合金模具鋼中加入合金元素的目的及作用
㈠合金模具鋼中為什么加入大量的合金元素？都加入哪些合金元素？
加入大量的合金元素可以改善模具鋼原有的性能譬如改善強韌性、增加淬透性、增加耐磨與耐蝕性、提高熱穩(wěn)定性、改善切削加工工藝性等，使模具鋼更能滿足模具的使用要求。
合金模具鋼中所加的合金元素有：①第二周期B、C、N；②第三周期Si、Al、P、S；③第四周期V、Cr、Ti、Mn、Co、Ni、Cu；④第五周期Y、Zr、Nb、Mo；⑤第六周期La族、Ta、W。
依據(jù)合金元素與C的親和力的大小，合金模具鋼中加入的合金元素可分為四類：①強碳化物形成元素，如Ti、Zr、Nb、V；②中強碳化物形成元素，如W、Mo、Cr；③弱碳化物形成元素，如Mn；④非碳化物形成元素，如Ni、Si、Al、Co、Cu、P、S、N.
㈡合金模具鋼中加入合金元素的目的是什么？
合金模具鋼實質上是在優(yōu)質或高級優(yōu)質碳鋼的基礎上加入合金元素形成的。加入合金元素的目的有這些：
⒈提高模具鋼的淬透性，增加模具鋼的硬化層深度；
⒉形成大量的合金碳化物，作為模具鋼中的強化相，增加模具鋼的強度、硬度與耐磨性；
⒊細化晶粒，提高模具鋼的強度與韌性；
⒋固溶于基體組織中，起固溶強化作用；
⒌脫溶于基體組織，起沉淀強化作用；
⒍消除或降低模具鋼的回火脆性；
⒎固溶于基體組織中，提高模具鋼的熱穩(wěn)定性和回火穩(wěn)定性；
⒏改善模具鋼的耐蝕性及抗高溫氧化性；
⒐降低模具鋼的淬火變形，保持鋼件的尺寸穩(wěn)定；
⒑改善切削加工工藝性。
㈢合金模具鋼的合金元素主要起什么作用？
合金元素所起的作用有以下幾個方面。
⒈對臨界點的影響 Mn、Co、Ni、C、Cu、N等元素合A3溫度下降，A4溫度升高；V、Cr、Ti、Mo、W、Al、P、Sn、Sb、As、B、Zr、Nb、Ta、S、Ce等元素使A3溫度升高，A4溫度下降。
⒉對鐵-碳合金臨界點的影響 Mn、Ni、C、Cu、N等元素使鐵碳相圖中的S點和E點向下并向左移，A3線（GS線）也向下移（Co除外）；V、Cr、Ti、Mo、W、Al、P、Sn、Sb、As、B、Zr、Nb、Ta、S、Ce等元素使S點和E點上升并向左移。
⒊與模具鋼中晶體缺陷的相互作用 一些合金元素與晶界結合，形成晶界偏聚；與位錯結合形成柯垂耳氣團。對鋼的組織及性能產(chǎn)生影響，如產(chǎn)生晶界強化、出現(xiàn)晶界脆性、出現(xiàn)晶間腐蝕等。
⒋對C、N形成碳化物、氮化物 Ti、Zr、Nb、V為強碳化物形成元素，W、Mo、Cr為中強碳化物形成元素，Mn為弱碳化物形成元素；Ti、Zr、Nb、V為強氮化物形成元素，W、Mo為中強氮化物形成元素，Cr、Mn、Fe為弱氮化物形成元素。碳化物與氮化物作為鋼組織中的強化相，起到提高強度、硬度與耐磨性以及細化晶粒的作用。
⒌固溶于基體組織中起固溶強化作用 碳化物形成元素Ti、Zr、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn等與非碳化物形成元素Ni、Si、Al、Co、Cu、P、S、N等，在高溫時能固溶于奧氏體中，相變后遺留固溶于室溫組織中，對基體組織起固溶強化作用。
⒍對C曲線影響 非碳化物形成元素Ni、Si、Al、Cu以及弱碳化物形成元素Mn等使C曲線右移而不改變曲線形狀。Co使C曲線左移。碳化物形成元素W、Mo、Cr、V等不僅使C曲線右移而且使其形狀改變?yōu)榫哂猩稀⑾聝擅嫒秱€“C”形曲線。提高臨界點的元素如Si、Al、Co、Cr、Mo、W、V等使C曲線的“鼻子”向上移動，降低臨界點的元素如Mn、Ni、Cu等則使C曲線的“鼻子”向下移動。
⒎對奧氏體化的影響 合金元素的加入提高了鋼奧氏體化溫度和延長了奧氏體化的時間。Al、Ti、Nb、V元素強烈阻止了奧氏體晶粒長大，W、Mo中等阻止奧氏體晶粒長大，C、P、Mn（高碳時）促進奧氏體晶粒長大。
⒏合金元素對過冷奧氏體轉變影響 Ti、Nb、V、W、Mo等強和中強碳化物形成元素強烈推遲珠光體轉變，推遲貝氏體轉變較少；升高珠光體轉變溫度范圍，降低貝氏體轉變溫度范圍，明顯出現(xiàn)珠光體和貝氏體兩條C曲線。鉻和錳等中、弱碳化物形成元素強烈推遲珠光體轉變，推遲后者更顯著，因而出現(xiàn)了另一種兩條C曲線形式。
非碳化物形成元素鋁和硅都增加過冷奧氏體的穩(wěn)定性，而推遲貝氏體轉變更強烈。鎳強烈推遲珠光體轉變，鈷降低過冷奧氏體的穩(wěn)定性。但鎳和鈷不改變碳鋼C曲線的形狀。
鋼中晶界偏聚強烈的元素如硼、磷、稀土等元素使先共析鐵素體轉變顯著推遲，對珠光體和貝氏體轉變推遲較弱，但不改變碳鋼C曲線的形狀。
⒐對馬氏體轉變的影響 多數(shù)合金元素使馬氏體點MS降低，其中Cr、Mn、Ni元素的作用強。只有Al 、Co元素是提高馬氏體點MS的，Si元素則影響不大。
⒑對回火組織轉變的影響 多數(shù)合金元素推遲馬氏體在第二階段的分解，阻止碳化物的分解和聚集，升高殘余奧氏體的分解溫度，改善鋼的回火穩(wěn)定性。同時合金元素也催了二次硬化、二次淬火現(xiàn)象。
⒒對工藝性的影響 加入大量的合金元素促使鋼內部產(chǎn)生大量的共晶碳化物，給鍛造增加了難度，經(jīng)切削加工制造了困難，給熱處理帶來了棘手的難題，給焊接造成了難以實現(xiàn)的困難。模具鋼中加入Pb、Ca、S、Se元素，卻能改善模具鋼的切削加工工藝性。