鐵鉻鋁電熱絲中常見(jiàn)鋁、鉬、鈮元素的作用

鐵鉻鋁電熱絲以鐵（Fe）、鉻（Cr）、鋁（Al）元素為主要成分，另外為了滿(mǎn)足一定的性能要求會(huì)輔以鉬(Mo)或鈮(Nb)元素。一般Cr元素含量12%～30%，Al元素含量4%～8%，其余為Fe，呈鐵素體組織，按照成分劃分主要有1Cr13Al4、0Cr25Al5、0Cr21Al6、0Cr23Al5、0Cr21Al6Nb、0Cr27Al7Mo2等。下面將對(duì)鐵鉻鋁電爐絲中鋁、鉬、鈮元素的作用進(jìn)行介紹。

一、鋁(Al)在合金中起到的作用

鋁主要用來(lái)脫氧和細(xì)化晶粒。在滲氮合金中促使形成堅(jiān)硬耐蝕的滲氮層。鋁能抑制低碳合金的時(shí)效，提高合金在低溫下的韌性。含量高時(shí)能提高合金的抗氧化性及在氧化性酸和H2S氣體中的耐蝕性，能改善合金的電、磁性能。鋁在合金中固溶強(qiáng)化作用大，提高合金的耐磨性、疲勞強(qiáng)度及心部力學(xué)性能。

在耐熱合金中 ，鋁與鎳形成化合物，從而提高熱強(qiáng)性。含鋁的鐵鉻鋁合金在高溫下具有接近恒電阻的特性和優(yōu)良的抗氧化性。適于作電熱合金材料，如鐵鉻鋁電熱絲。

(1) 對(duì)合金的顯做組織及熱處理的作用

A、鋁與氧和氮有很強(qiáng)的親和力，是煉合金時(shí)的脫氧定氮?jiǎng)?/span>

B、鋁強(qiáng)烈縮小合金中的奧氏體相區(qū)

C、鋁和碳的親和力小，在合金中一般不出現(xiàn)鋁的碳化物。鋁強(qiáng)烈促進(jìn)碳的石墨化，加入Cr、Ti 、V、Nb等強(qiáng)碳化物形成元素可抑制Al 的石墨化作用

D、鋁細(xì)化合金的本質(zhì)晶粒、提高合金晶粒粗化的溫度，但當(dāng)合金中的固溶金屬鋁含量超過(guò)一定量時(shí)，奧氏體晶粒反而容易長(zhǎng)大粗化E、鋁提高合金的馬氏體點(diǎn) Ms，減少淬火后的殘余奧氏體含量，在這方面的作用與鈷以外的其他合金元素相反

(2)對(duì)合金的力學(xué)性能的作用

A、鋁減輕合金對(duì)缺口的敏感性，減少或消除合金的時(shí)效現(xiàn)象，特別是降低合金的脆性轉(zhuǎn)變溫度，改善了合金在低溫下的韌性

B、鋁有較大的固溶強(qiáng)化作用，高鋁合金具有比強(qiáng)度較高的優(yōu)點(diǎn)，鐵素體型的鐵鋁系合金其高溫強(qiáng)度和持久強(qiáng)度超過(guò)Cr13合金，但其室溫塑性和韌性低，冷變形加工困難

C、以碳、錳奧氏體化的奧氏體型鐵鋁錳系合金其綜合性能較佳

(3)對(duì)合金的物理、化學(xué)及工藝性能的作用

A、加入含 20％-30%Cr的Fe-Cr合金電熱絲中，其電阻溫度系數(shù)很小，因而可用作電熱合金材料

B、鋁與硅在減少變壓器合金的鐵芯損耗方面有相近的作用。不同的鋁量對(duì)矯頑力及磁滯損耗有特殊而復(fù)雜的影響

C、鋁含量達(dá)一定值時(shí)，使合金的表面產(chǎn)生鈍化現(xiàn)象，使合金在氧化性酸中具有抗蝕性，并提高了對(duì)硫化氫的抗蝕性能。鋁對(duì)合金在氯氣及氯化物氣氛中的抗蝕性不利D、含鋁的合金滲氮后表面形成氮化鋁層，可提高硬度和疲勞強(qiáng)度，改善耐磨性能

E、鋁作為合金元素加入合金中，可顯著提高合金的抗氧化性。在合金的表面鍍鋁或滲鋁可提高其抗氧化性和抗蝕性F、鋁對(duì)熱加工性能、焊接性能和切削性能有不利影響

(4)在合金中的應(yīng)用

A、鋁在一般的合金中主要起脫氧和控制晶粒度的作用

B、鋁作為主要合金元素之一，可廣泛應(yīng)用于一系列特殊合金合金中，包括：滲氮合金，不銹耐酸合金，耐熱不起皮合金，電熱合金，硬磁與軟磁合金無(wú)磁合金，高錳低溫合金等。

二、鉬(Mo)在合金中起到的作用

鉬在合金中能提高淬透性和熱強(qiáng)性。防止回火脆性，增加剩磁和矯頑力以及在某些介質(zhì)中的抗蝕性。在調(diào)質(zhì)合金中，鉬能使較大斷面的零件淬深、淬透，提高合金的抗回火性或回火穩(wěn)定性，使零件可以在較高溫度下回火，從而更有效地消除（或降低）殘余應(yīng)力，提高塑性。

在滲碳合金中鉬除具有上述作用外，還能在滲碳層中降低碳化物在晶界上形成連續(xù)網(wǎng)狀的傾向，減少滲碳層中殘留奧氏體，相對(duì)地增加了表面層的耐磨性。在鍛模合金中，鉬還能保持合金有比較穩(wěn)定的硬度，增加對(duì)變形、開(kāi)裂和磨損等的抗力。在不銹耐酸合金中，鉬能進(jìn)一步提高對(duì)有抗酸（如蟻酸、醋酸、草酸等）以及過(guò)氧化氫、硫酸，亞硫酸、硫酸鹽、酸性染料、漂白粉液等的抗蝕性。特別是由于鉬的加入，防止了氯離子存在所產(chǎn)生的點(diǎn)腐蝕傾向。含1%左右鉬的 W12Cr4V4Mo高速合金具有高的耐磨性、回火硬度和紅硬性等。

(1) 對(duì)合金的顯做組織及熱處理的作用

A、鉬在合金中可固溶于鐵素體、奧氏體和碳化物中，它是縮小奧氏體相區(qū)的元素

B、當(dāng)合金含量較低時(shí)，與鐵、碳形成復(fù)合的滲碳體；含量較高時(shí)可形成合金的特殊碳化物

C、鉬提高合金的淬透性，其作用較鉻強(qiáng)．而稍遜于錳

D、鉬提高合金的回火穩(wěn)定性，作為單一合金元素存在時(shí)，增加合金的回火脆性；與鉻、錳等并存時(shí)，鉬又降低或抑止因其他元素所導(dǎo)致的回火脆性

(2)對(duì)合金的力學(xué)性能的作用

A、鉬對(duì)鐵素體有固溶強(qiáng)化作用．同時(shí)也提高碳化物的穩(wěn)定性．從而提高合金的強(qiáng)度B、鉬對(duì)改善合金的延展性和韌性以及耐磨性起到有利作用

C、由于鉬使形變強(qiáng)化后的軟化和恢復(fù)溫度以及再結(jié)晶溫度提高，并強(qiáng)烈提高鐵素體的蠕變抗力，有效抑制滲碳體在450-600℃下的聚集．促進(jìn)特殊碳化物的析出，因而成為提高合金的熱強(qiáng)性的最有效的合金元素

(3)對(duì)合金的物理、化學(xué)及工藝性能的作用

A、在含碳 1.5％的磁合金中，2％-3％的合金提高剩余磁感和矯頑力

B、在還原性酸及強(qiáng)氧化性鹽溶液中都能使合金表面鈍化．因此鉬可以普遍提高合金的抗蝕性能，防止合金在氯化物溶液中的點(diǎn)蝕C、鉬含量較高(>3%)時(shí)使合金的抗氧化性惡化

D、含鉬不超過(guò)8％的合金仍可以鍛、軋，但含量較高時(shí)，合金對(duì)熱加工的變形抗力增高

(4)在合金中的應(yīng)用

A、在調(diào)質(zhì)和滲碳結(jié)構(gòu)合金、彈簧合金、軸承合金、工具合金、不銹耐酸合金、耐熱合金、磁合金中都得到了廣泛應(yīng)用B、鉻鉬合金在許多情況下可代替鉻鎳合金來(lái)制造重要的部件

C、我國(guó)富產(chǎn)鉬，但在世界范圍內(nèi)的儲(chǔ)量并不豐富。含鉬合金在我國(guó)應(yīng)適當(dāng)發(fā)展，但鉬是重要戰(zhàn)略物資，應(yīng)注意合理和節(jié)約使用。

三、鈮/鈳(Nb/Cb)在合金中起到的作用

鈮與鈳常和鉭共生，它們?cè)诤辖鹬械淖饔孟嘟?。鈮和鉭部分溶入固溶體，起固溶強(qiáng)化作用。溶入奧氏體時(shí)顯著提高合金的淬透性。但以碳化物和氧化物微粒形態(tài)存在時(shí)，細(xì)化晶粒并降低合金的淬透性。它能增加合金的回火穩(wěn)定性，有二次硬化作用。微量鈮，可以在不影響合金的塑性或韌性的情況下提高合金的強(qiáng)度。由于有細(xì)化晶粒作用，能提高合金的沖擊韌性并降低其脆性轉(zhuǎn)變溫度。當(dāng)含量大于碳含量的 8倍時(shí)，幾乎可以固定合金中所有的碳，使合金具有很好的抗氫性能。在奧氏體合金中可以防止氧化介質(zhì)對(duì)合金的晶間腐蝕。由于固定碳和沉淀硬化作用，能提高熱強(qiáng)合金的高溫性能，如蠕變強(qiáng)度等。

鈮在建筑用普通低合金合金中能提高屈服強(qiáng)度和沖擊韌性，降低脆性轉(zhuǎn)變溫度，有益焊接性能。在滲碳及調(diào)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)合金中，增加淬透性，同時(shí)提高合金的韌性和低溫性能。能降低低碳馬氏體耐熱不銹合金的空冷硬化性，避免回火脆性，提高蠕變強(qiáng)度。

(1)對(duì)合金的顯做組織及熱處理的作用

A、鈮、鉭均為難熔的稀有金屬元素 (Nb：2467℃；Ta:2980℃)，在元素周期表中與釩同族，它們?cè)诤辖鹬械淖饔门c V、Ti 、Zr類(lèi)似，和碳、氮、氧都有很強(qiáng)的親和力，形成極為穩(wěn)定的化合物

B、鈮、鉭在合金中的主要作用是細(xì)化晶粒，提高晶粒粗化溫度C、鈮、鉭以固溶態(tài)存在時(shí)，提高合金的淬透性和淬火后的回火穩(wěn)定性；以碳化物存在時(shí)則降低淬透性

(2) 對(duì)合金的力學(xué)性能的作用

A、合金中加入0.005％一0.05％鈮能提高其屁服強(qiáng)度和沖擊韌性，降低其脆性轉(zhuǎn)變溫度

B、在含鉻低于16％的低碳馬氏體耐熱不銹合金中加入鈮，也可降低其空冷硬化性，避免回火脆性，提高蠕變強(qiáng)度，降低蠕變速率(3)對(duì)合金的物理、化學(xué)及工藝性能的作用

A、改善奧氏體型不銹合金抗晶間腐蝕的性能；在高鉻鐵素體合金中，改善高溫不起皮性和抗?jié)庀跛崆治g的性能B、在奧氏體型無(wú)磁合金中，加入鈮和采用沉淀強(qiáng)化熱處理，可有效提高其屈服強(qiáng)度而不損害其磁學(xué)性能

C、在低碳普通低合金合金和高鉻馬氏體合金中加入鈮可改善焊接性能；在Cr18Ni8型合金中加入鈮后，其冷作硬化率較大，冷變形比較困難，焊接性也較差