合金钢 [复制链接]

第6版()
专栏：知识小品

合金钢
金相
人们使用合金钢是近一百年来的事。合金钢，就是在碳素钢中，有目的地加入某些其他金属元素，使钢具有较好的或特殊的性能，以满足在各种不同条件下使用的要求。
钢是铁和碳的合金，在钢中含有0．06％—1．4％的碳。钢中含有碳，它的强度就会大大提高。纯铁在受到每平方毫米三十五公斤的拉力的时候，就要发生断裂；而含碳0．45％的钢，经过一定的方法加工以后，能够抵抗每平方毫米六十公斤的拉力，并且不发生断裂。
十九世纪中叶，由于机械工业的迅速发展，对金属材料提出了更高的要求，碳素钢已经不能满足这种要求，于是促使人们想法改善钢的性能。在1858年，开始使用含钨的合金钢。不久，含铬、含镍、含硅和含锰的合金钢都开始使用了。开初，人们还只在钢中加入一种合金元素；随后发现，同时加入两种或几种合金元素，能使钢在获得较高的或特殊的性能上更加有效。于是，合金钢很快就被人们重视起来，生产量逐年增加，到1929年，世界合金钢产量已有七百万吨。目前，工业发达的国家，合金钢的产量占钢的总产量的10％以上。
现在，各国生产的合金钢的品种，已经不下数百种。合金钢的品种虽然异常繁杂，但按其用途可以分为几类。第一类叫合金结构钢，它们有的用来制造机器上的重要零件；有的用来制造金属结构，如桥梁、船只、车辆等的构件。我们知道，一台机器上用钢制造的零件虽然很多，但有些零件却是“关键性”的。汽车上传达动力的齿轮和轴，它们所受的力要比一般构件大得多，这些零件往往用合金钢来制造。用合金钢建造船只、车辆，可以减轻它们本身的重量，提高装载能力、行驶速度和使用寿命。在合金钢的生产中，结构钢的生产量最多。第二类叫合金工具钢，其中包括用来制造刃具、量具、模具等的高速切削钢。高速切削钢中含有多量钨，用这种钢制造的刀具，在高速度切削的时候，虽然刀口发热，温度升高到暗红色，仍能保持锋利。所以高速钢的出现曾经大大促进了机械制造业的发展。制造切削速度较慢的刃具、量具和模具，可以使用其他类型的合金工具钢。第三类叫特殊性能钢，其中最主要的有不锈钢、耐热钢、磁性材料等等。化学工业的发展，要求有对各种不同介质具有耐腐蚀性的金属材料。人们就逐渐发现，加入多量的铬（12％以上），能够大大增加钢在氧化介质中的抗腐蚀能力。随后，又出现了更良好的含有18％铬和8％镍的不锈钢。这种钢能够在硝酸中长期地工作而不被腐蚀。在铬镍不锈钢中，加入一定量的钼和铜，就使它不仅能够抵抗硝酸的腐蚀，而且能够抵抗硫酸的腐蚀。不锈钢被广泛地运用于制酸、炼油、化肥、人造纤维等工业中。近代热动力机械的发展，出现了耐热钢。我们知道，机械上有些零件，要在高温下工作，并且要接触各种不同的介质。一般的钢，当温度升高时，强度就迅速下降，如果在高温下长期使用，即使压力不大，也会发生变形或断裂。同时，在高温下，钢的表面会很快地被氧化或腐蚀。二十世纪初，开始在蒸汽动力机械上使用的含铬和硅的合金钢，只能在摄氏二百至四百度的条件下长期工作。其他成分的、具有更高的高温强度的各种耐热钢的出现，促使动力工业得到极快的发展。
经常加入钢中的合金元素有：铬、锰、硅、镍、钨、钼、钒、钛、硼、氮等。合金元素在钢中起了改善和提高机械性能、物理性能，或化学性能等作用。这些合金元素所以能改变钢的性能，是由于它们改变了钢的内部组织或是内部组织的化学成分。当然，它们起作用的能力在程度上是不相等的，而且对某些性能来说，还有其特殊性，因此，对于满足某一使用条件，必须选择合宜成分的钢种。
新技术的日益发展，促使人们研究出新的更高级的合金钢。为了使飞机减轻体重，有更高的速度和载重，人们研究成功了强度特别高的“超高强度结构钢”。这种钢的抗拉强度达到每平方毫米二百公斤以上。在耐热钢方面，已经有能在摄氏七百度高温下长期使用的合金钢了。这样就促使出现更高参数的动力机械。