等。
(2)烧结硬质合金
碳化钨WC或碳化钛TiC等的粉状碳化物,加入黏结用金属钴Co(或Ni、Mo),加压并烧结,就可以得到红热硬度很高的合金材料,如果制成切削刀具,可以较一般工具钢的切削速度更高,并具有更长的刀具寿命,烧结后的碳化钨块可以铜焊接着于钢制刀柄,用以切削钢铁、铸件、非铁金属或非金属等材料。常用的烧结硬质合金有WC-Co系和WC-TiC-Co系,除切削工具外,也可以应用于拉线模具或其它耐磨耗场合。
1-4耐蚀钢
耐蚀性是指材料对于空气、水、酸、盐或其它化学环境下所产生破坏的抵抗程度。钢铁材料应用极广,但是耐蚀性不佳是其缺点,尤其台湾气候温湿,因此耐蚀性特别重要,除了使用各种覆面或涂装技术,最基本的方式还是必须改善钢的性质。
在钢中添加Cr和Ni可以增加钢的耐蚀性。钢的耐蚀性主要随Cr的含量而增加,一般耐蚀钢的分类,含Cr量在12%以上之Fe-Cr合金,几乎不会被侵蚀称为不锈钢,含Cr量在12%以下之Fe-Cr合金,则称为耐蚀钢,但实用上提到耐蚀钢仍是以不锈钢为主。
在大气及海水环境中,钢之耐蚀性随Cr量的增加而增加,含Cr量在12%以上,就几乎不会发生腐蚀的现象。不锈钢能耐蚀的原因,是因为Cr能在钢的表层形成一种致密的氧化铬膜,可以阻隔钢料内部的氧化作用,因而可以防止一般大气环境下的腐蚀。但是铬钢在强酸例如:硫酸、盐酸的环境,这层氧化膜就会被破坏而丧失了耐蚀性。
钢中含Ni时在酸性环境中的耐蚀性,在含有硫酸及盐酸的环境中,可以发现,钢之耐蚀性随Ni量的增加而增大,由此可知,一般环境下使用,不锈钢只需添加Cr,就可以防止发生腐蚀的现象,然而在特定环境下(例如:硫酸、盐酸中)使用,就必须再添加Ni,才能达到防蚀的目的。
一般除了铸造用途的不锈钢之外,不锈钢因其合金成份可以大致可以区分为:Cr系不锈钢、Cr-Ni系不锈钢。如果以晶体结构组织上来区分则可以分为:肥粒体系、麻田散体系、沃斯田体系、析出硬化系等。前者分类较为简单,但是就应用上来说,后者更有意义,因此目前材料学上对于不锈钢的的分类,大多以后者为主。
简单来说,添加合金元素会改变材料的平衡相图,并进而影响其机械性质,加上热处理的实施又决定于相图的变化,因此形成了各类不锈钢不同的特性。例如:添加Cr、V、Ti量的增加会使沃斯田铁相区减小甚至消失,因此变成相图除液态外均以肥粒铁相为主;如果添加Ni、Mn、Co等,则会扩大沃斯田铁相区,结果即使在室温下,稳定相仍可能为沃斯田铁相,这两种情况,都几乎没有淬火效果,通常不实施热处理。此外,如果加上碳的影响因素,则可能产生以热处理增加强化效果的麻田散体系及析出硬化系不锈钢。
1-4-1 肥粒体系不锈钢
由于铁中添加Cr会使沃斯田相区缩小,并且当Cr含量超过13%时,各种温度下将只有肥粒铁相存在。但是因为钢中还有碳的存在,碳会与Cr形成碳化铬,而消耗一部分铬,大致上1%C必须要1%Cr结合,所以如果纯为肥粒铁结构,实际含铬量必须增加。大体而言,当含Cr在16%以上且C含量在0.12%以下时,此类低碳高铬不锈钢,又称为肥粒体系不锈钢。
肥粒铁系不锈钢的含碳量极低,约在0.12%以下,含Cr约16%~18%,耐蚀性优良而且质软易于加工,但机械性质较弱,可以作为汽车内装、厨房设备、建筑等,是一类具有磁性的不锈钢。此类不锈钢属于400系列,以430不锈钢为代表,其它如:405不锈钢、446不锈钢等都是,在JIS编号为SUS 430、SUS 405等。
1-4-2 麻田散体系不锈钢
上述低碳高铬的不锈钢,当含碳量增加或是含铬量较低时,则其高温固相时沃斯田铁区就会存在,此时将此类高碳高铬钢加热到沃斯田铁区(γ区),再淬火下来,就可以得到麻田散铁的组织,这样的不锈钢虽因Cr量减少而耐蚀性稍差,但是具有优秀的机械性质,称为麻田散体系不锈钢。
麻田散铁系不锈钢的含碳量约为0.1%~0.4%,含Cr约12%~14%,如果要与肥粒体系不锈钢细分,也可以用另一种方式来判断:
[%Cr-17%C]>13 .…..肥粒体系
[%Cr-17%C]<13 …...麻田散体系
麻田散体系不锈钢的淬火温度为950~1000℃,在合金含量较多的情况下,甚至以气冷就可以达到淬火的目的,淬火之后再行回火,回火的实施通常采用100~180℃的低温回火。
麻田散体系不锈钢价格便宜,硬度、强度佳,但耐蚀性略差,可以作为刀具、轴承、阀门零件、外科手术刀等,是一类具有磁性的不锈钢。此类不锈钢也属于400系列,以403、410不锈钢为代表,其它如:431不锈钢、440A不锈钢、440B不锈钢、440C不锈钢等都是,在JIS编号为SUS 431、SUS 440C等。
1-4-3 沃斯田体系不锈钢
前两类的不锈钢虽各有其优点及应用范围,但是都是属于铬系不锈钢,铬系不锈钢的缺点就是在酸性环境下(尤其是硫酸、盐酸等),耐蚀性不良,因此必须添加Ni,以抵抗酸性环境的侵蚀。当添加Ni量约8%以上时,常温下也是沃斯田铁组织,这样的不锈钢称为沃斯田体系不锈钢,是不具磁性的系列。
沃斯田体系不锈钢防蚀能力甚佳、质软加工性良好,但无法以淬火及回火来增加硬度及强度,通常施以冷加工来增加硬度及强度。含Cr 18~20%、Ni 8~10%而含C量少于0.2%的Cr-Ni系不锈钢是沃斯田体系不锈钢中最具代表性的钢料,通常称为18-8钢。
18-8不锈钢的缺点是在500~900℃高温时,晶界附近的铬会与碳形成碳化铬析出,使得晶界附近产生缺铬的现象(称为贫铬区),因此易发生粒间腐蚀(intergranular corrosion)的现象,这样的现象在焊接工作或热处理等场合时常发生,因此必须注意。
有效改良的方法是:
(1)处理时尽快通过此温度。
(2)添加其它合金元素以抑制Cr的消耗。例如:Ti、Nb、Ta等,均可以和碳结合成安定的碳化物,而不会再影响铬。
(3)降低含碳量。含碳量小于0.03%时,碳就只固溶于沃斯田铁而不会与铬形成碳化物,例如焊接时,使用低含碳量的304L不锈钢焊条,就可以避免粒间腐蚀的现象发生。
沃斯田铁系不锈钢的用途很广,不但对各种环境的耐蚀性优良,而且具有极高的低温韧性,可以作为化工仪器零件、热交换器、核子处理设备、液态氦的容器等,有时也应用于较优良的不锈钢餐具,是一类不具磁性的不锈钢。此类不锈钢属于300系及200系,以304不锈钢为代表,其它如:301不锈钢、310不锈钢、316不锈钢、347不锈钢、202不锈钢等都是,在JIS编号为SUS 301等。 文 / 3d3d_06
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