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硅Si(熔点1415℃)

时间:2019-02-21      来源:http://www.wxoke.com

硅Si(熔点1415℃)

1、对基体组织的影响(Si在α铁中溶解度只有18.5%)

硅是铸铁的常存五元素之一,能减少碳在液态和固态铁中的溶解度,促进石墨的析出,因此是促进石墨化的元素,其作用为碳的1/3左右,故增加硅量会增加石墨的数量,也会使石墨粗大;反之,减少硅量,会使石墨细小。

在灰铸铁中,硅的含量控制在1.1 %~2.7%的范围内,一般说来,碳硅含量低可获得较高的机械强度和硬度,但流动性稍差;反之,碳硅含量高,流动性好,机械强度和硬度较低。

当薄壁铸件出现白口时,可提高碳硅含量使之变灰;当厚壁铸件出现粗大的石墨时,应适当降低碳硅含量,并达到提高机械强度和硬度的目的。

在球墨铸铁中,球化前的硅含量控制在1.0 %~2.0%的范围内,这主要考虑到球化孕育剂还要带入一部分硅量,通常,球化后的硅含量终控制在1.8 %~3.3%,在此范围内,随着硅量的提高,铁素体量增加,并能细化韧性。

对于珠光体球墨铸铁,硅含量终控制在1.8%~2.5%较为合适,以不出现自由渗碳体为原则;

对于铁素体球墨铸铁,硅含量终控制在2.6%~3.3%,以不显著降低韧性为原则。

硅能有效地降低白口倾向(Si在铁中不会形成碳化物),稳定铁素体并增大铁素体硬度,改善球铁的塑性,改善合金的铸造性能,提高孕育效果。

但是硅显著增加球铁韧—脆转变温度;并且当硅增加到一定含量后,球铁的脆性随其含量的增加而明显增加。

随含硅量增高,珠光体量减少。由于硅的孕育作用,使珠光体和铁素体的比例改变。硅在球墨铸铁中使铁素体增加的作用比灰铸铁要大。

孕育剂中的硅比原铁水中的硅更能促进石墨化。

球墨铸铁硅含量一般高于灰铸铁,以抑制铁水较高的过冷倾向。

根据铸件壁厚不同,铁素体球铁硅含量应在2.5~3.0%之间选择。珠光体球铁硅含量范围应为2.1~2.6%。

2、对力学性能的影响

Si对球铁力学性能具有显著的影响,当球铁中硅含量小于5.0%时,合金的抗拉强度、屈服强度和硬度都随Si含量呈增大趋势,而断后伸长率则呈下降趋势,其含量一般在0.8~4.0%范围。

硅能提高抗拉强度、屈服强度和硬度,同时也使塑性指标降低,冲击韧性明显下降,超过3%时,急剧下降,并使脆性转变温度升高。

硅从两个方面影响球铁的冲击韧性,其一,硅是石墨化元素,硅量增高基体中铁素体量增加,提高冲击值;其二,硅元素在球铁成分范围内能全部溶于基体中,硅量增加,硅原子固溶强化基体而降低韧性。

常温时,基体中原子活性较大,硅使铁素体增加起主要作用,故含硅量增高冲击值增加;当温度逐渐降低时,原子活性减低,且硅原子固溶于铁素体基体后会使点阵产生产生强烈的畸变,阻碍了晶体晶面的滑移,基体塑性变形更加困难,材料由韧性断裂向脆性断裂转变,冲击韧度大幅度降低。

硅超过2.5%时,硅的含量每增加0.1%,脆性转变温度提高10~15℃。一般在低温(-40℃)下工作的高韧性球铁中的含硅量不应超过2.7%。

硅在灰铁中,提高w (Si)量的更重要的意义在于减少了铁液的收缩倾向。

Si可以降低铸铁的熔点,在含量4%以下,每1%Si降低熔点7.8℃左右;

Si的石墨化作用使低碳-硅合金强度降低;

Ni、Cu、Ti、Al和Zr可增大Si的石墨化作用,Cr、Mo、V、W、Mn、Sn、B、Sb、S、P则在不同程度上抵销Si的石墨化作用。

Si与Fe形成固溶体其硬度随Si量而增加,在低碳的铁-硅合金中,2.5%以下Si对延伸率无影响。Si为4.0%时合金变脆。Si对σb的影响与铸铁的总碳量有关。终抗拉强度由碳当量确定。[即碳当量CE=C+ 0.3(Si+P)];

含Si14%的低碳铸铁具有很好的耐酸和耐热性能。

对含铬量较高的品种,含Si量可适当提高,因为Si可降低奥氏体的含量,增加马氏体量,有利于提高耐磨性。

3、碳当量

适当提高碳当量可以增加球铁的流动性,利于浇注成型和补缩,也有利于减小镁球铁缩孔体积、降低缩松倾向,而且碳当量较高的铁液具有形成铁素体的倾向,还可提高石墨球数量。

对于退火高韧性球铁,适当提高碳定量有利于退火过程中基体组织中渗碳体及珠光体的分解,并获得较多的铁素体基体组织,有利于提高韧性和塑性。根据碳当量与铸件壁厚的关系,球铁的碳当量宜选择在共晶点附近,这时铁液的流动性非常好,充型能力非常强,而且可以充分利用石墨化膨胀的自补缩作用。但是,碳定量过高容易引起石墨漂浮,因此,其上限应以不出现石墨漂浮为原则,下限以不出现自由渗碳体、保证完全球化为原则。


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