镍(Ni)元素对钢材的影响
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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。


(1)镍的有益作用是:高的强度、高的韧性和良好的淬透性、高电阻、高的耐腐蚀性。

① 一方面既强烈提高钢的强度,另方面又始终使铁的韧性保持极高的水平。其变脆温度则极低。(当镍<0.3%时,其变脆温度即达-100℃以下,当Ni量增高时,约4~5%,其变脆温度竞可降至-180℃。所以能同时提高淬火结构钢的强度和塑性。含Ni=3.5%,无Cr钢可空淬,含Ni=8%的Cr钢在很小冷速下也可转变为M体。

② Ni的晶格常数与γ-铁相近,所以可成连续固溶体。这就有利于提高钢的淬硬性,Ni可降低临界点并增加奥氏体的稳定性,所以其淬火温度可降低,淬透性好。一般大断面的厚重伯都用加Ni钢。当它同Cr、W或Cr、Mo结合的时候,淬透性尤可增高。镍钼钢还具有很高的疲劳极限。(Ni钢有良好的耐热疲劳性,工作在冷热反复。σ、αk高)

③ 在不锈钢中用Ni,是为了使钢具有均匀的A体组织,以改善耐蚀性。

④ 有Ni钢一般不易过热,所以它可阻止高温时晶粒的增长,仍可保持细晶粒组织。

⑤ 含Ni量相当高的钢,其热膨胀系数很小而用作不变钢(Ni36%)和代用白金(Ni42%)。

⑥ 含Ni更高时,与Cr结合作高电阻合金(Cr15Ni60、Cr20Ni80)。

⑦ Ni和V一样,对脱碳过程没有影响。

Ni本身不是有效的抗氧化学元素,所以很少单独用作不锈钢的合金元素,但对浓苛性碱有好的作用。

⑨ Ni可提高A体钢的蠕变抗力,但还一定值作用则减弱,须加入别的合金元素,通过固溶强化或沉淀硬化的途径来解决。

⑩ Cr、Ni钢的焊接性能和低温性能也不错。

(2)Ni的不良作用:

① Ni不能提高铁素体的蠕变抗力,相反会使珠光体M体钢热脆性增大。所以珠光体、马氏体钢不加镍。

② 含硫气氛中的Ni钢耐蚀性也不及无Ni钢,因硫化镍会引起钢的赤热脆性。

③ 铬镍钢容易感受回火脆性和易形成白点(前者可在回火后采用速冷防止,后者应采用正确的熔炼规范和锻造、冷却规范防止。)

④ 对高速钢,因为它降低了它的硬度而被视为有害杂质,当Ni≈2%时或更高时,由于其抗600~660℃回火稳定性降低而热硬性变坏(使A体稳定不分解),所以硬度降低。

⑤ 同样,因为Ni降低钢之淬火层的硬度,在轴承钢中也不希望有它,Ni不大于0.30%,且Ni+Cu不大于0.50%(Cu不大于0.25%)。

⑥ Ni虽可提高电阻,促使矽石墨化,但会降低磁感和最大磁导率。所以硅钢片也不希望有Ni。

⑦ Ni在我国早,价钱高。

⑧ Ni钢氧化容易起鳞,所镍钢的氧化铁皮粘在钢表面上不易脱落。

(3)一般合金钢中的Ni含量:

渗碳钢:含C=0.15~0.25%

Ni=1~4.5%

调质钢:含C=0.35~0.55%

Ni=1~1.75%

不锈钢:含Ni≤2% M体不锈钢,含Ni=8~18% A体不锈钢。含Ni=2~8% M-P体类不锈钢。

耐热不起皮钢:含Ni达9~36%,属A 体钢。

磁钢:含Ni<25%的(Ni25、Ni9Mn9等)为弱磁性钢,用930~1000℃淬火能很好不被磁化,可用于制机器,仪表等不应被磁化零件(电机环、指南针盒、电阻等)。

含Ni=25~30%的是陈化磁性钢,它具有非常高的磁性,当残余磁感应为5000~7500高斯时,矫顽磁力可达500~700奥斯特甚至1000,但它具有高的脆性(和硬度),所以多做铸造磁铁。

含Ni=35~37%的是恒范合金(不变合金)

Ni=42~44%的是类铂合金。

含Ni=50~80%的是高导磁率的合金,(但要很纯,才能发挥作用)


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