铸造合金(低合金钢)

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Si
（2）硅缩小奥氏体相区，使钢的固态相变温度升高。当硅量 较高时，珠光体转变温度较高。例如，在含C 0.40%的钢中， 每增加1％Si，可使Ac3和Ar3温度升高40-50℃，Acl和Arl温度 升高15-20℃。
因此，硅使钢的热处理温度升高。在含硅较高的钢中，由于珠 光体转变在较高温度下进行，原子扩散速度的增加，这有利于 Fe3C的析出与长大，从而使珠光体变粗；但硅能降低碳在铁素 体中的扩散速度，阻碍回火碳化物的析出和长大，提高钢的回 火脆性抗力，使第一类回火脆性区向更高的温度推移。
A3温度下降，使先共析铁素体在更低的温度下析出而细化。A1 温度下降，还能抑制碳化物在过冷奥氏体晶界上的析出，使钢 保持较高的塑性，降低钢的韧—脆性转变温度，因而锰也是低 温钢中的主要合金元素之一。
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Mn
锰的最主要优点是能显著提高钢的淬透性，锰的这种作用主要是
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RE
3) 改善铸态组织
稀土系表面活性元素，易在固—液相界面上富集，在枝晶晶体 前沿形成了吸附薄膜，提高了晶核稳定性，阻止铁原子穿过吸附 薄膜，抑制柱状晶区生长，细化晶粒，消除柱状晶和魏氏组织。
4) 提高钢的性能
尽管稀土元素对钢的常温强度影响不大，但显著提高钢的常温和 低温韧性，改善钢的高温塑性，消除铸造产生的热裂，提高钢的 热强度和抗氧化不起皮性。
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合金元素在钢中的作用
合金元素在钢中的存在方式 固溶态（溶解于铁素体或奥氏体） 化合态（碳化物、氧化物、氮化物、硫化物等） 游离态（Cu含量较高时)
1.非碳化物形成元素:包括镍、硅、铝、钴、铜等 2.碳化物形成元素：根据其与碳结合力的强弱，可把
此外，铬还能提高钢的耐蚀性，但增加钢的回火脆性。
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Mo
钼在钢中既能形成固溶体，也可形成碳化物。随着钢中含钼 量的增加，钼所形成的碳化物按如下次序变化： Mo23C6→Mo2C→Mo5C。钼溶于钢中能显著地提高钢的再结 晶温度(增加1％的钼大约可使再结晶温度升高115℃)，因而能 显著提高钢的高温强度，是热强钢的主要元素之一。
例如： ZG25Mn:单元锰低合金钢，0.2~0.3%C，1.1~1.3%Mn，0.30~0.45%Si；
ZG20MnSi:锰硅低合金钢，0.16~0.22%C，1.0~1.3%Mn，0.6~0.8%Si;
ZG30MnSiCr:锰硅 铬低合金钢，0 .28~0.38%C， 0.9~1.2%Mn， 0.5~0.7%Si，0.5~0.8%Cr。
例如加入2%Ni可足以保证壁厚200毫米的铸件获得相当一致的 力学性能。
4.镍能提高钢热处理后的强度和硬度，同时保持较高的塑性、 韧性。它不但能提高钢的常温韧性，而且也能改善钢在低温下 的韧性，故镍也是低温用钢的主要合金元素。此外，镍还能显 著提高钢的耐蚀性和抗氧化能力。
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稀土元素 (Rare Earth)
1. 净化钢液
稀土元素是强烈的脱氧剂，其脱氧能力介于Mg~Ca之间，大大 超过锰、硅、铝。稀土不仅与氢有较强的亲合力，能与钢中的 氢生成稀土氢化物，因而能消除或抑制氢在钢中的危害(如氢脆、 白点等)，而且稀土还能与钢中低熔点杂质元素如铅、锑、铋和 砷等形成高熔点化合物，可消除这些元素沿晶界分布所造成的 脆性。
临界淬火速度显著减小，淬透性增大。
在正火条件下，锰也能使钢组织中珠光体数量和分散度增大。由
于锰有固溶强化作用，锰加入钢中后能明显改善钢的力学性能， 使钢断面组织性能的均一性有所提高。另外，锰降低钢的Ms点， 淬火后显微组织中的残留奥氏体数量增多，钢的塑性较高。
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(2) 镍是扩大奥氏体相区的元素，它固溶于钢中，使A1、A3临 界相变温度下降，淬火的临界速度降低，过冷奥氏体的稳定性 增加，C曲线右移，因而能显著提高钢的淬透性。
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Ni
3.镍降低碳在γ-Fe中的溶解度，使钢的共析点左移，这不仅降 低了热处理时钢对过热和晶粒生长的敏感性。而且可在相同含 碳量下，获得更多的珠光体，有利于钢的强化。镍的这种作用 对生产异形铸件非常重要，对壁厚相差较大的铸件进行热处理 时，即使在较高的温度下长时间的保温，也能获得均匀一致的 组织和力学性能。改善铸件断面力学性能的均匀性。
低)、共析转变温度上移(Mn、Ni除外)； ➢钼、钨在质量分数大时使共析点右移。
合金元素对奥氏体相区大小的影响 扩大γ区（在γ、α形成固溶体，常温下可得到奥氏体组织。Ni，Mn） 减小γ区（加热时抑制F向A转变。如Cr）
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低合金钢的钢号
与铸造碳钢有所不同。铸造低合金钢的钢号是以其化学成分（碳量 和合金元素及其含量）为依据来编排的。
开头仍以“ZG” 表示铸钢；随后的数字表示碳的公称含量（×10-4） 接着是合金元素的符号及相应合金元素的含量 <1.5%不标（有时1.1~1.49%标"1"）；1.5~2.49%标"2"；2.5~3.49%标"3"。
Cu
铜是扩大奥氏体相区的元素。在钢中不形成碳化物，但固溶 量不大。在1484℃下，Cu在奥氏体中的溶解度约为7.5~8.0％； 在铁素体中的溶解度更小，在共析温度下Cu的最大溶解度为 2.13％，700℃时减至0.52％，室温下仅0.2％。过剩的铜以较 纯的铜质点游离析出。因此，可通过适当的热处理，发挥铜 在钢中的沉淀强化作用，这种作用对于强化大截面铸件，改 善断面组织的均一性有着实际意义。多用于中心不易淬透的 大断面铸钢件，以保证铸件中心具有足够的硬度。
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Mn
锰在钢中一部分固溶于铁素体中(或奥氏体中)，另一部分形成 合金渗碳体(FeMn)3C。锰是扩大奥氏体相区元素，随其含量 的增加，临界温度A4(NJ线)上升，A3(GS线)下降。锰除了降低 共析温度外，还降低共析点的含碳量。因此，在相同含碳量及 冷却速度下，随着钢中含锰量增加，其显微组织中的珠光体不 但细化，而且数量亦增多，从而导致钢的强度和硬度上升。
由于它能降低过冷奥氏体的分解速度，使珠光体转变温度(Ar1)下 降。资料表明，钢中每增加1%Mn约使Ar1下降50℃。锰在钢中扩 散速度远小于铁和碳，当过冷奥氏体发生珠光体转变时，(Fe,
Mn)3C领先相成核困难，再加上开始转变温度(Ar1)下降，导致原 子扩散速度减慢，转变孕育期增加，使钢的转变C曲线向右移动，
过冷奥氏体分解的孕育期增长，转变速度减慢，C曲线右移，
钢使的钢的淬淬透透性性。显如著果提高含。铬碳化物在加热和保温中未完全 溶解，冷却时它们将起现成核心作用，反而促进奥氏
体向珠光体转变，降低钢的淬透性。
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Cr
由于铬具有提高淬透性和固溶强化的双重作用，因此 铬能使钢热处理后的强度显著提高。当铬含量小于2％ 时，它在提高钢强度和硬度的同时还可提高其塑性和 韧性，这是铬的一个独特优点，故铬多用于低合金调 质钢中。
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镍(Nicke1)
(1) 镍加入钢中只形成固溶体，不形成碳化物，镍不仅增加原子间 的结合力、扭曲铁素体晶格，增加铁素体的强度而很少降低铁素 体的塑性，而且镍也能提高碳的活度，促使碳原子在位错周围偏 聚，阻碍位错移动，使钢的强度提高，塑韧性上升。
Mn
锰的缺点是增大钢热处理时的过热敏感性，加热时 温度稍高，晶粒就会粗化。另外锰在低合金范围内 还增加回火脆性。
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Si
硅是低合金钢中常用的一种合金元素。硅在钢中的作 用主要有以下3个方面：
(1) 硅在钢中不形成碳化物，而只形成固溶体。它在 铁素体中所产生的固溶强化作用仅次于碳、而优于锰， 因此它使钢的强度和硬度上升，但塑性有所下降。硅 可改善钢的耐热性和耐蚀性。但硅促进枝晶偏析和使 晶粒不均匀，降低碳在铁中的溶解度，使热处理时脱 碳倾向增大 。
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合金元素在低合金钢中的作用
低合金钢是在碳钢中提高或加入一定量的合金元素 而形成的，其主要目的是为了改善钢的淬透性 (Hardenability)，细化晶粒和固溶强化铁索体，提 高钢的机械性能和改善某些物理化学性能等。
有时加入少量合金元素也是为了提高钢的抗回火脆性 和高温强度，改善钢的低温性能及耐蚀性能等。
钼可使钢的C曲线右移，从而显著提高钢淬透性，其作用强 于铬，而次于锰。钼使钢C曲线的珠光体转变部分与贝氏体转 变部分发生分离，能使钢在连续冷却中获得贝氏体，故钼是贝 氏体钢中的主要合金元素。
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Mo
钼单独加入钢中时，能增加回火脆性，当它与其它导致 回火脆性的元素如锰、铬等配合使用时，却能降低或抑 制回火脆性。通常加入0.40％的钼就能产生这种效果。
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Si
（3）硅对提高钢的淬透性的作用较小，若将硅与 其它元素配合时，其作用比单独使用时要大得多， 这就是为什么在低合金结构铸钢中，Si总是与其它 元素配合使用的原因，也是通常采用多元合金化的 道理。
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Cu
铜在许多方面与镍相似，铜在铸钢力学性能方面的作用可归 纳为三个方面： 1) 固溶强化，其作用略强于硅； 2) 在含量超过0.75％时，经固溶化处理和时效处理后，产生沉 淀强化作用； 3) 提高钢的韧性，降低钢的韧—脆性转变温度。
铜能降低钢的熔点，从而改善钢液的流动性，有利于铸件的生产。
第七章 铸造低合金钢
第一节 概述 在铸铸造造碳碳钢钢应用化虽学然成广分，的但基性能础上上有提许高多或不添足之加处为：量不多 的一淬种透或性差多;种合金元使素用温（度一有般限总; 量不超过5％）构成
抗磨性差; 耐腐蚀性差。
铸造低合金钢。
我国主要是锰系和铬系低合金钢。 近年来，在从国外引进先进技术的同时，也采用一 些国外的钢种牌号，如镍系的低合金钢。
碳化物形成元素分成三类 ：
1）弱碳化物形成元素：锰 2）中强碳化物形成元素：铬、钼、钨 3）强碳化物形成元素：钒、铌
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合金元素对钢平衡组织的影响
影响Fe- Fe3C状态图（回顾Fe Fe3C ）
改变Fe- Fe3C合金状态图
合金元素对钢共析点（S点）位置的影响 ➢大多数合金使共析点左移(共析点含碳量降
Cr
铬既能溶于铁素体，又能形成多种碳化物。铬与碳的结合力 大于Fe和Mn，而小于W和Mo。在渗碳体中它可以置换部分铁 原子而形成含铬的(Fe, Cr)3C合金渗碳体。当钢中含铬量较高 时，可形成复杂型碳化物，如Cr23C6和Cr7C3。它们在钢中弥 散析出，可起沉淀强化作用。
值铬得是注缩意小的奥是氏：体相铬区只元有素固，溶能于降低奥碳氏在体钢中中时的，扩才散速能度提，高使
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2.改善夹杂物形态及分布
硫化物、A1N和A12O3等夹杂物是铸造碳钢和低合金钢的主 要有害夹杂物。加入稀土元素，可使原先以薄膜状或链状 分布在晶界的低熔点硫化物、氧化物夹杂物变为稀土硫化 物、稀土氧化物及稀土硫氧化物。由于它们的熔点远比原 有夹杂的高，在钢液中易聚集成球状而浮出，使钢中夹杂 物数量减少。而残留在钢中部分夹杂也呈球团状在晶粒内 分布，从而消除其危害性。