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合金元素在模具鋼材中的作用
合金元素在模具鋼材中的作用

合金元素在模具鋼中所起的作用研究
模具鋼中的元素分常存和添加兩種。在實際生產和使用的模具鋼中總是有少量非有意加入的種種元素，如硅、錳、磷、硫、氧、氮、氫等，這些元素稱為常存或殘余元素。其中，硅、錳是脫氧后殘留下來的；磷、硫主要是原材料帶來的；而氧、氮、氫部分是原材料帶來的，其余部分是冶煉過程中從空氣中吸收的。
了為改善和提高模具鋼的某些性能，或獲得某些特殊性能而有意在冶煉過程中加入的元素稱為合金元素。常用的合金元素有鉻(Cr)、鎳(Ni)、鉬(Mo)、鎢(W)、釩(V)、鈦(Ti)、鈮(Nb)、鋯(Zr)、鈷(Co)、硅(Si)、錳(Mn)、鋁(Al)、銅(Cu)、硼(B)、稀土(Re)等。磷(P)、硫(S)、氮(N)等在某些情況下也起到合金元素的作用。
合金元素在模具鋼中與鐵和碳這兩個基本組元的相互作用，以及它們彼此之間的相互作用，影響模具鋼中各組成相、組織和結構，促使其發生有利的變化，可提高和改善模具鋼的綜合力學性能；能顯著提高和改善模具鋼的工藝性能，如淬透性、回火穩定性、切削加工性等；還可使模具鋼獲得一些特殊的物理化學性能，如耐熱、不銹、耐腐蝕等。這些性能的改善和獲得，一部分是加入合金元素的直接影響，而大部分則是通過合金元素對模具鋼的相變過程影響所引起的。合金元素所起的作用，與其本身的原子結構、原子大小和晶體結構特征等有關。人們對合金元素在模具鋼中所起作用的認識是經過長期實踐、不斷探索而發展起來的，因此，還需不斷地研究、探索、發展。
總的說來，合金元素在退火狀態下起著強化鐵素體的作用，從而提高退火狀態下鋼的強度。它們對鐵素體強化的程度由強到弱排列為P、Si、Ti、Mn、Al、Cu、Ni、W、Mo、V、Co、Cr。除鎳外，它們都使伸長率和沖擊值下降，而鎳一方面顯著提高強度，另一方面卻始終使塑性和韌性保持高水平。
除Co、Al外的大多數合金元素在淬火回火狀態下均能提高模具鋼的淬透性。添加了合金元素的模具鋼在硬度、強度(ób、ós)，塑性指標(ó%、ψ%)等性能方面均高于碳鋼，沖擊韌性αk也較高。一般是采用低溫回火或高溫回火。因中溫回火雖可獲得*高的強度指標，但由于回火脆性的產生，使αk值降低，只有彈簧為得到高的彈性極限óp才采用。
合金元素的加入，能提高模具鋼的強度、硬度和冷作硬化率，但降低了模具鋼的延展性。其中P、S、Si、C等元素對提高模具鋼冷作硬化率*顯著，模具鋼中的硫化物夾雜亦造成模具鋼的延展性的降低，因此，凡需經冷作加工的模具鋼，如冷沖壓鋼板、冷拔鋼、冷鐓鋼、深沖鋼等需嚴格控制鋼中的有害元素P和S到*低限含量，還要盡可能降低Si和C的含量。Ni、Cr、Cu、V也會降低其延展性，會降低模具鋼的深沖壓性能，而加入少量Al則可提高深沖壓鋼板的表面質量，所以深沖壓鋼板的鋼號采用08Al是適當的。
一般來說，加入W、Mo、V、Cr、Ni等元素的模具鋼會使壓力加工變得困難。



編　　輯：日加金屬制品（上海）有限公司技術部
題　　目：合金元素在模具鋼材中的作用
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