李传栻 关于硅在铸铁中固溶强化作用 for 百铸网

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1、www.baizhuwang.com百铸网关于硅在铸铁中的固溶强化作用中国铸造协会李传栻进入铁器时代，是人类文明开始快速发展的里程碑。铸铁件的生产、应用，促进了早期的产业革命，推动了科学技术的进步。到现在，‘铸造’依旧是制造业的基础，但各行各业的发展却又反过来拉动铸造行业，使之进入了现代化的新时代。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。2012年，世界各国各类铸件的总产量为10083万吨，其中：灰铸铁件4599.6万吨，占45.6％；球墨铸铁件2516.7万

2、吨，占24.9％；可锻铸铁件127.5万吨，占1.3％。也就是说，目前世界各类铸件的总产量中，灰铸铁件和球墨铸铁件就占70％以上。近年来，为了遵循可持续发展的理念，除了对铸铁件功能的要求日益增强以外，还增加了轻量化、低成本、节能减排、珍惜资源等多方面的要求。因此，各国铸造行业都非常重视改进铸铁材质方面的研究、开发工作。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。从三千多年前进入铁器时代起，我们铸造行业的同仁，就一天也离不了硅，人类对硅的认识，也随着经

3、验的积累和科学技术的进步而不断深化。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。一、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：l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。l将铸铁中硅含量提高到3.5％以上，铸

4、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

5、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。8www.baizhuwang.com百铸网在灰铸铁、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，

6、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，上世纪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。

7、表1不同硅含量的铁素体的力学性能力学性能硅含量（％）全珠光体碳钢微量0.822.283.40抗拉强度（kgf/mm2）28～2931.554.064.584.0伸长率（％）6055.050.021.010.0硬度（HBW）7588124150200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

8、片状石墨切割基体的作用很大，铸铁的强度不高，一般对伸