钢的合金化

董敬松¹³³³⁷⁸⁸³⁰⁸⁶钢铁材料2021-11-29 15:541047

钢的合金化

我先说说我的职业简历,我1982年考入一个不起眼的学校内蒙古工学院本专业学习,1986年毕业后进入工厂,1995年调入学校至今,为什么要说这个呢?也就是告诉大家,我所从事的热处理生产实践是在三十多年前,那时的热处理跟现在没法比,特别是设备与检测手段,比较土,因此,虽然进入学校还是干的本专业,也就是只会纸上谈兵,不会操作,只会穷白活了。

好了,现在就跟大家聊聊热处理的问题,热处理其实是一个系统工程,要想干好热处理,需要金属学知识、热力学知识,热处理原理知识、材料学知识、设备知识、力学性能和金相检测知识,其他的需要知道机械制图、机械设计、电学啊、管理学啊等等知识。
当然,最主要的还是热处理专业知识,我总结了八个方面:一分为二、两个图、三个过程、四把火、五个组织、六大缺陷、七个相变、八大工艺。当然,这个只是为了教学方便的需要,不全面,但基本上涵盖了热处理的主要内容,至于这八个方面的详细内容,大家可以百度一下学好热处理必须把握的八个方面,即可找到详细内容。
热处理既然是一个系统工程,不可能一次话题就都说到,我这次想跟大家聊聊一个方面问题,即金属材料合金化的问题,我把这次定位为科普性质的,夹杂着自己的看法,不一定准确和正确,恳求大家仔细鉴别。
首先,人类社会为什么要使用材料?就是为了利用材料的性能,当然,材料有各种各样的性能可供人们利用,最最常用的就是强度。我想利用材料的强度作为切入点,讲解合金化的问题。
大家都知道,一个细棒子相比粗棒子很容易折断,而折断就是把断口两端的原子分开,也就是说力克服了棒子两端的许多两原子之间的吸引力而造成的折断,当然不同的原子种类之间的吸引力是不同的。金属的力学性能也就是由两原子之间关系的集合所构成。
一般情况下,两个原子之间的距离是固定的,当两个原子受到外拉力的作用,原子间距会变长,这时两个原子会产生吸引力,这个引力随着外拉力的增加而增加,如果在一定范围内原子间距变长的基础上,再拉变长,那么需要的力就需要增加,也就是说,在自然状态下,同样拉长一定的距离,需要的外力是不一样的,在已经拉长的基础上,再拉长同样的距离需要的力更大。与此类似,压缩产生的是排斥力。
两两原子之间已经拉长的状态对于金属晶体来看是什么?学过金属学的肯定会想到一个名词“晶格畸变”。晶格畸变的结果表现在力学性能上面会导致材料的强度硬度提高,也就是说可以推论:凡是能够造成晶格畸变的因素,都会提高材料的强度硬度!!
那么怎样才能够造成晶格畸变呢?
方法1:如果往一种金属里面掺其他元素,由于掺入的元素原子大小跟被掺的金属原子大小不一样,肯定要造成晶格畸变,而且间隙型的比置换型的引起的晶格畸变更大,所以该方法称为——固溶强化。
方法2:金属是有规律排列的晶体,如果造成比第一个方法更多的一排原子错排,晶格畸变就更厉害,——位错强化。
方法3:由于一般金属是多晶体,所以会有晶界,而晶界是严重晶格畸变的地方,显然晶粒越细,晶界越多,晶格畸变越厉害,强度硬度越高——细晶强化。
方法3:由于一般金属是多晶体,所以会有晶界,而晶界是严重晶格畸变的地方,显然晶粒越细,晶界越多,晶格畸变越厉害,强度硬度越高——细晶强化。
方法4:塑性变形由于滑移和孪生,可以造成晶格畸变和晶粒细化,适用于不能热处理强化的金属——加工硬化。
方法5:如果在多晶体的基础上,形成第二相,相界面是原子排列混乱的地方,更加增加了多晶体的晶格畸变程度,强度硬度更高——第二相强化、弥散强化(兼有细晶强化作用)、沉淀硬化。
方法6:如果在固溶体的基础上,能够强行掺入更多的其他原子,造成更严重的晶格畸变,将大幅度提高材料的强度硬度——过饱和固溶体强化(热处理强化)。实际上热处理就是采用的这个方法——形成过饱和固溶体,过饱和度越大,强度硬度越高,当然别忘记了晶格畸变对材料性能影响的下半句话:强度硬度提高,塑性韧性下降,实际上适用的材料可不仅仅单单要求强度硬度的哎!
方法7:对于晶体而言,原子排列有规律,如果使每个原子排列都没有规律,引起的晶格畸变显然更大,强度硬度更高——形成非晶态,非晶态合金据说已经接近通过两个原子之间的引力计算的理论值。
从以上聊的内容可以看到,额外的掺入其他原子即合金化,可以直接固溶强化第二相强化、弥散强化、沉淀硬化,间接兼有细晶强化、位错强化、热处理强化的作用,也就是说除了方法4和方法7之外,其他都牵扯到了,这也就是说明金属材料为什么进行合金化的根本原因。
下面说说钢铁材料的合金化问题,据我统计,最新化学元素周期表有名有姓的元素有112个,其中有90种是金属,22种是非金属,在90种金属元素中,为什么处于26号的铁元素能够在当今社会起到那么大作用?
西游记里面为什么孙悟空本事大?为什么有些妖精本事大,一个最主要的原因是会变化,当然还有一些了不得的法宝。在常见金银铜铁锡金属中,铁属于资源丰富的,特别是会变!能够从一种晶格类型转变为另外一种晶格类型,也就是说,原子间距随着晶格类型不同而变化,这样就导致不同的晶格类型的铁性能的变化,另外铁也有法宝,这个就是可以热处理和合金化,热处理可以让铁变成火眼金睛,合金化会让法宝具备相应的性能。
铁可以通过加热和冷却改变晶格类型,铁加热到912℃,会从所谓bbc结构转变为fcc结构,加热到1394℃从fcc结构转变为bbc结构,从而改变性能,为了能够得到不同的性能,可以通过热处理而改变,这就是热处理的由来,那么合金化呢?
大家知道,肉好吃,可是白水煮肉却不好吃,为了使白水煮肉好吃点,至少加点盐,如果再好吃点就额外加花椒、大料、生姜、葱花这些常用的作料,如果想得到特殊的风味,还需要加草果、肉蔻、白芷等等调料,这样分别得到不同地方风味的美味佳肴。
这个盐就类似于铁中加的碳,几乎所有的菜都加盐,几乎所有的铁合金都加碳,这个花椒、大料、生姜、葱花这些常用的作料就如钢中的硅、锰、铬,这个草果、肉蔻、白芷就是钢中镍、钨、钼、钒、稀土等作料。
所以,钢中常加的合金元素有:有硅、锰、铬、镍、钨、钼、钒、钛、铌、锆、铝、铜、钴、氮、硼、稀土等,记不住怎么办?一个鬼啊,非常凶猛,各各手里捏着乌木做成的幡,一个老太太样的尼姑,要告状,告谁呢?告驴和古老的蛋,路上碰上稀罕的兔子。来跟我念:鬼猛各捏乌木幡,太尼告驴同古蛋,碰稀兔。

合金元素加入钢中会引起什么样的作用呢?我们先来看看碳,从铁碳相图中我们可以看到,铁加热到912℃,会从所谓bbc结构转变为fcc结构,加入碳后这个转变点就会下降,当加到0.77%碳时,临界点就会成为727℃,912-727=185℃,0.77%碳可以降低185℃之多。

钢的合金化-钢铁百科

知识问答

钢的合金化-钢铁百科

1、请问王老师:纯铁而言,体心向面心转变,从原子角度看,其根本原因是什么?既然好不容易变成面心,再升高温度时又何必费劲变回体心?
王老师解答:首先,高温的体心立方与低温的体心立方几何结构相同但晶格参数不同,也可以说是不同的体心立方,必须明确这一点,体心向面心转变,从原子角度看,我觉得是能量与原子排列状态之间的关系,室温加热是量变,达到912度成为质变,这个跟冰加热到10度变成水一样,是自然规律。实际上就是能量的缘故。
2、请问王老师:王老师帮忙介绍一下"非晶态金属材料"目前的研发状况?
王老师解答:非晶态金属材料据我所知,目前是两个方向是主流,一个是机理原理方面的研究,另外一个是制造方法方面的研究,特别是大尺寸非晶态金属材料的制造工艺研究。为了进一步了解非晶态的结构,通常在理论上把非晶态材料中原子的排列情况模型化,其模型归纳起来可分两大类。一类是不连续模型,如微晶模型,聚集团模型;另一类是连续模型,如连续无规网络模型,硬球无规密堆模型等。
非晶合金目前的生产制造工艺大概有真空蒸发法、溉射法、化学气相沉积法(CVD)、液体急冷法,非晶金属材料热力学上不稳定,受热有晶化倾向,不同的非晶金属材料稳定温度不同

看到这里您已经对我们钢铁百科的这篇文章了解的差不多了,更多这方面的百科知识我们推荐您阅读下面的文章:

按化学成分钢的分类

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评论列表
  • 天人合一(2024-04-12 06:56:06)回复取消回复

    钢材的知识真的很博大精深,学习中......

  • 锅炉厂(2024-04-12 06:56:06)回复取消回复

    这外材料的锅炉管你们仁成钢管厂好不好做?

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