鎳讓合金鋼大放異彩

金屬鎳很少單獨(dú)發(fā)揮作用，它的作用有時(shí)不易察覺，但鎳始終能讓相關(guān)技術(shù)、工藝和產(chǎn)品大放異彩。鎳扮演著很多角色，有時(shí)堅(jiān)硬有時(shí)柔軟，具有導(dǎo)電性和磁性，能適應(yīng)高溫或低溫，甚至能同時(shí)適應(yīng)高低溫。鎳可以根據(jù)需求，以固體、溶液或合金的形態(tài)存在。

鎳所發(fā)揮的每一項(xiàng)作用均取決于其固有特性，包括鮮為人知的微量營養(yǎng)元素作用，如含鎳肥料等；鎳金屬氫化物電池和鎳鉻電池在公眾心目中的重要性不如鋰電池，但很少有人知道，在現(xiàn)代能源儲存行業(yè)，主流鋰化學(xué)成分研究過程中，鎳起到了極大的作用；噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中采用的耐熱性、降噪性鎳超級合金泡沫絕熱材料，可以減小飛機(jī)噪聲印跡，讓機(jī)場周圍區(qū)域更適合人類居住；含鎳不銹鋼也開拓了新的應(yīng)用領(lǐng)域，以確保機(jī)械和工藝運(yùn)作更高效、更長久。

鎳主要用于不銹鋼的制造，但有8％的鎳用于制造合金鋼，在數(shù)以千計(jì)的工程解決方案中共同發(fā)揮著重要作用。含鎳合金鋼不屬于不銹鋼范疇，合金鋼包括多種鐵基材料，含鎳量從約0.3％（某些合金鋼）到約20％（馬氏體時(shí)效鋼）不等。合金鋼具有高于普通碳鋼的強(qiáng)度、硬度、耐磨性以及韌性，一般用于動(dòng)力輸出、金屬成型和切割設(shè)備，也可在碳鋼韌性不足的特定低溫環(huán)境下下使用。含鎳合金鋼在工具和機(jī)械制造方面起到了至關(guān)重要的作用。合金鋼可根據(jù)特定屬性適應(yīng)特定的終端用途進(jìn)行分類，雖然這些合金鋼中鎳的使用量不如不銹鋼生產(chǎn)用量大，但它們應(yīng)用非常廣泛，因此是工業(yè)上重要的促成因素。

可淬硬低合金鋼

可淬硬低合金鋼屬于鐵基材料的一種，具有優(yōu)于普通碳鋼的機(jī)械性質(zhì)。通過添加鎳、鉻和鉬等合金元素，然后進(jìn)行淬火（快速冷卻）和回火熱處理制成。如果淬火前將這些金屬元素溶解于奧氏體中，那么就能有效提高可淬硬性。鎳補(bǔ)足了鉻和鉬的淬硬效果，且在讓淬火和回火熱處理形成的硬質(zhì)馬氏體微觀結(jié)構(gòu)具有韌性的過程中起到了重要作用?？纱阌驳秃辖痄摮Ｓ糜谏a(chǎn)制造曲軸、齒輪和飛機(jī)起落架等。

工具鋼

工具鋼包含用于壓模（沖壓或擠出）、切割或剪切、模具制作或沖擊應(yīng)用（如錘子等工具）的多種高硬度、耐磨損鋼材。其熱處理方式類似于可淬硬低合金鋼。

空氣硬化工具鋼可減小快速水淬引起的變形，使其在耐磨性與韌性之間取得了平衡。塑料模具工具鋼屬于經(jīng)過成型、滲碳、硬化和回火達(dá)到較高表面硬度的低碳鋼，因此非常適合注塑模具和壓鑄模具。

高強(qiáng)度低合金（耐候鋼）

高強(qiáng)度低合金的細(xì)粒結(jié)構(gòu)使得其強(qiáng)度高于普通碳鋼，這種細(xì)粒結(jié)構(gòu)是通過影響轉(zhuǎn)變溫度實(shí)現(xiàn)的。在空氣冷卻過程中，奧氏體可以在較低溫度下轉(zhuǎn)變?yōu)殍F氧體和珠光體。在HSLA鋼材典型的低碳水平下，硅、銅、鎳和磷等有色金屬元素在細(xì)珠光體的生產(chǎn)中特別有效。添加的鉻、銅和鎳形成了一個(gè)穩(wěn)定的銹層，可以附著在母材金屬上，且其孔隙遠(yuǎn)少于普通結(jié)構(gòu)鋼上形成的銹層，由此大大降低了腐蝕速度，讓這些鋼材可在無涂覆狀態(tài)下使用。

鎳鋼

含鎳量較高（一般大于3％）的鐵素體鋼在0℃～-196℃溫度范圍內(nèi)被廣泛使用。這類應(yīng)用包括液化烴氣儲罐以及在寒冷地區(qū)使用的結(jié)構(gòu)和機(jī)械。這些鋼材利用鎳的作用降低沖擊轉(zhuǎn)變溫度來提高低溫韌性。

在碳鋼和大多數(shù)低合金鋼中，溫度降到24℃以下時(shí)，強(qiáng)度和硬度會增加，而拉伸延性和韌性會下降，而鎳可以有效提高其低溫韌性。

含鎳量9％的鎳鋼于1952年首次應(yīng)用于制造液氧容器，主要用于制作液化天然氣罐的內(nèi)殼。選擇鎳鋼而不選擇奧氏體不銹鋼的原因，是因?yàn)樗?196℃的極低溫下可同時(shí)具備高強(qiáng)度和可靠的斷裂韌性。

馬氏體時(shí)效鋼

馬氏體是以較高速度對奧氏體進(jìn)行淬火形成的鋼材磁性結(jié)構(gòu)。由于速度太快，碳原子沒有時(shí)間以足夠大的數(shù)量擴(kuò)散到晶體結(jié)構(gòu)之外以形成滲碳體，經(jīng)過淬火后，奧氏體轉(zhuǎn)變成一種碳過飽和的強(qiáng)應(yīng)變結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到提高機(jī)械強(qiáng)度和硬度的目的。

馬氏體時(shí)效鋼屬于低碳鐵鎳合金，含鎳量約為18％，還能與鈷、鉬、鈦及其他有色金屬鑄成合金。這些合金經(jīng)過淬火形成馬氏體，然后在480℃~500℃條件下進(jìn)行沉淀硬化熱處理，以便促進(jìn)Ni3Mo和Ni3Ti等金屬間化合物的沉淀。馬氏體時(shí)效鋼的理想特性，一是室溫下具有超高強(qiáng)度，經(jīng)過簡單的熱處理就能保證極小變形，二是與類似強(qiáng)度水平的淬火鋼和回火鋼相比具有優(yōu)良的斷裂韌性，可焊性上佳，容易制作。這些鋼材具有很高的斷裂韌性，而其抗沖擊疲勞強(qiáng)度表明它們能夠有效地應(yīng)對反復(fù)沖擊載荷，例如機(jī)電零件中的載荷等。較低的熱處理溫度使其變形遠(yuǎn)小于可淬硬低合金鋼的淬火變形，因此非常適合長薄零件。馬氏體時(shí)效鋼常用于制造飛機(jī)起落架，高級高爾夫球桿的正面以及整個(gè)頭部也大量采用了此種材料。

注釋：

奧氏體是指727℃以上溫度下存在的鋼材原子結(jié)構(gòu)，也是一種非磁性鐵碳固溶體。

滲碳體是分子式為Fe3C的鐵碳化合物。隨著鋼材含碳量的增加，滲碳體和珠光體的數(shù)量隨之增加，其強(qiáng)度也會增加。提高含碳量是提高機(jī)械強(qiáng)度和硬度最簡單的方式，但隨著強(qiáng)度的增加，韌性會隨之降低。減小粒徑也可以提高機(jī)械強(qiáng)度，但韌性不會隨之降低。

夏比沖擊是一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)化試驗(yàn)，衡量一塊標(biāo)準(zhǔn)尺寸的金屬片斷裂時(shí)吸收的能量。

鐵氧體是指727℃以下存在的鋼材原子結(jié)構(gòu)。鐵氧體的碳溶解度低于奧氏體，因此鋼材經(jīng)冷卻后溫度低于727℃時(shí)，過量的碳將以滲碳體的形式被固定，并與鐵氧體層疊形成珠光體。因此，室溫下的鋼材微觀結(jié)構(gòu)由鐵氧體內(nèi)的珠光體島組成。

可淬硬性是指鋼材經(jīng)過快速冷卻（淬火）后能在特定深度達(dá)到特定硬度的能力。

珠光體是由鐵氧體層和滲碳體層交替組成的一種層狀結(jié)構(gòu)。

沉淀硬化是一種熱處理技術(shù)，可以促進(jìn)使金屬晶體結(jié)構(gòu)變硬的金屬化合物（金屬間化合物）分散的細(xì)粒沉淀，從而提高可鍛金屬的機(jī)械強(qiáng)度或硬度。

韌性是指材料吸收能量并發(fā)生塑性變形，從而在受壓時(shí)抵抗斷裂的能力。