合金元素在模具钢中有什么作用?

众所周知，占钢铁总产量80%左右的碳钢是基础模县钢，它品种繁多，生产效率高，价格合理、经过不同的热处理，可以获得不同的力学性能，因此得到了广泛的应用。然而，碳钢的强度和淬透性低，热硬度差，耐磨性、耐腐蚀性和耐热性低。除此之外，工业的发展，特别是国防、交通、石油、化工等行业的发展，对材料提出了更高的要求，因此应用领域受到限制，为了改善碳钢的机械性能、工艺性能或某些特殊的物理化学性能，在冶炼过程中选择性地向钢水中加入一些合金元素。锰、硅、铬、镍、铝、钨、钒、钛、铌、锆、稀土元素等skd11模具钢统称为合金钢。模具钢是合金钢的一种。

（一）碳钢使用的局限性

（1）低淬透性

一般碳钢的淬火需要水冷，其更大淬火直径为15~20 MM，因此在制造尺寸大、形状复杂的零件时，无法保证性能的均匀性和几何形状的恒定。

（2）强度和屈服强度较低。

低强度使得工程结构和设备体积庞大。A3钢0S2240 Mpa，16MN低合金结构钢GS2360 Mpa，屈强比低说明强度的有效利用率低，40碳钢的G S/0S/0B为0.43而合金钢35CRNI3MO可达0.74。

（3）回火稳定性差

由于回火稳定性差，碳钢回火时，为保证较高的强度，回火温度较低时模具钢的韧性较低。为了保证较好的韧性，回火温度较高时强度较低，难以提高碳钢的综合力学性能。

（4）不能满足某些特殊性能的要求

碳钢的抗氧化性、耐腐蚀性、耐热性、耐低温性、耐磨性和特殊的电磁性能往往较差，不能满足特殊的应用要求。

为了解决上述问题，特意在碳钢中加入合金元素来弥补上述缺点。

（二）合金元素在模县钢中的作用

合金在模具钢中的作用非常复杂，迄今为止对它的认识还不完全。下面重点分析合金元素对铁和碳的作用，以及模具钢对铁碳相图的影响，

合金元素对铁和碳的影响

加入钢中的元素主要与铁形成固溶体或与碳形成碳化物，少量存在于夹杂物中（如氧化物、氨化物、硫化物和硅酸盐等），模具钢也可能在高合金钢中形成金属间化合物

（01）溶解成铁

几乎所有的合金元素（除了铅）都能与铁形成合金铁素体或合金奧氏体。根据合金元素来Α？还是Fe ？Fe的作用，它们可以分为两类。

①扩大Y相区的元素也叫奥氏体稳定元素，主要有Mn、Ni、Co、C、N、Cu等。

它们降低了相图中的N点，增加了G点，从而扩大了V相的存在范围。当N1、Mn等元素加入到一定量时，G点可以降低到室温以下，Α相可以完全消失。它们被称为完全扩展Y区的元素。其他元素，如碳、氨、铜等。不能将相区扩展到室温，所以称它们为部分扩展Y相区的元素。

②减少V相区的元素也叫F稳定元素，主要有CR、Mo、W、V、Ti、Al、Sl、B、Nb、Zr等。他们提高Q点，降低N点（除了CR，当CR含量小于7%时，Q点降低：9点大于7%后迅速上升），从而缩小了V相的存在范围，扩大了F稳定区。其中，当CR、Mo、W、V、T、Al、Si等元素超过一定含量时，9点与N点重合，使V相区闭合。此时合金在固态下始终处于单相Α相状态，它们被称为完全封闭V相区的元素。其他元素，如B和Nb。