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硅在铸铁中的多种作用--麒麟分析仪器
硅在铸铁中的多种作用
发布日期:[19:48:22]   
    

硅在铸铁中的多种作用

近年来,为了适应多方面的要求,各种新工艺、新材料不断涌现,轻合金铸件、铸钢件的应用都发展很快,但是到目前为止,铸铁件的需求量仍然稳居首位。硅是地壳中蕴藏最丰富的元素,无匮乏之虞,而且在各种铸铁中,硅都是主要构成元素之一,对铸铁组织中石墨的形态、数量,乃至基体组织的形成,都有非常重要的作用。南京麒麟仪器集团专业生产的炉前碳硅分析仪可以精准的检测铸铁里的碳硅元素。时至今日,硅在铸铁中的作用,我们的认知还很有限,南京麒麟仪器集团与大家一起来进一步探索。

 硅在铸铁中的作用

硅在铸铁中的作用是多方面的,其中,我们最关注的首先是“促进石墨化”和“固溶强化”两项,除此以外,硅还有不少重要的作用,在这里,简单地提一提以下两点:

(1)溶于液态铸铁中的硅,使铁液抗氧化能力大为增强,而且硅还可以使氮在铁液中的溶解度降低。正是由于硅的这种作用,铸铁才可以在强氧化性、富氮的条件下熔炼。各种铸造合金中,只有铸铁才能够用冲天炉、氧气回转炉这类熔炼设备,在富氧、富氮的气氛中熔炼。

(2)将铸铁中硅含量提高到3.5%以上,铸铁的抗氧化能力、抗热生长性能都大为改善。早期,各国耐热铸铁的标准中,就都有了硅系耐热铸铁的牌号。近年来,出于节能的考虑,各种内燃机提高了排气的温度,各国汽车行业中,都很重视耐热硅钼球墨铸铁件的应用。

1、硅在铸铁中促进石墨化的作用

铸铁中硅是促进石墨化作用最强的合金元素,硅促进石墨化的能力,是镍的3倍,铜的5倍。

无论在液态或固态的铸铁中,硅与铁结合的作用都比碳强。

液态铸铁中含有硅,就会使碳的溶解度降低。铁液中硅的含量越高,碳含量相应地越低,就会有更多的碳被排挤出来。

铁液为过共晶成分时,硅含量高,凝固过程中,就有更多的碳以初生石墨的形态析出,直到剩余的铁液达到共晶成分后发生共晶转变。

铁液为亚共晶成分时,凝固过程中,硅富集于初生奥氏体中。

共晶转变时,硅富集于早期结晶的共晶奥氏体中,抑制碳与铁化合成渗碳体,增强碳在奥氏体中的扩散速度,促使碳以共晶石墨的形态析出。

共析转变时,固溶于奥氏体中的硅,仍然抑制碳与铁形成渗碳体,增强碳在奥氏体中的扩散速度,促使碳以共析石墨的形态析出。

在灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁和黑心可锻铸铁中,碳和硅是影响石墨形态、数量的主要元素。就是基本上不含石墨的白心可锻铸铁,在其脱碳退火的过程中,硅促进碳在奥氏体中扩散,对于这种可锻铸铁的脱碳也有重要的作用。

此外,铸铁中的氧和氮都有稳定碳化物的作用。铸铁中含有的硅,可以使其中的氧、氮含量降低,这样,又间接地增强了硅对石墨化的作用。

2、硅在铁素体中的固溶强化作用

在固态的铸铁中,硅几乎全部固溶于奥氏体和铁素体,不进入碳化物。硅原子与铁原子可以结合成具有强共价键的含硅铁素体,不仅促进铁素体形成,而且使铁素体强化的作用很强。

为了了解硅强化铁素体的能力,避免石墨形态和其他合金元素的影响,20世纪50年代,国外有人在碳含量为0.1%、不含其他合金元素的钢中,加入不同量的硅,以比较硅对力学性能的影响,结果见表1。表1中,还列出了组织为全部珠光体、不含其他合金元素的碳钢的性能,供对比。


由表1可见,硅强化铁素体的作用很明显。硅含量的提高后,抗拉强度和硬度都随之提高。但是,硅固溶强化的铁素体,抗拉强度和硬度的值仍明显地低于珠光体。

铸铁中,利用硅的固溶强化作用,可以减少或不用铜、镍、锡、钼、铬等提高强度的合金元素,当然是有益的。可是,很长时间以来。铸造行业还没有充分地利用硅的这种潜能

就灰铸铁而言,由于片状石墨切割基体的作用很大,铸铁的强度不高,一般对伸长率也不要求。虽然提高灰铸铁的强度,主要是靠控制石墨的形态、数量,以及减小共晶团的尺寸,但也不能不尽可能地增强基体组织。除需求量很少的低牌号灰铸铁外,一般都要求基体组织全部为珠光体。为了得到珠光体基体,铸铁中的硅含量当然不宜太高。因此,铸造行业的同仁也就很少注意硅的固溶强化作用。

就球墨铸铁而言,所有的牌号对伸长率都有严格的要求。由表1可见,珠光体中固溶的硅量增多,伸长率相应地有所降低,硅含量超过3%后尤为明显。

此外,从很多有关球墨铸铁力学性能的试验报告中,都可见到类似的数据。

经相当长的一段时间,逐渐形成了这样一种观念,即:铸铁中的硅含量太高,会导致延性、韧性降低。因此,硅的固溶强化作用往往就没有受到重视。实际上,有些试验数据中只考虑硅含量的改变,忽略了其他因素的影响,无意中夸大了硅的‘脆化’作用。


南京麒麟科学仪器集团有限公司

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2017年7月19日

 
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