboneto e o seu papel no aço é semelhante ao do nióbio, tântalo e vanádio. A adição de uma pequena quantidade de zircónio tem o efeito de desgaseificar, purificar e refinar os grãos, o que é benéfico para o desempenho a baixa temperatura do aço e melhora o desempenho da estampagem. É comumente usado na fabricação de aços de ultra-alta resistência e superligas à base de níquel para motores a gás e estruturas de mísseis balísticos.
(9) Cobalto (Co)
O cobalto é usado em aços especiais e ligas. Os aços rápidos contendo cobalto possuem alta dureza em altas temperaturas. Quando combinado com o molibdênio, os aços martensíticos podem ser usados para obter dureza ultra-alta e boas propriedades mecânicas. Além disso, o cobalto também é um importante elemento de liga em aços de resistência a quente e materiais magnéticos.
O cobalto reduz a temperabilidade do aço, portanto, apenas a adição de aço carbono reduzirá as propriedades mecânicas gerais após a têmpera e revenimento. O cobalto pode fortalecer a ferrita e adicionar aço carbono. Pode aumentar a dureza, o limite de elasticidade e a resistência à tração do aço durante o recozimento ou a normalização. Tem um efeito adverso no alongamento e redução da área, e a resistência ao impacto também aumenta. Diminuindo o conteúdo de cobalto. Como o cobalto tem propriedades antioxidantes, ele é usado em aços resistentes ao calor e ligas resistentes ao calor. A turbina a gás de liga à base de cobalto mostra seu papel único.
(10) silício (Si)
O silício pode ser dissolvido em ferrita e austenita para melhorar a dureza e a resistência do aço, seu papel perde apenas para o fósforo, mais forte que o manganês, o níquel, o cromo, o tungstênio, o molibdênio, o vanádio e outros elementos. No entanto, quando o teor de silício excede 3%, a plasticidade e tenacidade do aço serão significativamente reduzidas. O silício pode melhorar o limite elástico do aço, a força de rendimento e a taxa de rendimento (σs / σb), bem como a resistência à fadiga e a taxa de fadiga (σ-1 / σb). Isso ocorre porque o silício ou o silício-manganês podem ser usados como mola de aço.
O silício reduz a densidade, a condutividade térmica e a condutividade elétrica do aço. Pode promover o engrossamento de grãos de ferrite e reduzir a coercividade. Há uma tendência a reduzir a anisotropia do cristal, de modo que a magnetização é fácil, a resistência magnética é reduzida e pode ser usada para a produção de aço elétrico, de modo que a chapa magnética de aço tem uma menor perda de histerese magnética. O silício pode aumentar a permeabilidade magnética da ferrita, de modo que a chapa de aço tem uma maior força de indução magnética sob um campo magnético mais fraco. No entanto, em um campo magnético forte, o silício reduz a força de indução magnética do aço. Devido à forte desoxigenação do silício, o silício reduz o efeito de envelhecimento magnético do ferro.
Quando o aço contendo silício é aquecido em uma atmosfera oxidante, uma camada de filme de SiO2 será formada na superfície, aumentando assim a resistência à oxidação do aço a altas temperaturas.
O silício pode promover o crescimento de cristais colunares em aço fundido e reduzir a plasticidade. Se o aço silício esfria rapidamente quando é aquecido, a diferença de temperatura entre o interior e o exterior do aço é grande devido à baixa condutividade térmica e, portanto, quebra.
O silício pode reduzir o desempenho de soldagem do aço. Como a capacidade de ligação ao oxigênio é mais forte do que a do ferro, um silicato de baixo ponto de fusão é facilmente gerado durante a soldagem, o que aumenta a fluidez da escória derretida e do metal derretido, causando queda e afetando a qualidade da soldagem. O silício é um bom desoxidante. Quando desoxidar com alumínio, uma certa quantidade de silício é adicionada conforme apropriado, o que pode aumentar significativamente a taxa de desoxidação. O silício originalmente tem algum resíduo no aço, que é trazido como matéria-prima durante a produção de aço e a produção de aço. Nos aços ferventes, o silício é limitado a <> Quando intencionalmente adicionadas, ligas de ferro-silício são adicionadas durante a produção de aço.
(11) Manganês (Mn)
O manganês é um bom desoxidante e dessulfurante. O aço geralmente contém uma certa quantidade de manganês, que pode eliminar ou reduzir a fragilidade a quente do aço devido ao enxofre, melhorando assim a trabalhabilidade a quente do aço.
A solução sólida formada por manganês e ferro aumenta a dureza e a resistência da ferrita e austenita no aço. Ao mesmo tempo, é um elemento da formação de carboneto e entra na cementita para substituir uma parte dos átomos de ferro. O manganês reduz a temperatura crítica de transição no aço. Ela desempenha um papel no refinamento da perlita e também indiretamente desempenha um papel importante no aumento da resistência do aço perlítico. A capacidade do manganês em estabilizar a austenita é superada apenas pelo níquel, e também aumenta fortemente a temperabilidade do aço. O manganês usado não excede 2% na composição com outros elementos para fazer uma variedade de aços de liga.
O manganês tem as características de recursos abundantes e várias funções, e tem sido amplamente utilizado, tais como aços estruturais de carbono e aços de mola com maior teor de manganês.
Em aços resistentes ao desgaste de alto carbono e alto teor de manganês, o teor de manganês pode chegar a 10% a 14%. Após o tratamento da solução, tem boa tenacidade. Quando recebe o impacto e se deforma, a camada superficial será reforçada devido à deformação e possui alta resistência. Esmerilhamento.
O manganês e o enxofre formam uma MnS com alto ponto de fusão, o que impede a fragilidade a quente devido ao FeS. O manganês tem a tendência de aumentar o espessamento dos grãos de aço e a sensibilidade à fragilidade temperada. Se a fundição não for adequadamente resfriada após vazamento e forjamento, ela pode facilmente causar manchas brancas no aço.
(12) Alumínio (Al)
O alumínio é usado principalmente para desoxidar e refinar grãos. A formação de uma camada nitretada dura e resistente à corrosão no aço nitretado. O alumínio pode inibir o envelhecimento dos aços com baixo teor de carbono e aumentar sua resistência a baixas temperaturas. Quando o teor é elevado, a resistência à oxidação do aço e a resistência à corrosão no ácido oxidante e gás H2S podem ser melhoradas, e as propriedades elétricas e magnéticas do aço podem ser melhoradas. O alumínio possui um grande efeito de fortalecimento de solução sólida no aço, melhorando a resistência ao desgaste, a resistência à fadiga e as propriedades mecânicas do núcleo do aço cementado.
Na liga dura, o alumínio e o níquel formam compostos, melhorando assim a resistência à fundição. A liga de alumínio-ferro-cromo contendo alumínio possui características de resistência quase constantes e excelente resistência à oxidação em altas temperaturas. É adequado para materiais de liga eletrometalúrgica e alumínio cromo. Fio de resistência.