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大家都知道，鋼是一種合金材料。那么在模具鋼的生產(chǎn)中，加入合金元素對(duì)模具鋼會(huì)有什么影響呢？今天小編就為大家介紹一下合金元素對(duì)模具鋼有什么作用。
碳素鋼占鋼總產(chǎn)量80％左右，是基本的工業(yè)用鋼。它種類齊全，生產(chǎn)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，通過(guò)不同的熱處理后，可獲得不同的力學(xué)性能，因此得到了極廣泛的應(yīng)用。但碳素鋼的強(qiáng)度及淬透性低、熱硬性差，耐磨、耐蝕和耐熱等性能也都比較低。況且，工業(yè)的發(fā)展特別是國(guó)防、交通運(yùn)輸、石油和化工等工業(yè)的發(fā)展，對(duì)材料提出了更高的要求，因而使用領(lǐng)域受到限制。為了改善碳素鋼的力學(xué)性能、工藝性能或某些特殊的物理、化學(xué)性能，在冶煉時(shí)，有選擇地向鋼液中加入一些合金元素，如錳、硅、鉻、鎳、鋁、鎢、釩、鈦、鈮、鋯、稀土元素等，這類鋼就統(tǒng)稱為合金鋼。模具鋼材是合金鋼中的一種。
純鐵
㈠、碳素鋼用途的局限性
⑴淬透性低
一般情況下，碳鋼淬火要求水冷，它水淬的更大淬透直徑為15～20MM，因此在制造大尺寸和形狀復(fù)雜的零件時(shí)，不能保證性能的均勻性和幾何形狀不變。
?、茝?qiáng)度和屈強(qiáng)比較低
強(qiáng)度低使工程結(jié)構(gòu)和設(shè)備笨重。A3鋼的σS≥240MPA，而低合金結(jié)構(gòu)鋼16MN的σS≥360MPA。屈強(qiáng)比低說(shuō)明強(qiáng)度的有效利用率低。40碳鋼的σS／σB為0.43，而合金鋼35CRNI3MO的σS／σB可達(dá)0.74。
⑶回火穩(wěn)定性差
由于回火穩(wěn)定性差，碳鋼在進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理時(shí)，為了保證較高強(qiáng)度而回火溫度應(yīng)低些時(shí)，韌性又偏低；為了保證較好韌性而回火溫度應(yīng)高些時(shí)強(qiáng)度又偏低，所以碳鋼的綜合機(jī)械性能很難提高上去。
?、炔荒軡M足某些特殊性能的要求
碳鋼在抗氧化、耐腐蝕、耐熱、耐低溫、耐磨以及特殊電磁性能等方面往往較差，不能滿足特殊使用要求。
為了解決上述問(wèn)題，在碳鋼中特意加入合金元素，以彌補(bǔ)以上不足之處。
模具鋼
?、妗⒑辖鹪卦谀＞咪摬闹械淖饔?/p>
合金元素在模具鋼材中的作用非常復(fù)雜，到目前為止對(duì)它的認(rèn)識(shí)還很不全面。
下面著重分析合金元素與鐵和碳的作用、對(duì)鐵碳相圖的影響規(guī)律。
?、焙辖鹪嘏c鐵和碳的作用
合金元素加入鋼中，主要與鐵形成固溶體，或者與碳形成碳化物，少量存在于夾雜物（如氧化物、氮化物、硫化物及硅酸鹽等）中，在高合金鋼中還可能形成金屬間化合物。
?、湃苋腓F中
幾乎所有合金元素（除PB外）都可與鐵形成合金鐵素體或合金奧氏體。按照合金元素對(duì)α？FE或γ？FE的作用，可將它們分為兩大類。
?、贁U(kuò)大γ相區(qū)元素亦稱奧氏體穩(wěn)定化元素，主要是MN、NI、CO、C、N、CU等。
它們使相圖中N點(diǎn)下降，G點(diǎn)上升，從而擴(kuò)大γ相的存在范圍。其中NI、MN等元素加入到一定量后，可使G點(diǎn)降到室溫以下，使α相完全消失，它們稱為完全擴(kuò)大γ區(qū)的元素。另外一些元素如C、N和CU等，雖擴(kuò)大γ相區(qū)，但不能將其擴(kuò)大到室溫，所以它們稱為部分?jǐn)U大γ區(qū)的元素。
?、诳s小γ相區(qū)元素亦稱F穩(wěn)定化元素，主要有CR、MO、W、V、TI、AL、SI、B、NB、ZR等。它們使G點(diǎn)上升，N點(diǎn)下降（CR例外，CR含量小于7％時(shí)，G點(diǎn)下降；大于7％后G點(diǎn)迅速上升），從而縮小γ相存在范圍，使F穩(wěn)定區(qū)域擴(kuò)大。其中CR、MO、W、V、TI、AL、SI等元素超過(guò)一定含量時(shí)，G點(diǎn)與N點(diǎn)重合，使γ相區(qū)被封閉，這時(shí)合金在固態(tài)范圍內(nèi)一直處于單相α相狀態(tài)，它們稱為完全封閉γ區(qū)的元素。另外一些元素，如B、NB、ZR等，雖然也使γ相區(qū)溫度范圍縮小，但不能使其封閉，稱為部分縮小γ區(qū)的元素。
上述元素中，只有C、N、B與鐵形成間隙固溶體，其它均與鐵形成置換固溶體。
⑵形成碳化物
合金元素按其與鋼中碳親合力大小，分為碳化物形成元素和非碳化物形成元素兩大類。
?、俪Ｓ梅翘蓟镄纬稍赜校篘I、CO、CU、AL、SI、N、B等。它們不與碳形成化合物，除了在少數(shù)高合金鋼中可形成金屬間化合物外，基本上都溶于F和A中。
?、诔Ｓ锰蓟镄纬稍赜校篗N、CR、MO、W、V、TI、NB、ZR等（按形成的碳化物的穩(wěn)定性程度由弱到強(qiáng)的次序排列）。它們都是元素周期表中位于鐵左方的過(guò)渡族元素。MN與碳的親合力較弱，少部分溶于滲碳體中，大部分溶于F或A中。與碳的親和力較強(qiáng)的CR、MO、W等，含量較低時(shí)基本上與鐵一起形成合金滲碳體；含量較高時(shí)可形成新的合金碳化物。而與碳的親合力很強(qiáng)的元素V、TI、NB、ZR等，幾乎都是形成特殊碳化物。此外，總還有一部分強(qiáng)碳化物形成元素會(huì)溶于F或A中。
合金滲碳體是部分鐵原子被碳化物形成元素置換后的滲碳體，如（FE，CR）3C、（FE，MN）3C等，其晶體結(jié)構(gòu)與滲碳體相同，但比滲碳體略穩(wěn)定些，硬度也略高些，這對(duì)提高鋼的耐磨性更有利。
合金碳化物MN3C、CR7C3、CR23C6、FE3W3C等，比合金滲碳體的穩(wěn)定性更高，而特殊碳化物MO2C、W2C、VC、TIC等的穩(wěn)定性更高。穩(wěn)定性愈高的碳化物，其熔點(diǎn)和硬度也愈高，加熱時(shí)也愈難溶于奧氏體中，因此對(duì)鋼的機(jī)械性能和工藝性能的影響很大。
⒉合金元素對(duì)鐵碳相圖的影響
合金元素對(duì)鐵碳相圖的影響，與對(duì)純鐵的影響類似，但更復(fù)雜一些、影響主要分兩方面：
純鐵
?、艑?duì)A和F存在范圍的影響
?、贁U(kuò)大γ相區(qū)元素均擴(kuò)大鐵碳相圖中A存在的區(qū)域，其中完全擴(kuò)大γ區(qū)的元素NI或MN的含量較多時(shí)，可使鋼在室溫下得到單相A組織，例如1CR18NI9高鎳A不銹鋼和ZGMN13高錳耐磨鋼等。
?、诳s小γ相區(qū)元素均縮小鐵碳相圖中A存在的區(qū)域，其中完全封閉γ區(qū)的元素（例如CR、TI、SI等）超過(guò)一定含量后，可使鋼在包括室溫在內(nèi)的廣大溫度范圍內(nèi)獲得單相F組織，例如1CR17TI高鉻F不銹鋼等。
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