锻造用钢的质量及性能是根据需要确定的。不同的需要,要有不同的元素含量。为得到锻造用钢合适的疲劳强度、切削性和屈服强度,锻造用钢中元素的重量比,不容忽视。锻造用钢中常见的元素有C、Si、Mn、S、Al、Ti、N、V、Cr、Mo、Nb、Pb、Ca、W、B、Cu、Bi和O中的一种或二种以上。
01、碳(C)
含碳量越高,钢的硬度、抗拉强度及疲劳强度越高,但可塑性和韧性越差。另一方面,碳含量越高,钢的切削性越差。
02、硅(Si)
硅能够固溶于铁素体中,提高钢的抗拉强度和硬度,降低钢的可塑性和韧性。一定含量的硅,还能改善钢的软磁性能。另一方面,过高的Si含量,则容易在热锻件表面残留氧化皮,损害锻件外观。
03、锰(Mn)
锰能提高钢的抗拉强度、疲劳强度、淬透性、耐磨性和其它的物理性能。另一方面,锰容易和硫结合形成硫化锰,消弱和消除硫的不良影响。
04、硫(S)
硫能提高钢的切削性。另一方面,硫也是钢中的有害杂物。含硫较高的钢,在高温下锻造加工容易脆裂。为了在硫含量不增加的情况下提高钢的切削性,可添加一定量的锰,与硫结合形成硫化锰,消弱和消除硫的不良影响。MnS晶粒大小及分布的控制非常重要。
05、铝(Al)
铝能细化钢的晶粒组织,阻抑低碳钢的时效。铝还能提高钢在低温下的韧性,并能提高钢的抗氧化性、耐磨性和疲劳强度等。Al可以与N结合可以形成AlN,含量超过0.%时,能防止钢渗碳加热时的奥氏体晶粒粗大。另一方面,若Al含量超过0.%,容易形成粗大的氧化物,弯曲疲劳强度下降。
06、钛(Ti)
钛和C、N,可以形成氮化物或碳氮化物,从而将奥氏体晶粒进行微细化,提高钢的疲劳强度和韧性。在不锈钢中,钛能消除或减轻钢的晶间腐蚀现象。另一方面,过高的钛含量,会生成Ti4C2S2,使MnS不能充分生成,从而使钢的切削性下降。
07、氮(N)
氮能与Ti、Nb一起,通过氮化物或碳氮化物形式存在于钢中,将奥氏体晶粒进行微细化,提高钢的疲劳强度。另一方面,过高的氮含量,则会导致氮化物晶粒粗大,钢的切削性降低。
08、钒(V)
钒能细化钢的晶粒,提高钢的淬透性、强度、韧性和耐磨性。另一方面,当它以碳化物形态存在时,可以提高钢的疲劳强度,但会降低它的淬透性。较高的V含量,会导致钢的切削性及疲劳强度下降。
09、铬(Cr)
铬能提高钢的淬透性、抗拉强度、耐磨性、抗腐蚀能力和抗氧化作用。此外,Cr还能提高渗碳处理或高频淬火后的钢的表面硬度。另一方面,较高的Cr含量,会导致钢的切削性下降。
10、钼(Mo)
钼可明显提高钢的淬透性和热强性,消除或减轻因其他合金元素而导致的回火脆性,提高回火稳定性、抗蚀性与防止点蚀倾向等。另外,钼对铁素体有固溶强化作用,同时也能提高碳化物的稳定性,对钢的强度、延展性和耐磨性,产生有利的作用。
11、镍(Ni)
镍能提高钢的强度、韧性、疲劳性能和淬透性。镍含量高时,可显著改变钢和合金的一些物理性能,提高钢的抗腐蚀能力。另一方面,含镍钢中易出现带状组织和白点缺陷,应在生产工艺中加以防止。含镍钢特别适用于需要表面渗碳的零件,如凸轮机构轴和传动轴等表面渗碳零件。
12、铅(Pb)
少量的铅,就能有效的提高钢的切削性,并能起到润滑作用。另一方面,过高的铅含量,会降低钢的韧性及热延展性。
13、钙(Ca)
微量钙在钢中可以作为脱氧、去硫的净化剂,改善钢的耐腐蚀性能。钙在晶界偏聚及对C、Cr、S、Si等元素在晶界偏聚的影响,可提高钢的淬透性和冲击韧性,并改善非金属夹杂物的形态,获得较细的晶粒。另一方面,过高的钙含量容易形成粗大的氧化物,降低钢的切削性。
14、磷(P)
磷含量对改善钢的可切削性是有利的。另一方面,磷为钢中的杂质,能使钢的疲劳强度、可塑性、韧性和热加工性下降。
15、钨(W)
钨能增加钢的回火稳定性、红硬性和热强性,钨和碳化合物可形成特殊碳化物而增加钢的耐磨性。另外,钨还能阻止钢的晶粒长大,细化晶粒。
16、硼(B)
微量的硼(0.%~0.%),可相当于0.6%锰、或0.7%铬、或0.5%钼、或1.5%镍,可以几百倍乃至上千倍的提高钢的淬透性。硼有一个最佳含量范围,过多或过少均对提高淬透性不利。
17、铜(Cu)
铜与镍相似,可部分代替镍。铜能提高钢的强度、冲击韧度、疲劳强度和抗腐蚀性能。
18、铋(Bi)
铋可显著改善材料的加工性能。微量的铋,可对钢组织进行微细化,对钢中的MnS进行微细分散,从而提高钢的切削性。在钢中添加铋存在一定难度,因为在℃时铋已大量挥发,难以均匀地将铋渗到钢铁中去。目前国外用熔点℃的Bi-Mn合金代替铋作添加剂。另一方面,若铋含量超过0.%,钢的热加工性则发生劣化,热轧变得困难。
19、氧(O)
氧为杂质元素,若氧含量超过0.%,则易引起热脆,钢的疲劳强度下降明显。