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硅在铸铁中有什么作用,它对铸铁性能有何影响

2023-11-15

南京诺金高速分析仪器厂 ,安阳金晟冶金材料有限公司,铸造工业网


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。但是,时至今日,硅在铸铁中的作用,我们的认知还很不够,有待进一步探索的空间仍然广阔。

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。但是,时至今日,硅在铸铁中的作用,我们的认知还很不够,有待进一步探索的空间仍然广阔。

硅在铸铁中促进石墨化的作用。在铸铁中,硅是促进石墨化作用的合金元素,其促进石墨化的能力,是镍的3倍、铜的5倍。而且无论在液态或固态的铸铁中,硅与铁结合的作用都比碳强。另外,液态铸铁中含有硅,就会使碳的溶解度降低。铁液中硅的含量愈高,碳含量相应地愈低,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。

 

 

硅在铸铁中有什么作用,它对铸铁性能有何影响

硅是强烈促进石墨化的元素 , 这一作用有下述三个方面的含义:

①碳溶解度的变化。铸铁作为铁碳合金,碳在铁水中的溶解度受硅锰等元素的影响。硅能减少碳的溶解度,使碳在铁水中和奥氏体中溶解能力降低,提高了碳的活度,在铸铁凝固的过程中,硅使共晶温度推移至含碳量较低的位置,硅促使石墨共晶凝固而不是渗碳体共晶凝固,这就是硅促进石墨化的第一个方面。

②共晶平衡温度差△T扩大,在铁碳合金相图中,稳定的石墨共晶和介稳定的渗碳体共晶平衡温度之差较小,仅为6℃,但在高Si/C铸铁中,含硅量高,石墨共晶的平衡温度提高,渗碳体共晶的平衡温度显著下降,使△T增大,铸铁凝固过程中,铸件将不出现渗碳体,达到促进石墨化的目的。由于增大△T的值,使高硅碳比铸铁铸出的床身边角和飞次,不出现白口。

③共晶生长速度的改变。由试验数据可以得知,低硅碳比与高硅碳比的铸铁的临界冷却速度分别为113℃/min和160.6℃/min。所谓临界冷却速度及曲线转折点对应的冷却速度。从中可以看出对高硅碳比铸铁而言,即使快速冷却,也能石墨化。硅提高了临界冷却速度,前述的高硅碳比铸铁件飞刺无白口,根据临界冷却速度变化也能说明。

 

 

硅在铸铁中有什么作用,它对铸铁性能有何影响

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。

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。

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