钢中合金元素的主要存在形式是形成碳化物等化合物和固溶于基体中,在热处理过程中两者是互相转化的合金元素的行为严格遵循自然规律。合金元素不论是在X二相中还是在基体中均会对钢的相变过程(或组织演化)和X终的组织性能起很大的作用。因此合金化基本原理是合金化设计和热处理工艺的基础,是材料工作者所必须掌握的知识。
合金元素能对某些方面起积极作用,但是许多情况下还有不希望的副作用,因此材料的合金化设计都存在着不可避免的矛盾。合金化基本原则是多元适量,复合加入。合金元素有共性的问题,但也有不同的个性。不同元素的复合,其作用是不同的,一般都不是简单地线性关系。元素之间的交互作用是很复杂的,有时某些元素的加入还影响了其他元素的存在形式。
【Mn】
Mn强化铁素体,特别在低合金普通结构钢中固溶强化效果较好;Mn降低相变驱动力,使奥氏体等温度转变曲线右移,提高钢的淬透性;Mn是奥氏体形成元素,降低钢的A1温度,促进晶粒长大,增大钢的过热敏感性;锰促进有害元素在晶界上的偏聚,增大钢的作用较大,与γ-Fe无限固溶,所以钢中含Mn量大时,在室温下可获得奥氏体。Mn与S容易形成MnS,所以能减轻或消除钢的热脆性。Mn与O容易形成MnO,因此是较好的脱氧剂。如27SiMn
【Si】Si是铁素体形成元素,有较强的固溶强化效果,所以可提高钢的强度,如60Si2Mn等弹簧钢。但含Si钢的可切削性相对较差;Si阻止碳化物形核长大,使奥氏体等温转变曲线右移,高C时作用较大,所以也提高了钢淬透性;Si抑制ε-K形核长大以及转变,能提高钢的低温回火稳定性,如30CeMnSi、9SiCr;Si提高A1温度,含Si钢往往要相应地提高淬火温度,如9SiCr,Ac1温度为770摄氏度;Si可形成致密氧化物,提高抗氧化性,如高温抗氧化物80Cr20Si2Ni,排气阀用钢42Cr9Si2;Si是非碳化物形成元素,增大钢中碳活度,所以含Si钢的脱碳倾向和石墨化倾向较大,如9SiCr、60Si2Mn等。