里氏硬度計(jì)檢測(cè)實(shí)例：硅在鑄鐵中的固溶強(qiáng)化作用

近年來(lái)，為了適應(yīng)多方面的要求，各種新工藝、新材料不斷涌現(xiàn)，輕合金鑄件、鑄鋼件的應(yīng)用都發(fā)展很快，但是到目前為止，鑄鐵件的需求量仍然穩(wěn)居首位。

2012年，世界各國(guó)各類(lèi)鑄件的總產(chǎn)量為10083萬(wàn)t，其中：灰鑄鐵件4599.6萬(wàn)噸，占45.6％；球墨鑄鐵件2516.7萬(wàn)t，占24.9％；可鍛鑄鐵件127.5萬(wàn)t，占1.3％。也就是說(shuō)，目前世界各類(lèi)鑄件的總產(chǎn)量中，灰鑄鐵件和球墨鑄鐵件就占70％以上。

近年來(lái)，為了遵循可持續(xù)發(fā)展的理念，除了對(duì)鑄鐵件功能的要求日益增強(qiáng)以外，還增加了輕量化、低成本、節(jié)能減排、珍惜資源等多方面的要求。因此，各國(guó)鑄造行業(yè)都非常重視改進(jìn)鑄鐵材質(zhì)方面的研究、開(kāi)發(fā)工作。

硅是地殼中蘊(yùn)藏最豐富的元素，無(wú)匱乏之虞，而且在各種鑄鐵中，硅都是主要構(gòu)成元素之一，對(duì)鑄鐵組織中石墨的形態(tài)、數(shù)量，乃至基體組織的形成，都有非常重要的作用。但是，時(shí)至今日，硅在鑄鐵中的作用，我們的認(rèn)知還很不夠，有待進(jìn)一步探索的空間仍然廣闊。

一、硅在鑄鐵中的作用

硅在鑄鐵中的作用是多方面的，其中，我們最關(guān)注的首先是“促進(jìn)石墨化”和“固溶強(qiáng)化”兩項(xiàng)，除此以外，硅還有不少重要的作用，在這里，簡(jiǎn)單地提一提以下兩點(diǎn)：

（1）溶于液態(tài)鑄鐵中的硅，使鐵液抗氧化能力大為增強(qiáng)，而且硅還可以使氮在鐵液中的溶解度降低。正是由于硅的這種作用，鑄鐵才可以在強(qiáng)氧化性、富氮的條件下熔煉。各種鑄造合金中，只有鑄鐵才能夠用沖天爐、氧氣回轉(zhuǎn)爐這類(lèi)熔煉設(shè)備，在富氧、富氮的氣氛中熔煉。

（2）將鑄鐵中硅含量提高到3.5％以上，鑄鐵的抗氧化能力、抗熱生長(zhǎng)性能都大為改善。早期，各國(guó)耐熱鑄鐵的標(biāo)準(zhǔn)中，就都有了硅系耐熱鑄鐵的牌號(hào)。近年來(lái)，出于節(jié)能的考慮，各種內(nèi)燃機(jī)提高了排氣的溫度，各國(guó)汽車(chē)行業(yè)中，都很重視耐熱硅鉬球墨鑄鐵件的應(yīng)用。里氏硬度計(jì)廣泛應(yīng)用于模具、熱處理、機(jī)械加工、壓力容器、汽車(chē)零配件、航空航天等行業(yè)，也適用于高校、科研院所、技術(shù)監(jiān)督、特檢院等。

里氏硬度計(jì)產(chǎn)品特點(diǎn)：

●全中文顯示，菜單式操作。

●可配備7種不同沖擊裝置，可自動(dòng)識(shí)別沖擊裝置類(lèi)型。

●可實(shí)現(xiàn)6種硬度（HL、HRB、HRC、HB、HV、HS）間的相互轉(zhuǎn)換及與抗拉強(qiáng)度間的相互轉(zhuǎn)換

●可支持多種硬度制下的校準(zhǔn)

●可存儲(chǔ)100組 測(cè)量值，具有統(tǒng)計(jì)、查詢等功能；

●可預(yù)先設(shè)置硬度值上、下限，超限即自動(dòng)報(bào)警，方便用戶批量測(cè)試的需要。

●示值軟件校準(zhǔn)功能。

1．硅在鑄鐵中促進(jìn)石墨化的作用

鑄鐵中硅是促進(jìn)石墨化作用最強(qiáng)的合金元素，硅促進(jìn)石墨化的能力，是鎳的3倍，銅的5倍。

無(wú)論在液態(tài)或固態(tài)的鑄鐵中，硅與鐵結(jié)合的作用都比碳強(qiáng)。

液態(tài)鑄鐵中含有硅，就會(huì)使碳的溶解度降低。鐵液中硅的含量越高，碳含量相應(yīng)地越低，就會(huì)有更多的碳被排擠出來(lái)。

鐵液為過(guò)共晶成分時(shí)，硅含量高，凝固過(guò)程中，就有更多的碳以初生石墨的形態(tài)析出，直到剩余的鐵液達(dá)到共晶成分后發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變。

鐵液為亞共晶成分時(shí)，凝固過(guò)程中，硅富集于初生奧氏體中。

共晶轉(zhuǎn)變時(shí)，硅富集于早期結(jié)晶的共晶奧氏體中，抑制碳與鐵化合成滲碳體，增強(qiáng)碳在奧氏體中的擴(kuò)散速度，促使碳以共晶石墨的形態(tài)析出。

共析轉(zhuǎn)變時(shí)，固溶于奧氏體中的硅，仍然抑制碳與鐵形成滲碳體，增強(qiáng)碳在奧氏體中的擴(kuò)散速度，促使碳以共析石墨的形態(tài)析出。

在灰鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵和黑心可鍛鑄鐵中，碳和硅是影響石墨形態(tài)、數(shù)量的主要元素。就是基本上不含石墨的白心可鍛鑄鐵，在其脫碳退火的過(guò)程中，硅促進(jìn)碳在奧氏體中擴(kuò)散，對(duì)于這種可鍛鑄鐵的脫碳也有重要的作用。

此外，鑄鐵中的氧和氮都有穩(wěn)定碳化物的作用。鑄鐵中含有的硅，可以使其中的氧、氮含量降低，這樣，又間接地增強(qiáng)了硅對(duì)石墨化的作用。

2．硅在鐵素體中的固溶強(qiáng)化作用

在固態(tài)的鑄鐵中，硅幾乎全部固溶于奧氏體和鐵素體，不進(jìn)入碳化物。硅原子與鐵原子可以結(jié)合成具有強(qiáng)共價(jià)鍵的含硅鐵素體，不僅促進(jìn)鐵素體形成，而且使鐵素體強(qiáng)化的作用很強(qiáng)。