?碳当量对材料性能的影响

碳当量对材料性能的影响

    决定灰铸铁性能的主要因素为石墨形态和金属基体的性能。当碳当量（CE=C+1/3Si）较高时，石墨的数量增加，在孕育条件不好或有微量元素时，石墨形状恶化。这样的石墨使金属基体能够承受负荷的面积减少，而且在承受负荷时产生应力集中现象，使金属基体的强度不能正常发挥，从而降低铸铁的强度。在材料中珠光体具有好的强度、硬度，而铁素体则质底较软而且强度较低。当随着C、Si的量提高，会使珠光体量减少，铁素体量增加。因此，碳当量的提高将在石墨形状和基体***两方面影响铸铁铸件的抗拉强度和铸件实体的硬度。在熔炼过程控制中，碳当量的控制是解决材料性能的一个很重要的因素。

在我们的电炉熔炼经验和理论基础上，我认为在电炉熔炼过程中微量元素主要有N、Pb、Ti，这些元素对灰铸铁的影响主要有以下几方面：铅

    当铁水中的铅含量较高时（>20PPm），尤其是与较高的含氢量相互作用，在厚大断面的铸件很容易形成魏氏石墨，这是因为树脂砂的保温性能好，铁水在铸型中冷却较慢，（对厚大断面这种倾向明显，）铁水处于液态保温时间较长，由于铅和氢的作用使铁水凝固比较接近于平衡状态下的凝固条件。当这类铸件凝固完毕，继续冷却时，奥氏体中的碳要析出，成为固态下的二次石墨。在正常情况下，二次石墨仅使共晶石墨片增厚，这对力学性能不会产生很大影响。但含氮和氢量高时，会使奥氏体同晶面上石墨表面能降低，使二次石墨沿着奥氏体晶面长大，伸入金属基体中，在显微镜下观察，在片状石墨片的侧面长出许多象毛刺一样的小石墨片，俗称石墨长毛，这就是魏氏石墨及形成原因。在铸铁中的铝能促使铁液吸氢，而增加其氢含量，因此铝对魏氏石墨的形成，也有间接的影响。

    当铸铁中出现魏氏石墨时，对其力学性能影响很大，尤其是强度、硬度，严重时可降低50%左右。

在生产中，常根据对铸件性能的要求。按加热温度的不同，把回火分为低温回火，中温回火，和高温回火。淬火和随后的高温回火相结合的热处理工艺称为调质，即在具有高度强度的同时，又有好的塑性韧性。

1、低温回火：150-250℃ ，M回，减少内应力和脆性，提高塑韧性，有较高的硬度和。用于制作量具、刀具和滚动轴承等。

2、中温回火：350-500℃ ，T回，具有较高的弹性，有的塑性和硬度。用于制作弹簧、锻模等。

3、高温回火：500-650℃ ，S回，具有良好的综合力学性能。用于制作齿轮、曲轴等。

通过对钢件表面的加热、冷却而改变表层力学性能的金属热处理工艺。表面淬火是表面热处理的主要内容，其目的是获得的表面层和有利的内应力分布，以提高工件的能和性能。

电子束热处理

早在上世纪70年始研究和应用。早期用于薄钢带、钢丝的连续退火，能量密度   高可达10W/cm。电子束表面淬火除应在真空中进行外，其他特点与激光相同。当电子束轰击金属表面时，轰击点被加热。电子束穿透材料的取决于加速电压和材料密度。例如，150kW的电子束在铁表面上的理论穿透大约为0.076mm；在铝表面上则可达0.16mm。

电子束在很短时间内轰击表面，表面温度升高，而基体仍保持冷态。当电子束停止轰击时，热量向冷基体金属传导，从而使加热表面自行淬火。为了地进行"自冷淬火"，整个工件的体积和淬火表层的体积之间至少要保持5∶1的比例。表面温度和淬透还与轰击时间有关。电子束热处理加热，奥氏体化的时间仅零点几秒甚至   短，因而工件表面晶粒很细，硬度比一般热处理高，并具有良好的力学性。