Si含量对Fe-Si合金渗碳处理组织和性能的影响
Mg、Si含量对Al-Mg-Si合金力学性能及耐腐蚀性能的影响
上 海 金 属 ＳＨＡＮＧＨＡＩＭＥＴＡＬＳ
Ｖｏｌ．４１，Ｎｏ．４ Ｊｕｌｙ，２０１９
Ｍｇ、Ｓｉ含量对 ＡｌＭｇＳｉ合金力学性能及耐腐蚀性能的影响
金 曼 匡秀琴 季清清 朱 源
（上海大学 材料科学与工程学院，上海 ２００４４４）
【摘要】 采用布氏硬度试验、拉伸试验、金相显微镜和透射电子显微镜（ＴＥＭ）等方法，研 究了 Ｍｇ、Ｓｉ含量变化对 ＡｌＭｇＳｉ合金力学性能和耐晶间腐蚀性能以及析出行为的影响。结果 表明：随着 Ｍｇ、Ｓｉ含量的增加，ＡｌＭｇＳｉ合金的时效硬化速率显著提高，时效峰值硬度和强度均 提高。在峰值时效状态下，高 Ｍｇ、Ｓｉ含量的合金的硬度与抗拉强度最高，但其耐晶间腐蚀性能 明显降低。高 Ｍｇ、Ｓｉ含量的合金在时效过程中晶内析出了大量细小弥散的 β″相，晶界析出相呈 细小连续分布；低 Ｍｇ、Ｓｉ含量的合金晶内析出的 β″析出相尺寸较大，晶界无沉淀析出相。
作者简介：金曼，副教授，主要从事铝合金强韧化及耐腐蚀性能研究，Ｅｍａｉｌ：ｊｉｎｍａｎ９１９＠ｓｈｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
第 ４期
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
金 曼等：Ｍｇ、Ｓｉ含量对 ＡｌＭｇＳｉ合金力学性能及耐腐蚀性能的影响
５５
和 Ｓｉ在峰值时效过程中主要以 β＂和 β＇相存在，该 强化相的形态、数量、分布均会对合金的力学性能 及耐腐蚀性能产生影响［５］。因此本文设计了 ３种 不同 Ｍｇ、Ｓｉ含量的 ＡｌＭｇＳｉ合金，重点研究了 Ｍｇ、Ｓｉ含量变 化 对 合 金 的 时 效 硬 化、力 学 性 能 及 晶间腐蚀行为的影响，并结合微观组织分析对相 关机制进行了探讨。 １ 试验材料与方法
【Ａｂｓｔｒａｃｔ】 ＥｆｆｅｃｔｓｏｆＭｇａｎｄＳｉｌｅｖｅｌｓｏｎｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｉｎｔｅｒｇｒａｎｕｌａｒｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅａｎｄｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒｏｆＡｌＭｇＳｉａｌｌｏｙｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｂｙＢｒｉｎｅｌｌｈａｒｄｎｅｓｓｔｅｓｔ， ｔｅｎｓｉｌｅｔｅｓｔ，ｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｙｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅａｎｄｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ（ＴＥＭ）ａｎｄｓｏｏｎ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆＭｇａｎｄＳｉｃｏｎｔｅｎｔｓ，ｔｈｅａｇｉｎｇｈａｒｄｅｎｉｎｇｒａｔｅｏｆＡｌＭｇＳｉ ａｌｌｏｙｅｎｈａｎｃｅｄｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ，ｔｈｅｐｅａｋｈａｒｄｎｅｓｓａｎｄｔｈｅｓｔｒｅｎｇｔｈｉｎｃｒｅａｓｅｄｔｏｏ．Ｔｈｅａｌｌｏｙｗｉｔｈｈｉｇｈ Ｍｇａｎｄ Ｓｉｃｏｎｔｅｎｔｓｈａｄ ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｓｔｈａｒｄｎｅｓｓａｎｄ ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｆｔｅｒｐｅａｋ ａｇｉｎｇ， ｂｕｔｉｔｓ ｉｎｔｅｒｇｒａｎｕｌａｒｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｗａｓｇｒｅａｔｌｙｒｅｄｕｃｅｄ．Ｄｕｒｉｎｇｔｈｅａｇｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆ ｔｈｅａｌｌｏｙｗｉｔｈｈｉｇｈＭｇａｎｄＳｉｃｏｎｔｅｎｔｓｃｏｎｓｉｓｔｅｄｏｆｆｉｎｅｄｉｓｐｅｒｓｅｄβ″ｐｈａｓｅ，ａｎｄｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｓｉｎｇｒａｉｎ ｂｏｕｎｄａｒｉｅｓｗｅｒｅｆｉｎｅａｎｄｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ；ｗｈｅｒｅａｓｔｈｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅａｌｌｏｙｗｉｔｈｌｏｗ ＭｇａｎｄＳｉ ｃｏｎｔｅｎｔｓｃｏｎｓｉｓｔｅｄ ｏｆｓｌｉｇｈｔｌｙｃｏａｒｓｅｎｅｄ β″ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｓ， ａｎｄ ｔｈｅｒｅｗａｓｎｏｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｉｎ ｇｒａｉｎ ｂｏｕｎｄａｒｉｅｓ．
各化学元素对钢材的影响
各化学元素对钢材的影响1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。
碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。
2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。
如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。
硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。
在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。
硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。
含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。
硅量增加，会降低钢的焊接性能。
3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。
在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。
含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。
锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。
4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。
因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。
5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。
使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。
硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。
所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。
在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。
6、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。
铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。
【钢铁知识】合金元素对钢铁性能的影响
【钢铁知识】合金元素对钢铁性能的影响合金元素在钢中的存在形式：溶入铁素体、奥氏体和马氏体中，以固溶体的溶质形式存在形成强化相，如溶入渗碳体形成合金渗碳体，形成特殊碳化物或者金属间化合物形成非金属夹杂，如合金元素与O、N、S形成氧化物、氮化物和硫化物有些元素如Pb、Ag等游离态存在。
一、合金元素与铁的相互作用 1 扩大奥氏体区的元素（奥氏体形成元素）使A4点上升，A3点下降，导致奥氏体稳定区域扩大无限扩大奥氏体区的元素：Ni, Mn, Co 有限扩大奥氏体区的元素：C, Cu, N 2. 缩小奥氏体区的元素（铁素体形成元素）使A4点下降，A3点上升，导致奥氏体稳定区域缩小完全封闭奥氏体区的元素：Cr, Ti, V, W, Mo, Al, Si 缩小奥氏体区，但不使之封闭的元素：B, Nb, Zr 二、合金元素与碳的相互作用 1. 非碳化物形成元素主要包括：B, N, Ni, Cu, Co, Al, Si等它们不能与碳元素形成化合物，但可以固溶于铁中形成固溶体这些元素都位于元素周期表中铁元素的右边 2. 碳化物形成元素主要包括Ti, Zr, Nb, V, W, Mo, Cr, Mn, Fe 这些元素都位于元素周期表中铁元素的左边它们都可与碳元素形成化合物，但形成的碳化物的性质差别很大Fe-C相图是研究钢中相变和对碳钢进行热处理时选择加热温度的依据，因此有必要先了解合金元素对Fe-C相图的影响。
钢中有三个基本的相变过程：加热时奥氏体的形成、冷却时过冷奥氏体的分解以及淬火马氏体回火时的转变。
合金元素对钢加热时奥氏体形成过程的影响合金元素对减小奥氏体晶粒长大倾向的作用也各不相同。
Ti、V、Zr、Nb等强碳化物形成元素强烈阻碍奥氏体晶粒长大，细化晶粒。
W、Mo、Cr 阻止奥氏体晶粒长大的作用中等。
非碳化物形成元素Ni、Si、Cu、Co等阻止奥氏体晶粒长大的作用轻微。
Mn、P有助于奥氏体晶粒的长大。
合金元素对过冷奥氏体分解过程的影响几乎所有的合金元素（除Co）外都使C －曲线向右移动，即减慢珠光体类型转变产物的形成速度。
钢材中微量元素介绍
钢材中微量元素介绍钢材材质成份解析一、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳含量超过0.23%时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。
碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。
二、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。
如果钢中含硅量超过0.50-0.60%，硅就算合金元素。
硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。
在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。
硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。
含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。
硅量增加，会降低钢的焊接性能。
三、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。
在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。
含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。
锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。
四、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。
因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。
五、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。
使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。
硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。
所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。
在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。
六、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。
含碳量对组织和性能的影响(共49张PPT)
种胞内和胞界处成份不均匀的现象称为胞状偏析。
胞状生长时溶质分布示意图 27
②枝晶偏析 当合金以树枝状方式凝固时，形成枝晶偏析。在先结 晶点液偏铸退枝析 件 火组枝体越的消晶元干的严 韧 除偏多和对重 性 。析，后流。 、枝结扩的塑间晶散产性含的越生及低不枝对抗熔充间铸蚀点分溶锭性组，质下(件元分k降)的值多布。性越枝。不能小晶通均是（偏常匀有k析凝。＜害可固枝的1以速）干，通，度含特过则越高别扩枝快熔使散晶， 0 在枝氮硫柱②另铝②正通大另特铝这②180这枝下它1宏（④ 这①⑤决这效这(不 ⑤1这下a%%0.0)正干在在状大一铜大常常多一定中是由是干：们观6对是溶加定种硬种希加种：%吋壳NN）常 含 钢 钢 晶 的 是 合 的 偏 凝 数 种 的 的 因 于 因 含 纵 可 偏 液因 入 入 铸 溶 化 胞 望入 内 纵，黄,,状而而热偏高中中区液从金液析固金情铸氧为在为高截能析体 为液形锭氮。内出 形外截它铜凝在在应析熔的是：固成铸固的速属况件化F凝F熔面留表金 F态核性过和现 核成面一锭固室室力eee程点存有细线长锭线程度和是或物固点下现属 中剂能饱胞缩 剂份部中333温温—CCC度组在害晶间的中间度越合两铸夹时组来为施 的，的和界管 ，不分的(时时ⅡⅡⅡb由比元一的区距枝的距与快金个锭杂发元或铸加 气促最的处， 促均溶)晶壳的的成成成此较多般杂前：晶氧：凝，在晶的经生多大锭搅 体进重铁成使 进匀入间状溶溶连连连引大，认质沿在有化在固液凝粒收加化，部拌 ，非要素份利 非的(铁裂件－解解续续续起的枝为。不同利物同速体固彼缩工学枝分和在自因体不用自现素纹)糊度度网网网的从情间是易样出夹样度的过此量后反间重振 凝发素是均率 发象体4状很很状状状裂里×况含有形的来杂的、对程相是形应含新动 固晶是不匀降 晶是起混小小分分分纹层下低害核温的温液流要对一成产低熔， 时核柱稳的低 核正到合低低布布布到，熔元，度。度体扩发生定氧生熔化可 脱的状定现。 的常固凝于于，，，外最点素随梯梯对散生长的化气点，帮 溶形晶的象形凝溶固00进进进层后组。着度度流越体，，物泡组只助 析成区，称成固强.. 2一一一或5凝元液下下以不积当所带。元有枝 出。和在为。的化(步步步0从c固多相，，及充收彼以多那晶 （中室胞结作×)破破破糊上2的。温一一溶分缩此如。些的 固心温状果用5坏坏坏状到0液度次次质，。相果仍熔 相等长偏，，了 了 了×凝下体逐枝枝扩遇存然断 的轴时析故k提铁铁铁0固成溶渐晶晶散时在靠、 溶晶间。称高值素素素份质降比比条，疏近破 解区放为铁越体体体不浓低较较件在松模碎 度的置正素小基基基均度，长长等它，壁， 远相时常体（体体体匀高已，，因们将的增 低对偏N的k之之之0。将，生这这素之会晶加 于宽析强＜间间间以有成样样有间减粒游 液度或度1的的的）F时的就就关的小成离 相、正，e连连连，4会晶有有。液最长细 ）中偏锰接接接N则形体利利体终而晶 ，心析还的作作作枝成向于于中的形的 气等。可形用用用晶其液细细富集成数 泡轴溶式所所所偏它体弱弱集中细目 随晶入析造造造析非内的的着缩晶。 晶区渗出成成成越平生颈颈大穴区体晶碳，。。。严衡长状状量或。长粒体使重相而二二溶缩大的形钢。。形次次质管而大成的成枝枝，。长小合强柱晶晶这大等金度状 的 的 部 。 。渗、晶形形分碳硬。成成液体0度。。体（升最F高e后，，凝塑M固n性），、3从C韧，而性使造降钢成低具晶，有界这较偏种高析现的。象强称度为；时
电脉冲孕育处理对不同Si含量Fe-Si合金凝固组织的影响
关 键词 ：电脉冲 ；凝 固组 织 ；Ｆ．ｉ ｅＳ合金 中图分 类号 ：Ｔ ３ 文献 标识 码 ：Ａ 文章 编号 ：１０— ９７ （０７ １—２０ ０ Ｇ１６． １ ０ １４ ７ ２ ０） ２ １７— ３
Ｅ仟 ｃ ｆＥｌｃ ｒ ｌｅ Ｍｏ ｉｃ ｔ ｎ Ｏ Ｉ ｉＣ ｔ ｎ ｅ ｔ ｅ ｔｉ Ｐｕｓ ｄｆ ａ ｉ ｎＳＯｉ ｆ ａ ｉ ｏ ｃ ｉ ｏ ｄ ｉ Ｏ
Ｓｔｕ ｔ ｒ ｆＦ ． ｌｙｗｉ 仟ｅ ｅ ｔ ｎ ｅ ｔａ ｉｎ ｒ ｃｕ ｅ Ｏ ｅ Ｓｉ ｏ ｔ Ｄｉ ｒ ｎ Ｃｏ ｃ ｎ ｒ ｔ ＡＩ ｈ Ｓｉ ｏ
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的铁硅合金凝 固组织变化不明显。分析认 为，电脉冲处理使ｓ原 子的外层 电子发生 了杂化 ，成键能力增 强，在合金熔 ｉ 体 中形 成 了较 多数量 的原 子集团，促进凝 固时的形核 ，使凝 固组织发生 了细化。 当Ｓ含 量较高 时，金属熔体对 电脉冲 ｉ 处 理 的 响应 更 为明 显 。
铸
・
造
Ｄｅ ．２ ０ ｃ ０ ７
维普资讯
１７ ・ ２０
Ｆ ＯＵＮＤＲＹ
Hale Waihona Puke Ｖｏ ． ６ Ｎｏ １ １ ５ 。２
电脉 冲孕育处理对不 同Ｓ含量Ｆ — ｉ ｉ ｅ Ｓ 合 金 凝 固组 织 的影 响
C、Mn、Si、S、P、Cr、Mo这几种元素含量在钢中的作用和对性能的影响
C、Mn、Si、S、P、Cr、Mo这几种元素含量在钢中的作用和对性能的影响1、铬(Cr)铬能增加钢的淬透性并有二次硬化作用。
可提高高碳钢的硬度和耐磨性而不使钢变脆；含量超过12%时。
使钢有良好的高温抗氧化性和耐氧化性介质腐蚀的作用。
还增加钢的热强性，铬为不锈耐酸钢及耐热钢的主要合金元素。
铬能提高碳素钢轧制状态的强度和硬度。
降低伸长率和断面收缩率。
当铬含量超过15%时，强度和硬度将下降，伸长率和断面收缩率则相应地有所提高。
含铬钢的零件经研磨容易获得较高的表面加工质量。
铬在调质结构钢中的主要作用是提高淬透性。
使钢经淬火回火后具有较好的综合力学性能，在渗碳钢中还可以形成含铬的碳化物，从而提高材料表面的耐磨性。
含铬的弹簧钢在热处理时不易脱碳。
铬能提高工具钢的耐磨性、硬度和红硬性。
有良好的回火稳定性。
在电热合金中，铬能提高合金的抗氧化性、电阻和强度。
(1) 对钢的显做组织及热处理的作用A、铬与铁形成连续固溶体，缩小奥氏体相区城。
铬与碳形成多种碳化物，与碳的亲和力大于铁和锰而低于钨、钼等．铬与铁可形成金属间化合物σ相(FeCr)B、铬使珠光体中碳的浓度及奥氏体中碳的极限溶解度减少C、减缓奥氏体的分解速度，显著提高钢的淬透性．但亦增加钢的回火脆性倾向(2)对钢的力学性能的作用A、提高钢的强度和硬度．时加入其他合金元素时，效果较显著B、显著提高钢的脆性转变温度C、在含铬量高的Fe-Cr合金中，若有σ相析出，冲击韧性急剧下降(3)对钢的物理、化学及工艺性能的作用A、提高钢的耐磨性，经研磨，易获得较高的表面光洁度B、降低钢的电导率，降低电阻温度系数C、提高钢的矫顽力和剩余磁感．广泛用于制造永磁钢D、铬促使钢的表面形成钝化膜，当有一定含量的铭时，显著提高钢的耐腐蚀性能（特别是硝酸）。
若有铬的碳化物析出时，使钢的耐腐蚀性能下降E、提高钢的抗氧化性能F、铬钢中易形成树枝状偏析，降低钢的塑性G、由于铬使钢的热导率下降，热加工时要缓慢升温，锻、轧后要缓冷(4)在钢中的应用A、合金结构钢中主要利用铬提高淬透性，并可在渗碳表面形成含铬碳化物以提高耐磨性B、弹簧钢中利用铬和共他合金元素一起提供的综合性能C、轴承钢中主要利用铬的特殊碳化物对耐磨性的贡献及研磨后表面光沽度高的优点D、工具钢和高速钢中主要利用铬提高耐磨性的作用，并具有一定的回火稳定性和韧性E、不锈钢、耐热钢中铬常与锰、氮、镍等联合便用，当需形成奥氏体钢时，稳定铁素体的铬与稳定奥氏体的锰、镍之间须有一定比例，如Cr18Ni9等F、我国铬资源较少．应尽量节省铬的使用2、钼(Mo)钼在钢中能提高淬透性和热强性。
合金及其熔炼课本要点总结
名词解释碳当量：根据各元素对共晶点实际碳量的影响，将这些元素的量折算成碳量增减，谓之碳当量。
共晶度：铸铁偏离共晶点的程度还可用铸铁的实际含碳量和共晶点的实际含碳量的比值来表示，这个比值称为共晶度。
缩减作用：石墨本身没有强度，在铸铁中占有一定量的体积，使金属基体承受负荷的有效面积减少，因而使铸铁的力学性能降低。
缺口作用：由于石墨在铸铁中的存在，在承受负荷时造成应力集中现象，使力学性能降低。
一次结晶：铸铁从液态转变成固态的过程称为一次结晶。
包括共析和共晶凝固两阶段。
二次结晶：铸铁的固态相变称为二次结晶。
包括：奥氏体中碳的脱溶、铸铁的共析转变和过冷奥氏体的中温及低温转变。
二重性：从热力学观点上看，Fe-Fe3相图只是介稳定的，Fe-C相图才是稳定的。
但从动力学观点看，在一定条件下按Fe-Fe3C相图转变也是可能的。
由此显出二重性。
过冷度：金属液的实际开始凝固温度与理论凝固温度的差值。
球化率：在铸铁微观组织的有代表性的视场中，在单位面积上，球状石墨数目与全部石墨数目的比值（以百分数表示）蠕化率（VG）：在具有代表性的显微视场内，蠕虫状石墨数与全部石墨数的百分比。
但其本身不能精确地反映石墨形状。
球化处理：在铁液中加入球化元素，使石墨在结晶生长时长成球状的处理过程。
球化衰退：球化处理后的铁液在停留一段时间后，球化处理效果会下降甚至是消失的现象。
抗磨铸铁：用于抵抗磨料磨损的铸铁。
磨料磨损：由硬颗粒或突出物作用使材料迁移导致的磨损。
相对耐磨性：标准试样的磨损量/试验试样的磨损量。
值越高说明试验试样磨损量越小，即耐磨性越好。
耐热铸铁：指在高温条件下具有一定的抗氧化和抗生长性能，并能承受一定载荷的铸铁。
焦铁比：加入冲天炉内的焦炭量与金属炉料量的比值。
炉料的遗传性：更换炉料后，虽然铁液的化学成分不变，但铸铁的组织都会发生变化，炉料与铸件组织之间的关系。
孕育处理：铁液浇注以前，在一定条件下（如一定的过热温度、一定的化学成分、合适的加入方法等），向铁液中加入一定量的物质（孕育剂）以改变铁液的凝固过程，改善铸态组织，从而达到提高性能的目的的处理方法。
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表１ Ｆ ｏ － Ｓ ｉ 合金的化学成分 （ ． ％）
－ －
延等技术制备的铁基表面复合材料具有高的表面硬
度和耐 磨 性 ， 是 铁 基 表 面 复 合 材 料 研 究 的 重 点 Ｊ 。 但制备 技术 要求 高 、 陶瓷 颗 粒 和基 体 界 面 结 合 等 问
为１ ６ ． ３ ｍ， 静载荷为 ３ ． ５ ｋ ｇ 。以高铬铸铁（ 含ｌ １ ． ０ ～
１ ４． ０ ％Ｃ ｒ ） 为标准 参 比试 样 ， 用 ￡表示 相对 耐磨 性 ：
ｅ标准试样
。 一
中熔炼 Ｆ ｅ ． ｓ ｉ 合金。采用化学 分析方 法测定 Ｆ ｅ ． ｓ ｉ
基金项 目：北华航天工业 学院科研基金项 目（ Ｋ Ｙ一２ ０ １ ０—１ ４ ）
Ｓ ｉ 含量对 Ｆ ｅ ． Ｓ ｉ 合金渗碳处理组织和性能的影响
李艳 霞 刘 芳 张 巨成
（ １ ．北华航天工业 学院 材料工程 系，河北 廊坊 ０ ６ ５ ０ ０ ０ ；２ ．北京北机机 电工业有 限责任公 司，北京 １ ０ １ １ ０ ９ ）
摘
要 ：以 Ｆ ｅ － Ｓ ｉ 二元合金 为基体进行表 面渗碳处理 ，研究 了 ｓ ｉ 含量对 渗碳 层组 织 、硬度及耐磨性 的影 响。结果
关键词 ：Ｆ ｅ － Ｓ ｉ 合金 ；渗碳 ；Ｓ ｉ Ｏ ；耐磨性 中图分 类号 ：Ｔ Ｇ １ ５ ６． ８ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ６ ７ ３—７ ９ ３ ８ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ２ —０ ０ １ ０—０ ４
铁基表面复合材料是在具有良好韧性 的铁基合 金表面形成高硬度耐磨层 的新型耐磨材料＿ 】 ］ 。以
第 ２ ３卷第 ２期
２ ０ １ ３年 ４月
北华航天工业学院学报
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｎｏ ｒ ｔ ｈ Ｃｈ ｉ ｎ ａ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ａｅ ｒ ｏ ｓ ｐ ａ ｃ ｅ Ｅ ｎ ￣ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ
Ｖ０ １ ． ２ ３ ＮＯ． ２ Ａｐｒ ． ２０１ ３
显示基体 中的 ｓ ｉ 原子在渗碳过程 中氧化形成 Ｓ ｉ Ｏ ：沿奥 氏体 晶界分 布 ，随 含量增 加 ，Ｓ ｉ Ｏ 含量增 加并呈 连续
网状分布 。渗碳处理后 Ｆ ｅ － Ｓ ｉ 合金表 面硬度在 ６ ４ Ｈ ＲＣ以上 ，硅原子对 渗碳 过程产生 随 ｓ ｉ 含量增加 显著 降低 。干摩擦条件下 Ｆ ｅ － Ｓ ｉ 合金渗碳层抗平面滑动摩擦磨损性能随 ｓ ｉ 含量 增加逐渐提 高 ， Ｆ ｅ － ３ ％Ｓ ｉ 合金耐磨性高于高铬铸铁 。
表面强化机理 ， 为开发新型表 面强化铁基合金提供
理 论基 础 。
磨 盘 的转 速 为 ６ ０ ｒ ／ ｍｉ ｎ ， 试 样 的径 向进 给 量 为 ４ ｍｍ ／
Ｓ，
起 始半 径为 ２ ６ ｍｍ， 终 止半径 为 １ ０ ６ ｍｍ， 磨损 行程
１ 实验材 料及 方法 以工 业 纯铁 和 工业 纯 硅 为原 料 ， 在 真 空感 应 炉
题解 决制 约 了铁 基 表面 复合材 料 的应 用 ＿ ４ ］ 。
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ｍｅ ｎｔ Ｅ ｌ ｅ
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ＡＨ ｏ ｙ
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１
２
３
Ｓ ｉ Ｆ ｅ
０． ５ ２ Ｂ ａ ｌ
１ ． ４ ６ Ｂａ ｌ
２． ９ ３ Ｂ ａ １ ．
在 Ｌ Ｅ Ｏ一１ ４ ５ ０扫描 电镜 （ Ｓ Ｅ Ｍ） 上 观 察 渗碳 层 组织 。利 用 Ｄ ／ ＭＡ Ｘ ． Ｒ Ｂ型 ｘ射 线 衍射 仪 （ Ｘ Ｒ Ｄ） 测 定渗 碳层 中相 组成 ， 扫描 速率 为 ９ ￣ ／ ｍ ｉ ｎ 。采用 Ｘ ＨＢ ．
３ ０ ０ ０ 硬度计测定渗碳层表面硬度 ， 渗碳层截面显微
硬度 测定 在 Ｌ ｅ ｉ ｃ ａ ＶＭＨＴ ３ ０ Ｍ 显 微硬 度 计 上进 行 。
按照 Ｇ Ｂ ９ ４ ５ ０ ． ８ ８中规 定 的钢 件 渗碳 淬 火 有 效 硬 化
层深度的要求 ， 采用大于 ５ ５ ０ Ｈ Ｖ的界限硬度值来测
收稿 日期 ：２ ０ １ ２—１ ２ —２ ６
高铬铸铁 铁硅 合金
实验试 样 一
式 中 为 单 位 体 积 内 的 质 量 损 失 ， 取 三 次 磨
作者 简介 ：李艳霞 （ １ ９ ７ ８一） ， 女， 讲师 ， 从 事铝基复合 材料及金
属 表 面强 化 研 究 。
一
损结果的平均值。ｅ 越大 ， 意味着在相 同条件下 ， 实 验试样相对于标准试样 的磨损率越低 ， 耐磨性越高。
表面 渗碳 处理 是一种 传 统 的改 善材 料表 面性 能 的热 处理 方法 。通 过在铁 基合 金表 面渗 碳处 理原 位
内生形成碳化物能够有效提高合金表面硬度和耐磨 性＿ ５ ］ 。铁基二元合金硬度低 ， 塑性加工性能 良好 ，
以此类合 金 为基体 ， 进行 渗碳 处理 ， 可 以得 到适应 性 广 阔 的新 型 耐磨材 料 。本文 在铁 基二元 合金 研究 基 础 上提 出 ， 以Ｆ ｅ ． ｓ ｉ 合金 为基 体 ， 通 过 渗碳 处理 在 合
定 有效硬 化层 深度 。干 摩擦 条件下 的平 面滑 动摩擦
金表面形成高硬度耐磨层 ， 通过研究基体合金 中 ｓ ｉ
含 量 对 渗碳 层 组 织 和性 能 的影 响 ， 掌握 Ｆ ｅ ． Ｓ ｉ 合 金
磨 损试 验在 Ｍ Ｌ ． １ ０磨料磨 损试 验 机上 完成 ， 试 样 为
ｄ ｐ ６ ． ０×２ ０ ｍｍ 的销形 试样 。磨 料选 用 ２ ４ ０＃砂纸 ，
Ｔ ｉ Ｃ、 ＷＣ、 ＶＣ等 碳 化 物 陶 瓷 颗 粒 为 增 强 相 、 采 用 包 括表 面原位 熔覆 、 涂覆 铸造 、 原 位反应 喷涂 以及 自蔓
合金 的成分 如表 １ 所 示 。采用 固体渗碳 法在 井式 炉
内进行渗碳处理 ， 温度为 ９ ３ ０ ￣ Ｃ ， 保温 ８ ｈ 。渗碳结束