合金元素

在炼金属的时候加入一定量一种或多种的金属或非金属元素可以获得材料的特殊性能

合金元素指的是在炼金属的时候加入一定量一种或多种的金属或非金属元素可以获得材料的特殊性能，如提高强度、改善抗氧化性能、提高塑性和工艺性能等。而这些加进去的辅助性元素材料就叫作合金元素。

合金元素特性

合金元素（alloying element），组成合金的化学元素多数是金属元素，如铜、锡、铅、铝、锰、铬、钼、镍及稀有金属等。少数是非金属元素，如碳、硅、磷等。

合金钢是工业上运用最广泛的一种材料，那可想而知对于材料的检测从一般到精确都是有需求的。那么铝合金分析仪是如何分析钢铁里面的其他元素杂质。

磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。

那么Delta合金分析仪对钢里面所含的有害元素磷的检测的精度能否达到0.045%以下，

下面是美国innov-x 合金分析对合金钢里磷元素检测标准表

从上面的表格不难看出，铝合金分析仪是能够检测钢中的有害元素含量，最低的检测值 0.012，所以，合金分析仪的的这个特点就足以收到重视。

合金元素强化机理

合金化是改善金属铌性能的最重要措施。向铌中加入合金元素可以获得材料的特殊性能，如提高强度、改善抗氧化性能、提高塑性和工艺性能等。有两类元素可以影响铌的性能，一类是金属元素，另一类是氧、氢、氮、碳等间歇元素。金属元素主要是元素周期表中的ⅥB族元素Cr、Mo、W，V B族元素V和Ta，ⅣB族元素Ti、Zr、Hf以及Al、Si、Sn等。它们可以一种或者多种金属加入，形成两元或者多元合金，其强化机理是依靠固溶强化、沉淀强化和加工硬化等来实现的。间歇元素是室温下铌的最强的强化剂，它们只有在存在有易于生成氧化物、氮化物、碳化物的元素（主要是Ti、Zr、Hf）时，才能对铌的强度产生积极影响。

合金元素的分类

①按照与铁相互作用的特点分类。可分为奥氏体形成元素（如C，N，Cu，Mn，Ni，Co，W等）和铁素体形成元素（如Cr，V，Si，Al，Ti，Mo，W等）。

一般情况下，奥氏体形成元素易于优先分布在奥氏体中，铁素体形成元素易于优先分布在铁素体中。而合金元素的实际分布状态还与加入量和热处理条件有关。

②按照与碳相互作用的特点分类。可分为非碳化物形成元素（如Ni，Cu，Si，Al，P等）和碳化物形成元素（如Cr，Mo，V，Ti，Zr，Nb等）。

虽然非碳化物形成元素易溶入铁素体或奥氏体中，而碳化物形成元素易存在于碳化物中，但当加入的数量较少时，碳化物形成元素也可溶入固溶体或渗碳体，当加入数量较多时，可形成特殊碳化物。

③按照对奥氏体层错能的影响分类。可分为提高奥氏体层错能的元素（如Ni，Cu，C等）和降低奥氏体层错能的元素（如Mn，Cr，Ru，Ir等）。

实际上，每种分类方法都从不同的侧面反映了合金元素的特性。以上三种分类方法很好地揭示了钢中合金元素三个方面的基本特性，对深入了解合金元素在钢中的基本作用有一定的指导意义。

合金元素在钢中的作用

为了改善钢的力学性能或获得某些特殊性能，有目的地在冶炼钢的过程中加入一些元素，这些元素称为合金元素。常用的合金元素有：锰（ω（Mn）>1.0%）、硅（ω（Si）>0.5%）、铬、镍、钼、钨、钛、钴、铝、硼、稀土（RE）等。磷、硫、氮等在某些情况下也起合金元素的作用。钢中合金元素含量高者达百分之几十，如铬、镍、锰等，有的则低至万分之几，如硼的质量分数一般为ω（B）=0.005%一0.0035%。

根据我国资源情况，富产元素有硅、锰、钼、钨、钒、硼及稀土元素。选用合金钢时，在保证产品质量的前提下，应优先考虑采用我国资源丰富的钢种。

由于合金元素与钢中的铁、碳两个基本组元的作用，以及它们彼·此间的作用，促使钢中晶体结构和显微组织发生有利的变化。因此．通过合金化可提高和改善钢的性能。

合金元素在钢中的存在形式

1．形成合金铁素体

几乎所有合金元素都可或多或少地溶入铁素体中，形成合金铁素体。其中原子直径很小的合金元素（如氮、硼等）与铁形成间隙固溶体；原子直径较大的合金元素（如锰、镍、钴等）与铁形成置换固溶体。

合金元素在溶入铁素体后，由于它与铁的晶格类型和原子半径有差异，必然引起铁素体晶格畸变，产生固溶强化，使铁素体的强度、硬度提高，但塑性、韧性却有下降趋势。如图《合金元素对铁素体的影响》所示为几种合金元素对铁素体硬度和韧性的影响。

由图《合金元素对铁素体的影响》可知，硅、锰能显著地提高铁素体的强度和硬度，但当ω（Si）>0.6%、ω（Mn）>1.5%时，将降低其韧性。而铬与镍比较特殊，在铁素体中的含量适当时（ω（Cr）≤2%、ω（Ni）≤5%），在强化铁素体的同时，仍能提高韧性。

2．形成合金碳化物

在钢中能形成碳化物的元素有：铁、锰、铬、钼、钨、钼、钒、铌、锆、钛等（按照与碳的亲和力由弱到强，依次排列）。在周期表中，碳化物形成元素都是位于铁左边的过渡族金属元素，离铁越远，则其与铁的亲和力越强，形成碳化物的能力越大，形成的碳化物稳定而不易分解。其中钒、铌、锆、钛为强碳化物形成元素；锰为弱碳化物形成元素；铬、钼、钨为中碳化物形成元素。钢中形成的合金碳化物的类型主要有以下两类：

（1）合金渗碳体。它是合金元素溶入渗碳体（置换其中铁原子）所形成的化合物。它仍具有渗碳体的复杂晶格，其中铁与合金元素的比例可变，但两者的总和与碳的比例则固定不变。

锰一般是溶入钢中的渗碳体，形成合金渗碳体（Fe，Mn），C。当中强碳化物形成元素在钢中的质量分数不大（0.5%～3%）时，一般也倾向于形成合金渗碳体，如（Fe，Cr），C、（Fe，W），C等。

合金渗碳体较渗碳体略为稳定，硬度也较高，是一般低合金钢中碳化物的主要存在形式。

（2）特殊碳化物。它是与渗碳体晶格完全不同的合金碳化物。通常是中强或强碳化物形成元素所构成的碳化物。

特殊碳化物有两种类型：

1）具有简单晶格的间隙相碳化物，如WC、Mo2C、VC、TiC等；

2）具有复杂晶格的碳化物，如Cr23C6、Cr7C3、Fe3W3C等。

强碳化物形成元素，即使含量较少，但只要有足够的碳，就倾向于形成特殊碳化物；而中强碳化物形成元素，只要当其质量分数较高（>5%）时，才倾向于形成特殊碳化物。

特殊碳化物特别是问隙相碳化物，比合金渗碳体具有更高的熔点、硬度与耐磨性，并且更为稳定，不易分解。

合金碳化物的种类、性能和在钢中分布状态会直接影响到钢的性能及热处理时的相变。例如，当钢中存在弥散分布的特殊碳化物时，将显著增加钢的硬度、强度与耐磨性，而不降低韧性，这对提高工具的使用性能极为有利。

3．形成非金属夹杂物

大多数元素与钢中的氧、氮、硫可形成简单的或复合的非金属夹杂物，如AI2O3、AlN、TiN、FeO等。非金属夹杂物都会降低钢的质量。