November 3, 2022
A fim de melhorar e potencializar algumas propriedades deaçoe fazê-lo obter algumas propriedades especiais de elementos adicionados deliberadamente no processo de fundição chamados elementos de liga.Elementos de liga comuns são cromo, níquel, molibdênio, tungstênio, vanádio, titânio, nióbio, zircônio, cobalto, silício, manganês, alumínio, cobre, boro, terras raras e assim por diante.Fósforo, enxofre e nitrogênio também atuam como ligas em alguns casos.
(1) Cromo (Cr)
O cromo pode aumentar a temperabilidade do aço e tem um 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 apresenta boa resistência à oxidação e resistência à corrosão em alta temperatura, além de aumentar a resistência térmica do aço.O cromo é o principal elemento de liga do aço inoxidável resistente ao ácido e do aço resistente ao calor.
O cromo pode melhorar a resistência e a dureza do aço carbono no estado de laminação e reduzir o alongamento e o encolhimento da seção transversal.Quando o teor de cromo excede 15%, a resistência e a dureza diminuirão, e o alongamento e a contração da seção aumentarão de acordo.As peças contendo aço cromo são de fácil obtenção de maior qualidade de usinagem superficial por retificação.
O principal papel do cromo na estrutura temperada é melhorar a temperabilidade, de modo que o aço após têmpera e revenimento tenha propriedades mecânicas mais abrangentes, no aço cementado também pode formar carboneto de cromo, de modo a melhorar a resistência ao desgaste da superfície do material .
Aço de mola contendo cromo não é fácil de descarbonizar durante o tratamento térmico.O cromo pode melhorar a resistência ao desgaste, dureza e dureza do aço ferramenta e tem boa estabilidade de têmpera.O cromo pode melhorar a resistência à oxidação, resistência e força de ligas eletrotérmicas.
(2) Níquel
O níquel fortalece a ferrita e refina a perlita no aço, o efeito geral é aumentar a resistência, mas não tem efeito significativo na plasticidade.De um modo geral, uma certa quantidade de níquel pode melhorar a resistência do aço, mas não reduz significativamente a tenacidade do aço de baixo carbono quando é laminado, normalizado ou recozido sem tratamento de têmpera.Segundo as estatísticas, cada aumento de 1% no níquel pode melhorar a resistência de 29,4Pa.Com o aumento do teor de níquel, o rendimento do aço aumenta mais rapidamente do que a resistência à tração, de modo que a proporção de aço contendo níquel é maior que a do aço carbono comum.O níquel pode melhorar a resistência do aço, mas os danos à tenacidade, plasticidade e outras propriedades de processo do aço são menores do que outros elementos de liga.Para aços de médio carbono, a perlita se torna mais fina porque o níquel reduz a temperatura de transição da perlita.Como o níquel reduz o teor de carbono no ponto eutetóide, há mais perlita do que aço carbono com o mesmo teor de carbono, o que faz com que o aço ferrítico perlita com níquel tenha maior resistência do que o aço carbono com o mesmo teor de carbono.Pelo contrário, se a resistência do aço for a mesma, o teor de carbono do aço contendo níquel pode ser adequadamente reduzido, de modo que a tenacidade e a plasticidade do aço podem ser melhoradas.O níquel pode melhorar a resistência do aço à fadiga e reduzir a sensibilidade do aço ao entalhe.O níquel reduz a temperatura de transição frágil do aço de baixa temperatura, o que é muito importante para o aço de baixa temperatura.Aço com 3,5% de níquel pode ser usado a -100℃, e aço com 9% de níquel pode ser usado a -196℃.O níquel não aumenta a resistência do aço à fluência, por isso geralmente não é usado como elemento de reforço do aço de resistência a quente.
O coeficiente de expansão linear das ligas Fe-Ni com alto teor de níquel muda significativamente com o aumento ou diminuição do teor de níquel.Usando esta propriedade, ligas de precisão e materiais bimetálicos com coeficiente de expansão linear muito baixo ou certo podem ser projetados e produzidos.
Além disso, o níquel adicionado ao aço não é apenas resistente a ácidos, mas também resistente a álcalis, resistente à corrosão da atmosfera e do sal, o níquel é um dos elementos importantes no aço resistente ao ácido inoxidável.
(3) Molibdênio (Mo)
O molibdênio no aço pode melhorar a temperabilidade e a resistência térmica, evitar a fragilidade do revenido, aumentar a remanência e a coercividade e a resistência à corrosão em alguns meios.
Em aço temperado, o molibdênio pode fazer peças com seções maiores temperar profundamente, temperar, melhorar a resistência ao fogo ou a estabilidade de têmpera do aço, para que as peças possam ser temperadas em temperaturas mais altas, de modo a eliminar (ou reduzir) o estresse residual de forma mais eficaz , melhorar a plasticidade.
Além dos efeitos acima em aço cementado, o molibdênio também pode reduzir a tendência dos carbonetos de formar uma rede contínua no contorno de grão na camada de cementação, reduzir a austenita residual na camada de cementação e aumentar relativamente a resistência ao desgaste da superfície. camada.
Na matriz de forjamento, o molibdênio também pode manter o aço com uma dureza relativamente estável, aumentar a deformação.Resistência a rachaduras e desgaste.
Em aço inoxidável resistente a ácido, o molibdênio pode melhorar ainda mais a resistência à corrosão de ácidos orgânicos (como ácido fórmico, ácido acético, ácido oxálico, etc.), peróxido de hidrogênio, ácido sulfúrico, sulfito, sulfato, corantes ácidos, pó de branqueamento, etc. Em particular, a adição de molibdênio evita a tendência à corrosão pontual causada pela presença de íons cloreto.
O aço rápido W12Cr4V4Mo contendo cerca de 1% de molibdênio tem resistência ao desgaste, dureza temperada e dureza vermelha.
(4) Tungstênio (W)
Além de formar carbonetos no aço, o tungstênio é parcialmente dissolvido em ferro para formar uma solução sólida.Sua ação é semelhante ao molibdênio, de acordo com o cálculo da fração de massa, o efeito geral não é tão significativo quanto o molibdênio.A principal amostra de tungstênio em aço é aumentar a estabilidade de revenimento, dureza vermelha, resistência térmica e resistência ao desgaste devido à formação de carbonetos.Portanto, é usado principalmente em aço ferramenta, como aço de alta velocidade, matriz de forjamento a quenteaçoe assim por diante.
O tungstênio forma carbonetos refratários em aço de mola de alta qualidade.Ao revenir em temperatura mais alta, o processo de acumulação de carbonetos pode ser facilitado e a resistência a alta temperatura pode ser mantida.O tungstênio também reduz a sensibilidade do aço ao superaquecimento, aumenta a temperabilidade e aumenta a dureza.Após a laminação a quente, o aço de mola 65SiMnWA apresenta alta dureza após resfriamento a ar.O aço da mola com seção de 50mm2 pode ser temperado em óleo e pode ser usado como uma mola importante para suportar grandes cargas, resistência ao calor (não mais que 350℃) e impacto.30W4Cr2VA aço de mola resistente ao calor de alta resistência, com grande temperabilidade, têmpera de 1050 ~ 1100 ℃, resistência à tração de têmpera de 550 ~ 650 ℃ de 1470 ~ 1666Pa.É usado principalmente na fabricação de molas sob condições de alta temperatura (não mais de 500 ℃).
O tungstênio é o principal elemento da liga de aço ferramenta porque sua adição pode melhorar significativamente a resistência ao desgaste e a usinabilidade do aço.
(5) Vanádio (V)
O vanádio tem uma forte afinidade com carbono, amônia e oxigênio, e forma compostos estáveis com eles.O vanádio existe principalmente na forma de carboneto no aço.Sua principal função é refinar a estrutura e grão de aço, melhorar a resistência e tenacidade do aço.Quando dissolvido em solução sólida em alta temperatura, aumenta a temperabilidade;Pelo contrário, se na forma de carboneto, reduz a temperabilidade.O vanádio aumenta a estabilidade de têmpera do aço endurecido e produz um efeito de endurecimento secundário.O teor de vanádio no aço, exceto aço ferramenta de alta velocidade, geralmente não é superior a 0,5%.
Em liga comum de baixo carbonoaço, o vanádio pode refinar grãos, aumentar a resistência e a taxa de rendimento após a normalização e melhorar o desempenho de soldagem do aço em baixa temperatura.
Vanádio em liga de aço estrutural devido às condições gerais de tratamento térmico reduzirá a temperabilidade, por isso é frequentemente usado em aço estrutural e manganês, cromo, molibdênio, tungstênio e outros elementos.Vanádio em aço temperado é principalmente para melhorar a resistência e a taxa de rendimento do aço, refinar grãos, pegar a sensibilidade do superaquecimento.No aço cementado pode refinar o grão, o aço pode ser temperado diretamente após a cementação, sem têmpera secundária.
Em aço de mola e aço de rolamento, o vanádio pode melhorar a resistência e a relação de rendimento, especialmente o limite proporcional e o limite elástico, e reduzir a sensibilidade à descarbonização durante o tratamento térmico, melhorando assim a qualidade da superfície.5 rolamentos de aço cromo contendo vanádio, dispersão de alta carbonatação, bom desempenho.
O vanádio no aço ferramenta refina os grãos, reduz a sensibilidade ao superaquecimento, aumenta a estabilidade do revenimento e a resistência ao desgaste e, portanto, prolonga a vida útil da ferramenta.
(6) Titânio (Ti)
O titânio tem uma forte afinidade com nitrogênio, oxigênio e carbono, e tem uma afinidade mais forte com enxofre do que com ferro.Portanto, é um bom agente desoxidante e um elemento eficaz para a fixação de nitrogênio e carbono.Embora o titânio seja um forte elemento formador de carboneto, ele não se combina com outros elementos para formar compostos complexos.A força de ligação de carboneto de titânio é forte, estável, não é fácil de decompor, em aço apenas o aquecimento a mais de 1000 ℃ pode se dissolver lentamente na solução sólida.As partículas de carboneto de titânio têm o efeito de impedir o crescimento do grão antes da dissolução.Como a afinidade entre titânio e carbono é muito maior do que entre cromo e carbono, o titânio é comumente usado em aço inoxidável para fixar o carbono a fim de eliminar a diluição de cromo no contorno de grão, de modo a eliminar ou reduzir a corrosão intergranular do aço. .
O titânio também é um dos fortes elementos formadores de ferrita, o que aumenta fortemente as temperaturas A1 e A3 do aço.O titânio pode melhorar a plasticidade e a tenacidade em aços comuns de baixa liga.Como o titânio fixa nitrogênio e enxofre e forma carboneto de titânio, a resistência do aço é aumentada.Depois de normalizar o refinamento do grão, a precipitação de metal duro pode melhorar significativamente a plasticidade e a resistência ao impacto do aço.A liga de aço estrutural contendo titânio possui boas propriedades mecânicas e de processo, mas a principal desvantagem é que a temperabilidade é um pouco pobre.
Em aço inoxidável com alto teor de cromo geralmente precisa adicionar cerca de 5 vezes o teor de carbono do titânio, não só pode melhorar a resistência à corrosão (principalmente resistência à corrosão intergranular) e tenacidade do aço;Também pode prevenir a tendência de crescimento de grãos do aço em alta temperatura e melhorar o desempenho de soldagem do aço.
(7) Nióbio/coltan (Nb/Cb)
O nióbio geralmente coexiste com coltan e tântalo, e seu papel no aço é semelhante.Nióbio e tântalo são parcialmente dissolvidos na solução sólida para fortalecer a solução sólida.A capacidade de têmpera do aço pode ser melhorada significativamente quando ele é dissolvido em austenita.No entanto, na forma de partículas de carboneto e óxido, refina o grão e reduz a temperabilidade do aço.Pode aumentar a estabilidade de têmpera do aço e tem o efeito de endurecimento secundário.O traço de nióbio pode melhorar a resistência do aço sem afetar a plasticidade ou tenacidade.Devido ao efeito do grão de refino, a resistência ao impacto do aço pode ser melhorada e a temperatura de transição de fragilidade pode ser reduzida.Quando o teor é superior a 8 vezes o carbono, quase todo o carbono do aço pode ser fixado, de modo que o aço tenha boa resistência ao hidrogênio.A corrosão intergranular do aço austenítico pelo meio oxidante pode ser evitada.Devido à fixação de carbono e endurecimento por precipitação, as propriedades de alta temperatura dos aços de resistência a quente, como resistência à fluência, podem ser melhoradas.
O nióbio pode melhorar a resistência ao escoamento e a tenacidade ao impacto e reduzir a temperatura de transição de fragilidade em aços de baixa liga comuns usados na construção.Aumente a temperabilidade na cementação e revenimento de aço estrutural de liga.Melhore a tenacidade e o desempenho de baixa temperatura do aço.Ele pode reduzir o endurecimento do ar de aço inoxidável resistente ao calor martensítico de baixo carbono, evitar endurecimento e fragilidade de têmpera e melhorar a resistência à fluência.
(8) Zircônio (Zr)
O zircônio é um forte elemento formador de carboneto, seu papel no aço é semelhante ao nióbio, tântalo, vanádio.A adição de uma pequena quantidade de zircônio tem o efeito de desgaseificar, purificar e refinar o grão, o que é benéfico para o desempenho do aço em baixas temperaturas e melhora o desempenho da estampagem.É frequentemente usado na fabricação de aço de ultra-alta resistência e superliga à base de níquel para motores a gás e estrutura de mísseis balísticos.
(9) Cobalto
O cobalto é usado principalmente em aços e ligas especiais.O aço de alta velocidade contendo cobalto tem dureza de alta temperatura e molibdênio pode ser adicionado ao aço de envelhecimento martensítico ao mesmo tempo para obter dureza ultra-alta e boas propriedades mecânicas abrangentes.Além disso, o cobalto é um importante elemento de liga em aços de resistência a quente e materiais magnéticos.
O cobalto reduz a temperabilidade do aço, portanto, adicionar apenas aço carbono reduzirá as propriedades mecânicas gerais do aço temperado.O cobalto pode fortalecer a ferrita e, quando adicionado ao aço carbono, pode melhorar a dureza, o ponto de escoamento e a resistência à tração do aço no estado recozido ou normalizado, e tem um efeito adverso no alongamento e na contração da seção.A tenacidade ao impacto diminui com o aumento do teor de cobalto.O cobalto é usado em aços e ligas resistentes ao calor devido à sua resistência à oxidação.Turbinas a gás de liga à base de cobalto mostram seu papel único.
