硼的作用

合金元素的作用

3.1 硼的作用硼是硼钢中最重要的合金元素。

它的最主要的作用是提高钢的淬透性，因而可以增大钢材的可淬透尺寸，或者提高淬火

后钢材截面内组织和性能的均匀性。关于硼提高淬透性的机理已经提出多种说法，其中比较一致的认识是：由于硼推迟了铁素体的生核过

643perIg硼程

(

但并不影响奥氏体或铁素体基

体的热力学性能，也就是说硼可以降低铁素体的生核速率，但并不影响其长大速率以及珠光体和马氏体的形成速度

)

而提高钢的淬透性。

各种机理的差别在于硼通过什么方式推迟铁素体

的生核速率，这其中有：硼原子的偏聚降低奥氏体晶界能、硼降低铁在奥氏体晶界的自扩散能力、硼原子偏聚减少生核位置、

M23(B

，

C)6

硼碳化物的作用等等学说。对硼提高淬透性

的机理各国学者已经进行了大量的研究，即使在目前仍在不断地进行着。

3.2硼提高淬透性的作用具有许多不同于其他合金元素的特点。

主要有：

(1)提高淬透性的能力极强。

0.0010％～0.0030％硼的作用可分别相当于0.6％锰、0.7％铬、0.5％钼和1.5％镍，因此其提高淬透性的能力为上述合金元素的几百倍乃至上千倍，故此只需极少量硼即可节约大量的贵重合金元素。

(2)具有最佳含量而且此含量极小。

一般合金元素提高淬透性的效果随其在钢中含量增加

而增长，但硼却有一个最佳含量范围，过多或过少均对提高淬透性不利，而且此量很小，约为0.0010％，一般控制在0.0005％～0.0030％。

(3)硼的淬透性效果与钢的成分有关。普遍认为钢中的碳和合金元素含量提高，硼提高淬透性的作用则下降。所以低碳、低合金钢中硼的淬透性效果最显著。硼淬透性系数fB与钢中碳含量关系的经验公式之一为fB=1+1.5(0.9-C)。(4)硼的淬透性作用与奥氏体化条件有关。早期的研究表明两者间存在特殊关系，即在某一特定奥氏体化温度下硼的淬透性效果最佳；温度再升高，尽管奥氏体晶粒长大，硼的淬透性效果反而下降。但是近来亦有一些研究发现，以钛固定氮的硼钢在一定的奥氏体化温度范围内淬透性几乎没有变化。这些现象都与一般合金元素的淬透性效果与奥氏体化温度的关系不同。（5）其他合金元素的作用除硼外，硼钢中还经常加入一些其他合金化元素，如硅、锰、铬、钼、铌、钒等，目的是进一步改善钢的淬透性及其他一些性能，如强度、韧性、回火脆性、疲劳性能、耐蚀性等。钼可大大加强硼的淬透性作用，二者具有复合作用，特别是当钼、硼含量配比合适时可使钢在相当宽的冷

速范围内经空冷得到贝氏体组织。钼一硼系贝氏体钢就是根据这一现象设计出来的。钢中的铌处于固溶状态下与硼具有一定的复合作用，对奥氏体转变产生强烈的抑制作用。铌一硼的这种作用在控制轧制、直接淬火的钢中已经被利用。 4 生产工艺硼钢的生产工艺具有一系列特点，必须对冶炼、加工及热处理工艺给予注意，才能保证使硼钢获得理想的组织和性能。 4.1 冶炼由于硼的化学性质极为活泼，很容易与钢中的氧、氮结合，使硼失去作用，而且钢中的硼含量又极少，所以在硼钢的冶炼中如何保证稳定地获得适量的酸溶硼而且均匀地分布在钢中是非常重要的。硼钢可以用电炉、转炉冶炼。为了保护硼，在加硼前应先行加入与氧、氮结合力比硼更强的铝、钛、锆等，即先加铝脱氧，再加钛等定氮，最后向炉中或钢包中加入硼，这就是所谓的经典法。也可将含有硼和铝、钛、锆、锰、硅等多种保护元素的复合硼铁合金一次加入。常用的一种复合合金的成分(质量分数)是：20钛、13铝、4锆、8锰、5硅、0.5硼，余为Fe。但是用钛定氮保护硼形成的TiN也很容易使钢的韧性、疲劳性能甚至机加工性能变坏。而且TiN很稳定，一旦形成就几乎不再变化，难以进一步起到平衡、稳定酸溶硼含量的作用，所以日本的土生隆一、法国Urgine厂都研究了只用铝不用钛的保硼冶炼方法，实际应用效果很好。现在的冶金技术和设备已经非常先进，完全可以准确地控制钢的成分，包括硼在内。所以生产出硼含量稳定而且分布均匀，组织、性能优良的硼钢已经不存在什么问题。 4.2压力加工硼钢以微量硼代替大量其他合金元素，故与淬透性相同的其他合金钢相比合金含量大大降低，在高温时的变形抗力减小，容易塑性变形，其氧化皮也较松散、易脱落，所以硼钢易于锻、轧热加工，对加工设备、工具的磨损、破坏也较小。但是硼钢的热加工工艺仍有认真选择和控制的必要。比如加热温度不宜过高，加热时间尽量缩短，以尽量减少脱硼，同时也是为了减小晶界硼相的析出浓度。在较低温度下变形，对硼钢获得较高淬透性和较小晶粒度是有帮助的。另外热加工变形量对硼钢冲击韧性有较大影响，变形程度越高，硼在钢中的分布越均匀，晶界硼相的链状分布容易被破坏，对钢的性能越有好处。 4.3热处理硼钢最适宜在淬火、回火后使用，而且必须淬透，否则不但不能发挥硼提高淬透性的作用，而且还因硼使未淬透的钢材心部产生针状铁素体而恶化力学性能、所以硼钢的热处理亦是十分重要的。淬火前最好预先正火以得到尽可能多的固溶硼。淬火温度不宜过高，冷却速度要足够大，以尽量减少硼冶金金属相的数量和粒度。多量和大尺寸的硼相会降低硼钢的韧性，即所谓的“硼脆”。硼对钢的抗回火软化能力无影响。与淬透性相当的其他合金钢相比，硼钢的抗回火软化能力较低，故为获得相同的强度，硼钢的回火温度应适当降低(与铬钼钢相比，可低20～50℃)，回火时间也要短些。另外，硼还使回火脆化倾向略有增加，对此也应注意。硼钢属于细晶粒钢。如果热加工制度选择适当，亦可以利用锻后余热直接淬火，不会因晶粒粗化而出现问题。硼不降低马氏体转变开始温度(Ms点)，故相当于低碳低合金钢的硼钢的怄比淬透性相当的铬钼钢高很多，淬火中首批形成的马氏体在随后的冷却过程中即被回火。所以一些硼钢淬火后并非必须回火，特别是碳含量低于0.25％的硼钢。这样就大大简化了热处理工艺。只要硼钢钢材能被淬透，回火后即可得到较好的综合力学性能，而且在整个截面上比较均匀。这是因为淬火得到完全马氏体组织，回火马氏体保证钢有良好的强度和韧性。另外，硼能强烈抑制铁素体转变，因而可极大地提高贝氏体的淬透性，某些情况下可经空冷得到完全贝氏体组织。

4.4 切削加工及焊接硼钢经正火或退火后硬度较低，切削加工性能也较好。焊接性也因硼钢的碳当量比淬透性相当的其他合金钢低而有明显改善。 5 硼钢的种类主要有合金结构硼钢、低合金高强度硼钢、弹簧硼钢等。合金结构硼钢主要包括调质硼钢、表面处理硼钢和冷变形硼钢。(1)调质硼钢。这类钢经过淬火和高温回火(或不回火)处理。具有高强度、高韧性、高耐磨性等，可用于汽车、拖拉机、机床、矿山机械、电站设备等，制造各种轴类、凸轮、键、拉杆、转向节、履带板、耐磨件等。这类钢的碳含量在0.25％以上，除去单独加硼的硼系外，还有锰硼、铬硼、锰钛硼、锰钒硼、铬锰硼、铬钼钒硼、镍铬钼钒硼等

多种系列。典型钢号有40MnB、40CrB、40CrMnB、40CrMnMoVB等。(2)表面处理硼钢。主要是渗碳硼钢：其碳含量低(一般低于0.25％)，这类钢渗碳性能较好，渗碳层不会形成大量残余奥氏体因而可得到高硬度、高耐磨性和良好抗疲劳性能，而且缺口敏感性较小。但是渗碳后淬火变形大，缺乏规律，降低渗碳件的形状、尺寸精度，影响其使用寿命，曾经妨碍渗碳硼钢在齿轮制造上的应用。近来这一问题已经逐渐得到解决，因而其应用也逐渐增多。如德国用16MnCr5B、20MnCr5B等硼钢制造汽车变速箱齿轮，淬透性带宽可控制在HRC4～5，保证齿轮精度及各项性能。美国、日本、俄罗斯等国也开发了一些新渗碳硼钢制造齿轮、这种齿轮钢具有变形小、性能好等优点，有的还可快速渗碳、高温渗碳、碳氮共渗等。(3)冷变形硼钢。主要用于制造螺栓等各类紧固件，可代替原用的中碳钢、中碳铬镍钼钢。其优点是冷变形抗力小，可省去变形前的球化退火处理，提高生产率，降低成本，而且性能优良。这类钢的碳含量一般低于0.25％，除硼外还可加入其他合金元素，主要为锰硼系，还有铬硼、锰铬硼系，有的还加入钒、镍、铜等元素。最早的钢号是美国的Q-Temp系列，现在美、日、英、俄等国都有许多冷变形用硼钢牌号，热处理后巩可达到1400MPa以上，ψ>50％，韧性亦很好，已大量制造各种螺栓类零件，特别是汽车、拖拉机、建筑业等需要的高强度螺栓。 6 低合金高强度硼钢加硼可有效改善低合金高强度钢的强韧性。若再添加少量铬、镍、钼、钒、铌、铜等合金元素，综合力学性能更好，特别是韧性、焊接性能、成形性优良，所以用途很广泛，可以制造压力容器、运输车辆、桥梁、电站等需要的钢板、钢管、锻件。最早的低合金高强度钢钢号是美国的784MPa级T-1系列，13个牌号，其成分：0.10％～0.20％碳，0.6％～1.00％锰，0.40％～0.80％铬，0.70％～1.00％镍，0.40％～0.60％钼，0.03％～0.10％钒，0.15％～0.50％铜及硼。因碳低又含有多种合金元素，综合力学性能(调质处理后σb≈900MPa)、抗蚀性能都好。其后各国都推出一些低合金高强度硼钢，如在T-1系列钢基础上降低合金元素含量的T-1-A、T-1-B级钢及14MnMoVBRE、12MnNiCrMoVCuB、14MnMoNbB等。低合金高强度硼钢的近来发展主要是成分调整、改进性能、加大钢材尺寸等。如通过降低碳及某些合金元素含量，减小焊接裂纹敏感性；也可加钙、降硫、防止应力裂纹。作为低合金高强度硼钢的含硼空冷贝氏体钢有新的进展。除50年代首出于英国人皮克林(Pickering P.B.)等的钼硼系之外，70年代初中国学者方鸿生等发明了锰硼系。以锰代钼，经济效益显著，故发展很快，现已有低碳、中碳、中高碳系列10余个牌号，一些产品已工业生产。产品有耐磨钢球、耐磨铸钢件、塑料模具、轴类、连杆、弹簧等，用于冶金、矿山、机械、建材、电力、化工、汽车等领域。含硼弹簧钢弹簧钢中加硼原来也主要是利用硼提高淬透性的作用，保证钢材整个截面淬透，使弹簧具有良好的力学及疲劳等性能。钢号有60CrMnB、55SiMnVB、55Si2MnB等。但是近些年来的研究发现，硼还能改善钢的抗弹性减退性能。钢的弹性减退抗力提高，制成弹簧的允许设计应力即可增加，从而可减小弹簧的尺寸、重量。据此已经研究出一些弹减抗力优良的含硼新弹簧钢，美、日等国都有这类钢，特别适宜制汽车螺旋弹簧，如RK360、ND250S，设计应力都超过1200MPa，可制高应力弹簧。7 硼元素的测定方法——偶氮氯膦Ⅲ直接分光光度法1．方法要点用硝酸溶样，在pH<1介质中，以草酸掩蔽三价铁、四价钛等干扰元素，加偶氮氯膦Ⅲ与稀土直接显色。2．试剂(1)硝酸溶液(1+1)。(2)混合显色溶液称取35g草酸，0.07g偶氮氯膦Ⅲ溶于水中，用水稀释至1L。3．分析步骤称取0.0300g试样于125mL广口三角瓶中，加入5mL硝酸溶液．加热溶解后蒸发近干，取下稍冷，加入10mL 水。加15mL混合显色溶液，充分摇动。于波长680nm处，用3cm比色皿，以不含稀土的钢或生铁为参比液，测定吸光度。4．标准曲线的绘制称取相近或相同牌号不同稀土量的标样，同试样操作，绘制吸光度和稀土量的标准曲线。5．附注(1)本法显色酸度较宽。但操作时应控制不使溶液蒸干。(2)显色比较稳定，可数小时不变。6．测定范围硼元素含量0.0050％～0.15％。8 展望硼钢所具有的优越性是明显的。

硼资源丰富、价格便宜而且在钢中含量极少，在供应上不存在问题；用以代替贵重的合金元素不仅可缓和资源供应的紧张状况，而且经济上亦合算；硼钢在各种性能上(如力学性能，热加工、热处理、焊接等工艺性能)也具有优势，是名副其实的物美价廉的材料。在日益激化的资源竞争、商品市场竞争中，硼钢的生产、应用、研究工作还将不断发展、扩大。今后硼钢在不需热处理或简化热处理的钢板、棒材、高强度薄板方面的应用将增加，特别体现在汽车用材方面。硼在钢中其他作用如提高高温性能、改善弹减抗力，利用氮化硼以提高铁素体在奥氏体内的形核率等，今后将深入细致地研究，并逐渐扩大在实际生产中的应用。

低合金钢中合金元素作的作用

合金元素在钢中的作用 随着现代工业和科学技术的不断发展，在机械制造中，对工件的强度、硬度、韧性、塑性、耐磨性以及其他各种物理化学性能的要求愈来愈高，碳钢已不能完全满足这些要求了。 原因： ①由碳钢制成的零件尺寸不能太大。否则，因淬透性不够而不 能满足对强度与塑性、韧性的要求。加入合金元素可增大淬 透性。 ②用碳钢制成的切削刀具不能满足切削红硬性的要求。用合金 工具钢、高速钢和硬质合金。 ③碳钢不能满足特殊性能的要求，如要求耐热、耐低温、抗腐 蚀、有强烈磁性或无磁性等等，只有特种的合金钢才能具有 这些性能。 合金钢是以碳钢为基础，金相组织和相应的碳钢大体上是相似的。在钢中加入合金元素，钢的机械性能显著提高。弄清楚各种合金元素对钢材的影响对控制产品质量有非常大的作用。 1 合金元素在钢中的存在方式 1.1 合金元素与钢中的碳相互作用，形成碳化物存在于钢中 按合金元素在钢中与碳相互作用的情况，它们可以分为两大类：(1) 不形成碳化物的元素(称为非碳化物形成元素)，包括镍、硅、铝、钴、铜等。由于这些元素与碳的结合力比铁小，因此在钢中它们不能与碳化合，它们对钢中碳化物的结构也无明显的影响。

(2) 形成碳化物的元素(称为碳化物形成元素)，根据其与碳结合力的强弱，可把碳化物形成元素分成三类。 1）弱碳化物形成元素：锰 锰对碳的结合力仅略强于铁。锰加入钢中，一般不形成特殊碳化物(结构与Fe3C不同的碳化物称为特殊碳化物)，而是溶入渗碳体中。 2）中强碳化物形成元素；铬、钼、钨 3）强碳化物形成元素：钒、铌、钛 有极高的稳定性，例如TiC在淬火加热时要到1000℃以上才开始缓慢的溶解，这些碳化物有极高的硬度，例如在高速钢中加人钒，形成V4C，使之有更高的耐磨性。 1.2 合金元素溶解于铁素体(或奥氏体)中，以固溶体形式存在于钢中。 1.3 合金元素与钢中的氮、氧、硫等化合，以氮化物、氧化物、硫化物和硅酸盐等非金属夹杂物的形式存在于钢中。 1.4 游离态，即不溶于铁，也不溶于化合物：铅，铜 2 合金元素对钢的平衡组织的影响 表现在改变铁碳合金状态图。 2.1 合金元素对钢临界温度的影响 锰、镍、铜使A3线降低，钼、钨、硅、钒使A3线升高。同样影响A1，影响程度更大。 2.2 合金元素对钢共析点（S点）位置的影响

钢中碳锰元素的用途

含碳量决定金属的硬度，锰则是决定金属的机械性能 1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。 2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。硅量增加，会降低钢的焊接性能。 3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。 4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。 5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的

延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。 6、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。 7、镍(Ni)：镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。但由于镍是较稀缺的资源，故应尽量采用其他合金元素代用镍铬钢。 8、钼(Mo)：钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力(长期在高温下受到应力，发生变形，称蠕变)。结构钢中加入钼，能提高机械性能。还可以抑制合金钢由于火而引起的脆性。在工具钢中可提高红性。 9、钛(Ti)：钛是钢中强脱氧剂。它能使钢的内部组织致密，细化晶粒力；降低时效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在铬18镍9奥氏体不锈钢中加入适当的钛，可避免晶间腐蚀。 10、钒(V)：钒是钢的优良脱氧剂。钢中加0.5%的钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。 11、钨(W)：钨熔点高，比重大，是贵生的合金元素。钨与碳形成碳化钨有很高的硬度和耐磨性。在工具钢加钨，可显著提高红硬性和热强性，作切削工具及锻模具用。 12、铌(Nb)：铌能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性，提高强度，

常用合金元素的作用

1、钢的分类 1.1 一般分类碳钢也叫碳素钢，含炭量 WC 小于 2%的铁碳合金。碳钢除含碳外一般还含有少量的硅、锰、硫、磷按用途可以把碳钢分为碳素结构钢、碳素工具钢和易切削结构钢三类。碳素结构钢又分为建筑结构钢和机器制造结构钢两种按含碳量可以把碳钢分为低碳钢（WC ≤ 0.25%）,中碳钢 （WC0.25%——0.6%）和高碳钢（WC>0。6%）。合金钢种类很多，通常按合金元素含量多少分为低合金钢（含量＜5％），中合金钢（含量 5％～10％），高合金钢（含量＞10％）；按质量分为优质合金钢、特质合金钢；按特性和用途又分为合金结构钢、不锈钢、耐酸钢、耐磨钢、耐热钢、合金工具钢、滚动轴承钢、合金弹簧钢和特殊性能钢（如软磁钢、永磁钢、无磁钢）等。 2、钢中合金元素分类 2.1 根据各种元素在钢中形成碳化物的倾向，可分为三类：强碳化物形成元素，如钒、钛、铌、锆等。这类元素只要有足够的碳，在适当的条件下，就形成各自的碳化物;仅在缺碳或高温的条件下,才以原子状态进入固溶体中。碳化物形成元素，如锰、铬、钨、钼等。这类元素一部分以原子状态进入固溶体中，另一部分形成置换式合金渗碳体,如(Fe，Mn)3C、(Fe，Cr)3C 等,如果含量超过一定限度（除锰以外），又将形成各自的碳化物,如(Fe，Cr)7C3、(Fe， W)6C 等。不形成碳化物元素，如硅、铝、铜、镍、钴等。这类元素一般以原子状态存在于奥氏体、铁素体等固溶体中。合金元素中一些比较活泼的元素，如铝、锰、硅、钛、锆等，极易和钢中的氧和氮化合，形成稳定的氧化物和氮化物，一般以夹杂物的形态存在于钢中。锰、锆等元素也和硫形成硫化物夹杂。钢中含有足够数量的镍、钛、铝、钼等元素时能形成不同类型的金属间化合物。有的合金元素如铜、铅等，如果含量超过它在钢中的溶解度，则以较纯的金属相存在。 2.2 钢中主要合金元素 主要合金元素有硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒、钛、铌、锆、钴、铝、铜、硼、稀土等。其中钒、钛、铌、锆等在钢中是强碳化物形成元素，只要有足够的碳，在适当条件下，就能形成各自的碳化物，当缺碳或在高温条件下，则以原子状态进入固溶体中；锰、铬、钨、钼为碳化物形成元素，其中一部分以原子状态进入固溶体中，另一部分形成置换式合金渗碳体；铝、铜、镍、钴、硅等是不形成碳化物元素，一般以原子状态存在于固溶体中。 现分别说明它们在钢中的作用。 碳（C）：是对钢的性能影响最大的基本元素，是决定钢力学性能的主要因素。不同的碳含量依据钢中杂质元素含量和轧后冷却条件的不同对于钢的性能影响是不同的。一般说来，随着钢中碳含量的增加，屈服点和抗拉强度升高，碳钢在热轧状态下的硬度直线上升，塑性和韧性降低。在亚共析范围内（碳含量小于 0.80％时），碳对抗拉强度的影响是，随着碳含量增加，抗拉强度不断提高；超过共析范围后（当碳含量大于 0.80％时），抗拉强度随碳含量的增加减缓，最后发展到随碳含量的增加抗拉强度降低。另外，含碳量增加时碳钢的

化学奥赛无机元素化学习题硼族元素含答案

【高中化学奥林匹克竞赛辅导】无机元素化学习题 第十一章硼族元素 1. 下列为有关硼酸的一些反应的图解，试写出其反应方程式，并指出反应条件。 B2H6 ↑ Mg2B2O5·H2O→Na2B4O7·10H2O→BF3→H[BF4] ↓H2SO4 B2O3←HBO2←H3BO3→BPO4 CH2－O (CH3)3BO3 HO－C B－OH CH2－O 2. 试解释下列各术语： (1)缺电子化合物(2)三中心键 3. B2H6的结构怎样？此分子中呈现出什么类型的键？ 4. 为什么BN和BP都能形成石墨型的结构？ 5. 硼酸晶体为什么呈鳞片状？晶体中硼酸分子是怎样结合在一起的？ 6. 硼酸H3BO3有没有象磷酸那样的碱式盐？为什么？ 7. 用盐酸可以溶解难溶的碳酸盐（如碳酸钙），但如用醋酸（K=1.8×10－5）或硼酸（K=7.8×10－10）能溶解碳酸钙吗？为什么? 8. 在焊接金属时，使用硼砂的原理是什么？用反应方程式表示硼砂和下列各氧化物共熔时所发生的化学反应：CaO，Fe2O3，NiO。 9. 为什么不能用AlC13·6H2O加热脱水制备无水的AlCl3? 10. 铝与硫混合，当加热时会剧烈的反应，生成硫化铝，但是此硫化铝不能从混有铝离子和硫离子的溶液中得到，如何解释？写出硫化铝与水的化学反应方程式。 11. 按金属的电极电位，铝的还原性远大于氢，但它不能将水中的H+还原为H2，可是在氢离子浓度比水小得多的碱性溶液中，铝反而可以容易地取代出氢气来，为什么？ 12. 已知A12O3(s)，Fe2O3(s)，MnO2(s)和MgO(s)的标准生成焓分别为： －1672，－823.5，－518.3，－601.9kJ?mol－1 (1) 试求生成1mol铁，铝热剂反应的热效应? (2) 若用MnO2来代替Fe2O3，要得到lmol Mn反应的热效应如何？ (3) 如果用MgO来代替Fe2O3，此反应是放热还是吸热，Al能否把MgO还原到Mg？ 13. 铟能显示＋l和＋3价态，但没有＋2价态，但是它的氯化物中有一种分子式为InCl2，如何解释？ 14. 为什么不能制得TlI3和Tl2S3? 15. 虽然TlI与KI是同晶型的，但为什么TlI不溶于水？ 16. 铊的化学性质，在某些方面相似于铝，在一些方面相似于IA金属，试用化学事实来说明上述叙述。 17. 今有K2SO4、Pb(NO3)2、SnC12、SbC13、A12(SO4)3和Bi(NO3)3等六瓶溶液，如何用

合金元素在钢中的主要作用

简述几种常见合金元素在钢中的主要作用 为了改善和提高钢的某些性能和使之获得某些特殊性能而有意在冶炼 过程中加入的元素称为合金元素。常用的合金元素有铬，镍，钼，钨，钒，钛，铌，锆，钴，硅，锰，铝，铜，硼，稀土等。磷，硫，氮等在某些情况下也起到合金的作用。 (1)铬(Cr) 铬能增加钢的淬透性并有二次硬化的作用，可提高碳钢的硬度和耐磨性而不使钢变脆。含量超过12%时，使钢有良好的高温抗氧化性和耐氧化性腐蚀的作用，还增加钢的热强性。铬为不锈钢耐酸钢及耐热钢的主要合金元素。 铬能提高碳素钢轧制状态的强度和硬度，降低伸长率和断面收缩率。当铬含量超过15%时，强度和硬度将下降，伸长率和断面收缩率则相应地有所提高。含铬钢的零件经研磨容易获得较高的表面加工质量。 铬在调质结构中的主要作用是提高淬透性，使钢经淬火回火后具有较好的综合力学性能，在渗碳钢中还可以形成含铬的碳化物，从而提高材料表面的耐磨性。 含铬的弹簧钢在热处理时不易脱碳。铬能提高工具钢的耐磨性、硬度和红硬性，有良好的回火稳定性。在电热合金中，铬能提高合金的抗氧化性、电阻和强度。 （2）镍（Ni） 镍在钢中强化铁素体并细化珠光体，总的效果是提高强度，对塑性的影响不显著。一般地讲，对不需调质处理而在轧钢、正火或退火状态使用的低碳钢，一定的含镍量能提高钢的强度而不显著降低其韧性。据统计，每增加1%的镍约可提高强度。随着镍含量的增加，钢的屈服程度比抗拉强度提高的快，因此含镍钢的比可较普通碳素钢高。镍在提高钢强度的同时，对钢的韧性、塑性以及其他工艺的性能的损害较其他合金元素的影响小。对于中碳钢，由于镍降低珠光体转变温度，使珠光体变细；又由于镍降低共析点的含碳量，因而和相同的碳含量的碳素钢比，其珠光体数量较多，使含镍的珠光体铁素体钢的强度较相同碳含量的碳素钢高。反之，若使钢的强度相同，含镍钢的碳含量可以适当降低，因而能使钢的韧性和塑性有所提。镍可以提高钢对疲劳的抗力和减小钢对缺口的敏感性。镍降低钢的低温脆性转变温度，这对低温用钢有极重要的意义。含镍%的钢可在-100℃时使用，含镍9%的钢则可在 -196℃时工作。镍不增加钢对蠕变的抗力，因此一般不作为热强钢的强化元素。 镍含量高的铁镍合金，其线胀系数随镍含量增减而显著变化，利用这一特性，可以设计和生产具有极低或一定线胀系数的精密合金、双金属材料等。 此外，镍加入钢中不仅能耐酸，而且也能抗碱，对大气及盐都有抗蚀能力，镍是不锈耐酸钢中的重要元素之一。 （3）钼（Mo）

合金元素在钢中的作用完整版

了合金化而加入的合金元素，最常用的有硅、猛、珞、線、钳、鹄、帆，钛，锐、硼、铝等。现分别说明它们在钢中的作用。 1、硅在钢中的作用： （1）提高钢中固溶体的强度和冷加工硕化程度使钢的韧性和塑性降低。 （2）硅能显著地提高钢的弹性极限、屈服极限和屈强比，这是一般弹簧钢。（3）耐腐蚀性。硅的质量分数为15% — 20%的高硅铸铁，是很好的耐酸材料。含有硅的钢在氧化气氛中加热时，表面也将形成一层Si02薄膜，从而提高钢在高温时的抗氧化性。 缺点：（4）使钢的焊接性能恶化。 2、镭在钢中的作用 （1）镭提高钢的淬透性。 （2）镭对提高低碳和中碳珠光体钢的强度有显著的作用。 （3）镭对钢的高温瞬时强度有所提高。 镭钢的主要缺点是，①含猛较高时，有较明显的回火脆性现象；②镭有促进晶粒长大的作用，因此镭钢对过热较敬感t在热处理工艺上必须注意。这种缺点可用加入细化晶粒元素如钮、飢、钛等来克服：⑧当镭的质量分数超过1%时, 会使钢的焊接性能变坏，④镭会使钢的耐锈蚀性能降低。 3、珞在钢中的作用 （1）珞可提高钢的强度和硬度。 （2）珞可提高钢的高温机械性能。 （3）使钢具有良好的抗腐蚀性和抗氧化性 （4）阻止石墨化 （5）提高淬透性。 缺点：①辂是显著提高钢的脆性转变温度②辂能促进钢的回火脆性。4、W 在钢中的作用 （1）可提高钢的强度而不显著降低其韧性。 （2）银可降低钢的脆性转变温度，即可提高钢的低温韧性。 （3）改善钢的加工性和可焊性。 （4）银可以提高钢的抗腐蚀能力，不仅能耐酸，而且能抗碱和大气的腐8 /I 蚀。 5、钮在钢中的作用 （1）铝对铁素体有固溶强化作用。 （2）提高钢热强性 （3）抗氢侵蚀的作用。 （4）提高钢的淬透性。 缺点：钮的主要不良作用是它能使低合金钳钢发生石墨化的倾向。6、钩在钢中的作用 （1）提高强度 （2）提高钢的高温强度。 （3）提髙钢的抗氢性能。

微合金元素在钢中的作用(精)

为了合金化而加入的合金元素, 最常用的有硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒,钛,铌、硼、铝等。现分别说明它们在钢中的作用。 1、硅在钢中的作用 : (1提高钢中固溶体的强度和冷加工硬化程度使钢的韧性和塑性降低。 (2 硅能显著地提高钢的弹性极限、屈服极限和屈强比 , 这是一般弹簧钢。 (3耐腐蚀性。硅的质量分数为 15%-20%的高硅铸铁,是很好的耐酸材料。含有硅的钢在氧化气氛中加热时,表面也将形成一层 SiO 2薄膜,从而提高钢在高温时的抗氧化性。 缺点:(4使钢的焊接性能恶化。 2、锰在钢中的作用 (1锰提高钢的淬透性。 (2锰对提高低碳和中碳珠光体钢的强度有显著的作用。 (3锰对钢的高温瞬时强度有所提高。 锰钢的主要缺点是,①含锰较高时,有较明显的回火脆性现象; ②锰有促进晶粒长大的作用, 因此锰钢对过热较敏感 t 在热处理工艺上必须注意。这种缺点可用加入细化晶粒元素如钼、钒、钛等来克服:⑧当锰的质量分数超过 1%时,会使钢的焊接性能变坏,④锰会使钢的耐锈蚀性能降低。 3、铬在钢中的作用 (1铬可提高钢的强度和硬度。 (2铬可提高钢的高温机械性能。 (3使钢具有良好的抗腐蚀性和抗氧化性

(4阻止石墨化 (5提高淬透性。 缺点:①铬是显著提高钢的脆性转变温度②铬能促进钢的回火脆性。4、镍在钢中的作用 (1可提高钢的强度而不显著降低其韧性。 (2镍可降低钢的脆性转变温度,即可提高钢的低温韧性。 (3改善钢的加工性和可焊性。 (4镍可以提高钢的抗腐蚀能力,不仅能耐酸,而且能抗碱和大气的腐蚀。 5、钼在钢中的作用 (1钼对铁素体有固溶强化作用。 (2提高钢热强性 (3抗氢侵蚀的作用。 (4提高钢的淬透性。 缺点:钼的主要不良作用是它能使低合金钼钢发生石墨化的倾向。 6、钨在钢中的作用 (1 提高强度 (2提高钢的高温强度。 (3提高钢的抗氢性能。 (4是使钢具有热硬性。因此钨是高速工具钢中的主要合金元素。

合金元素在钢中的作用

合金元素在钢中的作用 2008-03-27 20:32 合金元素在钢中的作用 1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过%。碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。 2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有－%的硅。如果钢中含硅量超过硅就算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入－%的硅，强度可提高15－20%。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。硅量增加，会降低钢的焊接性能。 (1)提高钢中固溶体的强度和冷加工硬化程度使钢的韧性和塑性降低。 (2) 硅能显著地提高钢的弹性极限、屈服极限和屈强比,这是一般弹簧钢。 (3)耐腐蚀性。硅的质量分数为15％一20％的高硅铸铁，是很好的耐酸材料。含有硅的钢在氧化气氛中加热时，表面也将形成一层SiO2薄膜，从而提高钢在高温时的抗氧化性。 缺点：（4）使钢的焊接性能恶化。 3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰－%。在碳素钢中加入%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn 钢比A3屈服点高40%。含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。 （1）锰提高钢的淬透性。 （2）锰对提高低碳和中碳珠光体钢的强度有显著的作用。 （3）锰对钢的高温瞬时强度有所提高。 锰钢的主要缺点是，①含锰较高时，有较明显的回火脆性现象；②锰有促进晶粒长大的作用，因此锰钢对过热较敏感t在热处理工艺上必须注意。这种缺点可用加入细化晶粒元素如钼、钒、钛等来克服：⑧当锰的质量分数超过1％时，会使钢的焊接性能变坏，④锰会使钢的耐锈蚀性能降低。 4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。因此通常要求钢中含磷量小于%，优质钢要求更低些。 5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于%，优质钢要求小于%。在钢中加入的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。

合金元素在钢中的作用

了合金化而加入的合金元素,最常用的有硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒,钛,铌、硼、铝等。现分别说明它们在钢中的作用。 1、硅在钢中的作用: (1)提高钢中固溶体的强度与冷加工硬化程度使钢的韧性与塑性降低。 (2) 硅能显著地提高钢的弹性极限、屈服极限与屈强比,这就是一般弹簧钢。(3)耐腐蚀性。硅的质量分数为15％一20％的高硅铸铁,就是很好的耐酸材料。含有硅的钢在氧化气氛中加热时,表面也将形成一层SiO2薄膜,从而提高钢在高温时的抗氧化性。 缺点:(4)使钢的焊接性能恶化。 2、锰在钢中的作用 (1)锰提高钢的淬透性。 (2)锰对提高低碳与中碳珠光体钢的强度有显著的作用。 (3)锰对钢的高温瞬时强度有所提高。 锰钢的主要缺点就是,①含锰较高时,有较明显的回火脆性现象;②锰有促进晶粒长大的作用,因此锰钢对过热较敏感t在热处理工艺上必须注意。这种缺点可用加入细化晶粒元素如钼、钒、钛等来克服:⑧当锰的质量分数超过1％时,会使钢的焊接性能变坏,④锰会使钢的耐锈蚀性能降低。 3、铬在钢中的作用 (1)铬可提高钢的强度与硬度。 (2)铬可提高钢的高温机械性能。 (3)使钢具有良好的抗腐蚀性与抗氧化性 (4)阻止石墨化 (5)提高淬透性。 缺点:①铬就是显著提高钢的脆性转变温度②铬能促进钢的回火脆性。4、镍在钢中的作用 (1)可提高钢的强度而不显著降低其韧性。 (2)镍可降低钢的脆性转变温度,即可提高钢的低温韧性。 (3)改善钢的加工性与可焊性。 (4)镍可以提高钢的抗腐蚀能力,不仅能耐酸,而且能抗碱与大气的腐蚀。

5、钼在钢中的作用 (1)钼对铁素体有固溶强化作用。 (2)提高钢热强性 (3)抗氢侵蚀的作用。 (4)提高钢的淬透性。 缺点:钼的主要不良作用就是它能使低合金钼钢发生石墨化的倾向。6、钨在钢中的作用 (1) 提高强度 (2)提高钢的高温强度。 (3)提高钢的抗氢性能。 (4)就是使钢具有热硬性。因此钨就是高速工具钢中的主要合金元素。7、钒在钢中的作用 (1)热强性。 (2)钒能显著地改善普通低碳低合金钢的焊接性能。8、钛在钢中的作用 (1)钛能改善钢的热强性,提高钢的抗蠕变性能及高温持久强度;(金属材料长期在高温条件下受热应力的作用而产生缓慢、连续的塑性变形的现象,叫金属的蠕变) (2)并能提高钢在高温高压氢气中的稳定性。使钢在高压下对氢的稳定性高达600℃以上,在珠光体低合金钢中,钛可阻止钼钢在高温下的石墨化现象。因此,钛就是锅炉高温元件所用的热强钢中的重要合金元素之一。 9、铌在钢中的作用 (1)铌与碳、氮、氧都有极强的结合力,并与之形成相应的极为稳定的化合物,因而能细化晶粒,降低钢的过热敏感性与回火脆性。 (2)有极好的抗氢性能。 (3)铌能提高钢的热强性 10、硼在钢中的作用 ; (1)提高钢的淬透性。 (2)提高钢的高温强度。强化晶界的作用。 11、铝在钢中的作用

合金元素在钢中的主要作用

§5－1 合金元素在钢中的主要作用 教学过程 一、复习提问： 碳素钢的性能特点 二、新课教学： 合金元素在钢中的主要作用（强化铁素体、形成合金碳化物、细化晶粒、提高钢的淬透性、提高钢的回火稳定性） 三、课后小结： 合金钢与碳素钢的区别 四、作业安排： 练习册P23，一、1、2；二、1、2、4；三、6 五、板书设计（见下页）： 六、教学后记： §5－1 合金元素在钢中的主要作用 1、定义：为改善钢的性能，在冶炼时有目的地加入一种或几种合金元素的钢。 2、含碳量：＜2.11%。 3、常用元素： Cr铬、Ni镍、Mo钼、W钨、V钒、Ti钛、Al铝、B硼、Nb铌、Nd钕。 4、合金元素的影响： 可以得到所需的力学性能，用于重要零件； 特殊物理（熔点、磁性）、化学（耐热、耐腐蚀）性能； 特殊工艺性能（焊接、热处理）； 使C曲线右移，淬透性提高。 一、强化铁素体（除铅外）： 1、存在形式： 大多数合金元素溶于α-Fe，形成合金铁素体。 2、作用： 3、对韧性的影响： Si＜1.0%、Mn＜1.5%，F韧性不下降，超过此量，则F韧性下降。 Cr≤2%、Ni≤5%，明显强化F，提高F韧性。 二、形成合金碳化物： 1、存在形形式（合金元素与碳亲和力不同）：

（1）非碳化物形成元素：镍、钴、铜、硅、铝、硼，不形成碳化物，溶于F 和A ，形成合金F 和合金A 。 （2）弱碳化物形成元素：Mn 锰，与碳亲和力弱，大部分溶于F 或A ，少部分溶于Cm ，形成合金渗碳体。 （3）中碳化物形成元素：Cr 铬、Mo 钼、W 钨，和碳亲和力强，形成合金渗碳体，硬度提高，明显提高低合金钢强度，组织比Cm 稳定。 （4）强碳化物形成元素：V 钒、Nb 铌、Ti 钛，与碳形成特殊碳化物，比合金Cm 有更高的熔点、硬度和耐磨性，组织更稳定。 2、作用： 碳化物种类、性能、在钢中分布状态，直接影响钢的性能、热处理相变。 如果碳化物以弥散状分布，则强度↑、硬度↑、耐磨性↑，对工具钢有重要意义。 三、细化晶粒（除Mn 外）： 1、元素作用： Mn 使晶粒长大倾向增大，即过热。 其他元素加热时抑制A 长大，降低长大速度 V 、Nb 、Ti 形成的碳化物，铝在钢中形成的AlN 、Al2O3细小质点，相当于孕育剂，增加形核率。 2、结果： 细化晶粒，使强度↑、韧性↑。使晶粒细化。 四、提高钢的淬透性(除钴外)： 1、作用： 合金元素溶于A ，使过冷A 稳定性增强，推迟珠光体转变，使C 曲线右移，V 临↓、淬透性↑。 2、结果： 淬透性好，可采用冷却能力较低的介质，防变形、开裂，保持尺寸和形状精度。 在同样淬火条件下，合金钢淬硬层较深，大截面零件组织均匀，综合力学性能提高。 3、常用元素：Mo 、Mn 、Cr 、Ni 、Si 、B 。 4、特例：微量的B （0.0005%～0.003%）可明显提高淬透性。 五、提高钢的稳定性： 1、回火稳定性：钢在回火时，抵抗软化、抵抗硬度下降的能力。 2、产生原因：合金元素阻碍M 分解，且碳化物不易析出，即使析出也不易长大，保持较大弥散度，硬度下降慢。

第12章 氮族、碳族和硼族元素 习题参考答案

第12章 氮族、碳族和硼族元素 习题参考答案 1. （1）解： NH 4 (NH 4)2SO 4HSO 4(NH 4)2Cr 2O 2O 3 + N 2 O （2）解： 2KNO 32 + O 2Cu(NO 3) 222 2AgNO 3 2．解：(1) 5NO 2-+ 2MnO 4- + 6H 5NO 3- + 2Mn 2+ + 3H 2O 3NO 2-+ Cr 2O 27 + 8H + →3NO 3- +2Cr 3+ +7H 2O (2) 2NO 2- + 2I - + 4H +2NO↑+ I 2 + 2H 2O (3) HNO 2+NH 2+ 2H 2O 3．解：（1） NH 4(NH 4)2SO 产生白色沉淀(BaSO 4) （2） KNO KNO 产生蓝色溶液(N 2O 3)、红棕色气体(NO 2) （3） AsCl BiCl SbCl 产生黄色沉淀（As 2S 3） Sb 2S 3）产生黑色沉淀（Bi 2S 3） 4．解：（1）S + 2HNO 3(浓) H 2SO 4 + 2NO↑ （2）4Zn + 10HNO 3(很稀) 4Zn(NO 3)2 + NH 4NO 3 + 3H 2 O （3）3CuS + 8HNO 3 3Cu(NO 3)2 + 3S↓ + 2NO↑ + 4H 2O （4）PCl 5+4H 2H 3PO 4+ 5HCl

（5）2AsO 33- + 3H 2S + 6H As 2S 3↓ + 6H 2O （6）AsO 43- + 2I - + 5H +H 3AsO 3 + I 2 + H 2O （7）2Mn 2+ + 5NaBiO 3 + 14H 2MnO 4- + 5Bi 3+ + 5Na + + 7H 2O （8）Sb 2S 3 + 3S 2-2SbS 33- 5．解：（1） NH 4 NH 3 O 2 Pt NO O 2 NO O 2H 2(Fe) N 2 2 2 NH 3 43 H 2SO 4( H 2SO 2 3 NH 3 （2） AsCl H 2As 23 2Na 3AsS 3 H 3AsO 3 H 4 2S(HCl)2S 5 Na 3AsS 4 （3） Na 3SbO Sb(OH) 3 SbOCl 2S 2S Na 3SbS 3 （4） 3 43) 3)3 Bi(OH)BiONO 3 6．解：A 是AsCl 3，B 是AgCl ，C 是[Ag(NH 3)2]Cl ，D 是As 2S 3，E 是(NH 4)3AsS 4，F 是As 2S 5，G 是H 2S 。有关反应式如下：

硼元素对钢性能的影响及其的测定方法

硼元素对钢性能的影响及其的测定方法 前言：硼作为一种合金元素在钢中应用的时间并不长最早把硼作为合金元素的工业化应用是在1934年，目的是为了增加钢的淬透性。人民研究发现微量的硼就可以极大的提高钢的淬透性，而其他贵重元素如铬、镍、锰等要达到同样的效果则其含量必须是硼的含量的几十倍甚至上百倍。硼作为提高淬透性合金元素，在钢中的含量较低，一般低于30X10-6（质量分数）。当硼的质量分数超过0.01%时，组织中出现硬脆的硼化物，此时的钢的韧性较低。因为硼是地壳中含量相对丰富的一种元素，将其作为合金元素来应用，可以大量节省贵重元素，对工业生产和国防建设都有积极的意义。 摘要：硼铁基合金，淬透性，硼耐热钢，溶解度，硼钢淬透性，热稳定性 1.硼铁基合金是一种新型的耐磨材料。 目前对含碳化物耐磨相的耐磨材料的研究较多，但是对含硼化物耐磨相的耐磨材料的研究相对较少。对此种材料的基础研究，也是期望能够在耐磨性能不下降的情况下，减少贵重元素的假如，降低材料成本。此种材料的设计思路是将钢中硼的质量分钟控制在0.5%~3.8%之间，由于硼在铁中的溶解度极低（硼在α-Fe中的溶解度小于0.0004%，在γ-Fe中的溶解度也只有0.02%）所以加入的硼大多行程硼化物，硼化物具有非常高的硬度（如硼与铁生成的Fe2B硬度为HV1400~1500）和热稳定性，因此是良好的耐磨相。同事通过调节碳含量来控制集体的组织和性能，从而获得一种综合性能良好的耐磨材料。 以微量硼作为合金元素、借助其提高淬透性的作用而改善钢的性能和节省合金元素的一种合金结构钢。故此，一般说它不包括利用硼的其他一些性能的含硼耐热钢、不锈钢、原子能用钢等。 简史大约在1921年第一次发现硼在钢中的淬透性效果；到1935年左右在实际生产中验证了硼的这种作用，并找到加硼的正确方法；1937年硼钢正式进入工业生产和实际应用阶段。2硼钢的生产和研究至今已经有60余年的历史，大致可分为三个阶段。 2.1 1937年至50年代末为蓬勃发展的早期。由于二次世界大战的爆发，资源供应紧张，使硼钢生产迅速增加。二次世界大战结束后有关硼钢的研究工作蓬勃地展开，到50年代初达到高潮。

无机化学16硼族元素

第十六章 硼族元素 1． 下表中给出第二、三周期元素的第一电离能数据（单位kJ ·mol 1-）试说明B,Al 的第 一电离能为什么比左右两元素的都低？ 形成全充满的稳定结构。 2． 在实验室中如何制备乙硼烷，乙硼烷的结构如何？ 答：氢负离子置换法： 3LiAlH 4+4BF 3??→?乙醚2B 2H 6+3LiF+3AlF 3 3NaBH4+4BF3?? →?乙醚 2B 2H 6+3NaBF 4 B 2H 6 的结构见课本P 778 3． 说明三卤化硼和三卤化铝的沸点高低顺序，并指出蒸汽分子的结构。 答：三卤化物的熔沸点顺序见课本P780 三卤化硼的蒸气分子均为单分子，AlF 3的蒸气为单分子。而AlCl 3的蒸气为二聚分子，其结构见课本P781 4． 画出B 3N 3H 6（无机苯）的结构。 答： 5． B 10H 14的结构中有多少种形式的化学键？各有多少个？ 答：B 10H 14的结构 6． 为什么硼酸是一种路易斯酸？硼砂的结构应怎样写法？硼砂水溶液的酸碱性如何？ 答：硼酸为缺电子化合物，中心原子B 上还有一个空的p 轨道，能接受电子对，因而为路易斯酸； 硼砂的结构式见课本P787； 硼砂水溶液显强碱性。 7． 试用化学反应方程式表示从硼砂制备下列各化合物的过程： （1）H 3BO 3 (2) BF 3 (3) NaBH 4 答：将硼砂浓溶液与浓硫酸作用后冷却得H 3BO 3 4233242454243])([SO Na BO H O H SO H OH O B Na +=++； 8． 怎样从明矾制备(1) 氢氧化铝，（2）硫酸钾，（3）铝酸钾？写出反应式。 答：将明矾KAl （SO 4）2 12H 2O 溶于水，加入适量KOH 溶液得到Al （OH ）3沉淀； Al 3++3OH -=Al （OH ）3↓

常用合金元素在钢中的作用

几种常用合金元素在钢中的作用 为了合金化而加入的合金元素，最常用的有硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒，钛，铌、硼、铝等。现分别说明它们在钢中的作用。 1、硅在钢中的作用: (1)提高钢中固溶体的强度和冷加工硬化程度使钢的韧性和塑性降低。 (2) 硅能显著地提高钢的弹性极限、屈服极限和屈强比,这是一般弹簧钢。 (3)耐腐蚀性。硅的质量分数为15％一20％的高硅铸铁，是很好的耐酸材料。含有硅的钢在氧化气氛中加热时，表面也将形成一层SiO2薄膜，从而提高钢在高温时的抗氧化性。 缺点：（4）使钢的焊接性能恶化。 2、锰在钢中的作用 （1）锰提高钢的淬透性。 （2）锰对提高低碳和中碳珠光体钢的强度有显著的作用。 （3）锰对钢的高温瞬时强度有所提高。 锰钢的主要缺点是，①含锰较高时，有较明显的回火脆性现象；②锰有促进晶粒长大的作用，因此锰钢对过热较敏感t在热处理工艺上必须注意。这种缺点可用加入细化晶粒元素如钼、钒、钛等来克服：⑧当锰的质量分数超过1％时，会使钢的焊接性能变坏，④锰会使钢的耐锈蚀性能降低。 3、铬在钢中的作用 （1）铬可提高钢的强度和硬度。 （2）铬可提高钢的高温机械性能。 （3）使钢具有良好的抗腐蚀性和抗氧化性 （4）阻止石墨化 （5）提高淬透性。 缺点：①铬是显著提高钢的脆性转变温度②铬能促进钢的回火脆性。 4、镍在钢中的作用 （1）可提高钢的强度而不显著降低其韧性。 （2）镍可降低钢的脆性转变温度，即可提高钢的低温韧性。 （3）改善钢的加工性和可焊性。 （4）镍可以提高钢的抗腐蚀能力，不仅能耐酸，而且能抗碱和大气的腐蚀。 5、钼在钢中的作用 （1）钼对铁素体有固溶强化作用。 （2）提高钢热强性 （3）抗氢侵蚀的作用。 （4）提高钢的淬透性。 缺点：钼的主要不良作用是它能使低合金钼钢发生石墨化的倾向。 6、钨在钢中的作用 (1) 提高强度 （2）提高钢的高温强度。 （3）提高钢的抗氢性能。 （4）是使钢具有热硬性。因此钨是高速工具钢中的主要合金元素。 7、钒在钢中的作用 (1)热强性。 （2）钒能显著地改善普通低碳低合金钢的焊接性能。 8、钛在钢中的作用 （1）钛能改善钢的热强性，提高钢的抗蠕变性能及高温持久强度； （2）并能提高钢在高温高压氢气中的稳定性。使钢在高压下对氢的稳定性高达600℃以

合金元素在钢中的作用

第六章合金钢 合金钢的优点：高的强度和淬透性 第一节合金元素在钢中的作用 常用合金元素： 非碳化物形成元素——Co Ni Cu Si Al 碳化物形成元素——Zr Nb V Ti W Mo Cr Mn Fe 强中强弱 一、合金元素对钢中基本相的影响 1、形成合金铁素体 合金元素→溶入A →形成合金铁素体→固溶强化（Cr,Ni较好） 2、形成合金碳化物 弱碳化物形成元素形成合金渗碳体(Fe,Mn)3C 中强碳化物形成元素形成合金碳化物(Cr23C6，Fe3W3C) 强碳化物形成元素形成特殊碳化物（VC，TiC） 熔点、硬度和稳定性： 特殊碳化物> 合金碳化物> 合金渗碳体> Fe3C 二、合金元素对Fe-FeC相图的影响 合金元素对A相区影响 扩大A相区元素（Mn）——E、S点左下移 缩小A相区元素（Cr）——E、S点左上移 奥氏体钢：1Cr18Ni9 铁素体钢：1Cr17 莱氏体钢：W18Cr4V 三、合金元素对热处理的影响 1、对加热的影响 多数元素减缓A形成，阻碍晶粒长大 2、对冷却的影响 多数元素溶入A后→过冷A稳定性↑→Vc↑→淬透性↑ →Ms点↓→残余A量↑提高淬透性的意义： ①增加淬硬层深度 ②减少工件变形、开裂倾向3、对回火的影响 ①回火稳定性→抗回火软化的能力 ②产生二次硬化（析出特殊碳化物，产生弥散强化；A残→M或B下）

一、低合金高强度钢 碳素结构钢：Q195，Q215，Q235，Q255，Q275 低合金高强度钢：Q295，Q345，Q390，Q420，Q460 Q235+Me(<3%) →Q345 1、成分：~%C，合金元素2~3% 主加元素：Mn ——固溶强化 辅加元素：Ti,Cr,Nb ——弥散强化 使用状态：热轧或正火（F + P），不需最终热处理 2、性能：较高的σs ，良好的塑性韧性， 焊接性，抗蚀性，冷脆转变温度低 3、常用钢号：Q295 （09Mn2），Q345 (16Mn) 用途：工程结构——桥梁，船舶，车辆外壳、支架、压力容器 二、易切削结构钢 牌号：Y12，Y12Pb，Y30，Y 40Mn 性能：良好的切削加工性（170~240HBS，塑性低） 切削抗力小，刀具不易磨损，加工表面粗糙度低 应用：成批、大量生产时，制作性能要求不高的紧固件和小型零件 第三节合金钢的分类与牌号 一、合金钢分类 低合金钢——低合金高强度钢、易切削结构钢 合金结构钢——渗碳钢、调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢 合金工具钢——合金工具钢、高速钢 特殊性能钢——不锈钢、耐热钢、耐磨钢 二、合金钢牌号 1、合金结构钢——20CrMnTi，60Si2Mn，25Cr2Ni4WA 2、滚动轴承钢——GCr15 3、合金工具钢——9Mn2V，CrWMn 4、高速钢——W18Cr4V，W6Mo5Cr4V2 5、不锈、耐热钢——4Cr13，0Cr18Ni11Ti，00Cr17Ni14Mo2 6、高锰耐磨钢——ZGMn13 学习思路： 用途→工作条件→性能要求→成分特点→热处理特点→典型钢种应用

硼

硼是一种典型的非金属元素。硼在自然界中只以化合物形式存在，但在地壳中分散状态的硼却分布广泛，而且是地表水、地下水、岩浆喷气、矿泉水和所有岩层的气液包裹体中所具有的元素。 硼也是非常分散的、典型的亲石元素，广泛分布于各种成因、不同类型的岩石中。 硼矿物几乎在地质旋回的所有阶段都可以形成，从岩浆作用到表生作用，在内生条件和外生条件下均可以形成工业富集。 硼矿是一种用途广泛的化工原料矿物。它主要用于生产硼砂和硼酸以及元素硼。硼在玻璃、冶金、医药、搪瓷、油漆、日用化工、农业以及国防尖端工业等部门都是不可缺少的。因此，硼资源的开发、利用，对于现代工业的发展，具有越来越重要的作用。 一、矿物原料特点 世界上含硼矿物很多，根据含硼矿物的化学组成，可将其分为三类：硼硅酸盐矿物、硼铝硅酸盐矿物和硼酸盐矿物。其中，硼硅酸盐矿物主要是硅钙硼石和赛黄晶；硼铝硅酸盐矿物主要有电气石和斧石。这两类硼矿物中，除了硅钙硼石尚具有工业价值外，其他或是难以加工，或因未大量聚集成工业矿床而意义不大。目前，作为硼工业原料的主要是第三类——硼酸盐矿物。这类矿物有100多种，但作为工业硼资源开发利用的仅有10余种，如天然硼砂、遂安石、硼镁石、硬硼钙石、天然硼酸、钠硼解石、柱硼镁石等。在中国，硼镁石、遂安石、硼镁铁矿、硼砂、钠硼解石、柱硼镁石等均可形成大、中型矿床。下面分别简介一下几种主要硼酸盐矿物的物理、化学性能。 硼镁石Mg2［B2O4(OH)］(OH)：B2O3的理论含量为41.38%；呈纤维状、板状、柱状晶形；具有丝绢光泽；颜色有白、灰、浅黄色；密度为2.62～2.75 g/cm3，莫氏硬度3～4，不溶于水。 硼镁铁矿（Mg·Fe)3 Fe［BO3］O2：B2O3的理论含量17.83% ；形态有针状、柱状、纤维状、短柱状-粒状集合体等多种晶形；具有珍珠、金刚光泽；颜色有黑色和黑绿色；密度为3.6～4.7 g/cm3；莫氏硬度5.5～6；不溶于水。 天然硼砂Na2B4O5(OH)4·8H2O：B2O3的理论含量是36.51% ；形态为晶体或致密块状、土状集合体；颜色有白色、浅灰色和浅黄色；密度为1.69～1.72 g/cm3；莫氏硬度2.0～2.5；可溶于水。 遂安石Mg2(B2O5)：B2O3的理论含量46.34%；形态有板柱状、楔状、竹叶状、针状、纤维状等多种晶形；呈玻璃油脂光泽；有白色或淡褐色；密度为2.91～2.93 g/cm3；莫氏硬度5.9；不溶于水。 钠硼解石NaCa(H2O)6［B3B2O7(OH)4］：B2O3的理论含量42.95% ；晶形有纤维状、针状集合体两种；呈玻璃、丝绢光泽；无色或白色；密度1.65～1.95 g/cm3；莫氏硬度2.5；难溶于水。 硬硼钙石Ca(H2O)［B2BO4(OH)3］：B2O3的理论含量50.81% ；形态为等粒状、放射状、致密状集合体；有玻璃、金刚光泽；白色或无色；密度2.41～2.44 g/cm3；莫氏硬度4.5～5；不溶于水。 柱硼镁石Mg［B2O(OH)3］：B2O3的理论含量42.46% ；有柱状、短柱状和纤维状3种晶形；玻璃光泽；颜色有白色、灰白色或无色；密度2.3 g/ cm3；莫氏硬度3.5。 二、用途与技术经济指标 （一）硼矿物的主要用途

(推荐)硼族元素

硼族元素硼族元素基本性质 第ⅢA族包括硼、铝、镓、铟和铊五种元素。其中除硼是非金属元素外，其余的都是金属元素，且其金属性随着原子序数的增加而增强。 硼族元素的一些基本性质列于下表中。 性质硼(B)铝(Al)镓(Ga)铟(In)铊(Tl)原子序数513314981 原子量10.8126.9869.72114.82204.38价电子构型2s22p13s23p14s24p15s25p16s26p1主要氧化态+3,0+3,0+3,(+1),0+3,+1,0(+3),+1,0共价半径(pm)88125125150155离子半径(pm)M+ M3+ - 23 - 51 - 62 132 81 144 95 第一电离势(kJ/mol)800.6577.6578.8558.3589.3电负性 2.04 1.61 1.81 1.78 2.04 硼族元素的特性 本族元素原子的价电子层结构为ns2np1，常见氧化态为+3和+1，随原子序数的递增，ns2电子对趋于稳定，特别是6s上的2个电子稳定性特别强。使得从硼到铊高氧化数(+Ⅲ)稳定性依次减小，即氧化性依次增强；而低氧化数(+I)稳

定性依次增强，其还原性依次减弱。例如：Tl(Ⅲ)是很强的氧化剂，而Tl(Ⅰ)很稳定，其化合物具有较强的离子键特性。

+Ⅲ氧化态的硼族元素具有相当强的形成共价键的倾向。硼因原子半径较小，电负性较大，使其共价倾向最强，其它的硼族元素成键时表现为极性共价键。 硼族元素的价电子层有4条轨道（ns、np x 、np y 、np z ），而只有3个价电 子，这种价电子层中价轨道数超过价电子数的原子称为缺电子原子，中心原子价轨道数超过成键电子对数的化合物称为缺电子化合物。如本族+Ⅲ价单分子化合 物BF 3、AlCl 3 等。缺电子原子在形成共价键时，往往采用接受电子形成双聚分子 或稳定化合物和形成多中心键（即较多中心原子靠较少电子结合起来的一种离域共价键）的方式来弥补成键电子的不足。 硼族元素电势图 下面列出了硼族元素的标准电极电势图。