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时间:2019-03-01
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1、灰铸铁微观偏析特点灰铸铁微观偏析特点 灰铸铁微观偏析特点 1.偏析倾向严重铸铁内含有较多的溶质元素,元素的相互作用加大了铸铁的偏析程度。Mn、Cr、V、W、Mo等正偏析元素被凝固的固相推向LTF区,与LTF区中的碳相结合,进一步加重微观偏析。钢常存的溶质元素(如Si、C、Mn、S、P)明显低于铸铁,因而偏析倾向比铸铁小。例如,Cr在钢中的Ka=0.94,而在铸铁中可达到Ka=0.70。 2.元素的分布复杂铸铁的溶质元素含量大、凝固组织种类多使元素分布变得复杂。例如:亚共晶灰铸铁的初生奥氏体与共晶奥氏体虽都是奥氏体组织,但两者的偏析系数Ka不同。在一个共晶团内溶质元素的
2、浓度也是极不均匀的,这可从图1的颜色差别看出;另外,枝晶不仅在横截面上存在偏析,长度方向也存在成分差异(见图2)。 图1共晶团内的偏析 (白灰色小区最后凝固,含正偏析元素高) 3.存在反偏析特性对于大多数工程合金的元素偏析均表现为正偏析。铸铁则不同, 图2枝晶的偏析 a)横截面上的偏析b)长度方向上的偏析 除正偏析外,还有一部分元素凝固时显示出反偏析属性。灰铸铁中的溶质元素被分成正偏析与反偏析两大类: 正偏析元素-Mn、Cr、V、Mo、W、P、S等 反偏析元素-Si、Al、Cu、Ni、Co 不难看出,各元素的偏析特性与它们的石墨化能力、形成碳化物的倾向有密
3、切关系(P、S除外)。正偏析元素主要是碳化物形成元素;反偏析元素则是强烈的石墨化元素。 铸铁中硅及其他石墨化元素的反偏析行为是由于铸铁含有较高的碳、硅量所引起。低碳钢是含碳、硅量偏低的Fe-C-Si系三元合金,在组成它的Fe-C、Fe-Si二元合金中,溶质元素C、Si的分配系数Ka<1。凝固时,根据溶质再分布原理,虽然C、Si也要分布于液相,但C、Si偏析到液相的数量相对较少,Si←→C相斥力的能量不足以破坏系统中固相晶粒富Fe,液相富碳、富硅的分布特点。然而,对于C、Si较高的铸铁则不同,Fe-C-Si系中硅的分布按另一种方式进行。此时,由于C、Si浓度提高,Si←→C
4、相斥力大为增强,Si从富C的微小体积中被置换出来,被C排斥出液体优先进入Fe相。随枝晶(或共晶团)的长大,Si不断固溶于奥氏体,液相中的Si量却逐渐减少,由原先的正偏析转成反偏析,而C的微观偏析符号仍保持不变。在液相中Si被C排斥而不是C被Si排斥的原因在于:Si的3s3p轨道上的价电子离核心更远,并且被它的(K、L)两个内层所屏蔽,而C只有一个(K)屏蔽层。因此,与Fe形成化学键时,Si比C更有优势。硅在Fe-C-Si合金中偏析方向的转变与碳含量有密切关系,见表1。当w(C)>0.35%时,Ka>1,硅转成反偏析。当Si量升高时,临界含C量也随之提高。 表1硅的偏折系数
5、Ka与碳含量的关系合金种类w(C)(%)Ka15钢0.150.9135钢0.341.0045钢0.481.1060MnSi20.651.20可锻铸铁2.601.51灰铸铁3.151.60
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