⑴ 金屬材料中為什麼含有碳
以鋼鐵舉例如下。
鋼鐵中碳的來源:
煉鐵的原料之一是鐵礦石,鐵礦石主要成份是Fe2O3,沒有碳.
煉鐵的原料之二是焦碳.煉鐵過程部分焦碳留在了鐵水中,導致鐵水中含碳.
碳在鋼鐵中主要以兩種形式存在：
一種是化合碳，即碳以化合形態存在，主要以鐵的碳化物和合金元素的碳化物形態存在。例如Fe3C、Mn3C、Cr3C2、WC、W2C、VC、MOC、TiC等。
另一種是游離碳，例如鐵碳固溶體中的碳、無定形碳、石墨碳、退火碳等，統稱為游離碳。在鋼中，一般是以化合碳為主，游離碳只存在於鐵及經退火處理的高碳鋼。化合碳與游離碳總和，稱為總碳量。紅外碳硫分析儀就是測定樣品中的總碳量。
⑵ 鋼材中添加碳,鈦，錳，鉻，鉬等元素起什麼作用。。通俗易懂（比如碳是增強硬度），不需要長篇大論。求解！
1、碳（C）：鋼中含碳量增加，屈服點和抗拉強度升高，但塑性和沖擊性降低，當碳量0.23%超過時，鋼的焊接性能變壞，因此用於焊接的低合金結構鋼，含碳量一般不超過0.20%。碳量高還會降低鋼的耐大氣腐蝕能力，在露天料場的高碳鋼就易銹蝕；此外，碳能增加鋼的冷脆性和時效敏感性。
2、硅（Si）：在煉鋼過程中加硅作為還原劑和脫氧劑，所以鎮靜鋼含有0.15－0.30%的硅。如果鋼中含硅量超過0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能顯著提高鋼的彈性極限，屈服點和抗拉強度，故廣泛用於作彈簧鋼。在調質結構鋼中加入1.0－1.2%的硅，強度可提高15－20%。硅和鉬、鎢、鉻等結合，有提高抗腐蝕性和抗氧化的作用，可製造耐熱鋼。含硅1－4%的低碳鋼，具有極高的導磁率，用於電器工業做矽鋼片。硅量增加，會降低鋼的焊接性能。
3、錳（Mn）：在煉鋼過程中，錳是良好的脫氧劑和脫硫劑，一般鋼中含錳0.30－0.50%。在碳素鋼中加入0.70%以上時就算「錳鋼」，較一般鋼量的鋼不但有足夠的韌性，且有較高的強度和硬度，提高鋼的淬性，改善鋼的熱加工性能，如16Mn鋼比A3屈服點高40%。含錳11－14%的鋼有極高的耐磨性，用於挖土機鏟斗，球磨機襯板等。錳量增高，減弱鋼的抗腐蝕能力，降低焊接性能。
4、磷（P）：在一般情況下，磷是鋼中有害元素，增加鋼的冷脆性，使焊接性能變壞，降低塑性，使冷彎性能變壞。因此通常要求鋼中含磷量小於0.045%，優質鋼要求更低些。
5、硫（S）：硫在通常情況下也是有害元素。使鋼產生熱脆性，降低鋼的延展性和韌性，在鍛造和軋制時造成裂紋。硫對焊接性能也不利，降低耐腐蝕性。所以通常要求硫含量小於0.055%，優質鋼要求小於0.040%。在鋼中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常稱易切削鋼。
6、鉻（Cr）：在結構鋼和工具鋼中，鉻能顯著提高強度、硬度和耐磨性，但同時降低塑性和韌性。鉻又能提高鋼的抗氧化性和耐腐蝕性，因而是不銹鋼，耐熱鋼的重要合金元素。
7、鎳(Ni)：鎳能提高鋼的強度，而又保持良好的塑性和韌性。鎳對酸鹼有較高的耐腐蝕能力，在高溫下有防銹和耐熱能力。但由於鎳是較稀缺的資源，故應盡量採用其他合金元素代用鎳鉻鋼。
8、 鉬(Mo)：鉬能使鋼的晶粒細化，提高淬透性和熱強性能，在高溫時保持足夠的強度和抗蠕變能力(長期在高溫下受到應力，發生變形，稱蠕變)。結構鋼中加入鉬，能提高機械性能。 還可以抑制合金鋼由於火而引起的脆性。在工具鋼中可提高紅性。
9、鈦(Ti)：鈦是鋼中強脫氧劑。它能使鋼的內部組織緻密，細化晶粒力；降低時效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在鉻18鎳9奧氏體不銹鋼中加入適當的鈦，可避免晶間腐蝕。
10、釩(V)：釩是鋼的優良脫氧劑。鋼中加0.5%的釩可細化組織晶粒，提高強度和韌性。釩與碳形成的碳化物，在高溫高壓下可提高抗氫腐蝕能力。
11、鎢(W)：鎢熔點高，比重大，是貴生的合金元素。鎢與碳形成碳化鎢有很高的硬度和耐磨性。在工具鋼加鎢，可顯著提高紅硬性和熱強性，作切削工具及鍛模具用。
12、鈮(Nb)：鈮能細化晶粒和降低鋼的過熱敏感性及回火脆性，提高強度，但塑性和韌性有所下降。在普通低合金鋼中加鈮，可提高抗大氣腐蝕及高溫下抗氫、氮、氨腐蝕能力。鈮可改善焊接性能。在奧氏體不銹鋼中加鈮，可防止晶間腐蝕現象。
13、鈷(Co)：鈷是稀有的貴重金屬，多用於特殊鋼和合金中，如熱強鋼和磁性材料。
14、銅(Cu)：武鋼用大冶礦石所煉的鋼，往往含有銅。銅能提高強度和韌性，特別是大氣腐蝕性能。缺點是在熱加工時容易產生熱脆，銅含量超過0.5%塑性顯著降低。當銅含量小於0.50%對焊接性無影響。
15、鋁(Al)：鋁是鋼中常用的脫氧劑。鋼中加入少量的鋁，可細化晶粒，提高沖擊韌性，如作深沖薄板的08Al鋼。鋁還具有抗氧化性和抗腐蝕性能，鋁與鉻、硅合用，可顯著提高鋼的高溫不起皮性能和耐高溫腐蝕的能力。鋁的缺點是影響鋼的熱加工性能、焊接性能和切削加工性能。
16、硼(B)：鋼中加入微量的硼就可改善鋼的緻密性和熱軋性能，提高強度。
17、氮(N):氮能提高鋼的強度，低溫韌性和焊接性，增加時效敏感性。
18、稀土(Xt)：稀土元素是指元素周期表中原子序數為57-71的15個鑭系元素。這些元素都是金屬，但他們的氧化物很象「土」，所以習慣上稱稀土。鋼中加入稀土，可以改變鋼中夾雜物的組成、形態、分布和性質，從而改善了鋼的各種性能，如韌性、焊接性，冷加工性能。在犁鏵鋼中加入稀土，可提高耐磨性。
⑶ 什麼是合金元素合金鋼中經常加入的合金元素有哪些按其與碳的作用如何分類
合金就是幾種金屬煅煉在一起，得到一些原來沒有的物理特性。合金鋼的種類很多，而鋼中的碳主要控制鋼的韌性和剛性，碳多了韌性好，硬度大了，不容易脆裂，少了則比較脆。
⑷ 合金元素在鋼中都有哪些作用
1、 碳（C）：鋼中含碳量增加，屈服點和抗拉強度升高，但塑性和沖擊性降低，碳量高還會降低鋼的耐大氣腐蝕能力，在露天料場的高碳鋼就易銹蝕；碳能增加鋼的冷脆性和時效敏感性。
2、 硅（Si）：在煉鋼過程中加硅作為還原劑和脫氧劑。硅能顯著提高鋼的彈性極限，屈服點和抗拉強度，硅和鉬、鎢、鉻等結合，有提高抗腐蝕性和抗氧化的作用，可製造耐熱鋼。硅量增加，會降低鋼的焊接性能.
3、 錳（Mn）：在煉鋼過程中，錳是良好的脫氧劑和脫硫劑，一般鋼中含錳會有較高的強度和硬度，提高鋼的淬性，改善鋼的熱加工性能。錳量增高，減弱鋼的抗腐蝕能力，降低焊接性能。
4、 磷（P）：在一般情況下，磷是鋼中有害元素，增加鋼的冷脆性，使焊接性能變壞，降低塑性，使冷彎性能變壞。
5、 硫（S）：硫在通常情況下也是有害元素。使鋼產生熱脆性，降低鋼的延展性和韌性，容易造成裂紋。硫對焊接性能也不利，降低耐腐蝕性。硫可以改善切削加工性，通常稱易切削鋼。
6、 鉻（Cr）：在結構鋼和工具鋼中，鉻能顯著提高強度、硬度和耐磨性，但同時降低塑性和韌性。鉻又能提高鋼的抗氧化性和耐腐蝕性，因而是不銹鋼，耐熱鋼的重要合金元素。
7、 鎳(Ni)：鎳能提高鋼的強度，而又保持良好的塑性和韌性。鎳對酸鹼有較高的耐腐蝕能力，在高溫下有防銹和耐熱能力。
8、 鉬(Mo)：鉬能使鋼的晶粒細化，提高淬透性和熱強性能，在高溫時保持足夠的強度和抗蠕變能力。
9、 鈦(Ti)：鈦是鋼中強脫氧劑。它能使鋼的內部組織緻密，細化晶粒力；降低時效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。
10、 釩(V)：釩是鋼的優良脫氧劑。鋼中加0.5%的釩可細化組織晶粒，提高強度和韌性。釩與碳形成的碳化物，在高溫高壓下可提高抗氫腐蝕能力。
11、 鎢(W)：鎢熔點高，比重大，是貴生的合金元素。鎢與碳形成碳化鎢有很高的硬度和耐磨性。
12、 鈮(Nb)：鈮能細化晶粒和降低鋼的過熱敏感性及回火脆性，提高強度，但塑性和韌性有所下降。
13、 鈷(Co)：鈷是稀有的貴重金屬，多用於特殊鋼和合金中，如熱強鋼和磁性材料。
14、 銅(Cu)：武鋼用大冶礦石所煉的鋼，往往含有銅。銅能提高強度和韌性，特別是大氣腐蝕性能。缺點是在熱加工時容易產生熱脆。
15、鋁(Al)：鋁是鋼中常用的脫氧劑。鋼中加入少量的鋁，可細化晶粒，提高沖擊韌性。
16、硼(B)：鋼中加入微量的硼就可改善鋼的緻密性和熱軋性能，提高強度。
⑸ 金屬材料中為什麼含有碳
碳的影響：碳在奧氏體不銹鋼中是強烈形成並穩定奧氏體且擴大奧氏體區的元素.碳形成奧氏體的能力約為鎳的30倍，碳是一種間隙元素，通過固溶強化可顯著提高奧氏體不銹鋼的強度.碳還可提高奧氏體不銹鋼在高濃氯化物(如42%mgcl2沸騰溶液)中的耐應力腐蝕的性能.
鉻的影響：鉻是奧氏體不銹鋼中最主要的合金元素，奧氏體不銹鋼的不銹性和耐蝕性的獲得主要是由於在會質作用下，鉻促進了鋼的鈍化並使鋼保持穩定鈍態的結果.○1鉻對組織的影響：在奧氏體不銹鋼中，鉻是強烈形成並穩定鐵體的元素，縮小奧氏體區,隨著鋼中含量增加，奧氏體不銹鋼中可出現鐵素體(δ)組織，研究表明，在鉻鎳奧氏體不銹鋼中，當碳含量為0.1%,鉻含量為18%時，為獲得穩定的單一奧氏體組織，所需鎳含量最低，約為8%,就這一點而言，常用的18cr—8ni型鉻鎳奧氏體不銹鋼是含鉻，鎳量配比最為適宜的一種.
⑹ 碳為什麼可以存在於鋼之中
依據的原理：碳雖然被我們劃分為非金屬，但是它也有一些金屬性。
化學元素的非金屬性和金屬性是相對的，任何元素都既有金屬性又有非金屬性，只是所佔比例不同罷了。一般元素周期表中越靠近右上角（惰性氣體除外）的非金屬性越強，金屬性越弱；越靠近左下角金屬性越強，非金屬性越弱。
碳比較靠近周期表中金屬與非金屬的交界線，在與金屬結合時，常常能表現出金屬性，與金屬結合成為合金。
碳在金屬鐵中，一般含量小於2.11%時，將與鐵形成合金。合金的定義為：由一種金屬元素和另一種或者幾種其它元素（金屬或非金屬）組成的具有金屬特性的物質稱為合金。
而鋼的標準定義就是：鐵與碳的合金。
當碳含量高於2.11%時，稱為生鐵。
多出來的碳有兩種存在形式：一種是以石墨的形式存在於鐵中，這種材料叫鑄造生鐵，其機械性能硬而脆。其中石墨又有兩種形態：片狀石墨，形成普通鑄鐵，這種鑄鐵機械性能比較差，或者球狀石墨，稱為球墨鑄鐵，由於球狀的石墨不容易導致應力集中，所以球墨鑄鐵機械性能大大改善。
碳在生鐵中的另一種存在形式：以碳化三鐵的形式存在（Fe3C），這種生鐵機械性能很差，只能用來做煉鋼的原料，稱為煉鋼生鐵。
⑺ 合金鋼都有哪些主要元素，各有什麼作用
合金鋼的主要合金元素有硅、錳、鉻、鎳、鉬、鎢、釩、鈦、鈮、鋯、鈷、鋁、銅、硼、稀土等。其中釩、鈦、鈮、鋯等在鋼中是強碳化物形成元素，只要有足夠的碳，在適當條件下，就能形成各自的碳化物，當缺碳或在高溫條件下，則以原子狀態進入固溶體中；錳、鉻、鎢、鉬為碳化物形成元素，其中一部分以原子狀態進入固溶體中，另一部分形成置換式合金滲碳體；鋁、銅、鎳、鈷、硅等是不形成碳化物元素，一般以原子狀態存在於固溶體中。
合金元素的作用：
1、碳（C）：鋼中含碳量增加，屈服點和抗拉強度升高，但塑性和沖擊性降低，當碳含量超過0.23%時，鋼的焊接性能變壞，因此用於焊接的低合金結構鋼，含碳量一般不超過0.20%。碳量高還會降低鋼的耐大氣腐蝕能力，在露天料場的高碳鋼就易銹蝕；此外，碳能增加鋼的冷脆性和時效敏感性。
2、硅（Si）：在煉鋼過程中加硅作為還原劑和脫氧劑，所以鎮靜鋼含有0.15－0.30%的硅。如果鋼中含硅量超過0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能顯著提高鋼的彈性極限，屈服點和抗拉強度，故廣泛用於作彈簧鋼。在調質結構鋼中加入1.0－1.2%的硅，強度可提高15－20%。硅和鉬、鎢、鉻等結合，有提高抗腐蝕性和抗氧化的作用，可製造耐熱鋼。含硅1－4%的低碳鋼，具有極高的導磁率，用於電器工業做矽鋼片。硅量增加，會降低鋼的焊接性能。
3、錳（Mn）：在煉鋼過程中，錳是良好的脫氧劑和脫硫劑，一般鋼中含錳0.30－0.50%。在碳素鋼中加入0.70%以上時就算「錳鋼」，較一般鋼量的鋼不但有足夠的韌性，且有較高的強度和硬度，提高鋼的淬性，改善鋼的熱加工性能，如16Mn鋼比A3屈服點高40%。含錳11－14%的鋼有極高的耐磨性，用於挖土機鏟斗，球磨機襯板等。錳量增高，減弱鋼的抗腐蝕能力，降低焊接性能。
4、磷（P）：在一般情況下，磷是鋼中有害元素，增加鋼的冷脆性，使焊接性能變壞，降低塑性，使冷彎性能變壞。因此通常要求鋼中含磷量小於0.045%，優質鋼要求更低些。
5、硫（S）：硫在通常情況下也是有害元素。使鋼產生熱脆性，降低鋼的延展性和韌性，在鍛造和軋制時造成裂紋。硫對焊接性能也不利，降低耐腐蝕性。所以通常要求硫含量小於0.055%，優質鋼要求小於0.040%。在鋼中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常稱易切削鋼。
6、鉻（Cr）：在結構鋼和工具鋼中，鉻能顯著提高強度、硬度和耐磨性，但同時降低塑性和韌性。鉻又能提高鋼的抗氧化性和耐腐蝕性，因而是不銹鋼，耐熱鋼的重要合金元素。
7、鎳(Ni)：鎳能提高鋼的強度，而又保持良好的塑性和韌性。鎳對酸鹼有較高的耐腐蝕能力，在高溫下有防銹和耐熱能力。但由於鎳是較稀缺的資源，故應盡量採用其他合金元素代用鎳鉻鋼。
8、鉬(Mo)：鉬能使鋼的晶粒細化，提高淬透性和熱強性能，在高溫時保持足夠的強度和抗蠕變能力(長期在高溫下受到應力，發生變形，稱蠕變)。結構鋼中加入鉬，能提高機械性能。還可以抑制合金鋼由於淬火而引起的脆性。在工具鋼中可提高紅性。
9、鈦(Ti)：鈦是鋼中強脫氧劑。它能使鋼的內部組織緻密，細化晶粒力；降低時效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在鉻18鎳9奧氏體不銹鋼中加入適當的鈦，可避免晶間腐蝕。
10、釩(V)：釩是鋼的優良脫氧劑。鋼中加0.5%的釩可細化組織晶粒，提高強度和韌性。釩與碳形成的碳化物，在高溫高壓下可提高抗氫腐蝕能力。
11、鎢(W)：鎢熔點高，比重大，是貴生的合金元素。鎢與碳形成碳化鎢有很高的硬度和耐磨性。在工具鋼加鎢，可顯著提高紅硬性和熱強性，作切削工具及鍛模具用。
12、鈮(Nb)：鈮能細化晶粒和降低鋼的過熱敏感性及回火脆性，提高強度，但塑性和韌性有所下降。在普通低合金鋼中加鈮，可提高抗大氣腐蝕及高溫下抗氫、氮、氨腐蝕能力。鈮可改善焊接性能。在奧氏體不銹鋼中加鈮，可防止晶間腐蝕現象。
13、鈷(Co)：鈷是稀有的貴重金屬，多用於特殊鋼和合金中，如熱強鋼和磁性材料。
14、銅(Cu)：武鋼用大冶礦石所煉的鋼，往往含有銅。銅能提高強度和韌性，特別是大氣腐蝕性能。缺點是在熱加工時容易產生熱脆，銅含量超過0.5%塑性顯著降低。當銅含量小於0.50%對焊接性無影響。
15、鋁(Al)：鋁是鋼中常用的脫氧劑。鋼中加入少量的鋁，可細化晶粒，提高沖擊韌性，如作深沖薄板的08Al鋼。鋁還具有抗氧化性和抗腐蝕性能，鋁與鉻、硅合用，可顯著提高鋼的高溫不起皮性能和耐高溫腐蝕的能力。鋁的缺點是影響鋼的熱加工性能、焊接性能和切削加工性能。
16、硼(B)：鋼中加入微量的硼就可改善鋼的緻密性和熱軋性能，提高強度。
17、氮(N):氮能提高鋼的強度，低溫韌性和焊接性，增加時效敏感性。
18、稀土(Xt)：稀土元素是指元素周期表中原子序數為57-71的15個鑭系元素。這些元素都是金屬，但他們的氧化物很象「土」，所以習慣上稱稀土。鋼中加入稀土，可以改變鋼中夾雜物的組成、形態、分布和性質，從而改善了鋼的各種性能，如韌性、焊接性，冷加工性能。在犁鏵鋼中加入稀土，可提高耐磨性。
⑻ 為什麼鐵和碳組成合金碳是怎麼加入到鋼材的以何種形態加入的
為什麼鐵和碳組成合金?
答：所謂合金是指金屬與其他元素形成的具有金屬特性的物質,也就是說金屬與金屬可以形成合金,金屬與非金屬也可以形成合金,但是有2個條件,一個條件就是必須至少有一種是金屬元素,另外一個條件就是必須形成的是具有金屬特性的物質,這2個條件缺一不可.由於鐵是金屬,碳雖然是非金屬,但是由於形成的是具有金屬特性的物質,所以是合金.
碳是怎麼加入到鋼材裡面的?以何種形態加入的?
答：生鐵是由鐵礦石通過碳（存在形式是焦炭）還原的,在還原過程中,碳就溶解到鐵水裡,當冷卻到室溫時,就存在到鐵裡面了,碳在生鐵裡面有兩種形式,一個是以純碳的形式（石墨）單獨存在,還有一個就是以化合物（Fe3C）的形式存在.這個就像冰糖溶解到水裡,然後凍成冰棒一樣,糖不會跑出來.
鋼是由生鐵冶煉而來的,鋼的含碳量比生鐵低,所以,煉鋼過程主要的就是一個氧化過程,把多餘的碳氧化掉,最後剩下的碳只以化合物的形式存在,就形成了鋼.
另外,如果鋼的含碳量不夠,那麼在鋼冶煉過程中需要把焦炭加入到鋼水裡面,然後攪拌鋼水,使碳溶解到鋼水裡,當然加入量必須經過精確計算.
⑼ 合金鋼中的主要合金元素都起什麼作用
鋼是以鐵為基本成分的多元素金屬。純鐵有很好的塑性及韌性，但強度很低。所以，總要根據不同需要加入不同的元素，以改善鋼的性能。主要元素的作用如下：
碳（c）碳是鋼中的主要元素，隨著鋼中含碳量的增加，鋼的常溫強度、硬度提高，但塑性、韌性及焊接能降低。所以，鍋爐承壓元件用鋼的含碳量一般為0.1%~0.25%。
錳（mn）錳可以提高鋼的常溫強度、硬度及耐磨性，含量高時，焊接應力增加。錳可使鋼的高溫短時強度提高，但對持久強度和蠕變極限及沒有明顯的影響。
鉬（mo）和鉻（cr）鉬和鉻都能提高鋼的強度。鉻對提高鋼的高溫組織穩定性能——抵制珠光體球化、石墨化、抗高溫氧化有明顯效果。並能提高抗腐蝕性。但含鉻高的鋼，焊接裂紋敏感性強，溫差應力也大。鉬對提高鋼的持久強高度有明顯作用。鉬有石墨化傾向可加鉻防病止，鉻的脆化可用鉬化可用防止，二者共存可以提高鋼的綜合性能。
釩（v）釩在鋼中能提高高溫組織穩定性，還能抵消鉻對焊接性能的不利影響。
鈦（ti）鈦可提高鋼的持久強度，在抵合金鋼中，還可改善鋼的焊接性能。
鎢（w）鎢可提高鋼的持久強度及高溫硬度。
硅（si）硅能提高鋼的強度、耐磨性及抗氧化能力。與鉻共存時，可提高抗高溫氧化能力，也可提高在煙氣中的抗腐蝕性能。
鈮（nb）鈮與鈦的作用相同，可提高鋼有熱強性。
硼（b）硼的突出作用是提高鋼的淬透性。在耐熱鋼中可提高鋼的熱強性及持久塑性。