各元素在钢中的作用（粉末冶金）

Cr的作用

1、在低合金范围内，对钢具有很大的强化作用，提高强度、硬度和耐磨性2、降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性3、提高钢的耐热性

4、在高合金范围内，使钢具有对强氧化性酸类等腐蚀介质的耐腐蚀能力 （四）、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。 铬是中强碳化物形成元素，钢中的铬一部分置换铁形成合金渗碳体，提高其稳定性；一部分溶入铁素体中，产生固溶强化，提高铁素体的强度和硬度。含量低时可能形成铬的合金渗碳体（Fe、Cr）3C，而随铬含量的增加，钢中的碳化物逐步变为Cr23C6和Cr7C3。由于铬在奥氏体中的扩散速度比较小，加之阻碍碳的扩散，因而可提高奥氏体的稳定性，使C曲线右移，降低临界冷却速度，提高淬透性。铬也因降低相变温度，从而可使碳化物在较低温度析出，使组织和碳化物细化。在铬含量较高的合金钢中铬有使碳化物分散孤立分布的趋势。铬也明显地提高钢的强度，在相同的强度硬度条件下，铬钢有比碳钢高的塑性。铬在钢中有使残留奥氏体增加的趋势。高速钢中铬合金化的理论和实践已经证明，铬含量超过一定量后淬火钢中残留奥氏体数量大幅度增加。含铬的合金结构钢也有回火脆性倾向。 （五）、铬在渗碳钢中有强烈提高渗碳层含碳量的作用，当钢中含铬量达到1.5%时，渗碳层表层含碳量达到最大值；同时铬还提高渗碳钢的淬透性，在渗碳钢中铬含量一般小于2%。在调质钢中铬是提高淬透性的主要元素，可细化晶粒，提高回火抗力，但也增加第二类回火脆性的敏感性，因此在调质钢中铬的含量一般为1%～2%。铬在高温轴承钢中的含量一般在4%左右，Cr23C6型碳化物在淬火时几乎全部溶解并固溶于基体中，起到了减小淬火变形、细化晶粒铬是冷 作模具钢的基本元素，在低合金冷作模具钢中含铬0.5%～1.5%，高强韧性钢中含铬4%～5%，高耐磨微变形钢中含铬6%～12%。 （六）、Cr、W、Mo、V、Ti、Al、Si等元素的加入会使奥氏体相区缩小，特别是Cr、 Si含量高时将限制A体区，甚至完全消失。

锰的在钢中作用

（一）、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－ 0.50%。在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。 （二）、Mn 扩大γ相区，形成无限固溶体。对铁素体及奥氏体均有较强的固溶强化作用。为弱碳化物形成元素，进入渗碳体替代部分铁原子，形成合金渗碳体，与硫形成熔点较高的MnS，可防止因FeS而导致的热脆现象。降低钢的下临界点，增加奥氏体冷却时的过冷度，细化珠光体组织以改善其机械性能，为低合金钢的重要合金化元素之一，并为无镍及少镍奥氏体钢的主要奥氏体化元素。提高钢的淬透性的作用强，但有增加晶粒粗化和回火脆性的不利倾向 （三）、钢中添加Mn作用

1、在低含量范围内，对钢具有很大的强化作用，提高强度、硬度和耐磨性2、降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性3、稍稍改善钢的低温韧性 4、在高含量范围内，作为主要的奥氏体化元素。 （四）、锰溶于铁素体中所产生的同溶强化作用，优于许多合金元素(强化作用递增次序：Cr

时加入锰和硅，能够较好控制烧结体的外观形状和尺寸。 （六）、铬是钢中重要的台金元素。铬对氧的亲和力极强，通常预合金粉末表面均形成氧化层，因而对烧结气氛要求极其严格．如氧分压应低于5×10.6 kPa。可在这类合金中加入锰，利用它与氧的结合能力强而改善合金显微组织的均匀性；同时，添加锰使材料系统中碳损失减少，增加烧结体中贝氏体和马氏体组织的含量。结果，使材料的力学性能得以提高。（七）、烧结钢中添加硫化锰(MnS)后能有效减小切削力，改善其切削加性能。在铁基材料中，硫化锰是一种脆性的而又有润滑作用的金属夹杂物，其强度远低于铁基体。硫化锰在材料中的作用相当于孔隙，它破坏铁基体的连续性，降低强度，从而使切削力减小。 （八）、在渗铜产品上，由于锰先于其他合金元素与烧结气氛和粉末压坯中的氧起反应，所生成的氧化物阻碍残渣附着，而且，氧化物多孔骨架起到储存器作用．使其中的熔融合金达到平衡并保留住铁。 （九）、Mn：弱碳化物形成元素。

钴在钢中作用

（一）、钴(Co)：钴是稀有的贵重金属，多用于特殊钢和合金中，如热强钢和磁性材料。（二）、Co 无限固溶于γ铁，在α铁中的溶解度为76%。非碳化物形成元素

有固溶强化作用，赋予钢红硬性，改善钢的高温性能和抗氧化及耐蚀的能力，为超硬高速钢及高温合金的重要合金化元素。提高钢的MS点，降低钢的淬透性 （三）、含钴高温合金在 900～1000℃下仍有很高的强度和抗蠕变性能，多用于制作喷气发动机的耐高温部件。钴能提高铁基、铝镍基和稀土金属合金的磁饱和强度和居里点，使其具有高矫顽力，是电气工业中的优良磁性材料。钴是硬质合金的粘合剂。金属部件用钴合金涂层和表面硬化后，其机械性能显著提高。钴的氧化物是陶瓷制品的脱色剂和颜料；搪瓷中的含钴釉料可使搪瓷同钢更好地粘结在一起。（致密金属钴在常温空气中较稳定，300℃便发生氧化反应，较细的钴粉可以自燃，赤热的钴粉能与水反应生成氢气。） （四）、除Co外，几乎所有合金元素溶入奥氏体后都增大过冷奥氏体的稳定性，使C曲线右移，即提高钢的淬透性。 （五）、除Co、Ni以外，绝大多数合金元素，特别是强碳化物形成元素由于形成合金渗碳体和特殊碳化物，更难溶入奥氏体中，并且阻碍奥氏体晶界的移动和奥氏体晶粒的长大，起到细化晶粒的作用。 （六）、Co、Ni等部分非碳化物形成元素能增大C的扩散速度，使奥氏体形成速度加快。

镍在钢中作用

（一）、镍(Ni)：镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。但由于镍是较稀缺的资源，故应尽量采用其他合金元素代用镍铬钢。 （二）、镍：Ni不溶于碳化物而全部进入奥氏体，因此，它提高淬透性的作用得以充分发挥。在低铬白口铸铁中加入质量分数约2.5%的镍，可促使组织中得到硬而细的珠光体。当w（Ni）>4.5%可阻止珠光体形成。更高的镍量（w（Ni）>6.5%）可使奥氏体稳定，在低温或在铸态下发生马氏体转变。如镍硬白口铸铁在铸态条件下就可得到马氏体基体+M7C3共晶碳化物的组织。对于大截面高铬白口铸铁，添加w(Ni)=0.2%~1.5%能抑制珠光体形成，若Ni与Mo同时添加，抑制作用更明显。 （三）、Ni 扩大γ相区，形成无限固溶体，在α铁中的最大溶解度约10%。不形成碳化物 固溶强化及提高淬透性的作用中等。细化铁素体晶粒，在强度相同的条件下，提高钢的塑性和韧性，特别是低温韧性。为主要奥氏体形成元素并改善钢的耐蚀性能。与铬、钼等联合使用，提高钢的热强性和耐蚀性，为热强钢及奥氏体不锈耐酸钢的主要合金元素之一

（四）、钢中添加Ni的作用

1、提高钢的强度，而不降低其塑性，改善钢的低温韧性2、降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性3、扩大奥氏体区，是奥氏体化的有效元素

4、本身具有一定耐蚀性，对一些还原性酸类有良好的耐蚀能力 （五）、镍和铜是两种最常用的提高粉末冶金钢性能的合金元素 都可以通过固溶强化的方式提高钢的强度和硬度。钢中的镍或铜元素都可以使共析碳的浓度保持在较低水平，从而一方面可以避免在提高铁素体强度的过程中由于碳含量过高造成钢的脆化，另一方面还能够通过降低钢的临界转变温度提高淬透性，使钢在较慢的冷却速下也能形成高硬度、高强度的相如马氏体相，从而提高其硬度。由于镍在烧结条件下的扩散有限，因此对提高钢的硬度的作用比铜略低。但是镍对改善钢的延展率和冲击功有更好的效果，在的碳素钢中添加镍能够提高其韧性达四倍。北美金属粉末工业协会提供的标准数据表明在碳素钢中添加的镍或铜都可以提高其拉伸强度达。在热处理条件下，所有的钢的延展性和韧性相对较低。铜在提高强度方面效果甚微，同时能导致钢变脆，尤其是对预合金化的钼钢。然而镍却能大大的提高钢的强度和韧性使用镍可以得到最高的强度，只不过略微的降低钢的硬度，这是由于在钢的微观结构中存在软的富镍相造成的。这些富镍相的作用在国际粉末冶金工业界是有争论的。一些研究超细镍粉的学者最近的工作表明，镍粉的分布、尺寸以及导致的富镍相的组织结构对含镍的粉末冶金钢的物理性能参数的大小及均匀性有非常大的影响。 （六）、富镍相趋向于和气孔联合在一起，这是由于镍粉粒子位于原始铁粉粒子表面以及镍的扩散速度慢造成的，添加电解镍粉的粉末冶金钢的富镍区比添加标准镍粉制成的样品大得多，同时它们的颜色显得更亮，说明其中的镍含量更高。 （七）、Ni、Mn、Co、C、N、Cu等元素的加入会使奥氏体相区扩大，特别是Ni、Mn的影响更大。

铜在钢中作用

（一）、铜(Cu)：武钢用大冶矿石所炼的钢，往往含有铜。铜能提高强度和韧性，特别是大气腐蚀性能。缺点是在热加工时容易产生热脆，铜含量超过0.5%塑性显著降低。当铜含量小于0.50%对焊接性无影响。

铜：在低铬与高铬马氏体白口铸铁中，铜能抑制珠光体形成的作用。由于铜在奥氏体中的溶解度有限，所以不能添加太多，以w(Cu)<2.5%为宜，故Cu在镍硬铸铁中不能取代Ni。当Cu、Mo联合添加时，可显著提高淬透性。但是过量的铜会引起残余奥氏体增多，影响材料耐磨性。减少铸铁中的碳、铬量可降低奥氏体稳定性，但同时将使马氏体量减少，引起硬度降低。（二）、Cu 扩大γ相区，但不无限固溶；在α铁及γ铁中的最大溶解度分别约2%或8.5%。在724℃及700℃时，在α铁中的溶解度剧降至0.68%及0.52% ， 当含量超过0.75%时，经固溶处理和时效后可产生时效强化作用。含量低时，其作用与镍相似，但较弱。含量较高时，对热变形加工不利，如超过0.30%，在氧化气氛中加热，由于选择性氧化作用，在表面将形成一富铜层，在高温熔化并侵蚀钢表面层的晶粒边界，在热变形加工时导致高温铜脆现象。如钢中同时含有超过铜含量1/3的镍，则可避免此种铜脆的发生，如用于铸钢件则无上述弊病。在低碳低合金钢中，特别与磷同时存在时，可提高钢的抗大气腐蚀性能。Cu2%～3%在奥氏体不锈钢中可提高其对硫酸、磷酸及盐酸等的抗腐蚀性及对应力腐蚀的稳定性 （三）、铜在钢中的突出作用是改善普通低合金钢的抗大气腐蚀性能，特别是和磷配合使用时，加入铜还能提高钢的强度和屈服比，而对焊接性能没有不利的影响。含铜0.20%～0.50%的钢轨钢（U-Cu），除耐磨外其耐腐蚀寿命为一般碳素钢轨的2-5倍。

铜含量超过0.75%时，经固溶处理和时效后，可产生时效强化作用。含量低时，其作用与镍相似，但较弱。含量较高时，对热变形加工不利，在热变形加工时导致铜脆现象。2%～3%铜在奥氏体不锈钢中可以对硫酸、磷酸及盐酸等抗腐蚀性能及对应力腐蚀的稳定性。（四）、

铜在粉末冶金中的应用

1、铜通常应用在自润滑含油轴承、青铜合金等摩擦材料上；

2、铜具有良好的导热、导电率，以及良好的抗腐蚀和机械性能，用作制作渗铜类零件，导热及机械性能较好；

3、铜在铁基粉末冶金中有固溶强化作用，且与碳按比例添加能有效控制烧结坯件尺寸，提高产品精度；

4、铜熔点较低，铁基粉末冶金烧结过程中，铜在1083℃左右便开始溶化，产生瞬时液相，润滑基体、促进烧结；

5、铜与磷或硼配合使用，在铁基粉末冶金中，提高产品摩擦性能，还能提高钢的强度和屈服比；

6、铜在铁基粉末冶金中具有永久封闭孔隙的作用；

铌在钢中作用

（一）、铌(Nb)：铌能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性，提高强度，但塑性和韧性有所下降。在普通低合金钢中加铌，可提高抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀能力。铌可改善焊接性能。在奥氏体不锈钢中加铌，可防止晶间腐蚀现象。 （二）、Nb 缩小γ相区，但由于拉氏相NbFe2的形成而不形成γ相圈；在α铁及γ铁中的最大溶解度分别约为1.8%及2.0%。强碳化物及氮化物形成元素， 部分元素进入固溶体，固溶强化作用很强。固溶于奥氏体时，显著提高钢的淬透性；但以碳化物及氧化物微细颗粒形态存在时，却细化晶粒并降低钢的淬透性。增加钢的回火稳定性，有二次硬化作用。微量铌可以在不影响钢的塑性或韧性的情况下，提高钢的强度。由于细化晶粒的作用，提高钢的冲击韧性并降低其脆性转折温度。当含量大于碳含量的8倍时，几乎可以固定钢中所有的碳，使钢具有很好的抗氢性能；在奥氏体钢中，可以防止氧化介质对钢的晶间腐蚀。由于固定钢中的碳和沉淀硬化作用，可以提高热强钢的高温性能，如蠕变强度等。 （三）、铌能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性，提高强度，但塑性和韧性有所下降。在普通低合金钢中加铌，可提高抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀能力。铌可改善焊接性能。在奥氏体不锈钢中加铌，可防止晶间腐蚀现象。 （四）、固溶强化作用很明显，提高钢的淬透性(溶于奥氏体时)，增加回火稳定性，有二次硬化作用，提高钢的强度、冲击韧性，当含量高时(大于碳含量的8倍)，使钢具有良好的抗氢性能，并提高热强钢的高温性能(蠕变强度等)。 （五）、铌的有益作用是： 1）能生成高度分散的强固的碳化物NbC（熔点3500℃），所以可细化晶粒，直加热至于1100～1200℃，仍可阻止晶粒长大。 2）同Ti能防止产生晶间腐蚀，实践知，以含Ni=8*C%为佳。 3）能与Fe生成金属间化合物Fe2Nb2，这种化合物在α铁中听溶解度随温度↑而↓，所以含Nb低碳钢能促进时效硬化。 4）加铌可提高低碳钢的抗强度和屈服点（25%），可提高不锈钢的高温抗蚀性和强度，可提高抗酸能力。（六）、V、Ti、Nb、Zr强烈阻碍奥氏体晶粒长大 。 W、Cr、Mo中等阻碍奥氏体晶粒长大。 Mn、B促进奥氏体晶粒长大。

钼在钢中作用

（一）、 钼(Mo)：钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力(长期在高温下受到应力，发生变形，称蠕变)。结构钢中加入钼，能提高机械性能。 还可以抑制合金钢由于火而引起的脆性。在工具钢中可提高红性。

钼：Mo在白口铸铁中，质量分数的50%消耗于形成Mo2C,质量分数25%进入碳化物，质量分数25%的Mo溶入金属集体。进入基体的Mo提高铸铁的淬透性，随Mo量提高，淬透性改善。Mo提高高铬白口铸铁淬透性的能力与铬碳比有紧密关系。当Mo与Cu、Ni、Cr任一元素或与Cr+Ni二元素同时添加时，提高淬透性的作用更加明显。另外，Mo在Ni-Cr型马氏