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铸造Al-Si合金中主要合金元素的物性及作用

方世杰1，赵玉谦1, 刘耀辉1，姚军1，2

1吉林大学南岭校区材料科学与工程学院, （130025）

2内蒙古工业大学材料科学与工程学院, （010062）

E-mail（fangshijie_jlu@https://www.wendangku.net/doc/d915647533.html,）

摘要：合金元素的添加对提高铸造合金的性能具有极为重要的意义。本文系统地介绍了铸造铝硅合金中主要元素的发现年代、发现人、矿物资源、在地壳中的含量以及物理和化学性质；并对这些元素对铝硅合金的影响及其作用机理进行了论述。

关键词：铸造；铝硅合金；合金元素；物性

1.引言

铸造铝硅合金作为现代工业中使用最为广泛的铸造合金之一，以其重量轻、强度高、铸造成型性好和机械加工性能优良等诸多优点，被广泛应用于航空、航天、汽车及其它运载机械上[1]。特别是从上世纪70年代以来，汽车工业大量使用铝合金材料[2]。据统计，工业发达国家地轿车平均用量已达130kg以上，正在向270－300kg前进。其中铝合金铸件占75％以上，而Al-Si合金铸件又占铸件总量的80％以上。因此Al-Si铸造合金是最重要的汽车用合金[3]。但是，目前国内外现有牌号的铸造铝硅合金的力学性能在比强度和伸长率等方面还不能与高强铸钢相匹敌，难以满足当前及今后汽车、飞机等运载机械零部件工业的发展要求，因此人们正从优化合金成分、净化处理、细化变质处理及热处理等方面对其进行研究，以期提高其综合力学性能[1]。在各项措施中，以通过优化合金成分来提高铝硅合金性能的方法目前得到普遍认可[4,5]。本文通过对铸造铝硅合金中各主要合金化元素的分析，论述了它们对铝硅合金的作用及强化机理，期望能对今后研制高性能的铸造铝硅合金提供指导和借鉴。

2.主要合金元素的物性及作用

2.1铝（Al）Aluminum

原子量 26.9815 原子序数 13

原子半径（A O） 1.431 共价半径（A O） 1.18

离子半径（A O） Al3+ 0.57 0.50 原子体积（cm3/mol） 9.99

晶体结构面心立方还原电位(V) Al3+→Al, -1.662

电负性 1.5 氧化态 3

电子构型 [Ne]3s23p1 密度(g/cm3) 2.7

熔点(K) 933.25 沸点(K) 2793

熔化热(KJ/mol) 10.7 比热容（J/kg·K）900

基金项目：受吉林大学2004年创新基金(419070200004)资助；受吉林大学“985工程”汽车工程科技创新平台资助

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电阻系数（×10-6?·cm） 2.655

1825年丹麦人K. Oerstedt提炼出不纯物；1827年德国人Wohler制得纯铝。1886年，美国人Charles M. Hall和法国人Paul L.T. Heroult各自独立地研制出电解三氧化二铝制铝法，使铝不再是一种贵重金属[6,7]。

铝在地壳中的含量丰富，仅次于氧和硅，其丰度（以重量百分率计）居第三位，在金属元素中居首位；铝主要以铝矾土(Al2O3·XH2O)矿形式存在，是提取铝的主要矿物。铝是最常用的有色金属，世界年产量比所有其它有色金属产量的总和还要多。纯铝呈银白色，质地较软，质量轻，延展性和韧性好，并有良好的导热性和导电性，导电性仅次于银和铜。铝还是良好的抗辐射材料。铝既有明显的金属性，也有明显的非金属性，是典型的两性元素[8]。铝和氧有很强的化学亲和力，与空气接触，表面迅速生成氧化物而变成暗灰色，因此铝合金在空气、淡水及许多介质（如汽油、机油、浓硝酸、硝酸盐及某些有机物）中有良好的耐蚀性。并且，由于三氧化二铝氧化膜的化学稳定性和熔点很高，故铝及其铝合金在高温下仍具有良好的耐蚀性和抗氧化性[6]。

纯铝强度很低（仅50MPa），需要加入镁、铜、锌等金属元素进行强化。铝合金热处理后强度能达到σb=490～588MPa，具有很高的比强度，适于做航空航天和汽车轻量化材料。铝是铝硅合金中的主要合金成分，由于铝和硅作用能形成低熔点的共晶体，所以能显著提高合金在熔融状态下的流动性，使合金的铸造性能大为增强。但值得注意的是铝硅合金在共晶点处的流动性并不是最好，由于硅的结晶潜热大，硅的含量直至Si20%处，流动性仍比共晶成分合金好。

2.2硅（Si）Silicon

原子量 28.0855 原子序数 14

原子半径（A O） 1.172 共价半径（A O） 1.126

离子半径（A O） Si+4 0.39 0.41 ; Si-4 2.71 ; Si-1 3.84

原子体积（cm3/mol） 12.1 晶体结构金刚石立方

还原电位(V) SiF6B2-→Si F, -1.2 电负性 1.8

氧化态（2），4 电子构型 [Ne]3s23p2

密度(g/cm3) 2.33 熔点(K) 1685

沸点(K) 2630 熔化热(KJ/mol) 50.550

比热容（J/kg·K）711 电阻系数（×10-6Ω·cm） 85000

1811年法国人Gay-Lussac和The/nard制得纯净硅；1823年（也有资料认为是1824年），由瑞典人Jons Jakob Berzelius分离出纯硅后并确认为元素[2]。

硅的含量仅次于氧，在地壳中的含量排在第二位。二氧化硅和各种硅酸盐是硅的主要存在形式，地球上大部分的岩石、土壤和沙砾的主要成分都是硅的氧化物。纯净硅的存在形式分为晶体和无定型体两种。硅晶体与金刚石结构相同，因为硅和碳属于周期表中的同一族，因此硅的熔点、沸点较高，性质脆硬。纯净硅通常通过加热石英砂和焦碳至3000℃的高温

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得到[7,8]。

纯铝硅合金被认为是一种简单的共晶型合金，由于在共晶温度（577℃）时硅在铝中具有最大的溶解度1.65%，在室温下的溶解度是0.05%[9],高温与室温之间的固溶度差较小，不会有明显的时效强化作用。但是硅有足够的溶解能力，并对沉淀强化起重要作用[10]。因此，一般认为纯铝硅合金是不能热处理的。另外，硅通常作为过剩相起强化作用（这是铸造铝硅合金的主要强化机制），并随着硅晶体（过剩相）的增加，其强度和硬度都相应地提高，当合金中硅含量超过共晶成分时由于多角形的板状初晶硅出现，过多的过剩相导致合金的强度和塑性急剧下降，所以二元铝硅铸造合金中的含硅量一般不宜超过共晶成分过多[11]。硅的显微硬度为1000～1300HV（纯Al为60～100HV），因此，随着硅含量的增加，材料耐磨性显著增加，但是硅含量的增加却导致合金机械加工性能的降低，此时不但塑性很低，强度也会下降；硅的热膨胀系数较小，使合金的抗热裂性能也较好；另外硅不仅不会降低纯铝基体良好的耐蚀性，还可以提高合金在中等酸性环境中的耐蚀性[12]。硅的结晶潜热大，直至Si20%处，流动性仍比共晶成分的合金好，这是铝硅合金流动性好的根本原因。

2.3铜（Cu）Cuprum

原子量 63.546 原子序数 29

原子半径（A O） 1.278 共价半径（A O） 1.17

离子半径（A O） Cu+2 0.70 0.72 ; Cu+1 1.0 0.96

原子体积（cm3/mol） 7.12 还原电位(V) Cu2+→Cu,0.3402

晶体结构面心立方电负性 1.9

氧化态 1，2 电子构型 [Ar]3d104s1

密度(g/cm3) 8.96 熔点(K) 1357.6

沸点(K) 2836 熔化热(KJ/mol) 0.657

比热容（J/kg·K） 385 电阻系数（×10-6Ω·cm） 1.67

人类很早就认识铜，公元前9000年伊拉克已发现有铜制珠宝；我国夏代早期（约公元前21世纪）已进入红铜时代，夏代晚期（约公元前16世纪）属青铜时代。

在人们的印象中，铜在自然界储量非常丰富，但实际它是十分稀有的元素，在地壳中的含量仅占0.007%。自然界有以单质形态存在的铜，称为自然铜。纯铜呈现有金属光泽的紫红色，质地坚韧、柔软。自然界存在天然单质铜，但铜更普遍的来源是金黄色的黄铜矿（CuFeS2），鲜绿色的孔雀石（CuCO3Cu(OH)2），深蓝色的石青（2CuCO3Cu(OH)2）等。铜是导电性最好的金属之一，导电性、导热性仅次于银，但价格比银便宜得多。铜很软，具有中等硬度；有良好的延展性，1g的铜可以拉成3000m长的细丝，或压成10多平方米几乎透明的铜箔；铜的强度为σb=240MN/m2。尽管铜不活泼，但在空气中也会慢慢地形成一层碳酸铜（CuCO3）或硫酸铜（CuSO4）保护层，即所谓的“铜绿”。“铜绿”保护层能保护其下的铜不再继续被腐蚀，铜的耐腐蚀性属中等[6,7]。

在室温下Cu在Al中的溶解度是0.2%[9]，能形成有限固溶体，由于第二相Cu原子的挤入，使固溶体产生严重的晶格畸变，阻碍了位错的运动，提高了合金的强度，因此铜具有较大的

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固溶强化作用；Cu在Al中还具有较大的极限固溶度5.65%，同时其室温固溶度非常小，即有较大的固溶度差，可以通过淬火得到过饱和固溶体，然后再通过时效处理析出（沉淀出）二次强化相来产生更大的强化效果[11]，二次析出相极为细小，在光镜下无法看到。在535℃铜与铝形成CuAl2强化相，能够提高合金的机械性能。对于高强铝硅合金Al-Si-Cu-Mg，同时加入Cu和Mg，生成α（Al）、Si、CuAl2、Mg2Si及四元相w（AlxMg5Cu4Si4），可使Al-Si合金强化效果更好；w相的热处理效果最好，Mg2Si次之，热强性以CuAl2最好。

2.4镁（Mg）Magnesium

原子量 24.305 原子序数 12

原子半径（A O） 1.599 共价半径（A O） 1.36

离子半径（A O） Mg+2 0.78 0.65 原子体积（cm3/mol） 13.97

还原电位(V) Mg2+→Mg, 2.375

?晶体结构密排六方

电负性 1.2 氧化态 2

电子构型 [Ne]3s2 密度(g/cm3) 1.74

熔点(K) 922 沸点(K) 1363

熔化热(KJ/mol) 8.95 比热容（J/kg·K）1030

电阻系数（×10-6Ω·cm） 4.45

1808年，英国人H.Davy发现镁，他用电解法从氧化镁中分离出镁。

镁在地壳中的含量排在第七位。在海水中含量非常丰富。在自然界中没有单质镁，镁的矿物主要有白云石（CaCO3· MgCO3）、光卤石（KCl·MgCl2·6H2O）、菱镁矿（MgCO3）、橄榄石（(Mg,Fe)2SiO4）和蛇纹石（Mg6[Si4O10](OH)8）。镁是一种银白色的轻金属，有弹性和延展性。在干燥的空气中稳定，在潮湿空气中氧化变暗。镁的蒸汽压很高，因此很容易挥发。镁的化学性质活泼，其粉末或微粒在空气中燃烧发出耀眼的白光。镁和铁、铝形成比铝密度更小、强度更大、更耐腐蚀的合金。镁与氧的化学亲和力大于铝与氧，镁密度小于铝，且在铝液中呈表面活性，富集于铝液表面，优先氧化。如铝液中含Mg量超过1%，表面氧化膜全部由MgO组成，MgO的蒸汽压较高，且组织疏松，对铝液没有保护作用，因此随着Mg含量的增加，铝液的吸气倾向增加[6,7]。

由于镁在铝合金中的室温固溶度为0.34%，极限固溶度为14.9%[9]，因此可以通过固溶强化和时效强化作用提高合金强度。在铝硅合金中，Mg还能形成Mg2Si强化相，增加热处理强化效果，提高合金的机械性能，但是Mg含量增多易使合金氧化和吸气，而Mg量很低，无强化效果。Mg2Si弥散相在高温下不稳定，185℃以上极易聚集长大。特别是在高温250～300℃下扩散速度很快，更容易长大，使合金的热强性大大降低，力学性能下降，因此为了使合金具有很好的耐热性，对于耐热铸造铝硅合金应避免出现Mg2Si强化相。所以一般认为，铝硅系合金不能满足在高温（300℃以上）下长期工作[13,14]。

2.5锌（Zn）Zinc

原子量 65.38 原子序数 30

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原子半径（A O） 1.332 共价半径（A O） 1.25

离子半径（A O） Zn+2 0.83 0.74 ; Zn+1 0.88

原子体积（cm3/mol） 9.17 还原电位(V) Zn2+→Zn,0.1628

晶体结构密排六方电负性 1.6

氧化态 2 电子构型 [Ar]3d104s2

密度(g/cm3) 7.14 熔点(K) 692.73

沸点(K) 1180 熔化热(KJ/mol) 7.322

比热容（J/kg·K） 385 电阻系数（×10-6Ω·cm）5.916

我国南北朝时（公元四世纪）已有炼合金锌的记载，具考证在汉代（公元前一世纪）已经知道锌[6]，在欧洲锌的应用可追溯到15世纪。

地壳中在锌中含量不多，仅占0.007%，它主要存在于硫化锌矿物（也称闪锌矿）中[15]。锌是一种白色而略带蓝灰色的金属，具有金属光泽；通常形成六面体结晶；质地较软，仅比铅和锡硬；展性比铅小、比铁大；延性较铜小、较锡大；铸锌棒弯曲时发出响声，与锡弯曲时所产生的锡鸣相似，但声音较弱；锌在常温下不会被干燥的空气、不含二氧化碳的空气或干燥的氧所氧化，但与湿空气接触，则表面逐渐被氧化，生成一层灰白色致密的碱性碳酸锌，保护内部的锌不再被侵蚀[15]。

由于锌在铝中的室温固溶度为0.05%，极限固溶度为32.8%[9]，因此可以通过固溶强化和时效强化作用提高合金强度，因此锌可作为一种强化铝硅合金的元素。尽管如此，但在锌实际生产中应用不多。但随着近年来对高铝锌基耐磨合金研究的迅速发展，对铝锌元素之间的作用规律有了更加深入的认识。赵浩峰等人的研究表明[16]，在ZL102的液态组织中加入锌,当锌含量大于6%,组织中没有出现像铝硅合金中那样的初生α枝晶。尺寸较大的共晶硅（白色条块状）分布在某种团粒状组织的边界，但这种团粒状组织内的共晶硅尺寸非常小。当锌量增加到25%左右时，团粒状组织的边界更加明显，在白色的富锌晶界处已看不见粗大的共晶硅，边界上的黑色部分为蚀坑。对于含锌量更高的组织晶粒形状不再规整，黑色浸蚀区域扩大。另外锌不但具有在钠变质条件下消除铝硅合金初生α相的作用，而且还有促进初生硅析出倾向的作用。对于这种铝硅锌三元合金不用变质剂处理则得不到颗粒状共晶组织。在三元共生组织中，由于附近的液体富硅和锌（过饱和），硅为先析出相，然后析出铝锌（硅）固溶体，硅在变质元素钠的作用下不断向四周分枝，铝锌固溶体在硅枝晶间不断析出。由于生长后期的冷却及变质条件发生改变，铝锌硅共生团边缘出现尺寸较大的共晶硅枝晶[17]。另外随着Zn含量的增加，合金的抗拉强度增加，延伸率降低；当Zn含量大于一定值后又开始下降。布氏硬度随Zn含量的增加而增加。Zn对铝硅合金的增强作用与Zn对铝的固溶强化有关[16]。

2.6镍（Ni）Nickel

原子量 58.70 原子序数 28

原子半径（A O） 1.246 共价半径（A O） 1.15

离子半径（A O） Ni+2 0.78 0.72 ; Ni+3 0.35 0.62

原子体积（cm3/mol） 6.59 还原电位 Ni2+→Ni, 0.23

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晶体结构 α：密排六方 β：面心立方

电负性 1.8 氧化态 2，3

电子构型 [Ar]3d84s2 密度(g/cm3) 8.90

熔点(K) 1726 沸点(K) 3187

熔化热(KJ/mol) 17.470 比热容（J/kg·K） 439

电阻系数（×10-6Ω·cm） 6.84

我国在西汉时（公元前一世纪）已知道镍。但纯镍到1751年才由瑞典人Axel Fredrik Cronstedt分离出来。1775年，由瑞典人T. Bergman提纯。

由于地壳中镍含量仅有万分之一，因此镍被视为稀有元素。在构成地壳的90多种元素中，镍列第24位，其总含量不到十万分之八。虽然地表含量很少，但很多科学家认为在地球内部镍储量很大。镍主要存在于含硫和镍的针镍矿中[6,7,18]。纯镍是银白色、光泽很强的金属，在空气中也不失其光泽。镍很硬，布氏硬度70，难熔，易于磨光。纯镍柔韧、可锻、可延、能辗成很薄的片和抽成细线。镍属铁磁性物质，但在357.6℃（居里点）时失去磁性。镍的化学性质不大活泼，在空气中不氧化。在空气中灼烧500℃时，稍被氧化[19]。与钴相似，镍的化合物在古时被用作玻璃着色剂，镍的化合物使玻璃及其它被添加物质呈绿色。镍的耐蚀性极强，常常被加入到其它金属中以合成耐氧化腐蚀的合金。

在铝硅合金中镍有增加合金硬度、抗拉强度和高温强度耐热性的作用，但有时加入镍会降低合金的耐蚀性和导热性。根据吉林大学王金国、周宏等人的研究[20]，对于高强铝硅合金Al-Si-Cu-Mg，添加Ni将形成初晶型Al-Ni-Cu三元化合物及Al-Cu-Ni三元化合物，但由于Ni 化合物的显微硬度不高，结果不能提高时效的最终硬度；如果同时加入Ni和Mn，则可以提高时效处理的最终硬度；添加Ni还可以加快合金的时效硬化速度同时也会使合金的过时效现象推迟；如果同时加入Ni和Mn还可以提高合金的最高时效硬度，对合金的耐热性有利。

2.7锰（Mn）Manganese

原子量 54.938 原子序数 25

原子半径（A O） 1.24;1.26;1.366 共价半径（A O） 1.17

离子半径（A O） Mn+2 0.91 0.80 ; Mn+4 0.52 0.54 ; Mn+7 0.46;

Mn+3 0.62

+2+

原子体积（cm3/mol） 1.39 还原电位(V) MnO4B-+8H→Mn,1.491

晶体结构 α、β、δ：立方 γ：四方

电负性 1.5 氧化态 2，3，4，（6），7

电子构型 [Ar]3d54s2 密度(g/cm3) 7.43

熔点(K) 1517（1244 ℃）沸点(K) 2335（1962 ℃）

熔化热(KJ/mol) 12.050 比热容（J/kg·K） 477（α）

电阻系数（×10-6Ω·cm） 278（α）；90（α）

1774年，由J.G. Gahn制得并由Karl W. Scheele和Bergman确认命名。比铁、钴和镍的发现得晚，但比钛、钒和铬发现得早。

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锰在自然界不以游离态存在，以化合物形式广泛分布于自然界中。在地壳内的平均含量为0.09-0.1%，占已知元素含量的第十五位。多以软锰矿形式存在，其主要成分是二氧化锰（MnO2），软锰矿有磁性[6,7]。块状锰是银白色的金属，外表像铁，机械性能硬而脆，其莫氏硬度为5-6。粉末状的锰是灰色的。锰在元素周期表中和铁元素相邻，所以许多性质与铁相似，不仅外观与铁相似，而且也像铁一样在潮湿的空气中会生锈，但无磁性。锰对氧化剂来说，是一种较活泼的金属，比铁还活泼。锰与氧化合的能力极强，在空气中金属锰的表面被一层褐色的氧化膜所覆盖，使其不再继续被氧化[21-23]。

许多研究者发现，锰能抑制铝硅合金中铁元素的部分有害作用，使针状铁相转化为汉字状、鱼骨状和花卉状的含锰化合物，使含铁相的危害减少。但是合金的含锰量超过0.7%时，元素的偏析倾向增加并形成粗大的复杂初晶[24]。对于含硅及含铜的铸造铝硅合金，锰的存在可以改善合金的高温强度。但是当锰的含量超过一定的限度时，会生成粗大的Al-Si-Fe-Mn 四元化合物硬质点，并且导致合金的导热率降低。

对于Al-Si-Cu-Mg高强铝硅合金，根据吉林大学王金国，周宏等人的研究[20]，合金中添加Mn可以加快合金的时效硬化速度同时也会使过时效现象推迟。

2.8钴（Co）Cobalt

原子量 58.9332 原子序数 27

原子半径（A O） 1.253 共价半径（A O） 1.16

离子半径（A O） Co+2 0.82 0.74 ; Co+3 0.64 0.63

原子体积（cm3/mol） 1.253 还原电位 Co3+→Co2+,1.842

晶体结构 α：密排六方 β：面心立方

电负性 1.8 氧化态 2，3

电子构型 [Ar]3d74s2 密度(g/cm3) 8.90

熔点(K) 1768 沸点(K) 3201

熔化热(KJ/mol) 15.2 比热容（J/kg·K） 435

电阻系数（×10-6Ω·cm） 6.24

钴是一种极稀有的元素。在地壳中含量仅占0.003%。其主要矿物质之一是辉砷矿，是一种含钴、砷、硫的化合物。

公元前2250年，钴就出现在古波斯的蓝色玻璃珠内。我国从唐朝起已在陶瓷中应用钴的化合物为着色剂[25]。1735年瑞典人Georg Brandt首次分离出钴[6,7]。

钴是具有钢灰色和金属光泽的硬质金属，与铁、镍一样能吸收氢，在细粉末状态和高温时能吸附的氢为钴体积的50-100倍。同时钴还具有有延展性和很强的磁性。钴是中等活泼的金属，抗腐蚀性能好，常温时，水、湿空气、碱及有机酸均对钴不起作用。钴的特殊性能使得75-80%的钴用于制造热强合金、永久磁铁、硬质、精密、抗蚀、焊接和低膨胀系数等各种含钴合金。20~25%的钴以各种化合物形态用于化学工业[25]。

在Al-Si合金中加入Co能改变β-Si （Al9Fe2Si2）的形态，形成骨架状的复杂化合物，而从削弱Fe的有害作用。对于过共晶Al-Si合金，Co具有双重变质作用，能同时细化初晶硅

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和共晶组织[26]。

2.9稀土

稀土元素是典型的金属，化学活性仅次于碱金属和碱土金属，比其他金属活泼得多。稀土元素极易同氧、氢、硫等生成相应的稳定化合物，所以常用稀土金属脱氧、脱硫、脱氢，起净化合金和变质作用。

稀土能去除铝硅合金中三氧化二铝等夹杂物，使三氧化二铝数量明显降低，尺寸有所减小，夹杂物形状也趋于球形。稀土能显著降低夹杂物的原因是因为稀土氧化物的比重比铝液大。稀土的加入还可细化铸态晶粒和枝晶组织（减小二次枝晶间距）。稀土元素可以细化铸造铝硅合金中的共晶硅组织，使共晶硅由片条状变成球粒状，并且能够和杂质Fe形成难熔的化合物，沉淀下来从而净化铝液。稀土元素对氧的亲和力比铝大，也是表面活性物质，有富集到铝液表面的倾向，形成稀土铝复合氧化物。该氧化物形成的氧化膜要比三氧化二铝氧化膜更致密，通过更加有效地阻止了铝液与空气中的水反应，从而抑制了铝液的吸氢作用。另一种解释是，稀土与氢更容易反应生成稳定的稀土氢化物，减少铝液中氢的含量，降低气孔率。适量稀土元素还能够减小合金的凝固范围，提高合金的流动性，减少铸造缺陷。此外，稀土元素还能降低合金的热裂倾向；提高合金的耐腐蚀性能，但机理尚不清楚[27]。

2.10硼（B）Boron

原子量 10.81 原子序数 5

原子半径（A O） 0.98 共价半径（A O） 0.795

离子半径（A O） B+3 0.20 ; B+1 0.35

原子体积（cm3/mol） 4.6 还原电位(V) H3BO3+3H+→B,0.87

晶体结构无定形；金属：六方或三方

电负性 2.0 氧化态 3

电子构型 1s22s22p1 密度(g/cm3) 2.34

熔点(K) 2575（2300℃）沸点(K) 2825（2550 ℃）

熔化热(KJ/mol) 50.20 比热容（J/kg·K）1030

电阻系数（×10-6Ω·cm） 1.8×1012

硼是一种非常稀有的元素，只占地壳质量的0.0003%，在自然界不以单质形式，而主要以氧化物形式存在。硼砂（borax）是硼的最重要的化合物。

1808年，英国人Humphry Davy和法国人Joseph Louis Gay Lussac

??和Louis Jacques

Thenard发现；1895年法国人H.Moissan制得纯硼[6,7]。

单质硼有多种同素异形体, 晶体硼呈灰黑色，无定形硼为铁锈状、深棕色粉末、硬而脆、非常耐高温的非金属元素。硼的硬度很大，在单质中其硬度略低于金刚石。晶体硼相当稳定，无定形硼比较活泼。由于硼有较大的电负性，所以硼在高温下几乎能够和所有金属反应生成金属硼化物。硼是亲氧元素，与氧的结合力极强，能把铜、锡、铅、锑、铁、钴的氧化物还原为金属单质[8]。

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Cibula最早发现硼对铝及其合金的细化作用。王丽等人认为[28]，硼能使Al-Si合金中的α(Al)得到细化。AlB2细化α(Al)的原因在于Si原子能够以AlB2为形核核心，首先从液相中析出。随温度的下降，α(Al)在Si相上形核，使之得以细化。在Al-Si加B的熔体中，AlB2虽不能作α（Al）的核心，但它为Si的析出提供形核衬底，随温度的下降，α(Al)在Si相上形核，达到细化的目的。

2.11锡（Sn）Stannum

原子量 118.69 原子序数 50

原子半径（A O） 1.405 共价半径（A O） 1.41

离子半径（A O） Sn+4 0.74 0.71 ; Sn+2 1.02 1.02 ； Sn-4 2.15 2.94 ;

Sn-1 3.70

原子体积（cm3/mol） 16.3 还原电位 Sn4+→Sn2+,0.15

晶体结构 α：金刚石立方；β：四方

电负性 1.8 氧化态 2，4

电子构型 [Kr]4d105s25p2 密度(g/cm3) 7.30

熔点(K) 505.06（231.968 ℃）沸点(K) 2535（2260 ℃）

熔化热(KJ/mol) 7.029 比热容（J/kg·K） 1030

电阻系数（×10-6Ω·cm） 11.4

锡是人类应用最早的金属之一，公元前3500年，含80%铜和20%锡的青铜合金已在埃及使用。锡是一种较少的元素，在地壳中的含量位列第50名左右。锡大多数蕴藏在锡石矿（氧化锡）中。

锡是银白色金属，锡锭表面因形成氧化物薄膜而呈珍珠色。锡非常软，延展性极好，锡条弯曲时发出“锡鸣”。锡有三种不同的自然形态（同素异形体）。一是典型的有延展性的金属锡，称为白锡；二是脆性的粉末状的灰锡。白锡在13.2℃时慢慢变成灰锡。温度越低，变化越快，过冷至?30℃时成为粉末；三是脆锡，存在于161℃以上[7]。Sn有许多性质和Pb 相似，有二价和四价两种原子价。二价化合物不稳定，故可作为还原剂。常温时，锡在空气中能在表面形成致密的氧化物薄膜，阻止Sn继续氧化，并且具有良好的抗蚀能力。高于150℃时，Sn氧化为SnO和SnO2，

Sn是从炉料中带入的，在Al-Si合金中能形成低熔点共晶体，热处理时引起过烧，应限制其含量质量分数小于0.01%。但是在过共晶Al-Si合金（也称为过共晶活塞合金）中，Sn和Pb是有益元素，能改善合金的切削性能。

2.12铁（Fe）Ferrum

原子量 55.847 原子序数 26

原子半径（A O） 1.241;1.26;1.289 共价半径（A O） 1.17

离子半径（A O） Fe+2 0.83 0.76 ； Fe+3 0.67 0.64

原子体积（cm3/mol） 7.1

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晶体结构 α、β、δ：体心立方；γ：面心立方

还原电位（V） Fe3+→Fe2+,0.770 电负性 1.8

氧化态 2，3 电子构型 [Ar]3d24s2

密度(g/cm3) 7.86 熔点(K) 1809（1535℃）

沸点(K) 3135（2750℃）熔化热(KJ/mol) 15.4

比热容（J/kg·K） 448（α）电阻系数（×10-6Ω·cm） 9.71

铁的发现可追溯至数千年，炼铁这一发明是人类发展史上的重要的里程碑，这个时代被称为铁器时代（大约公元前1100年）。

铁在地壳中的含量排在第四位，仅次于铝，在金属中排在第二位。人们认为地球内部即地心主要由熔融的铁组成。铁在自然界从未以纯金属形态出现，铁的提炼主要来自赤铁矿（Fe2O3）和磁铁矿（Fe3O4）。纯铁是一种有光泽的银白色的金属，较硬，富延展性，可锻性好，但是纯铁很容易生锈，生成的铁锈是铁的含水氧化物（Fe2O3·xH2O）,铁锈松散地依附于铁的表面，不能阻止下层金属继续氧化[7]。

在铸造铝硅合金中，Fe是杂质，来源于炉料、坩锅及熔炼工具。Fe以Al9Fe2Si2形式出现，呈粗大片状的脆硬相，使合金变脆，破坏铸件表面的氧化膜的连续性，降低合金的耐腐蚀性。可添加锰、铬、钴、钼等改变脆硬相的形态，形成块状或骨架状的复杂化合物。可按Mn/Fe=0.6-0.83的比例加锰，形成块状AlSiMnFe，以消弱铁的有害作用[29]。

2.13钛（Ti）Titanium

原子量 47.90 原子序数 22

原子半径（A O） α：1.448 β：1.432 共价半径 1.32

离子半径（A O） Ti+4 0.64 0.68 ； Ti+3 0.69 0.77 ； Ti+2 0.80 0.90 ;

Ti+1 0.96

原子体积（cm3/mol） 10.64 晶体结构 α：密排六方;β：体心立方还原电位 Ti(OH)3++H+→Ti3+,0.06 电负性 1.5

氧化态（2），3，4 电子构型 [Ar]3d24s2

密度(g/cm3) 4.50 熔点(K) 1943（1660℃）

沸点(K) 3562（3287℃）熔化热(KJ/mol) 15.450

比热容（J/kg·K） 523 电阻系数（×10-6Ω·cm） 42.0

1789年英国人W.Gregor发现钛，也有资料认为是1791年Reverend William Gregor发现钛。1795年德国人M.H.Klaproth制得TiO2并且命名，1910年Hunter制得纯钛。

钛在地壳中含量排在第九位，质量含量达0.6%。钛通常来源于金红石和钛铁矿两种矿石，由于它在高温下极易与氧和碳反应，因此很难制取纯金属钛。钛的自然形态为灰黑色，但它易于阳极化处理以获得一种令人喜爱的装饰色，使之应用于珠宝饰物以及外观很重要的各种其他用途。钛是一种有光泽的白色金属，延展性好，易于加工。钛的外观和钢相似，熔点较高，密度约为铜的40%，虽然钛的重量轻，强度却异常高，实际上也没有常见的金属疲劳现象，制造火箭和喷气式飞机发动机的理想构架材料。另外钛有非常强的吸气性，具有很

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强的吸收氧、氮、氢等气体的能力。即使Ti中含有微量的氧和氮杂质也会降低它的塑性，极少量（0.005-0.01%）的氢杂质就能明显提高Ti的脆性[6,7,11]。

对于铸造铝合金，钛能够起到明显的细化晶粒，改善铸态组织的作用。钛的含量一般控制在0.15%～0.35%范围内。对于钛的细化晶粒作用，目前被普遍接受的理论是：钛和铝作用生成TiAl3和TiC，这两相在高温不易分解，具有较强的稳定性，并且能与铝形成良好的共格关系，因此能够细化晶粒。但当钛在合金中的质量分数高于0.35%后，能与Al、Si等形成富Ti相：TiAl3，Ti(AlSi)2，Ti2Si3Al，Ti7Si12Al5。这些富Ti相的特点是大多硬而脆，穿过α(Al)晶粒能够削弱基体而导致合金的塑性急剧下降[30]。

2.14锶（Sr）Strontium

原子量 87.62 原子序数 38

原子半径（A O） 2.152 共价半径 1.91

离子半径（A O） Sr+2 1.27 1.13 原子体积（cm3/mol） 33.7

晶体结构面心立方还原电位 Sr2+→Sr, 2.891

电负性 1.0 氧化态 2

电子构型 [Kr] 5s2 密度(g/cm3) 2.6

熔点(K) 1044（769℃）沸点(K) 1659（1384℃）

熔化热(KJ/mol) 9.2 比热容（J/kg·K） 284

电阻系数（×10-6Ω·cm） 30.3

锶是近年来常用的变质元素，是一种长效变质剂，它也像Na一样使共晶Si由板片状转变为纤维状，且不存在Na变质易衰退、吸收率低、易腐蚀工具和设备等缺点，Sr的回收率可高达90%。目前国外很多国家采用Sr变质取代Na变质；国外有资料认为对于纯二元过共晶Al-Si 合金，Sr能细化初晶硅，使板块状初晶硅枝晶化，且合金强度和硬度都优于用P处理的合金[26,31]。但对其作用机理至今还不清楚，王伟民、边秀房等人的研究认为[32]，变质元素Sr 具有消弱Al-Si合金中Si-Si共价键的倾向，使得合金液中的Si-Si原子集团的尺寸与数目减少，从而抑制了Si相的优先析出。对于Al-Si合金中添加Sr的变质作用的机理，还有一种理论认为：游离态的Sr吸附在生长着的Si的表面，阻止了Si按片层方式生长，并使其产生孪晶，按TPRE（twin plane re-en-trant edge,孪晶面凹入边）机制生长，从而长成纤维状[31]。

3.总结

在文章中有一些元素，如钒、铬、镉、铍、锆等尚未提及，但这些元素对改善铝硅合金的性能也有一定的作用。以铬为例，其在Al-Si合金中的加入能改变Al9Fe2Si2的形态，形成骨架状的复杂化合物，而从削弱Fe的有害作用；再如铍在Al-Si合金中加入Be0.05%－0.1%，Al9Fe2Si2转化为点状Al5BeFeSi，可消除脆性。只是由于篇幅所限，以及有些元素的作用及机理尚未搞清，待进一步研究，因此本文未涉及。

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Physical or Chemic Property and Effect of Master Alloy

Elements on Al-Si Cast Alloy

Fang Shi-jie, Zhao Yu-qian, Liu Yao-hui, Yao Jun

(1. College of Materials Science and Engineering，Jilin University，Changchun 130025.

2. College of Materials Science and Engineering, Inner Mongolia Polytechnic University,

Huhehaote 010062)

Abstract

It is great significant to add various alloy elements to cast alloy. In this paper，the first discoverers, the age of the discover, mineral resource, the content of alloy elements in the earth, as well as the Physical or Chemic Property of the major alloy elements on Al-Si cast alloy are introduced. And meantime, the effect and action mechanism on Al-Si cast alloy are discussed. Keywords: Cast，Al-Si alloy，Alloy elements，Physical or chemic property

作者简介：

第一作者简介：方世杰，男，1973年生，博士生

第二作者简介：赵玉谦，男，1958年生，锡伯族，吉林省德惠市人，副教授，硕士生导师。主要从事铸造金属基复合材料、铸造耐磨合金材料、模具钢材料、钢液净化技术的研究与教学工作。E-mail:yuqian_zhao@https://www.wendangku.net/doc/d915647533.html,

通讯联系人：刘耀辉，男，1955年生，教授，博士生导师，主要从事铸造金属基复合材料的研究，E-mail: fangshijie_jlu@https://www.wendangku.net/doc/d915647533.html,

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钢铁中的元素及作用

各种元素在钢铁中的作用钢铁是铁与C(碳)、Si(硅)、Mn(锰)、P(磷)、S(硫)以及少量的其他元素所组成的合金。其中除Fe(铁)外，C的含量对钢铁的机械性能起着主要作用，故统称为铁碳合金。它是工程技术中最重要、用量最大的金属材料。各种元素在钢铁中有什么作用碳（Carbon) 存在于所有的钢材，是最重要的硬化元素。有助于增加钢材的强度，我们通常希望刀具级别的钢材拥有0.6%以上的碳，也成为高碳钢。铬（Chromium) 增加耐磨损性，硬度，最重要的是耐腐蚀性，拥有13%以上的认为是不锈钢。尽管这么叫，如果保养不当，所有钢材都会生锈锰（Manganese）重要的元素，有助于生成纹理结构，增加坚固性，和强度、及耐磨损性。在热处理和卷压过程中使钢材内部脱氧，出现在大多数的刀剪用钢材中，除了A-2,L-6和CPM 420V。钼（Molybdenum）碳化作用剂，防止钢材变脆，在高温时保持钢材的强度，出现在很多钢材中，空气硬化钢（例如A-2,ATS-34）总是包含1%或者更多的钼,这样它们才能在空气中变硬。镍（Nickle）保持强度、抗腐蚀性、和韧性。出现在L-6\AUS-6和AUS-8中。硅（Silicon）有助于增强强度。和锰一样，硅在钢的生产过程中用于保持钢材的强度。钨（Tungsten）增强抗磨损性。将钨和适当比例的铬或锰混合用于制造高速钢。在高速钢M-2中就含有大量的钨。钒（Vanadium）增强抗磨损能力和延展性。一种钒的碳化物用于制造条纹钢。在许多种钢材中都含有钒，其中M-2，Vascowear，CPM T440V和420V A含有大量的钒。而BG-42与ATS-34最大的不同就是前者含有钒按钢的用途分类一、结构钢（1)建筑及工程用结构钢简称建造用钢，它是指用于建筑、桥梁、船舶、锅炉或其他工程上制作金属结构件的钢。（2)机械制造用结构钢--是指用于制造机械设备上结构零件的钢。这类钢基本上都是优质钢或高级优质钢，主要有优质碳素结构钢、合金结构钢、易切结构钢、弹簧钢、滚动轴承钢等根据含碳量和用途的不同﹐这类钢大致又分为三类﹕ 1. 小于0.25％C为低碳钢﹐其中尤以含碳低于0.10%的08F﹐08Al等﹐由于具有很好的深冲性和焊接性而被广泛地用作深冲件如汽车﹑制罐……等﹐20G则是制造普通锅炉的主要材料﹐此外﹐低碳钢也广泛地作为渗碳钢﹐用于机械制造业﹐ 2. 0.25～0.60％C为中碳钢﹐多在调质状态下使用﹐制作机械制造工业的零件。调质多少22~34HRC,能得到综合机械性能,也便于切削. 3. 大于0.6％C为高碳钢﹐多用于制造弹簧﹑齿轮﹑轧辊等﹐根据含锰量的不同﹐又可

C、Mn、Si、S、P、Cr、Mo元素对钢的影响

铬(Cr) 铬能增加钢的淬透性并有二次硬化作用。可提高高碳钢的硬度和耐磨性而不使钢变脆；含量超过12%时。使钢有良好的高温抗氧化性和耐氧化性介质腐蚀的作用。还增加钢的热强性，铬为不锈耐酸钢及耐热钢的主要合金元素。铬能提高碳素钢轧制状态的强度和硬度。降低伸长率和断面收缩率。当铬含量超过15%时，强度和硬度将下降，伸长率和断面收缩率则相应地有所提高。含铬钢的零件经研磨容易获得较高的表面加工质量。铬在调质结构钢中的主要作用是提高淬透性。使钢经淬火回火后具有较好的综合力学性能，在渗碳钢中还可以形成含铬的碳化物，从而提高材料表面的耐磨性。含铬的弹簧钢在热处理时不易脱碳。铬能提高工具钢的耐磨性、硬度和红硬性。有良好的回火稳定性。在电热合金中，铬能提高合金的抗氧化性、电阻和强度。 (1) 对钢的显做组织及热处理的作用 A、铬与铁形成连续固溶体，缩小奥氏体相区城。铬与碳形成多种碳化物，与碳的亲和力大于铁和锰而低于钨、钼等．铬与铁可形成金属间化合物σ相(FeCr) B、铬使珠光体中碳的浓度及奥氏体中碳的极限溶解度减少 C、减缓奥氏体的分解速度，显著提高钢的淬透性．但亦增加钢的回火脆性倾向 (2)对钢的力学性能的作用 A、提高钢的强度和硬度．时加入其他合金元素时，效果较显著 B、显著提高钢的脆性转变温度 C、在含铬量高的Fe-Cr合金中，若有σ相析出，冲击韧性急剧下降 (3)对钢的物理、化学及工艺性能的作用 A、提高钢的耐磨性，经研磨，易获得较高的表面光洁度 B、降低钢的电导率，降低电阻温度系数 C、提高钢的矫顽力和剩余磁感．广泛用于制造永磁钢 D、铬促使钢的表面形成钝化膜，当有一定含量的铭时，显著提高钢的耐腐蚀性能（特别是硝酸）。若有铬的碳化物析出时，使钢的耐腐蚀性能下降 E、提高钢的抗氧化性能 F、铬钢中易形成树枝状偏析，降低钢的塑性

压铸铝合金中各元素的作用和影响

?压铸铝合金中各元素的作用和影响 ?发布时间:2009-11-9 16:57:02 来源：互联网文字【大中小】 ?（一）日本ADC12 牌号合金（二）压铸铝合金中各元素的作用和影响 1. 硅（Si）硅是大多数压铸铝合金的主要元素。它能改善合金的铸造性能。硅与铝能组成固溶体。在577℃时，硅在铝中的溶解度为1.65％，室温时为0.2％、含硅量至11.7％时，硅与铝形成共晶体。提高合金的高温造型性，减少收缩率，无热裂倾向。二元铝基合金有高的耐蚀性。当合金中含硅量超过共晶成分，而铜、铁等杂质又多时，即出现游离硅的硬质点，使切削加工困难，高硅铝合金对铸件坩埚的熔蚀作用严重。 2. 铜（Cu）铜和铝组成固溶体，当温度在548℃时，铜在铝中的溶解度应为5.65％，室温时降至0.1％左右，增加含铜量，能提高合金的流动性，抗拉强度和硬度，但降低了耐蚀性和塑性，热裂倾向增大。 3. 镁（Mg）在高硅铝合金中加入少量（约0.2～0.3％）的镁，可提高强度和屈服极限，提高了合金的切削加工性。含镁8％的铝合金具有优良的耐蚀性，但其铸造性能差，在高温下的强度和塑性都低，冷却时收缩大，故易产生热裂和形成疏松。 4. 锌（Zn）锌在铝合金中能提高流动性，增加热脆性，降低耐蚀性，故应控制锌的含量在规定范围中。至于含锌量很高的ZL401 铝合金却具有较好的铸造性能和机械性能，切削加工也比较好。 5. 铁（Fe）在所有铝合金中都含有害杂质。因铝合金中含铁量太高时，铁以FeAl3、Fe2Al7和Al－Si－Fe 的片状或针状组织存在于合金中，降低机械性能，这种组织还会使合金的流动性减低，热裂性增大，

低合金钢中合金元素作的作用

合金元素在钢中的作用随着现代工业和科学技术的不断发展，在机械制造中，对工件的强度、硬度、韧性、塑性、耐磨性以及其他各种物理化学性能的要求愈来愈高，碳钢已不能完全满足这些要求了。原因： ①由碳钢制成的零件尺寸不能太大。否则，因淬透性不够而不能满足对强度与塑性、韧性的要求。加入合金元素可增大淬透性。 ②用碳钢制成的切削刀具不能满足切削红硬性的要求。用合金工具钢、高速钢和硬质合金。 ③碳钢不能满足特殊性能的要求，如要求耐热、耐低温、抗腐蚀、有强烈磁性或无磁性等等，只有特种的合金钢才能具有这些性能。合金钢是以碳钢为基础，金相组织和相应的碳钢大体上是相似的。在钢中加入合金元素，钢的机械性能显著提高。弄清楚各种合金元素对钢材的影响对控制产品质量有非常大的作用。 1 合金元素在钢中的存在方式 1.1 合金元素与钢中的碳相互作用，形成碳化物存在于钢中按合金元素在钢中与碳相互作用的情况，它们可以分为两大类：(1) 不形成碳化物的元素(称为非碳化物形成元素)，包括镍、硅、铝、钴、铜等。由于这些元素与碳的结合力比铁小，因此在钢中它们不能与碳化合，它们对钢中碳化物的结构也无明显的影响。

(2) 形成碳化物的元素(称为碳化物形成元素)，根据其与碳结合力的强弱，可把碳化物形成元素分成三类。 1）弱碳化物形成元素：锰锰对碳的结合力仅略强于铁。锰加入钢中，一般不形成特殊碳化物(结构与Fe3C不同的碳化物称为特殊碳化物)，而是溶入渗碳体中。 2）中强碳化物形成元素；铬、钼、钨 3）强碳化物形成元素：钒、铌、钛有极高的稳定性，例如TiC在淬火加热时要到1000℃以上才开始缓慢的溶解，这些碳化物有极高的硬度，例如在高速钢中加人钒，形成V4C，使之有更高的耐磨性。 1.2 合金元素溶解于铁素体(或奥氏体)中，以固溶体形式存在于钢中。 1.3 合金元素与钢中的氮、氧、硫等化合，以氮化物、氧化物、硫化物和硅酸盐等非金属夹杂物的形式存在于钢中。 1.4 游离态，即不溶于铁，也不溶于化合物：铅，铜 2 合金元素对钢的平衡组织的影响表现在改变铁碳合金状态图。 2.1 合金元素对钢临界温度的影响锰、镍、铜使A3线降低，钼、钨、硅、钒使A3线升高。同样影响A1，影响程度更大。 2.2 合金元素对钢共析点（S点）位置的影响

合金元素在钢中的主要作用

§5－1 合金元素在钢中的主要作用教学过程一、复习提问：碳素钢的性能特点二、新课教学：合金元素在钢中的主要作用（强化铁素体、形成合金碳化物、细化晶粒、提高钢的淬透性、提高钢的回火稳定性）三、课后小结：合金钢与碳素钢的区别四、作业安排：练习册P23，一、1、2；二、1、2、4；三、6 五、板书设计（见下页）：六、教学后记： §5－1 合金元素在钢中的主要作用 1、定义：为改善钢的性能，在冶炼时有目的地加入一种或几种合金元素的钢。 2、含碳量：＜2.11%。 3、常用元素： Cr铬、Ni镍、Mo钼、W钨、V钒、Ti钛、Al铝、B硼、Nb铌、Nd钕。 4、合金元素的影响：可以得到所需的力学性能，用于重要零件；特殊物理（熔点、磁性）、化学（耐热、耐腐蚀）性能；特殊工艺性能（焊接、热处理）；使C曲线右移，淬透性提高。一、强化铁素体（除铅外）： 1、存在形式：大多数合金元素溶于α-Fe，形成合金铁素体。 2、作用： 3、对韧性的影响： Si＜1.0%、Mn＜1.5%，F韧性不下降，超过此量，则F韧性下降。 Cr≤2%、Ni≤5%，明显强化F，提高F韧性。二、形成合金碳化物： 1、存在形形式（合金元素与碳亲和力不同）：

（1）非碳化物形成元素：镍、钴、铜、硅、铝、硼，不形成碳化物，溶于F 和A ，形成合金F 和合金A 。（2）弱碳化物形成元素：Mn 锰，与碳亲和力弱，大部分溶于F 或A ，少部分溶于Cm ，形成合金渗碳体。（3）中碳化物形成元素：Cr 铬、Mo 钼、W 钨，和碳亲和力强，形成合金渗碳体，硬度提高，明显提高低合金钢强度，组织比Cm 稳定。（4）强碳化物形成元素：V 钒、Nb 铌、Ti 钛，与碳形成特殊碳化物，比合金Cm 有更高的熔点、硬度和耐磨性，组织更稳定。 2、作用：碳化物种类、性能、在钢中分布状态，直接影响钢的性能、热处理相变。如果碳化物以弥散状分布，则强度↑、硬度↑、耐磨性↑，对工具钢有重要意义。三、细化晶粒（除Mn 外）： 1、元素作用： Mn 使晶粒长大倾向增大，即过热。其他元素加热时抑制A 长大，降低长大速度 V 、Nb 、Ti 形成的碳化物，铝在钢中形成的AlN 、Al2O3细小质点，相当于孕育剂，增加形核率。 2、结果：细化晶粒，使强度↑、韧性↑。使晶粒细化。四、提高钢的淬透性(除钴外)： 1、作用：合金元素溶于A ，使过冷A 稳定性增强，推迟珠光体转变，使C 曲线右移，V 临↓、淬透性↑。 2、结果：淬透性好，可采用冷却能力较低的介质，防变形、开裂，保持尺寸和形状精度。在同样淬火条件下，合金钢淬硬层较深，大截面零件组织均匀，综合力学性能提高。 3、常用元素：Mo 、Mn 、Cr 、Ni 、Si 、B 。 4、特例：微量的B （0.0005%～0.003%）可明显提高淬透性。五、提高钢的稳定性： 1、回火稳定性：钢在回火时，抵抗软化、抵抗硬度下降的能力。 2、产生原因：合金元素阻碍M 分解，且碳化物不易析出，即使析出也不易长大，保持较大弥散度，硬度下降慢。

各元素对钢材的影响

（ a ）碳；含碳量越高，刚的硬度就越高，但是它的可塑性和韧性就越差．（ b ）硫；是钢中的有害杂物，含硫较高的钢在高温进行压力加工时，容易脆裂，通常叫作热脆性．（ c ）磷；能使钢的可塑性及韧性明显下降，特别的在低温下更为严重，这种现象叫作冷脆性．在优质钢中，硫和磷要严格控制．但从另方面看，在低碳钢中含有较高的硫和磷，能使其切削易断，对改善钢的可切削性是有利的．（ d ）锰；能提高钢的强度，能消弱和消除硫的不良影响，并能提高钢的淬透性，含锰量很高的高合金钢（高锰钢）具有良好的耐磨性和其它的物理性能．（ e）硅；它可以提高钢的硬度，但是可塑性和韧性下降，电工用的钢中含有一定量的硅，能改善软磁性能．（ f）钨；能提高钢的红硬性和热强性，并能提高钢的耐磨性．冷镦钢成型用钢,冷镦是在室温下采用一次或多次冲击加载,广泛用于生产螺钉,销钉,螺母等标准件.冷镦工艺可节省原料,降成本,而且通过冷作硬化提高工作的抗拉强度,改善性能,冷镦用钢必须其有良好的冷顶锻性能,钢中S和P等杂质含量减少,对钢材的表面质量要求严格,经常采用优质碳钢,若钢的含碳钢大于0.25%,应进行球化退火热处理,以改善钢的冷镦性能. 力学性能要求 1．屈服强度σs及变形抗力尺可能的小，这样可使单位变形力相应减小，以延长模具寿命。 2．钢材的冷变形性能要好，即材料应有较好的塑性，较低的硬度，能在较大的变形程度下不致引起产品开裂。3．钢材的加工硬化敏感性尽可能的低，这样不致使冷镦变形过程中的变形力太大。二、化学成份要求冷镦钢 1．碳（C）碳是影响钢材冷塑性变形的最主要元素。含碳量越高，钢的强度越高，而塑性越低。实践证明，含碳量每提高0.1%，其屈服强度σs约提高27.4Mpa；抗拉强度σb提高58.8~78.4Mpa；而伸长率δ则降低4.3%，断面收缩率ψ降低7.3%。由此可见，钢中含碳量对于钢材的冷塑性变形性能的影响是很大的。在生产实际中，冷镦，冷挤用钢的含碳量大于0.25%时，要求钢材在拉拔前要进行球化退火。对于变形程度为65%~80%的冷镦件，不经过中间退火而进行三次镦锻变形时，其含碳量不应超过0.4%。2．锰（Mn）锰在钢的冶炼中与氧化铁作用（Mn+FeO→MnO+Fe）,主要是为钢脱氧而加入。锰在钢中硫化铁作用（Mn+FeS→MnS+Fe）,能减少硫对钢的有害作用。所形成的硫化锰，可改善钢的切削性能。锰使钢的抗拉强度σb和屈服强度σs有所提高，塑性有所降低，对于钢的冷塑性变形是不利的。但是锰对变形力的影响仅为碳的1/4左右。所以，除特殊要求外，碳钢的含锰量，不宜超过0.9%。3．硅（Si）硅是钢在冶炼时脱氧剂的残余物。当钢中含硅量增加0.1%时，抗拉强度σb提高13.7Mpa。经验表明，含硅量超过0.17%且含碳量较高时，对钢材的塑性降低有很大的影响。在钢中适当增加硅的含量，对钢材的综合力学性能，特别是弹性极限有利，还可增加钢的耐蚀性。但是钢中含硅量超过0.15%时，使钢急剧形成非金属夹杂物。高硅钢即使退火，也不会软化，降低钢的冷塑性变形性能。因此，除了产品有高强度性能要求外，冷镦钢总是尽量要求减少硅的含量。 4．硫（S）硫是有害杂质。钢中的硫在冷镦时会使金属的结晶颗粒彼此分离引起裂纹，硫的存在还促使钢产生热脆和生锈，因此，含硫量应小于0.055%。优质钢应小于0.04%，由于硫、磷和锰的化合物能改善切削性能、冷镦螺母用钢的含硫量可放宽到0.08~0.12%，以有利于攻螺纹。但一般没有专为螺

各种元素在铝合金中的作用

各种元素在铝合金中的作用 1.合金元素影响铜元素铝铜合金富铝部分548时，铜在铝中的最大溶解度为 5.65%,温度降到302时，铜的溶解度为0.45%。铜是重要的合金元素，有一定的固溶强化效果，此外时效析出的CuAl2有着明显的时效强化效果。铝合金中铜含量通常在2.5% ~ 5%，铜含量在4%~6.8%时强化效果最好，所以大部分硬铝合金的含铜量处于这范围。铝铜合金中可以含有较少的硅、镁、锰、铬、锌、铁等元素。硅元素 Al—Si合金系富铝部分在共晶温度577时，硅在固溶体中的最大溶解度为1.65%。尽管溶解度随温度降低而减少，介这类合金一般是不能热处理强化的。铝硅合金具有极好的铸造性能和抗蚀性。若镁和硅同时加入铝中形成铝镁硅系合金，强化相为MgSi。镁和硅的质量比为1.73:1。设计Al-Mg-Si系合金成分时，基体上按此

比例配置镁和硅的含量。有的Al-Mg-Si合金，为了提高强度，加入适量的铜，同时加入适量的铬以抵消铜对抗蚀性的不利影响。 Al-Mg2Si合金系合金平衡相图富铝部分Mg2Si 在铝中的最大溶解度为1.85%，且随温度的降低而减速小。变形铝合金中，硅单独加入铝中只限于焊接材料，硅加入铝中亦有一定的强化作用。镁元素 Al-Mg合金系平衡相图富铝部分尽管溶解度曲线表明，镁在铝中的溶解度随温度下降而大大地变小，但是在大部分工业用变形铝合金中，镁的含量均小于6%，而硅含量也低，这类合金是不能热处理强化的，但是可焊性良好，抗蚀性也好，并有中等强度。镁对铝的强化是明显的，每增加1%镁，抗拉强度大约升高瞻远3 4MPa。如果加入1%以下的锰，可能补充强化作用。因此加锰后可降低镁含量，同时可降低热裂倾向，另外锰还可以使Mg5Al8化合物均匀沉淀，改善抗蚀性和焊接性能。锰元素

常用合金元素的作用

1、钢的分类 1.1 一般分类碳钢也叫碳素钢，含炭量 WC 小于 2%的铁碳合金。碳钢除含碳外一般还含有少量的硅、锰、硫、磷按用途可以把碳钢分为碳素结构钢、碳素工具钢和易切削结构钢三类。碳素结构钢又分为建筑结构钢和机器制造结构钢两种按含碳量可以把碳钢分为低碳钢（WC ≤ 0.25%）,中碳钢（WC0.25%——0.6%）和高碳钢（WC>0。6%）。合金钢种类很多，通常按合金元素含量多少分为低合金钢（含量＜5％），中合金钢（含量 5％～10％），高合金钢（含量＞10％）；按质量分为优质合金钢、特质合金钢；按特性和用途又分为合金结构钢、不锈钢、耐酸钢、耐磨钢、耐热钢、合金工具钢、滚动轴承钢、合金弹簧钢和特殊性能钢（如软磁钢、永磁钢、无磁钢）等。 2、钢中合金元素分类 2.1 根据各种元素在钢中形成碳化物的倾向，可分为三类：强碳化物形成元素，如钒、钛、铌、锆等。这类元素只要有足够的碳，在适当的条件下，就形成各自的碳化物;仅在缺碳或高温的条件下,才以原子状态进入固溶体中。碳化物形成元素，如锰、铬、钨、钼等。这类元素一部分以原子状态进入固溶体中，另一部分形成置换式合金渗碳体,如(Fe，Mn)3C、(Fe，Cr)3C 等,如果含量超过一定限度（除锰以外），又将形成各自的碳化物,如(Fe，Cr)7C3、(Fe， W)6C 等。不形成碳化物元素，如硅、铝、铜、镍、钴等。这类元素一般以原子状态存在于奥氏体、铁素体等固溶体中。合金元素中一些比较活泼的元素，如铝、锰、硅、钛、锆等，极易和钢中的氧和氮化合，形成稳定的氧化物和氮化物，一般以夹杂物的形态存在于钢中。锰、锆等元素也和硫形成硫化物夹杂。钢中含有足够数量的镍、钛、铝、钼等元素时能形成不同类型的金属间化合物。有的合金元素如铜、铅等，如果含量超过它在钢中的溶解度，则以较纯的金属相存在。 2.2 钢中主要合金元素主要合金元素有硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒、钛、铌、锆、钴、铝、铜、硼、稀土等。其中钒、钛、铌、锆等在钢中是强碳化物形成元素，只要有足够的碳，在适当条件下，就能形成各自的碳化物，当缺碳或在高温条件下，则以原子状态进入固溶体中；锰、铬、钨、钼为碳化物形成元素，其中一部分以原子状态进入固溶体中，另一部分形成置换式合金渗碳体；铝、铜、镍、钴、硅等是不形成碳化物元素，一般以原子状态存在于固溶体中。现分别说明它们在钢中的作用。碳（C）：是对钢的性能影响最大的基本元素，是决定钢力学性能的主要因素。不同的碳含量依据钢中杂质元素含量和轧后冷却条件的不同对于钢的性能影响是不同的。一般说来，随着钢中碳含量的增加，屈服点和抗拉强度升高，碳钢在热轧状态下的硬度直线上升，塑性和韧性降低。在亚共析范围内（碳含量小于 0.80％时），碳对抗拉强度的影响是，随着碳含量增加，抗拉强度不断提高；超过共析范围后（当碳含量大于 0.80％时），抗拉强度随碳含量的增加减缓，最后发展到随碳含量的增加抗拉强度降低。另外，含碳量增加时碳钢的

合金元素在钢中的主要作用

简述几种常见合金元素在钢中的主要作用为了改善和提高钢的某些性能和使之获得某些特殊性能而有意在冶炼过程中加入的元素称为合金元素。常用的合金元素有铬，镍，钼，钨，钒，钛，铌，锆，钴，硅，锰，铝，铜，硼，稀土等。磷，硫，氮等在某些情况下也起到合金的作用。 (1)铬(Cr) 铬能增加钢的淬透性并有二次硬化的作用，可提高碳钢的硬度和耐磨性而不使钢变脆。含量超过12%时，使钢有良好的高温抗氧化性和耐氧化性腐蚀的作用，还增加钢的热强性。铬为不锈钢耐酸钢及耐热钢的主要合金元素。铬能提高碳素钢轧制状态的强度和硬度，降低伸长率和断面收缩率。当铬含量超过15%时，强度和硬度将下降，伸长率和断面收缩率则相应地有所提高。含铬钢的零件经研磨容易获得较高的表面加工质量。铬在调质结构中的主要作用是提高淬透性，使钢经淬火回火后具有较好的综合力学性能，在渗碳钢中还可以形成含铬的碳化物，从而提高材料表面的耐磨性。含铬的弹簧钢在热处理时不易脱碳。铬能提高工具钢的耐磨性、硬度和红硬性，有良好的回火稳定性。在电热合金中，铬能提高合金的抗氧化性、电阻和强度。（2）镍（Ni）镍在钢中强化铁素体并细化珠光体，总的效果是提高强度，对塑性的影响不显著。一般地讲，对不需调质处理而在轧钢、正火或退火状态使用的低碳钢，一定的含镍量能提高钢的强度而不显著降低其韧性。据统计，每增加1%的镍约可提高强度。随着镍含量的增加，钢的屈服程度比抗拉强度提高的快，因此含镍钢的比可较普通碳素钢高。镍在提高钢强度的同时，对钢的韧性、塑性以及其他工艺的性能的损害较其他合金元素的影响小。对于中碳钢，由于镍降低珠光体转变温度，使珠光体变细；又由于镍降低共析点的含碳量，因而和相同的碳含量的碳素钢比，其珠光体数量较多，使含镍的珠光体铁素体钢的强度较相同碳含量的碳素钢高。反之，若使钢的强度相同，含镍钢的碳含量可以适当降低，因而能使钢的韧性和塑性有所提。镍可以提高钢对疲劳的抗力和减小钢对缺口的敏感性。镍降低钢的低温脆性转变温度，这对低温用钢有极重要的意义。含镍%的钢可在-100℃时使用，含镍9%的钢则可在 -196℃时工作。镍不增加钢对蠕变的抗力，因此一般不作为热强钢的强化元素。镍含量高的铁镍合金，其线胀系数随镍含量增减而显著变化，利用这一特性，可以设计和生产具有极低或一定线胀系数的精密合金、双金属材料等。此外，镍加入钢中不仅能耐酸，而且也能抗碱，对大气及盐都有抗蚀能力，镍是不锈耐酸钢中的重要元素之一。（3）钼（Mo）

合金元素对钢地性能地影响

作者：余宗森/袁泽喜/士琦/武骏：冶金工业出版日期：2001年8月版次： ISBN：750242726 页数：300 开本：32开包装：本帖最近评分记录：金钱:+3(zhyj_88) 多补充资料描述文本。顶端Posted: 2008-12-23 12:32 | 30 楼 jiaolong83 级别: 中级工程师精华: 0 发帖: 1109 威望: 3 点金钱: 8 机械币贡献值: 0 点注册时间:2007-04-06 最后登录:2011-06-15 小中大引用推荐编辑只看复制第一篇我国钢的成分、残留痕微量元素与其常温力学性能的定量关系及国外的相关研究 1 试样的制备和成分、组织及性能的测试 2 试验数据的统计分析 3 各钢铁企业钢材的分析测试和回归结果 4 我国钢材的成分、组织与力学性能的定量关系 5 国外关于钢的成分、组织与性能定量关系的研究第二篇钢中痕量及微量残留元素对钢其他性能的影响 6 废钢及钢中的残留元素 7 残留元素对钢性能的影响 8 钢中残留元素的去除和变害为利参考文献顶端Posted: 2008-12-23 12:33 | 31 楼 micholas84 级别: 学徒工精华: 0 发帖: 2 威望: 1 点金钱: 100 机械币贡献值: 0 点注册时间:2008-12-17 最后登录:2009-02-15 小中大引用推荐编辑只看复制合金元素的作用钢铁基础知识：合金元素在钢中的作用 1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。 2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0. 30%的硅。如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。硅量增加，会降低钢的焊接性能。 (1)提高钢中固溶体的强度和冷加工硬化程度使钢的韧性和塑性降低。 (2) 硅能显著地提高钢的弹性极限、屈服极限和屈强比,这是一般弹簧钢。 (3)耐腐蚀性。硅的质量分数为15％一20％的高硅铸铁，是很好的耐酸

合金元素在钢中的作用完整版

了合金化而加入的合金元素，最常用的有硅、猛、珞、線、钳、鹄、帆，钛，锐、硼、铝等。现分别说明它们在钢中的作用。 1、硅在钢中的作用：（1）提高钢中固溶体的强度和冷加工硕化程度使钢的韧性和塑性降低。（2）硅能显著地提高钢的弹性极限、屈服极限和屈强比，这是一般弹簧钢。（3）耐腐蚀性。硅的质量分数为15% — 20%的高硅铸铁，是很好的耐酸材料。含有硅的钢在氧化气氛中加热时，表面也将形成一层Si02薄膜，从而提高钢在高温时的抗氧化性。缺点：（4）使钢的焊接性能恶化。 2、镭在钢中的作用（1）镭提高钢的淬透性。（2）镭对提高低碳和中碳珠光体钢的强度有显著的作用。（3）镭对钢的高温瞬时强度有所提高。镭钢的主要缺点是，①含猛较高时，有较明显的回火脆性现象；②镭有促进晶粒长大的作用，因此镭钢对过热较敬感t在热处理工艺上必须注意。这种缺点可用加入细化晶粒元素如钮、飢、钛等来克服：⑧当镭的质量分数超过1%时, 会使钢的焊接性能变坏，④镭会使钢的耐锈蚀性能降低。 3、珞在钢中的作用（1）珞可提高钢的强度和硬度。（2）珞可提高钢的高温机械性能。（3）使钢具有良好的抗腐蚀性和抗氧化性（4）阻止石墨化（5）提高淬透性。缺点：①辂是显著提高钢的脆性转变温度②辂能促进钢的回火脆性。4、W 在钢中的作用（1）可提高钢的强度而不显著降低其韧性。（2）银可降低钢的脆性转变温度，即可提高钢的低温韧性。（3）改善钢的加工性和可焊性。（4）银可以提高钢的抗腐蚀能力，不仅能耐酸，而且能抗碱和大气的腐8 /I 蚀。 5、钮在钢中的作用（1）铝对铁素体有固溶强化作用。（2）提高钢热强性（3）抗氢侵蚀的作用。（4）提高钢的淬透性。缺点：钮的主要不良作用是它能使低合金钳钢发生石墨化的倾向。6、钩在钢中的作用（1）提高强度（2）提高钢的高温强度。（3）提髙钢的抗氢性能。

合金元素在钢中的作用

第六章合金钢合金钢的优点：高的强度和淬透性第一节合金元素在钢中的作用常用合金元素：非碳化物形成元素——Co Ni Cu Si Al 碳化物形成元素——Zr Nb V Ti W Mo Cr Mn Fe 强中强弱一、合金元素对钢中基本相的影响 1、形成合金铁素体合金元素→溶入A →形成合金铁素体→固溶强化（Cr,Ni较好） 2、形成合金碳化物弱碳化物形成元素形成合金渗碳体(Fe,Mn)3C 中强碳化物形成元素形成合金碳化物(Cr23C6，Fe3W3C) 强碳化物形成元素形成特殊碳化物（VC，TiC）熔点、硬度和稳定性：特殊碳化物> 合金碳化物> 合金渗碳体> Fe3C 二、合金元素对Fe-FeC相图的影响合金元素对A相区影响扩大A相区元素（Mn）——E、S点左下移缩小A相区元素（Cr）——E、S点左上移奥氏体钢：1Cr18Ni9 铁素体钢：1Cr17 莱氏体钢：W18Cr4V 三、合金元素对热处理的影响 1、对加热的影响多数元素减缓A形成，阻碍晶粒长大 2、对冷却的影响多数元素溶入A后→过冷A稳定性↑→Vc↑→淬透性↑ →Ms点↓→残余A量↑提高淬透性的意义： ①增加淬硬层深度 ②减少工件变形、开裂倾向3、对回火的影响 ①回火稳定性→抗回火软化的能力 ②产生二次硬化（析出特殊碳化物，产生弥散强化；A残→M或B下）

一、低合金高强度钢碳素结构钢：Q195，Q215，Q235，Q255，Q275 低合金高强度钢：Q295，Q345，Q390，Q420，Q460 Q235+Me(<3%) →Q345 1、成分：~%C，合金元素2~3% 主加元素：Mn ——固溶强化辅加元素：Ti,Cr,Nb ——弥散强化使用状态：热轧或正火（F + P），不需最终热处理 2、性能：较高的σs ，良好的塑性韧性，焊接性，抗蚀性，冷脆转变温度低 3、常用钢号：Q295 （09Mn2），Q345 (16Mn) 用途：工程结构——桥梁，船舶，车辆外壳、支架、压力容器二、易切削结构钢牌号：Y12，Y12Pb，Y30，Y 40Mn 性能：良好的切削加工性（170~240HBS，塑性低）切削抗力小，刀具不易磨损，加工表面粗糙度低应用：成批、大量生产时，制作性能要求不高的紧固件和小型零件第三节合金钢的分类与牌号一、合金钢分类低合金钢——低合金高强度钢、易切削结构钢合金结构钢——渗碳钢、调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢合金工具钢——合金工具钢、高速钢特殊性能钢——不锈钢、耐热钢、耐磨钢二、合金钢牌号 1、合金结构钢——20CrMnTi，60Si2Mn，25Cr2Ni4WA 2、滚动轴承钢——GCr15 3、合金工具钢——9Mn2V，CrWMn 4、高速钢——W18Cr4V，W6Mo5Cr4V2 5、不锈、耐热钢——4Cr13，0Cr18Ni11Ti，00Cr17Ni14Mo2 6、高锰耐磨钢——ZGMn13 学习思路：用途→工作条件→性能要求→成分特点→热处理特点→典型钢种应用

(完整版)铝合金锭中各种元素的作用

铝合金锭中各种元素的作用由于制作铝锭时需要调整成分已达到想要的型号，因此各种元素对铝锭的影响就好一一掌握，以下我便针对主要的几种元素介绍。硅(Si)是改善流动性能的主要成份。从共晶到过共晶都能得到最好的流动性。但结晶析出的硅(Si)易形成硬点，使切削性变差，所以一般都不让它超过共晶点。另外，硅(Si)可改善抗拉强度、硬度、切削性以及高温时强度，而使延伸率降低。铜(Cu)在铝合金中固溶进铜(Cu),机械性能可以提高，切削性变好。不过，耐蚀性降低，容易发生热间裂痕。作为杂质的铜(Cu也是这样。镁(Mg)铝镁合金的耐蚀性最好，因此ADC5 ADC6是耐蚀性合金，它的凝固范围很大，所以有热脆性，铸件易产生裂纹，难以铸造。作为杂质的镁(Mg)，在AL-Cu-S这种材料中，Mg2Si会使铸件变脆，所以一般标准在0.3%以内。铁(Fe)杂质的铁(Fe会生成FeAI3的针状结晶，由于压铸是急冷，所以析出的晶体很细，不能说是有害成份。含量低于0.7 %则有不易脱模的现象，所以含铁(Fe)0.8 ~ 1.0 %反而好压铸。含有大量的铁(Fe)，会生成金属化合物，形成硬点。并且含铁(Fe量过1.2 %时，降低合金流动性，损害铸件的品质，缩短压铸设备中金属组件的寿命。镍(Ni)和铜(Cu一样，有增加抗拉强度和硬度的倾向，对耐蚀性影响很大。想要改善高温强度耐热性，有时就加入镍(Ni)，但在耐蚀性及热导性方面有降低的影响。锰(Mn)能改善含铜(Cu),含硅(Si)合金的高温强度。若超过一定限度，易生成Al-Si-Fe- P+o { T*T f;X}Mn四元化合物，容易形成硬点以及降低导热性。锰(Mn)能阻止铝合金的再结晶过程，提高再结晶温度，并能显著细化再结晶晶粒。再结晶晶粒的细化主要是通过MnAl6 化合物弥散质点对再结晶晶粒长大起阻碍作用。MnAl6的另一作用是能溶解杂质铁(Fe)，形成(Fe, Mn)Al6减小铁的有害影响。锰(Mn)是铝合金的重要元素，可以单独加入Al-Mn 二元合金，更多的是和其他合金元素一同加入，因此大多铝合金中均含有锰(Mn)。锌(Zn)若含有杂质锌(Zn),高温脆性大，但与汞(Hg)形成强化HgZn2对合金产生明显强度作用。JIS中规定在1.0%以内，但外国标准有到3%的,这里所讲的当然不是合金成份的锌(Zn),而是以杂质锌(Zn)的角色来说，它有使铸件产生裂纹的倾向。

合金元素在钢中的作用

合金元素在钢中的作用 2008-03-27 20:32 合金元素在钢中的作用 1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过%。碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。 2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有－%的硅。如果钢中含硅量超过硅就算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入－%的硅，强度可提高15－20%。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。硅量增加，会降低钢的焊接性能。 (1)提高钢中固溶体的强度和冷加工硬化程度使钢的韧性和塑性降低。 (2) 硅能显著地提高钢的弹性极限、屈服极限和屈强比,这是一般弹簧钢。 (3)耐腐蚀性。硅的质量分数为15％一20％的高硅铸铁，是很好的耐酸材料。含有硅的钢在氧化气氛中加热时，表面也将形成一层SiO2薄膜，从而提高钢在高温时的抗氧化性。缺点：（4）使钢的焊接性能恶化。 3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰－%。在碳素钢中加入%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn 钢比A3屈服点高40%。含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。（1）锰提高钢的淬透性。（2）锰对提高低碳和中碳珠光体钢的强度有显著的作用。（3）锰对钢的高温瞬时强度有所提高。锰钢的主要缺点是，①含锰较高时，有较明显的回火脆性现象；②锰有促进晶粒长大的作用，因此锰钢对过热较敏感t在热处理工艺上必须注意。这种缺点可用加入细化晶粒元素如钼、钒、钛等来克服：⑧当锰的质量分数超过1％时，会使钢的焊接性能变坏，④锰会使钢的耐锈蚀性能降低。 4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。因此通常要求钢中含磷量小于%，优质钢要求更低些。 5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于%，优质钢要求小于%。在钢中加入的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。

合金元素在钢中的作用

了合金化而加入的合金元素,最常用的有硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒,钛,铌、硼、铝等。现分别说明它们在钢中的作用。 1、硅在钢中的作用: (1)提高钢中固溶体的强度与冷加工硬化程度使钢的韧性与塑性降低。 (2) 硅能显著地提高钢的弹性极限、屈服极限与屈强比,这就是一般弹簧钢。(3)耐腐蚀性。硅的质量分数为15％一20％的高硅铸铁,就是很好的耐酸材料。含有硅的钢在氧化气氛中加热时,表面也将形成一层SiO2薄膜,从而提高钢在高温时的抗氧化性。缺点:(4)使钢的焊接性能恶化。 2、锰在钢中的作用 (1)锰提高钢的淬透性。 (2)锰对提高低碳与中碳珠光体钢的强度有显著的作用。 (3)锰对钢的高温瞬时强度有所提高。锰钢的主要缺点就是,①含锰较高时,有较明显的回火脆性现象;②锰有促进晶粒长大的作用,因此锰钢对过热较敏感t在热处理工艺上必须注意。这种缺点可用加入细化晶粒元素如钼、钒、钛等来克服:⑧当锰的质量分数超过1％时,会使钢的焊接性能变坏,④锰会使钢的耐锈蚀性能降低。 3、铬在钢中的作用 (1)铬可提高钢的强度与硬度。 (2)铬可提高钢的高温机械性能。 (3)使钢具有良好的抗腐蚀性与抗氧化性 (4)阻止石墨化 (5)提高淬透性。缺点:①铬就是显著提高钢的脆性转变温度②铬能促进钢的回火脆性。4、镍在钢中的作用 (1)可提高钢的强度而不显著降低其韧性。 (2)镍可降低钢的脆性转变温度,即可提高钢的低温韧性。 (3)改善钢的加工性与可焊性。 (4)镍可以提高钢的抗腐蚀能力,不仅能耐酸,而且能抗碱与大气的腐蚀。

5、钼在钢中的作用 (1)钼对铁素体有固溶强化作用。 (2)提高钢热强性 (3)抗氢侵蚀的作用。 (4)提高钢的淬透性。缺点:钼的主要不良作用就是它能使低合金钼钢发生石墨化的倾向。6、钨在钢中的作用 (1) 提高强度 (2)提高钢的高温强度。 (3)提高钢的抗氢性能。 (4)就是使钢具有热硬性。因此钨就是高速工具钢中的主要合金元素。7、钒在钢中的作用 (1)热强性。 (2)钒能显著地改善普通低碳低合金钢的焊接性能。8、钛在钢中的作用 (1)钛能改善钢的热强性,提高钢的抗蠕变性能及高温持久强度;(金属材料长期在高温条件下受热应力的作用而产生缓慢、连续的塑性变形的现象,叫金属的蠕变) (2)并能提高钢在高温高压氢气中的稳定性。使钢在高压下对氢的稳定性高达600℃以上,在珠光体低合金钢中,钛可阻止钼钢在高温下的石墨化现象。因此,钛就是锅炉高温元件所用的热强钢中的重要合金元素之一。 9、铌在钢中的作用 (1)铌与碳、氮、氧都有极强的结合力,并与之形成相应的极为稳定的化合物,因而能细化晶粒,降低钢的过热敏感性与回火脆性。 (2)有极好的抗氢性能。 (3)铌能提高钢的热强性 10、硼在钢中的作用 ; (1)提高钢的淬透性。 (2)提高钢的高温强度。强化晶界的作用。 11、铝在钢中的作用

铁元素在铝合金中的作用

铁在铸造铝合金中一直被认为是一种主要的有害杂质，各个国家、专业标准均对其作了明确的限制，各企业标准对其控制更为严格。这主要是由于随铁含量增加，在金相组织中会形成本身硬度很高的针、片状脆性铁相，它的存在割裂了铝合金的基体，降低了合金的力学性能，尤其是韧性，并且使零件机械加工难度增加，刀、刃具磨损严重，尺寸稳定性差等等，但是，低品质铝合金锭中铁含量本身就高，随着合金炉料的回用，生产中铁质坩埚、工具、置预件等的使用使合金增铁在所难免。多年来一直吸引着广大铸造工作者去研究，下面就铁在Ａｌ－Ｓｉ合金中的作用及其减弱消除对策进行讨论。１铸造Ａｌ－Ｓｉ系合金中铁的作用１．１铸造Ａｌ－Ｓｉ合金中铁的存在形态表１是铝硅系合金中铁的存在形态，其中α－ＡｌＦｅＳｉ和β－ＡｌＦｅＳｉ是常见的二种形态。而ρ－ＡｌＭｇＦｅＳｉ和δ－ＡｌＦｅＳｉ不是很常见。其中ＡｌＦｅＳｉ和Ａｌ（Ｆｅ，Ｃｒ）Ｓｉ的结晶结构特征目前还不甚详细。至于形成什么样的相，除与合金中的含铁量有关外，还与铸件的冷却速度、合金元素的数量、种类等密切相关。汉字状的α－ＡｌＦｅＳｉ相对Ａｌ－Ｓｉ系合金可提高强度、硬度，对韧性降低不多，而针状的β－ＡｌＦｅＳｉ相则严惩割裂基体，显著降低合金的韧性，尤其冲击韧性，据报道，当Ｆｅ＞１％时，可使整个合金本身变脆。表１Ａｌ－Ｓｉ系合金中铁相形态类别晶体结构熔化温度／℃形状α－ＡｌＦｅＳｉ六方晶体８６０汉字状β－ＡｌＦｅＳｉ单晶体８７０针、片状ρ－ＡｌＭｇＦｅＳｉ立方晶体δ－ＡｌＦｅＳｉ四方晶体１．２铁对铝硅合金机械性能的影响１．２．１对室温机械性能的影响对Ａｌ－Ｓｉ二元合金，当Ｆｅ＞０．５％时，片状β相可提高合金的强度并稍降低其延伸率；当Ｆｅ＞０．８％时，延伸率开始较大幅度降低，当合金中的Ｆｅ从０．４％增加到１．２％时，对强度值的增加是微乎其微的，但却显著降低其延伸率从４％降到１％，对Ｎａ变质的Ａｌ－Ｓｉ共晶合金是每增加Ｆｅ０．１％可使延伸率降低１％多。１．２．２对高温性能的影响铁虽然降低了Ａｌ－Ｓｉ活塞合金的室温机械性能，但却提高了它的高温机械性能，这主要由于高温时基体本身强度随温度升高下降很多，而此时以网状、汉字状和细小针状存在的铁相，它们在３１６℃左右时基本不变，是稳定的化合物相，正是它的存在提高高温下试样的抗拉强度。对Ａｌ－Ｓｉ－Ｃｕ－Ｍｇ合金，当Ｆｅ＞０．９５％时，σ３００℃为９２ＭＰａ。１．２．３对耐磨、耐腐性的影响

硅等元素在铝合金中的作用

硅、镁、锰、铜、锌、镍、钛等元素在铝合金中的作用硅，镁，锰，铜，锌，镍，钛等元素在铝合金（包括：铸铝与变形铝）中的作用？纯铝的强度低，不宜用来制作承受载荷的结构零件。向铝中加入适量的硅、铜、镁、锰等合金元素，可制成强度较高的铝合金，若在经冷变形强化或热处理，可进一步提高强度。根据铝合金的成分和生产工艺特点,通常分为形变与铸造铝合金两大类.工业上应用的主要有铝-锰,铝-镁,铝-镁-铜,铝-镁-硅-铜,铝-锌-镁-铜等合金.变形铝合金也叫熟铝合金,据其成分和性能特点又分为防锈铝,硬铝,超硬铝,锻铝和特殊铝等五种. 铝合金是纯铝加入一些合金元素制成的，如铝—锰合金、铝—铜合金、铝—铜—镁系硬铝合金、铝—锌—镁—铜系超硬铝合金。铝合金比纯铝具有更好的物理力学性能：易加工、耐久性高、适用范围广、装饰效果好、花色丰富。铝合金分为防锈铝、硬铝、超硬铝等种类，各种类均有各自的使用范围，并有各自的代号，以供使用者选用。 2A80，原先叫LD-8，化学成分如下： Si: Fe: Cu: Mn: Mg: Ni: Zn: Ti: 其他单个合计 Al:余量铝合金各元素的含量要看合金的性质的，如上面例子牌号化学成分（质量分数） /% AL 不小于杂质不大于 Fe Si Cu Ga Mg Zn 其他每种总和铝合金基本常识一、分类：展伸材料分非热处理合金及热处理合金非热处理合金：纯铝─1000系，铝锰系合金─3000系，铝矽系合金─4000系，铝镁系合金─5000系。热处理合金：铝铜镁系合金─2000系，铝镁矽系合金─6000系，铝锌镁系合金─7000系。二、合金编号：我国目前通用的是美国铝业协会〈Aluminium Association〉的编号。兹举例说明如下： 1070-H14(纯铝) 2017-T4(热处理合金) 3004-H32(非热处理合金) 第一位数：表示主要添加合金元素。 1：纯铝 2：主要添加合金元素为铜 3：主要添加合金元素为锰或锰与镁 4：主要添加合金元素为矽 5：主要添加合金元素为镁 6：主要添加合金元素为矽与镁

各种合金元素对钢性能的影响

三、各种合金元素对钢性能的影响目前在合金钢中常用的合金元素有：铬(Cr)，锰(Mn)，镍(Ni)，硅(Si)，硼(B)，钨(W)，钼(Mo)，钒(V)，钛(Ti)和稀土元素(Re)等。五大元素:硅、锰、碳、磷、硫。五大杂质元素:氧、氮、磷、硫、氢。 1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。 2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。如果钢中含硅量超过0.50-0.60%，硅就算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。硅量增加，会降低钢的焊接性能。硅可提高强度、高温疲劳强度、耐热性及耐H2S等介质的腐蚀性。硅含量增高会降低钢的塑性和冲击韧性。 3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。锰可提高钢的强度，增加锰含量对提高低温冲击韧性有好处。 4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。 5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。 6、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢、耐热钢的重要合金元素。铬是合金结构钢主加元素之一，在化学性能方面它不仅能提高金属耐腐蚀性能，也能提高抗氧化性能。当其含量达到13％时，能使钢的耐腐蚀能力显著提高，并增加钢的热强性。铬能提高钢的淬透性，显著提高钢的强度、硬度和耐磨性，但它使钢的塑性和韧性降低。 7、镍（Ni）：镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。但由于镍是较稀缺的资源，故