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收藏词条   编辑词条 影响铸铁微观偏析的因素

创建时间:2008-08-02

1.合金因素不同的合金元素在铸铁中具有不同的偏析行为,这是由于各元素的下列属性决定的:

(1)相图形状:溶质元素(x)影响铸铁Fe-C-x相图形状,当相图中固-液相线水平距离增大时,溶质在奥氏体枝晶心部与边缘的浓度差值增大,偏析加重。

(2)元素与碳的作用:铸铁中的石墨化元素(Si、Cu、Ni等)能提高C的活度,促使C从奥氏体中排出,自身却富集于奥氏体晶内,显示反偏析行为。而碳化物形成元素(Mn、Cr、V、Mo…等)降低碳的热力学活度,容易与被排斥出奥氏体的C结合,富集在最后凝固区域,具有正偏析特点。

(3)元素的固相扩散系数:扩散系数对偏析程度有重要影响。大多数溶质元素(除C、N、O外)在固相中的扩散系数都很小,扩散速度远低于凝固界面向前推进速度,很难达到成分平衡。元素在固相中的扩散系数越小,偏析则越大。与固相扩散系数相比,液相扩散系数对微观偏析的影响较小。

(4)元素相互作用:元素之间的相互作用可改变偏析倾向。如果第三组元使某元素的溶质平衡分配系数K0变小(在K0<1时),则会加大该元素的偏析。

2.工艺因素

(1)冷却速度:根据一般合金的凝固规律,随冷却速度增大,晶内偏析程度加剧,因为熔液在较低温度下凝固,元素的扩散变得更加困难。然而当冷却速度达到快速凝固(103~109K/s)的速度时,偏析倾向却大为减小,甚至不出现偏析。因为此时,枝晶端部的温度快速降到固相线,固液界面以平界面生长代替枝晶生长,固相内的成分成为均一。但是,对于铸件,冷却速度的影响规律不同,冷却速度大的薄壁铸件偏析程度轻;冷却慢的铸铁(尤其是球墨铸铁),晶界偏析严重。在厚大截面的铸铁件中,奥氏体晶界特别是共晶团晶界出现晶问碳化物的趋势明显,这是由于正偏析元素有充足时间被排斥于最后凝固的液体并与那里的碳相结合的结果。例如Ti在灰铸铁中容易形成钛的碳化物、氮化物及钛氮碳化物,在金属型铸造快速冷却条件下,发现TiC主要分布在珠光体,TiN分布在铁素体基体内。而慢冷的铸件,Ti的化合物则多以颗粒状偏析于晶界。

(2)凝固过程液相流动:短程的液相对流可改善溶质混合状态,使固一液界面附近的扩散边界层减薄,利于析出均一的固相,从而减小偏析。

(3)组织因素:奥氏体枝晶(或共晶团晶粒)的粗细影响偏析程度,极细的晶粒易使溶质元素Ka值向1逼近,减轻偏析程度。

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