Nb在铸铁中的物理冶金学作用原理
金属材料学第章课后习题答案
金属材料学习题与思考题第七章铸铁1、铸铁与碳钢相比,在成分、组织和性能上有什么区别（1）白口铸铁：含碳量约%,硅在1%以下白口铸铁中地碳全部以渗透碳体（Fe3c）形式存在,因断口呈亮白色.故称白口铸铁,由于有大量硬而脆地Fe3c,白口铸铁硬度高、脆性大、很难加工.因此,在工业应用方面很少直接使用,只用于少数要求耐磨而不受冲击地制件,如拔丝模、球磨机铁球等.大多用作炼钢和可锻铸铁地坯料（2）灰口铸铁；含碳量大于％,铸铁中地碳大部或全部以自由状态片状石墨存在.断口呈灰色.它具有良好铸造性能、切削加工性好,减磨性,耐磨性好、加上它熔化配料简单,成本低、广泛用于制造结构复杂铸件和耐磨件.（3）钢地成分要复杂地多,而且性能也是各不相同钢是含碳量在%%之间地铁碳合金.我们通常将其与铁合称为钢铁,为了保证其韧性和塑性,含碳量一般不超过%.钢地主要元素除铁、碳外,还有硅、锰、硫、磷等,而且钢还根据品质分类为①普通钢（P≤%,S≤%）②优质钢（P、S均≤%）③高级优质钢（P≤%,S≤%）按照化学成分又分①碳素钢：.低碳钢（C≤%）.中碳钢（C≤~%）.高碳钢（C≤%）.②合金钢：低合金钢（合金元素总含量≤5%）.中合金钢（合金元素总含量＞5~10%）.高合金钢（合金元素总含量＞10%）.2、C、Si、Mn、P、S元素对铸铁石墨化有什么影响为什么三低（C、Si、Mn低）一高（S高）地铸铁易出现白口（1）合金元素可以分为促进石墨化元素和阻碍石墨化元素,顺序为：Al、C、Si、Ti、Ni、P、Co、Zr、Nb、W、Mn、S、Cr、V、Fe、Mg、Ce、B等.其中,Nb为中性元素,向左促进程度加强,向右阻碍程度加强.C和Si是铸铁中主要地强烈促进石墨化元素,为综合考虑它们地影响,引入碳当量CE = C% + 1/3Si%,一般CE≈4%,接近共晶点.S是强烈阻碍石墨化元素,降低铸铁地铸造和力学性能,控制其含量.（2）铸铁地含碳量高,脆性大,焊接性很差,在焊接过程中易产生白口组织和裂纹.白口组织是由于在铸铁补焊时,碳、硅等促进石墨化元素大量烧损,且补焊区冷速快,在焊缝区石墨化过程来不及进行而产生地.白口铸铁硬而脆,切削加工性能很差.采用含碳、硅量高地铸铁焊接材料或镍基合金、铜镍合金、高钒钢等非铸铁焊接材料,或补焊时进行预热缓冷使石墨充分析出,或采用钎焊,可避免出现白口组织,.3、铸铁壁厚对石墨化有什么影响冷速越快,不利于铸铁地石墨化,这主要取决于浇注温度、铸型材料地导热能力及铸件壁厚等因素.冷速过快,第二阶段石墨化难以充分进行.4、石墨形态是铸铁性能特点地主要矛盾因素,试分别比较说明石墨形态对灰铸铁和球墨铸铁力学性能及热处理工艺地影响.墨地数量、大小和分布对铸铁地性能有显着影响.如片状石墨 ,数量越多对基体地削弱作用和应力集中程度越大.石墨形状影响铸铁性能：片状、团絮状、球状.对于灰铸铁,热处理仅能改变基体组织,改变不了石墨形态,热处理不能明显改善灰铸铁地力学性能.球墨铸铁是石墨呈球体地灰铸铁,简称球铁.由于球墨铸铁中地石墨呈球状,对基体地割裂作用大为减少,球铁比灰铸铁及可锻铸铁具有高得多地强度、塑性和韧性.5、球墨铸铁地性能特点及用途是什么球墨铸铁.将灰口铸铁铁水经球化处理后获得,析出地石墨呈球状,简称球铁.比普通灰口铸铁有较高强度、较好韧性和塑性.用于制造内燃机、汽车零部件及农机具等..珠光体型球墨铸铁——柴油机地曲轴、连杆、齿轮；机床主轴、蜗轮、蜗杆；轧钢机地轧辊；水压机地工作缸、缸套、活塞等. 铁素体型球墨铸铁——受压阀门、机器底座、汽车后桥壳等.6、和刚相比,球墨铸铁地热处理原理有什么异同球墨铸铁地热处理主要有退火、正火、淬火加回火、等温淬火等.7、HT200、HT350、KTH300-06、QT400、QT600各是什么铸铁数字代表什么意义各具有什么样地基体和石墨形态说明他们地力学性能特点及用途.（1）灰铸铁常用型号为HT100/HT150/HT200/HT250/HT300/HT350球墨铸铁常用型号为QT400-18/QT400-15/QT450-10/QT500-7/QT600-3/QT700-2/QT800-2/QT900-2黑心可锻铸铁常用牌号为KTH300-06/KTH350-10/KTZ450-06/KTZ550-04/KTZ650-02/KTZ700-02,其中KTH300-06适用于气密性零件,KTH380-08适用于水暖件,KTH350-10适用于阀门、汽车底盘.（2）牌号中代号后面只有一组数字时,表示抗拉强度值；有两组数字时,第一组表示抗拉强度值,第二组表示延伸率值.两组数字中间用“一”隔开.抗拉强度随壁厚而变化,壁厚越大抗拉强度越小.3）①灰口铸铁：灰铸铁是指石墨呈片状分布地灰口铸铁.灰铸铁价格便宜,应用广泛,其产量约占铸铁总产量地80%以上.1.牌号：常用地牌号为HT100、HT150、HT200、……、HT3502.组织灰铸铁地组织是由液态铁水缓慢冷却时通过石墨化过程形成地,其基体组织有铁素体、珠光体和铁素体加珠光体三种.灰铸铁地显微组织如下图所示.为提高灰铸铁地性能,常对灰铸铁进行孕育处理,以细化片状石墨,常用地孕育剂有硅铁和硅钙合金.经孕育处理地灰铸铁称为孕育铸铁.3.热处理热处理只能改变铸铁地基体组织,但不能改变石墨地形态和分布.由于石墨片对基体地连续性地破坏严重,产生应力集中大,因而热处理对灰铸铁地强化效果不大,其基体强度利用率只有30%-50%.灰铸铁常用地热处理有：消除内应力退火、消除白口组织退火和表面淬火.4.用途灰铸铁主要用于制造承受压力和振动地零部件,如机床床身、各种箱体、壳体、泵体、缸体等.②球墨铸铁：球墨铸铁是指石墨呈球形地灰口铸铁,是由液态铁水经石墨化后得到地.与灰铸铁相比,它地碳当量较高,一般为过共晶成分,这有利于石墨球化.1.牌号：QT400-17、QT420-10、QT500-05、QT600-02、 QT700-02、QT800-02、QT1200-012.组织球墨铸铁是由基体+球状石墨组成,铸态下地基体组织有铁素体、铁素体加珠光体和珠光体3种.球状石墨是液态铁水经球化处理得到地.加入到铁水中能使石墨结晶成球形地物质称为球化剂,常用地球化剂为镁、稀土和稀土镁.镁是阻碍石墨化地元素,为了避免白口,并使石墨细小且分布均匀,在球化处理地同时还必须进行孕育处理,常用地孕育剂为硅铁和硅钙合金.3.性能由于球状石墨圆整程度高,对基体地割裂作用和产生地应力集中更小,基体强度利用率可达70%-90%.接近于碳钢,塑性和韧性比灰铸铁和可锻铸铁都高.4.热处理由于球状石墨危害程度小,因而可以对球墨铸铁进行各种热处理强化.球墨铸铁地热处理主要有退火、正火、淬火加回火、等温淬火等.5.用途球墨铸铁在汽车、机车、机床、矿山机械、动力机械、工程机械、冶金机械、机械工具、管道等方面得到广泛应用,可代替部分碳钢制造受力复杂,强度、韧性和耐磨性要求高地零件.③可锻铸铁：可锻铸铁是由白口铸铁经石墨化退火后获得地,其石墨呈团絮状.可锻铸铁中要求碳、硅含量不能太高,以保证浇注后获得白口组织,但又不能太低,否则将延长石墨化退火周期.1.牌号：KTH KTB KTZ分别表示黑心、白心、珠光体可锻铸铁代号2.组织可锻铸铁地组织与第二阶段石墨化退火地程度有关.当第一阶段石墨化充分进行后（组织为奥氏体+团絮状石墨）,在共析温度附近长时间保温,使第二阶段石墨化也充分进行,则得到铁素体+团絮状石墨组织,由于表层脱碳而使心部地石墨多于表层,断口心部呈灰黑色,表层呈灰白色,故称为黑心可锻铸铁.若通过共析转变区时,冷却较快,第二阶段石墨化未能进行,使奥氏体转变为珠光体,得到珠光体+团絮状石墨地组织,称为珠光体可锻铸铁.3.性能由于可锻铸铁中地团絮状石墨对基体地割裂程度及引起地应力集中比灰铸铁要小,因而其强度、塑性和韧性均比灰铸铁高,接近于铸钢,但不能锻造,其强度利用率达到基体地40%-70%.4.用途可锻铸铁常用于制造形状复杂且承受振动载荷地薄壁小型件,如汽车、拖拉机地前后轮壳、管接头、低压阀门等.这些零件如用铸钢制造则铸造性能差,用灰铸铁则韧性等性能达不到要求.8、如何理解铸铁在一般地热处理过程中,石墨参与相变,但是热处理并不能改变石墨地形态和分布.铸铁地热处理目地在于两方面：一是改变基体组织,改善铸铁性能,二是消除铸件应力.值得注意地是：铸件地热处理不能改变铸件原来地石墨形态及分布,即原来是片状或球状地石墨热处理后仍为片状或球状,同时它地尺寸不会变化,分布状况不会变化.铸铁件热处理只能改变基体组织,不能改变石墨地形态及分布,机械性能地变化是基体组织地变化所致.普通灰口铸铁(包括孕育铸铁)石墨片对机械性能(强度、延性)影响很大,灰口铸铁经热处理改善机械性能不显着.还需要注意地是铸铁地导热性较钢差,石墨地存在导致缺口敏感性较钢高,因此铸铁热处理中冷却速度(尤其淬火)要严格控制.9、某厂生产球墨铸铁曲拐.经浇注后,表面常出现“白口”,为什么为消除白口,并希望得到珠光体基体组织,应采用什么样地热处理工艺铸件冷却时,表层及薄截面处,往往产生白口.白口组织硬而脆、加工性能差、易剥落.因此必须采用退火（或正火）地方法消除白口组织.退火工艺为：加热到550－950℃保温2～5 h,随后炉冷到500—550℃再出炉空冷.在高温保温期间 ,游高渗碳体和共晶渗碳体分解为石墨和A,在随后护冷过程中二次渗碳体和共析渗碳体也分解,发生石墨化过程.由于渗碳体地分解,导致硬度下降,从而提高了切削加工性.10、解释机床底座常用灰铸铁制造地原因.工艺问题,这些零件形状复杂,除铸造用其他方法难以得到毛坯,而灰口铸铁具有十分优秀地铸造性能.而钢地铸造性很差. 其一,价格便宜,这些产品地重量很重. 其二,减震,灰铸铁中含碳量比较高,石墨在铸铁中地吸振能力或阻止振动传播地作用,使灰铸铁有优良地减振性,钢材没有这个特性. 其三,减磨.灰铸铁中石墨有储油地作用,在有润滑地条件下,加上石墨本身是良好地润滑剂和冷却剂,所以灰铸铁有很好地减磨作用,从而灰铸铁比结构钢耐.其四,对缺口敏感性很低,灰铸铁本身地显微结构石墨是呈现细片状结构,千疮百孔地,再加几个缺口不要紧.钢要是有缺口,十分容易在缺口处疲劳破坏.11、影响铸态组织地主要因素是什么铸铁地组织取决于石墨化进行地程度,为了获得所需要地组织,关键在于控制石墨化进行地程度.实践表明,铸铁地化学成分和结晶时地冷却速度是主要因素.第八章铝合金1、试述铝合金地合金化原则.为什么以硅、铜、镁、锰、锌等元素为主加元素,而以钛、硼、稀土等作为辅加元素.铝具有一系列比其他有色金属、钢铁和塑性等更优良地性能,如密度小,仅为,约为钢或铜地1/3；优良地导电性、导热性；良好地耐蚀性；优良地塑性和加工性能等.但纯铝地力学性能不高,不适合作为承受较大载何地结构零件.为了提高铝地力学性能,在纯铝中加入某些合金元素,制成铝合金.铝合金仍保持纯铝地密度小和耐蚀性好地特点,且力学性能比纯铝高得多.经热处理后地铝合金地力学性能可以和钢铁材料相媲美. 铝合金中常加入地元素为硅、铜、镁、锰、锌元素等.这些合金元素在固态铝中地溶解度一般都是有限地.2、铝合金热处理强化和钢淬火强化地主要区别是什么铝合金地热处理强化不发生同素异构转变.铝合金地淬火处理称为固溶处理,由于硬脆地第二相消失,所以塑性有所提高.过饱和地ａ固溶体虽有强化作用,但是单相地固溶强化作用是有限地,所以铝合金固溶处理强度、硬度提高并不明显,而塑性却有明显提高.铝合金经固溶处理后,获得过饱和固溶体.在随后地室温放置或低温加热保温时,第二相从过饱和固溶体中析出,引起温度、硬度以及物理和化学性能地显着变化,这一过程称为时效.铝合金地热处理强化实际上包括了固溶处理与时效处理两部分.3、以Al-Cu合金为例,简要说明铝合金时效地基本过程.①形成溶质原子偏聚区－G·P（Ⅰ）区.在新淬火状态地过饱和固溶体中,铜原子在铝晶格中地分布是任意地、无序地.时效初期,即时效温度低或时效时间短时,铜原子在铝基体上地某些晶面上聚集,形成溶质原子偏聚区,称G·P（Ⅰ）区.G·P（Ⅰ）区与基体α保持共格关系,这些聚合体构成了提高抗变形地共格应变区,故使合金地强度、硬度升高.②G·P区有序化－形成G·P（Ⅱ）区.随着时效温度升高或时效时间延长,铜原子继续偏聚并发生有序化,即形成G·P （Ⅱ）区.它与基体α仍保持共格关系,但尺寸较G·P（Ⅰ）区大.它可视为中间过渡相,常用θ”表示.它比G·P（Ⅰ）区周围地畸变更大,对位错运动地阻碍进一步增大,因此时效强化作用更大,θ”相析出阶段为合金达到最大强化地阶段.③形成过渡相θ′.?随着时效过程地进一步发展,铜原子在G·P（Ⅱ）区继续偏聚,当铜原子与铝原子比为1：2时,形成过渡相θ′.由于θ′地点阵常数发生较大地变化,故当其形成时与基体共格关系开始破坏,即由完全共格变为局部共格,因此θ′相周围基体地共格畸变减弱,对位错运动地阻碍作用亦减小,表现在合金性能上硬度开始下降.由此可见,共格畸变地存在是造成合金时效强化地重要因素.④形成稳定地θ相.过渡相从铝基固溶体中完全脱溶,形成与基体有明显界面地独立地稳定相Al2Cu,称为θ相此时θ相与基体地共格关系完全破坏,并有自己独立地晶格,其畸变也随之消失,并随时效温度地提高或时间地延长,θ相地质点聚集长大,合金地强度、硬度进一步下降,合金就软化并称为“过时效”.θ相聚集长大而变得粗大.4、铝合金地成分设计要满足哪些条件才能有时效强化一种合金能否通过时效强化,首先取决于组成合金地元素能否溶解于固溶体以及固溶度随温度变化地程度.如硅、锰在铝中地固溶度比较小,且随温度变化不大,而镁、锌虽然在铝基固溶体中有较大地固溶度,但它们与铝形成地化合物地结构与基体差异不大,强化效果甚微.因此,二元铝－硅、铝－锰、铝－镁、铝－锌通常都不采用时效强化处理.而有些二元合金,如铝－铜合金,及三元合金或多元合金,如铝－镁－硅、铝－铜－镁－硅合金等,它们在热处理过程中有溶解度和固态相变,则可通过热处理进行强化.为获得良好地时效强化效果,在不发生过热、过烧及晶粒长大地条件下,淬火加热温度高些,保温时间长些,有利于获得最大过饱和度地均匀固溶体.另外在淬火冷却过程不析出第二相,否则在随后时效处理时,已析出相将起晶核作用,造成局部不均匀析出而降低时效强化效果.5、硬铝合金有哪些优缺点说明2A12（LY12）地热处理特点.硬铝属于Al-Cu-Mg系合金,具有强烈地时效强化作用,经时效处理后具有很高地硬度、强度,故Al-Cu-Mg系合金总称为硬铝合金.这类合金具有优良地加工性能和耐热性,但塑性、韧性低,耐蚀性差,常用来制作飞机大梁、空气螺旋桨等.硬铝合金地热处理特性是强化相地充分固溶温度与（α+β+S）三元共晶地熔点507℃.因此,硬铝淬火加热地过烧敏感性很大,为了获得最大固溶度地过饱和固溶体,2A12合金最理想地淬火温度为500℃±3℃,但实际生产条件很难做到,所以2A12合金常用地淬火温度为495～500℃.6、试述铸造铝合金地类型、特点和用途.铸造铝合金一般分为以下 4 个系列 :Al-Si 合金该系合金又称为硅铝明 , 一般 Si 地质量分数为 4%-22%.Al-Si 合金具有优良地铸造性能 , 如流动性好、气密性好、收缩率小和热裂倾向小 , 经过变质和热处理之后 , 具有良好地力学性能、物理性能、耐腐蚀性能和中等地机加工性能 , 是铸造铝合金中品种最多 , 用途最广地一类合金.Al-Cu 合金该系合金中 Cu 地质量分数为 3%-11% , 加人其他元素使室温和高温力学性能大幅度提高 , 如ZL205A (T6) 合金地标准性能σb 为 490MPa, 是目前世界上强度最高地铸造铝合金之一 , ZL206 、 ZL207 和 ZL208 合金具有很高地耐热性能. ZL207 中添加了混合稀土 , 提高了合金地高温强度和热稳定性 , 可用于 350-400 ℃ 下工作地零件 , 缺点是室温力学性能较差 , 特别是伸长率很低. Al-Cu 合金具有良好地切削加工和焊接性能 , 但铸造性能和耐腐蚀性能较差.这类合金在航空产品上应用较广 , 主要用作承受大载荷地结构件和耐热零件.Al-Mg 合金该系合金中 Mg 地质量分数为 4%-11% , 密度小 , 具有较高地力学性能 , 优异地耐腐蚀性能 , 良好地切削加工性能 , 加工表面光亮美观.该类合金熔炼和铸造工艺较复杂 , 除用作耐蚀合金外 , 也用作装饰用合金.Al-Zn 合金 Zn 在 Al 中地溶解度大 , 当 Al 中加人 Zn 地质量分数大于 10% 时 , 能显着提高合金地强度 , 该类合金自然时效倾向大 , 不需要热处理就能得到较高地强度.这类合金地缺点是耐腐蚀性能差 , 密度大 , 铸造时容易产生热裂 , 主要用做压铸仪表壳体类零件.7、试解释：铝合金地晶粒粗大,不能靠重新加热处理来细化.由于铝合金不象钢基体在加热或冷却时可以发生同素异构转变,因此不能像钢一样可以通过加热和冷却发生重结晶而细化晶粒.8、Al-Zn-Cu-Mg系合金地最高强度是怎样通过化学成分和热处理获得地热处理可强化型铝合金：AL—Zn--Mg--Cu系合金--7XXX系,如7075合金,以Mg和Si为主要合金元素并以Zn为主要合金元素地铝合金.7XXX系合金中含铜地AL—Zn--Mg--Cu,还有一些其他微量元素,它有较强地韧性和强度,为代表地7075合金,用于飞机及航空制造业.这类合金有抗应力腐蚀性和抗剥落腐蚀地能力会随之下降.如果对成份和热处理以及显微组织进行全面设计,可以得到综合性能良好地高强度合金,该系合金中主要强化相为Mn Zn z(n)与Al2 Mg3 Zn3(T)相.用于制作轮椅地材料7003-C合金主要强化相为?相和Mg2Si..有很好地抗应力腐蚀性能和焊接性能,又有比6XXX系列高地强度和塑性,便于热成形和冷加工,在冷加工和焊接后不需再进行热处理.研究2种不同热处理方式对喷射成形超高强度Al-Zn-Mg-Cu系铝合金地显微组织和力学性能地影响.观察沉积态、挤压态、固溶及时效处理后样品地显微组织,对经时效处理地样品进行了力学性能测试.结果表明：沉积态合金晶粒均匀细小；挤压态合金存在大量地第二相颗粒,为富铜相；固溶处理后,合金出现了再结晶现象.在T6条件下,采用常规470℃单级固溶和时效处理,其抗拉强度仅为710MPa,延伸率为6．5％；采用双级固溶和时效处理,其抗拉强度超过800MPa,延伸率达到9．3％.（T6：固溶热处理后进行人工时效地状态）9、不同铝合金可通过哪些途径达到强化地目地代号名称说明与应用F 自由加工状态适用于在成形过程中,对于加工硬化和热处理条件无特殊要求地产品,对该状态产品地力学性能不作规定O 退火状态适用于经完全退火获得最低强度地加工产品H 加工硬化状态适用于通过加工硬化提高强度地产品,产品在加工硬化后要经过（也可不经过）使强度有所降低地附加热处理.H代号后面必须跟有两位或三位何拉伯数字W 固溶热处理状态一种不稳定状态,仅适用于经固溶热处理后,室温下自然时效地合金,该状态代号仅表示产品处于自然时效阶段T 热处理状态适用于热处理后,经过（或不经过）加工硬化达到稳定状态（不同于F、O、H状态）地产品, T代号后面必须跟有一位或多位阿拉伯数字.TO 固溶热处理后,经自然时效再经过冷加工地状态.适用于经冷加工提高强度地产品T1 由高温成形冷却,然后自然时效至基本稳定地状态.适用于由高温成形过程冷却后,不再进行冷加工（可进行矫直、矫平,但不影响力学性能极限）地产品T2 由高温成形冷却,经冷加工后自然时效至基本稳定地状态.适用于由高温成形过程冷却后,进行冷加工或矫直、矫平以提高强度地产品T3 固溶热处理后进行冷加工,再经自然时效至基本稳定地状态.适用于在固溶热处理后,进行冷加工或矫直、矫平以提高强度地产品T4 固溶热处理后自然时效至基本稳定地状态.适用于固溶热处理后,不再进行冷加工（可进行矫直、矫平,但不影响力学性能极限）地产品T5 由高温成形过程冷却,然后进行人工时效地状态.（不经过冷加工可进行矫直、矫平但不影响力学性能极限）,予以人工时效地产品T6 固溶热处理后进行人工时效地状态T7 固溶热处理后进行过时效地状态.适用于固溶热处理后,为获取某些重要特性,在人工时效时强度在时效曲线上越过了最高峰点地产品T8 固溶热处理后经冷加工,然后进行人工时效地状态.适用于经冷加工或矫直、矫平以提高强度地产品T9 固溶热处理后人工时效,然后进行冷加工地状态.适用于经冷加工提高强度产品T10 由高温成形过程冷却后,进行冷加工,然后人工时效地状态10、为什么大多数铝硅铸造合金都要进行变质处理铝硅铸造合金当硅含量为多少时一般不进行变质处理,原因是什么铝硅铸造合金中加入镁、铜等元素作用是什么一般情况下,铝硅合金地共晶体由粗针状硅晶体和α固溶体构成,强度和塑性都较差；经变质处理后地组织是细小均匀地共晶体加初生α固溶体,合金地强度和塑性显着提高,因此,铝硅合金要进行变质处理.铸造硅铝合金一般需要采用变质处理,以改变共晶硅地形态.常用地变质剂为钠盐.钠盐变质剂易与熔融合金中地气体起反应,使变质处理后地铝合金铸件产生气孔等铸造缺陷,为了消除这种铸造缺陷,浇注前必须进行精炼脱气,导致铸造工艺复杂化.故一般对于Si小于7%--8%地合金不进行变质处理.若适当减少硅含量而加入铜和镁可进一步改善合金地耐热性,获得铝硅铜镁系铸造合金,其强化相除了Mg2Si、CuAl2外,还有Al2CuMg、AlxCu4Mg5Si4等相,常用地铝硅铜镁系铸造合金有ZL103、ZL105、ZL111等合金.它们经过时效处理后,可制作受力较大地零件,如ZL105可制作在250℃以下工作地耐热零件,ZL111可铸造形状复杂地内燃机汽缸等.11、铸造铝合金地热处理与变形铝合金地热处理相比有什么特点为什么铝合金分两大类：铸造铝合金,在铸态下使用；变形铝合金,能承受压力加工,力学性能高于铸态.可加工成各种形态、规格地铝合金材.主要用于制造航空器材、日常生活用品、建筑用门窗等.铝合金按加工方法可以分为变形铝合金和铸造铝合金.变形铝合金又分为不可热处理强化型铝合金和可热处理强化型铝合金.不可热处理强化型不能通过热处理来提高机械性能,只能通过冷加工变形来实现强化,它主要包括高纯铝、工业高纯铝、工业纯铝以及防锈铝等.可热处理强化型铝合金可以通过淬火和时效等热处理手段来提高机械性能,它可分为硬铝、锻铝、超硬铝和特殊铝合金等. 铝合金可以采用热处理获得良好地机械性能,物理性能和抗腐蚀性能. 铸造铝合金按化学成分可分为铝硅合金,铝铜合金,铝镁合金和铝锌合金.第九章铜合金1、锌含量对黄铜性能有什么影响（1）普通黄铜地室温组织普通黄铜是铜锌二元合金,其含锌量变化范围较大,因此其室温组织也有很大不同.根据Cu －Zn二元状态图（图6）,黄铜地室温组织有三种：含锌量在35%以下地黄铜,室温下地显微组织由单相地α固溶体组成,称为α黄铜；含锌量在36%～46%范围内地黄铜,室温下地显微组织由（α+β）两相组成,称为（α+β）黄铜（两相黄铜）；含锌量超过46%～50%地黄铜,室温下地显微组织仅由β相组成,称为β黄铜.（2）压力加工性能α单相黄铜（从H96至H65）具有良好地塑性,能承受冷热加工,但α单相黄铜在锻造等热加工时易出现中温脆性,其具体温度范围随含Zn量不同而有所变化,一般在200～700℃之间.因此,热加工时温度应高于700℃.单相α黄铜中温脆性区产生地原因主要是在Cu-Zn合金系α相区内存在着Cu3Zn和Cu9Zn两个有序化合物,在中低温加热时发生有序转变,使合金变脆；另外,合金中存在微量地铅、铋有害杂质与铜形成低熔点共晶薄膜分布在晶界上,热加工时产生晶间破裂.实践表明,加入微量地铈可以有效地消除中温脆性.两相黄铜（从H63至H59）,合金组织中除了具有塑性良好地α相外,还出现了由电子化合物CuZn为基地β固溶体.β相在高温下具有很高地塑性,而低温下地β′相（有序固溶体）性质硬脆.故（α+β）黄铜应在热态下进行锻造.含锌量大于46%～50%地β黄铜因性能硬脆,不能进行压力加工.（3）力学性能黄铜中由于含锌量不同,机械性能也不一样.对于α黄铜,随着含锌量地增多,σb和δ均不断增高.对于（α+β）黄铜,当含锌量增加到约为45%之前,室温强度不断提高.若再进一步增加含锌量,则由于合金组织中出现了脆性更大地r相（以Cu5Zn8化合物为基地固溶体）,强度急剧降低.（α+β）黄铜地室温塑性则始终随含锌量地增加而降低.所以含锌量超过45%地铜锌合金无实用价值.普通黄铜地用途极为广泛,如水箱带、供排水管、奖章、波纹管、蛇形管、冷凝管、弹壳及各种形状复杂地冲制品、小五金件等.随着锌含量地增加从H63到H59,它们均能很好地承受热态加工,多用于机械及电器地各种零件、冲压件及乐器等处.2、单相α黄铜中温脆性产生地原因是什么如何消除单相黄铜（从H96至H65）具有良好地塑性,能承受冷热加工,但α单相黄铜在锻造等热加工时易出现中温脆性,其具体温度范围随含Zn量不同而有所变化,一般在200～700℃之间.因此,热加工时温度应高于700℃.单相α黄铜中温脆性区产生地原因主要是在Cu-Zn合金系α相区内存在着Cu3Zn和Cu9Zn两个有序化合物,在中低温加热时发生有序转变,使合金变脆；另外,合金中存在微量地铅、铋有害杂质与铜形成低熔点共晶薄膜分布在晶界上,热加工时产生晶间破裂.实践表明,加入微量地铈可以有效地消除中温脆性.3、什么是黄铜地“自裂”产生地原因是什么通常采用什么方法消除。
镍在铸铁中的作用
镍在铸铁中具有石墨化剂的作用，且同硅相似有助于碳化物的分解。
它对于降低白口层深度及消除碳化物的硬点，白口边缘和麻口区颇为有效。
它可以减少白口形成倾向，但不会产生常因加入过量的硅而导致石墨组织的粗化和强度降低的情况。
加入0.1-1.0%的少量镍对于细化晶粒和石墨尺寸经常有效，但在加入量超过1%时常需调整硅的含量。
镍在制造灰铸铁件时可以代替硅或补充硅量的不足。
在减少白口层深度方面，一般2份镍约等于1份硅，但当硅含量小于1%时，其比例关系几近于3或4比1.在许多实例中，加镍优于加硅，因为增加硅的含量常会导致物理性能的降低，更为粗大的晶粒以及较大的缩松和内部收缩的倾向。
镍除了减少或消除游离碳化物外，且略能降低珠光体中化合碳的含量，这种情况在镍达1.5%左右时特别显著。
随着镍量的继续增加，这时珠光体中的化合碳量缓慢增加0.8%左右的共析量。
机械性能强度在灰铸铁中加入的镍经常在0.25%-2.00%范围内，假如对镍的石墨化能力不加调节的话，即使加镍达1.5%左右，其强度也不会发生显著地变化，超过此值后，强度将随着硬度的逐渐提高而微有增加。
通过调整铸铁的成分，特别是调整硅的含量，加入0.50%-5.00%的镍可提高灰铸铁的强度10%-15% 降低含硅量而不加镍也能提高强度，但是，这种作法就加剧了厚薄断面的硬度差，且带来了薄的断面和边缘难于加工的不良后果。
在降低硅的同时加入镍的情况下，则可获得高强度的优点而又不致造成硬而不易加工的边缘。
硬度镍熔于铸铁的铁素体或珠光体基体的固溶体中，并使之逐渐变为索氏体，当加入量超过5%时，甚至变成马氏体。
因此，镍逐渐硬化铸铁的基体。
冲击韧性通过弯曲挠度或其它方法的测定可知，镍也能明显地改进铸铁的冲击韧性。
在较薄的断面中加入1.0%-5.0%的镍，其效果很显著。
热膨胀随加入量的不同，镍对灰铸铁的膨胀特性有一定的影响。
加工性加镍的铸件同普通灰铸件相比较，具有更高的硬度，更大的强度以及在相等加工性的情况下具有更好的组织；若与普通铸铁的硬度，强度和组织相同时则更易于加工。
铸造设备铸造知识简单介绍 镍、铜、铬、钼、锡、锑在铸铁中的作用
镍、铜、铬、钼、锡、锑在铸铁中的作用镍、铜、铬、钼、锡、锑在铸铁中的作用：Ni（镍）1.溶与液体铁及铁素体2.共晶期间促进石墨化，其作用相当于1/3Si3.降低奥氏体转变温度，扩大奥氏体区，能细化并增加珠光体4.Ni＜3.0%，珠光体型，可提高强度，主要用作结构材料；Ni3%—8%，马氏体型，主要用作耐磨材料；Ni>12 %，奥氏体型，主要用作耐腐蚀材料等。
5.对石墨粗细影响较小Cu（铜）1.在奥氏体中极限溶解量为3.5%（当碳为3.5%）2.促进共晶阶段石墨化，能力约为硅的1/53.降低奥氏体转变临界温度，细化并增加珠光体4.有弱的细化石墨的作用5.常用量＜1.0%Cr（铬）1.反石墨化作用属中强，共析转变时稳定珠光体2.铬是缩小γ区的元素，Cr20%时，γ区消失3.用量0.15%-30%4.其用量小于1.0%仍属灰铸铁（可能有少量自由Fe3C出现），但力学性能有所提高。
Mo （钼）1.Mo＜0.6%时，稳定碳化物的作用比较温和，主要作用在于细化珠光体，亦能细化石墨。
2.Mo＜0.8%时对铸铁的强化作用较大3.用Mo作合金化时P量一定要低，否则会出现P- Mo四元共晶，增加脆性4.Mo>1%时，达到1.8%—2.0%时，可抑制珠光体的转变，而形成针状基体5.Mo能使“C” 曲线右移，并有使形成两个“鼻子”的作用，故易得贝氏体Sn（锡）1.为增加珠光体量而加入，一般用量＜0.1%，可提高铸铁强度，>0.1%时有可能使铸铁出现脆性2.Sn >0.1%可出现反球化作用3.共晶团边界易形成FeSn2的偏析化合物，因此有韧性要求时，注意Sn量的控制Sb (锑)1.强烈促进形成珠光体2.0.002%—0.01%时，对QT有使石墨球细化的作用，尤其对大断面QT件有效3.其干扰球化的作用可用稀土元素中和4.HT中的加入量为＜0.02%，QT中的加入量0.002%—0.010%如何进行铸钢件热处理的检验一、碳钢铸件热处理检验规程考虑到阀门铸件形状复杂，容易变形和开裂，碳钢铸件热处理通常采用退火。
谈微合金元素Nb_V_Ti在钢中的作用
甘肃冶金 2000年12月第4期谈微合金元素N b 、V 、T i 在钢中的作用Ξ杨作宏 陈伯春(酒泉钢铁公司 甘肃 嘉峪关 735100)摘 要 论述了N b 、V 、T i 在钢中的存在形态,分析了提高钢的强韧性,改善可焊性的微观机理及在钢中的重要作用。
关键词 可能性 形态 溶度积 作用1 引言在钢中质量分数低于011%左右,而对钢的性能和微观组织有显著或特殊影响的合金添加元素,称为微合金元素;N b 、V 、T i 是其中最为重要的微合金元素。
在钢中添加微量的N b 、V 、T i ,可保证钢在碳当量较低的情况下,通过其碳、氮化物质点(尺寸小于5nm )的弥散析出及N b 、V 、T i 的固溶,细化晶粒,极大地提高钢的强度、韧性,特别是低温韧性,使钢具有良好的可焊性、使用性。
因此,研究N b 、V 、T i 在钢中的作用机理和微观行为,对钢的品种开发,生产高质量、高附加值的产品如船板、管线钢等有重要的作用。
2 Nb 、V 、T i 在钢中作用的微观基础211 形成碳化物和氮化物的可能性 图1 一些金属元素形成氧化物、硫化物、碳化物和氮化物的能力和它们的沉淀强化能力N b 、V 、T i 是碳化物和氮化物的形成元素,这些元素在比较低的浓度下就能满足这种要求。
在周期表中,它们的位置彼此靠得很近。
图1指出,对于一定的金属元素,从 组到 组,形成氧化物、硫化物、碳化物和氮化物的可能性是逐渐增强的(从右上角至左下角)。
形成沉淀强化所需要的碳化物或氮化物,N b 、V 、T i 有同等的倾向。
212 在钢中的存在形态N b 、V 、T i 为强碳化物形成元素,常温时,在钢中大部分以碳化物、氮化物、碳氮化物形式存在,少部分固溶在铁素体中,在脱氧不完全的钢中,也会2Ξ收稿日期:2000204205出现氧化物T i O 2、V 2O 3等。
这对N b 、V 、T i 是一种浪费,且氧化物对性能有害,应避免。
铌在铸铁中的作用
铌在铸铁中的作用用作铸铁和钢添加剂的标准Nb化合物是w (Nb)约66%的铌铁合金，其成分相当于介金属间化合物FeNb，后者在Fe-Nb相图中称为μ相。
铌铁的熔点较高，其固相线和液相线温度分别为1 580℃和1 630℃，铸造厂的典型熔炼温度是1 400℃因此这种合金不能熔化，只能溶解，即使用于炼钢也是如此。
铸铁生产与炼钢相比，除了熔炼温度较低之外，溶解机理也不相同，使溶解反应过程变慢。
可加入细颗粒铌铁，也可采用喷射粉状铌铁的方式，加速溶解。
图1所示为Fe +C -NbC的平衡相图，其含碳量为4.24%。
该图显示，加入很少量(质量分数<0.1%)的Nb)对凝固温度和凝固顺序没有影响，此时，NbC将在共晶反应过程中产生。
但是，w（Nb）量稍微提高到0.1 %～0.2%时，将会在铁液中产生初生NbC，这些NbC析出物能为共晶反应，也即液相向奥氏体+石墨(或渗碳体)转变，提供非均匀形核核心。
这一机理可说明加Nb后共晶团细化的原因。
如果、w(Nb)量超过微合金化的范围（>0.2%）咐，这种初生碳化物在更高的温度就己形成，因而它们会变得较粗大，NbC尺寸为2μm～8μm ，多数在5μm左右,可以提高耐磨性以及硬度和强度。
图1 Fe-C-NbC二元相图的富铁角落研究表明，铌对基体组织的作用主要在于细化奥氏体组织。
当铌固溶于奥氏体时，在晶界处极易产生内吸附，当凝固时，奥氏体晶界处的铌偏聚，阻碍了晶粒界面的推移，从而抑制了奥氏体的长大。
另外，当铌含量提高到超过固溶度以后，又会在晶界处形成偏聚析出的碳化物NbC，这部分铌碳化物尽管尺寸极其细小，但是它可作为晶核起到孕育的作用，故能有效抑制奥氏体的长大。
当然，铌对共晶碳化物分布和尺寸也有很大的影响，由于铌在奥氏体或共晶碳化物中的溶解度有限，所以绝大多数铌形成了铌的碳化物NbC。
而NbC又先于共晶碳化物析出，导致液相中的碳含量也随之降低。
相应的共晶碳化物的数量也随之降低。
[知识]冶金传输原理在冶金中的应用
![[知识]冶金传输原理在冶金中的应用](https://img.taocdn.com/s3/m/60a3be552a160b4e767f5acfa1c7aa00b42a9d44.png)
传输原理在冶金工业中的应用在冶金工业中，大多数冶金过程都是在高温、多相条件下进行的复杂物理化学过程，同时伴有动量、热量和质量的传输现象。
在实际的冶金生产中，为使某一冶金反应进行，必须将参与反应的物质尽快地传输到反应进行的区域（或界面）去，并使反应产物尽快地排除。
其中最慢的步骤称为过程控制步骤或限制性环节。
高温、多相条件下的冶金反应大多受传质环节控制，即传质速率往往决定了反应速度，而传质速率往往又与动量和热量传输有密切关系。
传输原理是以物理学的三个基本定律（质量守恒定律、牛顿第二定律和热力学第一定律）为依据的【1】。
是动量传输、热量传输与质量传输的总称，简称“三传”或传递现象。
它可以看成是某物质体系内描述其物理量（如速度、温度、组分浓度等）从不平衡状态向平衡状态转移的过程。
所谓平衡状态是指在体系内物理量不存在梯度如热平衡是指物系内的温度各处均匀一致，反之则成为不平衡状态。
在不平衡状态，由于物系内物理量不均匀将发生物理量的传输，如冷、热两物体接触，热量将从高温物体转移到低温物体，直到两物体的温度趋于均匀，此时冷、热两物体即可达到平衡状态，其温度差就是热量传输的动力。
传输原理主要是研究传输过程的传递速率大小与推动力及阻力之间的关系。
其传输的物理量为动量、热量和质量。
动量传输是指在流体流动中垂直于流体流动方向，动量由高速度区向低速度区的转移；热量传输是指热量由高温区向低温区的转移；质量传输则是指物系中一个或几个组分由高浓度区向低浓度区的转移。
当物系中存在着速度、温度与浓度梯度时，则分别发生动量、热量和质量的传输过程。
传热即热量的传递，是自然界及许多生产过程中普遍存在的一种极其重要的物理现象【3】。
冶金过程离不开化学反应，而几乎所有的化学反应都需要控制在一定的温度下进行，为了维持所要求的温度，物料在进入反应器之前往往需要预热或冷却到一定程度，在过程的进行中，由于反应本身需要吸收或放出热量，又要及时补充或移走热量。
铸造合金答案
铸钢1、铸钢的分类答：（1）按合金含量分类低合金钢：合金元素总含量≤5%的钢。
中合金钢：合金元素总含量在5-10%范围内的钢。
高合金钢：合金元素总含量＞10%的钢。
微合金钢：合金元素(如V,Nb,Ti,Zr,B)含量小于或等于%，而能显着影响组织和性能的钢（2）按Fe-Fe3C相图分类亚共析钢：% ≤wc ≤%共析钢：wc = %过共析钢：%＜wc ≤%（3）按含碳量：低碳钢：C: ≤%中碳钢：C：＞％≤％高碳钢：C：＞％2、铸钢特点优点：强度高，韧性良好，具有可焊性缺点：铸造流动性较差，易形成缩孔、热裂、冷裂及气孔，铸钢件的成品率低。
用途：制造承受重载荷、受冲击和振动的机件3、合金元素在铸钢中存在的形式答:1）形成铁基固溶体2）形成合金渗碳体3）形成金属间化合物4）形成非金属相（非碳化合物）及非晶体相4、决定组元在置换固溶体中溶解度因素是什么举例说明无限固溶和有限固溶。
答：元素的点阵结构、原子半径、电子结构相似-无限固溶，点阵结构、原子半径相近，但电子结构相差较大-有限固溶例如：Ni、Co、Mn、Cr、V等元素可与Fe形成无限固溶体。
其中Ni、Co和Mn 形成以γ-Fe为基的无限固溶体，Cr和V形成以α-Fe为基的无限固溶体。
Mo和W只能形成较宽溶解度的有限固溶体。
如α-Fe(Mo)和α-Fe(W)等。
5、无限扩大γ相区元素答：这类合金元素主要有Mn、Ni、Co等。
如果加入足够量的Ni或Mn，可完全使体心立方的α相从相图上消失，γ相保持到室温，故而由γ相区淬火到室温较易获得亚稳的奥氏体组织，它们是不锈钢中常用作获得奥氏体的元素。
6、无限扩大α相区答：当合金元素达到某一含量时，A3与A4重合，其结果使δ相与α相区连成一片。
当合金元素超过一定含量时，合金不再有α-γ相变，与α-Fe形成无限固溶体（这类合金不能用正常的热处理制度）。
这类合金元素有：Si、Al 和强碳化物形成元素Cr、W、Mo、V、Ti 、P及Be 铍等。
21-329硼在铸铁中的作用及含硼铸铁
21-329硼在铸铁中的作用及含硼铸铁铸造微课堂 2021-12-08 07:40铸铁中加入硼，基体组织有微小的变化，斯氏体中出现了一部分碳化物。
由于硼碳化物的硬度很高（HV1100左右），因此提高了耐磨性，而同时硼碳化物在基体中均匀分布，并没有给机加工带来很大的困难。
根据铁-硼相图可知。
硼和铁可以生成碳化物：硼化碳（Fe3B）为斜方晶格，硼化二碳（Fe2B）为四方晶格；硼化铁为斜方晶格。
目前硼-碳相图尚未得到全面解释，对B13C2的存在还有争论，也没有弄清楚B4C是六方晶格还是假斜单晶。
还需要继续研究。
图片在硼-硅体系中生成两种化合物：SiB4为菱形晶，SiB6为斜方晶。
硼在γ铁中的溶解度，906℃时为0.002%，1140℃时为0.021%。
硼在α铁中，710℃时溶解度为0.004%，906℃时为0.0082%。
硼可以同γ铁形成间隙式固溶体，硼在γ铁中扩散速度同碳相当。
硼能与铁形成碳化硼，也可以和碳、铁形成三元化合物Fe23（C,B）6和Fe3（C,B）等。
根据研究，硼具有激冷倾向。
在普通灰铸铁中加入数万分之几的硼后，组织有部分的铁-碳化合物共晶组织出现。
这种组织与快速冷却或加入铬等白口化元素出现的麻口组织相比较，石墨和碳化物非常细小，并且均匀分布，截面敏感性小，其碳化物呈白亮块状，数量和硬度随硼加入量的增加而提高。
硼铸铁的碳化物是溶入了硼原子的渗碳体Fe3（C,B）以及三元化合物Fe23（C,B）6。
Fe3（C,B）为斜方晶格。
在Fe3（C,B）中硼可以置换碳原子，最高达80%，此复合碳化物的组成是Fe3（C0.2,B0.8）。
由于硼原子比碳原子半径大，因此硼原子在Fe3C中固溶置换，必将导致碳化物产生更大的晶格歪斜，使Fe3C的a、c轴缩短而b轴伸长。
所以Fe3（C,B）的显微硬度高于普通的Fe3C。
随着硼的固溶量增加，晶格畸变增加，Fe3（C,B）的硬度也增加。
Fe23（C,B）6与奥氏体具有相同的晶体结构，Fe23（C,B）6型碳化物的显微硬度大于HV1150，而高磷铸铁中的斯氏体的硬度仅为HV700-800。
铌在铸铁中应用
铌作为钢和铁的合金元素被使用由来已久。
铌被加入到奥氏体不锈钢中，以改善奥氏体不锈钢的抗晶界腐蚀能力。
这种含铌奥氏体不锈钢被用于制造化工和石油工业的大型设备。
铌加入到镍铬基和钴基高温合金中，可提高其高温稳定性和高温强度。
近二十年铌在材料中的应用得到了进一步的发展，〔1〕由于铌可以推迟先共析铁素体的析出，并大大延迟奥氏体开始转变为珠光体的时间，在低合金钢中加入0.05%~0.10%的铌，在铸态下得到贝氏体钢，免去了贝氏体化热处理过程；〔2〕由于铌可以显著提高铸钢的高温组织稳定性，而被用于铸钢轧辊的生产中。
含1.5%Nb的轧辊的使用寿命是高铬铸铁轧辊寿命的3倍；〔3〕铌在高温合金中的应用也引人注目，含35%Ni、25%Cr的Fe-Ni-Cr-Nb合金有极好的组织稳定性、蠕变断裂强度和抗碳化及还原性，可在1130℃下的空气中使用；〔4〕铌对组织稳定性的贡献还受到生物合金工作者的重视，铌加入到钛合金中，以提高其抗腐蚀性，这种钛合金被用作牙齿材料；〔5〕在AL203纤维增强金属间化合物基复合材料中，Nb2Al+NbAl 被认为是比较好的基体组织；〔6〕在航天工业中，C103(Nb 1.0% Hf1% Ti0.5% Zr)铌合金由于在1500℃的高温下仍然具有大于50MPa的强度，被用来制造高性能火箭发动机辐射冷却推力室和喷管延伸段以及连接法兰环等；〔7〕铌在微合金化钢中的应用发展也很快，特别是在冷轧汽车薄板生产中取得了长足进步。
本文详细介绍铌在铸铁中应用的研究结果，并对铌在铸铁中的应用前景进行探讨。
一、铌对灰铸铁组织及力学性能的影响采用高频感应电炉熔炼和湿型浇注研究了铌对3.0%～3.4%C、1.8%～2.0%Si、0.7%～0.9%Mn灰铸铁力学性能及耐磨性的影响，结果如图1至图4所示。
研究结果表明，灰铸铁的抗拉强度、抗弯强度和冲击韧性都随着铌含量的增加而提高，当灰铸铁中含铌量高于0.25%时，其各项性能明显提高。
nb在不锈钢中应用
Nb-N Nb-Al N Nb V W
在不锈钢中 提耐蚀性 抑制相变控制 Md30 细化晶粒 提高强度 改善晶间腐蚀 改善 F 钢韧性 晶 内 析 出 抑 制 Cr23C6 敏化 提高屈服强度
提高耐酸性，耐应力 腐蚀 强化 TIRP 效应 平衡 r 相组织 提高 F 钢耐蚀性 提高点缝蚀电位
双稳定化拖宽稳 定化温度 改善表面质量 抑制Cr23C6析出 提高 r 钢屈服强度
的出现，把抗蠕变强度研究推向新的台阶。 现实研究内容为利用W、N、B固溶强化弱化 带，Nb的沉淀强化仍不失去作用，从而开发 了改性的新钢种。
4、 利用 Nb（C，N）的溶度积与 TMCP 相结合是生产细晶，防此粗晶和混晶的高强 度高韧性的钢铁材料的重要技术之一。也是 生产高强度不锈钢、细晶粒耐高温水腐蚀的 耐热不锈钢的主要技术。此技术还包括冷加 工材退火后的晶粒控制。 这一技术的主要内容为再结晶控轧、非 再结晶控轧，以及热加工后的冷却速度的控 制。温度控制与 Nb（C、N）溶度积必须相 匹配，在加工温度下必须有足够数量的细小 的析出物为形变热处理提供“钉扎物”抑制 再结晶后的晶粒长大。而溶质 Nb 对晶格重 组，位错迁移有拖拽作用，对细化组织有利。 这方面的研究工作很多，经验丰富。以资利 用。 二、现代不锈钢产业特点 1、应用范围广 现代不锈钢的特点是在人民生活中的 应用远重于产业用。它是最“善解人意”、 “与人为善”的材料，作为商业用不锈钢应 用领域扩展到人们日常生活的各个方面，表 3 中所列内容是日本 1985 年的资料。
Nb强化铸铁机理的基础研究
ｆｌ 文彬， １侗 铌在高碳当量灰铸铁中的作用及在制动盘生产中的
应用『 ． Ｄ１上海 ： 上海大学 ，０ ０ ４ — ３ ２ １ ：８ ５ ．
ｏ ｇａ ｈｔ ｒｄｒ ｇ ｐ ｅｅ ｔ ｂ ；ｂａ ｋｒ ｇ ｆ ｒｐ ｉ ｅ ｎ ｓ ｅ ｒｓｎ Ｃ ｌｃ ｎ ｓ ｅ（ ｉ ｒ Ｎ ｉ
［］ ３ 周文彬． 制动盘用 高碳 当量灰铸铁 的铌合金化应用 铸造 ，
［１］ｃ ［０ ０￣ １ ２￣ １１ ］ ｏ
［１０ ２ １］
２ １ ，９ ３ ：２ — ２ ． ０ ０ ５ （ ）３ ０ ３３
『１ 书彬 ． 对铸铁 性 能的几 点影 响Ⅲ． ４蒋 铌 汽车 Ｔ艺材 料 ，９ １ １９ ，
， 、 ［１Ｏ石 ２１ ］墨
容 易成 为石 墨 的异 质 晶核 衬底 ，起 到 细化 晶粒 ， 提 高性 能 的作 用 。
热力学计算表 明： ｂ Ｎ Ｃ可以在铁液 中生成 ，
１１ ０石 Ｏ 】ｃ
也 可 以在共 晶转 变 中形 成 。 因为 ， 度 积与 温度 溶 成 反 比 ， Ｎ ） 达 到一 定 量 时 ， ｂ （ ｂ 量 Ｎ Ｃ才 能 在 铁
ｒｐｅ ｅ ｔｇａ ｈｔ ａｂ ｎ ｅ ｒｓｎ ｒｐ ｉ ｃ ｒ ｏ ） ｅ
『 １ 涛， １东 ２ 付俊岩 ． 神奇的 Ｎ】铌在钢铁 中的应用［ ． 京 ： ｝ 一 Ｍ］ 北 中信
金 属公 司 ，９ ９ ６ ２ ６ ３ １９ ：４ — ５ ．
【 ］ 教， １ 梁英 ３ 车荫 昌． 无机物热力学手册［ ］沈 阳 ： 大学出版 Ｍ． 东北
Ｓ ｕ ｙ ａ ｄ Ａｐ ｌ ａ ｉｎ ｏ ｏ ｉ ｍ－ ｏ ｔ ｉ ｎ ｓ ｒ ｓ ｔ ｄ ｎ ｐｉ ｔ ｆ ｃ ｏ Ｎｉｂ ｕ ｃ ｎａｎｉｇ Ｃａ ｔＩ ｏｎ
如何用铌改善钢的性能
如何用铌改善钢的性能——含铌钢生产技术1 炼钢过程中的铌自20世纪20年代以来，铌（Nb）作为合金元素，添加到钢液中用来细化晶粒和增加钢材的强度。
1958年，National钢铁公司利用Nb的弱还原性，在半镇静钢中加入了Nb，开发了商品名称为GLWX［1］的高强度含Nb钢。
不只在美国，英国和日本也相继开发了称之为“经济钢”的高强度含Nb钢［2］。
由于该钢种具有理想的焊接性能，含铌钢板材和型材被广泛应用到建筑、桥梁、造船以及市政工程和运输车辆用材料上。
可见，Nb很早就被应用到钢铁产品的大规模生产中。
自20世纪60年代以来，热力学数据已表明含Nb钢的生产不会引起冶炼（包括熔炼、精炼和浇注）过程中某些棘手问题的出现。
比如当钢液中加入强氧化合金元素如Al、Ti 和Si时，由于它们和［O］反应，收得率很低，也不稳定。
与此同时，生成的脱氧产物常常以夹杂物的形式留在钢中，导致钢中形成各种缺陷。
使用Nb时可避免此类几乎不能克服的“夹杂问题”。
Nb是一种成本低，并可改善强度和延展性的最有效的元素。
20世纪80年代，钢铁企业引进了连续冶金工艺技术，如连铸、连续退火及直接轧制工艺（如连铸连轧和热机械处理控轧工艺），这些工业技术的利用不但可节省能源，还能大幅度降低生产成本。
其中，冶金工艺，如拉速、钢液温度和成分等须严格控制。
在上述工艺中，由于在钢液中添加铌铁工艺的进步，Nb的含量可控制在精确的范围。
目标Nb含量命中率接近100%，而且Nb含量的标准偏差已降低到可忽略不计的水平。
如今，Nb是用于连铸工艺开发新钢种和生产钢铁产品的最合适的元素。
此外，正如前面所提到的，生产含Nb钢产品可以避免产生脱氧产物问题（夹杂物）。
因此，在各个钢铁企业含Nb钢的实际生产比率得到了很大提高。
自从20世纪80年代以来，冶金企业Nb铁的消耗量就一直持续增长。
目前，Nb已经被添加到各个级别钢种中，在提高强度和延展性的同时也解决了夹杂物问题。
还有一种趋势就是在利用新研发或新改进的工艺开发和生产高强度钢时都偏重于添加Nb。
第十四届(2011年度)“福士科”杯中国机械工程学会铸造专业优秀论文评选结果公告
结 构与抗磨性分 析与 比较／ ４ ：王守 ￣者
仁
２ ｂ在铸铁中的物理冶金学作用原理 ． Ｎ
作者 ： 出群等 龚 发 表 刊 物 ： 现 代 铸 铁 ） ０ １年 （ １ 《 ２１ ３ 卷 ）第 ２ ， 期 ３ 风 电球墨铸铁件生产技术及最新发 ． 展／ 作者 ： 旭如 等 俞 发 表 刊 物 ： 现 代 铸 铁 ｝０ １年 （１ 《 ２１ ３ 卷 ）第 ３ ， 期 ４ 铁液温度是生产高质量铸铁件 的基 ．
析 的影响／ 作者 ： 赵
倩等
超声振 动对液态和半 固态铝硅合金含
气 量 的影 响
发 表 刊 物 ： 特 种 铸 造 及 有 色合 金 》 《 ２１年 ３ 卷， ６ ０１ ｌ 第 期
１． 环缝式 电磁搅拌制浆技术研究及其 １ 应用／ 作者 ： 徐 骏等
发表刊物 ：铸造设备与工艺｝ ０ ， 《 ２１ １年
发 表 刊 物 ： 特种 铸 造 及 有 色 合 金 》 《
２ １ 年第 ３ 卷 ， ７ ０１ １ 第 期 １ ． Ｃ ＴＢ 细 晶陶瓷凝 固组织 、断裂 ３ ｉ— ｉ２ Ｔ 行 为与原位增韧， 作者 ： 赵忠 民等 发 表 刊物 ： 特 种 铸 造 及 有 色 合 金 》 《 ２ １ 年第 ３ 卷 ， １ 期 ０１ １ 第 １ １ ． 锥形通道 浇注制备半 固态 ７ ７ ４倒 ０５
有 军
文集 推荐单位 ：中国机械 工程学会铸造分
会
７ 低碳合金钢铸件消失模铸造技术研 ． 究与应用／ 作者 ： 王新节 发 表 刊 物 ： 中 国铸 造 装 备 与 技术 》 《
２ １ 年第 ２期 ０１ ８ 六工位悬链式抛丸光饰清理机 的开 ． 刘 润发 张华伟 李 发 与应用／ 作者 ： 晓波 李 发 表 刊物 ： 《中国铸 造 装 备 与 技 术 》 ２１ ０ １年第 １ 期 ９铝合金 液夹杂含量与含气量 的关 系／ ． 作者： 赵忠兴
物理冶金的基本原理
磨损与腐蚀
磨损
金属表面在摩擦过程中，因摩擦力作用而导致的材料损失现象。
腐蚀
金属与周围介质发生化学或电化学反应，导致金属表面损伤或破坏的现象。
03
金属的晶体结构与相变
晶体结构与性质
晶体结构分类
晶体结构可以根据原子排列方式的不同，分为金属晶体、离子晶体、共价晶体和分子晶体等。不同晶体结构对金属的 性质产生显著影响。
物理冶金的基本原理
汇报人：可编辑 2024-01-05
contents
目录
• 物理冶金概述 • 金属的力学性能 • 金属的晶体结构与相变 • 金属的塑性变形与加工 • 金属的强化机制 • 金属的物理冶金实验方法
01
物理冶金概述
物理冶金概述
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02
金属的力学性能
弹性与塑性
弹性
金属在受到外力作用时，会发生 形变但能够恢复原状的性质。
金属的相变
01
相变温度
金属在不同温度下会发生相变，转变为其它的晶体结构或 物相。相变温度取决于金属的成分和外界条件。
02 03
相变过程
金属的相变过程可以分为一级相变和二级相变。一级相变 是指相变过程中自由度的变化，通常伴随着能量的显著变 化；二级相变则是指自旋或电荷等有序参数的重新排列， 不涉及自由度的变化。
3
拉拔和挤压过程中，金属的塑性变形和模具设计 对产品的尺寸精度和表面质量有重要影响。
金属的超塑性
超塑性是指金属在特定条件下表 现出极佳的塑性变形能力，通常 是在较高的温度和较小的应变速
率下。
超塑性的实现需要金属具有细小 的晶粒尺寸和良好的晶界状态，
同时应变速率要适当控制。
超塑性金属可以经过较大的塑性 变形而不发生断裂，并且具有优
Nb在铸铁中的物理冶金学作用原理
ｍ ｄ ｔｅｅｔｃ ｉ ａ ｓ ｒ ｔ ｎａ ｄｔ ｓ ｅｇｈｎｔｅｆｒｔ ｍａ ｉ； ｅＮ （ ， ｐｅ ｉ ｔ ｉｇｉ ｏ ｄｆ ａｏ ｒｃｓ ｏ ｉ ｈ ｕｅｔ ｄｔ ｎｆ ｍａｏ ｎ ｔ ｎｔｅ ｈ ｒｅ ｔｘ ｔ ｂ Ｃ Ｎ） ｒｃ ｉ ｔ ｓｌ ｉｃｔｎｐｏｅｓ ￣ ｏ ｒ ｏ ｉ ｏ ｒ ｅ ｉ ｒ ｈ ｐａｎ ｎ ｉ ｉ ｉ
在机 械 制造 领域 ，除大 量使 用 轧制 钢 材外 ，
欧、 北美 、 日本 等早 在 上世 纪 ６ 代就 进 行 了大 ０年
ｃ ｕｄ ｏ ｖｏ ｓｙ ｉｃｅ ｓ ａ ｅｉｔｎ ｅ ｔｅ Ｎｂ （ Ｎ） ｐｅ ｉｉ ｔ ｇ ｉ ｈ ａ ｓｅ ｉ ｅ ｅａｕ ｅ ｉｔｒａ ｔｔｅ ｃｙ ｔｌ ｏ ｌ ｂ ｉｕ ｌ ｎ ｒａ ｅ ｗｅｒ ｒｓｓａ ｃ ；ｈ Ｃ， ｒｃｐｔ ｉ ｎ ｔｅ ｕ ｔｎｔ ｔｍｐ ｒｔｒ ｎｅｖ ｌａ ｈ ｒｓａ ａｎ ｅ
摘要： 介绍 了 Ｎ 在铁基合金 中的存在形式 ， ｂ 根据 Ｎ Ｃ和 Ｎ Ｎ在不 同铁基合金 中的溶度 积公式 ， ｂ ｂ 分析 了 Ｎ 在铸铁 中的 ｈ
存在形式 。在此基础上 ， 分析 了 Ｎ 在铸铁 中的作用机理 。固溶 Ｎ ｈ ｂ具有非常重要的调节共析相变及强化铁素体基体的
作用 ， 固过程析 出的 Ｎ （ Ｎ） 凝 ｂ Ｃ， 可显著提 高耐磨性 ， 在奥 氏体温 度区 间晶界析 出的 Ｎ （ Ｎ） ｂ Ｃ， 能有效阻止 晶粒 长大 ， 合 适 的成分设计和工艺措施 可充分发挥 Ｎ ｂ的作用效果 。 关键词 ： 铸铁 ； ｂ Ｎ （ ， ； Ｎ ； ｂ Ｃ Ｎ）溶度积 ； 珠光体相变
Ｙ Ｎ ｉｌｎ ，Ｕ ｉ－ｕ ，Ｈ Ｎ ｈｎ － ａ ， Ａ ＧＧ ｎ － ｅ Ｏ Ｇ Ｑ－ｏ ｇＳ Ｎ Ｘ ｎｊｎ Ｚ Ａ Ｇ Ｚ ｅ ｇ ｙｎ Ｙ Ｎ ｅ ｇｗ ｉ （ｔ ｃｕａ Ｍａｅｉ ｓ ｅｅｒｈＩｓｔｔ， ｅｔ ｌｒｎ＆ Ｓｅｌ ｅｅｒｈＩｓｔｔ，ｅ ｉｇ １０ ８ ， ｈｎ ） Ｓｒ ｔｒｌ ｔｒ ｌ Ｒ ｓａｃ ｎｔｕｅＣ ｎ ａ Ｉ ｕ ａ ｉ ｒ ｏ ｔ ｓａｃ ｔｕｅ Ｂ ｉｎ ０ ０ Ｃ ｉａ ｅＲ ｎｉ ｊ １
Nb在先进高强钢中的作用
Nb 在先进高强钢中的作用Nina Fonstein(Metallurgy-XXI, Chicago, USA, 60611)摘要：为了保持钢铁材料在车身结构上的份额，钢铁企业生产和开发了大量的先进高强钢，使汽车工业能够在实现关键安全部件减重目标的同时，保证汽车的抗冲击性能。
目前开发的先进高强钢不仅具有很好的成型性能，同时具有高的冷弯性能和扩孔率。
为了满足客户的要求，人们采用了多种强化机制，开发了多种先进高强钢，诸如双相钢、具有TRIP 效应的双相钢、QP 钢等。
本文在实验室和文献的基础上介绍了微合金元素Nb 在钢种设计中的作用。
关键词：先进高强钢、双相钢、TRIP 钢、第三代钢 、Nb 微合金化当前，汽车工业在满足乘客安全、燃油效率和环境保护方面主要采用提高钢板强度的方法。
事实上，在过去的20年里汽车工业将汽车用钢的强度从小于350MPa 提高到大于1500MPa 。
为了同轻质合金竞争，钢铁企业开发具有高成形性能的钢铁材料成为发展的主要趋势。
先进高强钢定义为在屈服强度YS > 280 MPa 和抗拉强度TS>590 MPa 条件下具有良好的成形性能。
传统上，先进高强钢包括双相钢和TRIP 钢。
在对成形性能要求提高的同时，先进高强钢强度也在不断的增加，抗拉强度从590、780、980MPa 提高到1180、1500、2000MPa 。
双相钢作为先进高强钢之一，双相钢具有高强度、高延伸率、高加工硬化性、高烘烤硬化性、高疲劳性能，通过成分和工艺控制，双相钢的抗拉强度可以分布在一个很宽的范围上。
例如，在DP590/600基础上，人们开发了DP780、DP980和DP1180。
由于简单的增加马氏体含量会在提高钢板强度的同时降低钢板的塑性，新的先进高强钢目标是取得强度和成形性能的平衡。
所有的强化机制如固溶强化、细晶强化、相变强化、析出强化、应变时效，被单独使用或组合使用。
合金元素和C 元素的添加会降低钢板的焊接性能和磷化性能。
6难熔金属与合金和铸铁——
力，降低共析共晶温度，阻碍石墨化。 Mn能与S结合形成MnS，削弱S的有害作用。强化基体，促进珠
光体形成。含量0.5~1.4%，若要获得F基体，Mn含量取下限。
S的影响：促进白口元素，共晶白口铁。降低流动性，使铸铁内产
生气泡，是有害元素。
优
优
差
差
优
优
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优
差
15％H2SO4+空气
优
优
优
差
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差
40％H2SO4
优
良
优
优
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差
70％H2SO4
优
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优
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差
10％NaOH
差
差
差
差
优
良
难熔金属的合金化
为使其具有更高的强度、硬度、高温蠕变性能、 耐蚀性，具有优异的导电、导热等物理特性，可 通过合金化方法制备难熔合金 。
合金化强化机理主要有：固溶强化、沉淀强化、 弥散强化，主要合金元素见下表。
也可利用此原理制取难熔金属与合金粉末。
难熔金属与合金具有较好的耐蚀性能，此外难熔金属 对液态的Li、Na、K、Hg、Mg、Bi等溶液也有较好 的耐腐蚀能力。
难熔金属在不同介质中的耐蚀性
溶液
Ta
Nb
W
Mo
Zr
Ti
10％HCl
优
优
优
优
优
差
10%HCl+1%FeCl3
优
优
差
差
差
良
5%HF
差
差
优
优
低碳钢和铸铁力学性能分析
低碳钢和铸铁力学性能分析题目：低碳钢和铸铁的力学性能分析学院：机械工程学院学号：xxxxxxxxxxx 姓名：专业班级：xxx 指导老师：xxx 日期：2019年4月低碳钢和铸铁的力学性能分析作者：xxx作者单位：255000 山东理工大学摘要：材料的力学性能是指在外力作用下所表现出的抵抗能力。
由于载荷形式的不同，材料可表现出不同的力学性能，如强度、硬度、塑形、韧度、疲劳强度等。
材料的力学性能是零件设计、材料选择及工艺评定的主要依据。
本文主要讨论低碳钢和铸铁的力学性能在拉伸和压缩情况下的影响。
关键词：低碳钢、铸铁、拉伸、压缩（一）材料微观组成分析材料的微观结构几乎决定了外在性能，所以要了解研究材料的性能必须深入研究材料的组成成分。
而研究材料的组成成分需要从下面这张铁碳合金相图说起。
这张图记录了奥氏体在在不同温度下的恒温转变时组成成份和物质状态的变化。
低碳钢是指碳含量低于0.3%的碳素钢;铸铁是指碳含量在2.11%-6.69%的金属，其中用于拉伸和压缩试验的铸铁为灰口铸铁，成分一般范围为Wc=2.5%-4.0% Wsi=1.0%-2.2% Wmn=0.5%-1.3%Ws≤0.15% Wp≤0.3%。
低碳钢经过奥氏体转变的基体是铁素体和珠光体，灰口铸铁的基体是珠光体二次渗碳体和莱氏体。
铁素体和工业纯铁相似，塑形韧性较好，强度硬度较低。
渗碳体是一种复杂的间隙化合物，硬度很高，但塑性和韧性几乎为零，是钢中的主要强化相。
珠光体是铁素体和渗碳体的机械混合物，常见的形态是两者呈片层相间分布，片层越细强度越高。
铸铁中的莱氏体是由珠光体和渗碳体组成的机械混合物，其中渗碳体较多，脆性大，硬度高，塑形很差。
12（二）拉伸试验12A :奥氏体 F:铁素体 P:珠光体 Fe3C:渗碳体 Ld：莱氏体δ：固相区 L:液相区1低碳钢碳含量较低，请强度硬度低，塑形较好，拉伸实验结果3如图可分为四个阶段，即弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和局部变形阶段，对应应力大小分别为ζe、ζs、ζp,材料的变形程度逐渐变大。
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即使在半全镇静钢中通常也大于 90%。
氮量[N]的变化情况，如图 3 所示。
铌铁的熔点在 1 580~1 630 ℃的范围，远高
由溶度积公式和理想化学配比式联立求解，
于铸铁，略高于铸钢。因此，铌铁在铁液中不可能 可得到确定温度下平衡溶解的 [Nb]、[C] 或[Nb]、
熔化，只能通过以界面扩散为基础的形式而被溶 [N]量：
铌
铸
铁
的
研
TAS＝
B A-lg（wNb·wX）
（5） 比于溶质含量而推导得到的，对 w（C）量较高的
究 和
铸铁，必须考虑 C 对 C 和 Nb 的活度的影响，而
应
当实际最低凝固温度高于 NbX 的全溶解温 对于合金元素含量较高的合金铸铁及合金铸钢，
用
度 TAS 时，NbX 相将不会发生液析。
还必须考虑相关合金元素对 C 和 Nb 的活度的
解，其溶解速度见图 1[1]。扩散依赖于温度和时间
lg{[Nb]·[X]}=A-B/T
（3）
过程，温度越高，时间越长，扩散越充分；搅拌则 可促进扩散过程。所以，铁液中加入铌铁后需要 一定时间才可能完全扩散均匀化，铁液温度越 低，需要的时间越长。铌微合金钢容易发生连铸 边裂，这与 Nb 未完全均匀化，因而在轻压下时， 边部铌溶质富集微区发生含铌相的应变诱导析 出有关。而含铌铸铁由于铁液温度较低，更容易
此，在含铌铸铁生产中需要充分考虑这一问题，
采用粒度较小的铌铁、加入铌铁的时间提前、充
分搅拌使之发生动态溶解、缓慢凝固延长扩散时
间等工艺措施有助于减轻或消除相关危害作用。
1.2 Nb 在液态铁中的溶解与 NbC、NbN 的液
析
Nb 是强碳化物和氮化物形成元素，除溶解
于铁液，还可能析出 NbC、NbN 或 Nb（C，N）。NbC
中图分类号：TG251
文献标识码：A
文章编号：1003－8345（2011）02－0015－07
DOI：10.3969/j.issn.1003-8345.2011.02.001
Physical-Metallurgical Effect Fundamentals of Niobium in Cast Iron
Nb 在奥氏体中的固溶与析出行为则可用
（1），1 600 ℃、1 480 ℃、1 400 ℃、1 130 ℃时NbC NbC、NbN 在奥氏体中的固溶度积公式来表征，
在 铁 液 中 的 溶 度 积 分 别 为 13.993、9.311、 目前常用的固溶度积公式有：
6.871、1.907，因此，在通常 Nb 的加入量下，无论 是铸钢还是铸铁，均不会在铁液中直接出现液析
YONG Qi-long，SUN Xin-jun，ZHANG Zheng-al Materials Research Institute，Central Iron & Steel Research Institute，Beijing 100081，China）
lg{
[Nb]·[C] x
}=A1-B1/T
lg{
[Nb]·[C] 1－x
}=A2-B2/T
wNb-[Nb] = ANb wC-[C] xAC
wNb-[Nb] wC-[N]
=（1-Ax）Nb AN
（10） （11） （12） （13）
NbC 具有很高的硬度（2 400 HV），因而一次 NbC
式中 A1、B1 和 A2、B2 分别为 NbC 和 NbN 在
铌铁的密度为 8.1 g/cm3，略大于铁液的密度，加
2011 / 2 现代铸铁 15
含 Study and Application of Niobium-containing Cast Irons
铌
铸
铁
的
研
究
入铁液中不会上浮，也不会产生密度偏析。
和
应
Nb 在铁液中的氧化势居于很高位置，高于
用
绝大部分常用合金元素，仅次于 Fe，在选择性氧
存在形式。在此基础上，分析了 Nb 在铸铁中的作用机理。固溶 Nb 具有非常重要的调节共析相变及强化铁素体基体的
作用，凝固过程析出的 Nb（C，N）可显著提高耐磨性，在奥氏体温度区间晶界析出的 Nb（C，N）能有效阻止晶粒长大，合
适的成分设计和工艺措施可充分发挥 Nb 的作用效果。
关键词：铸铁；Nb；Nb（C，N）；溶度积；珠光体相变
Abstract: The existing type of niobium in the matrix of cast irons was introduced. Based on the formulas of the solubility product for NbC and NbN in different iron matrixes，the existing types of niobium in the cast irons were analyzed. And on this base，the effect mechanism of niobium in the cast irons was analyzed. The solidly solved niobium had very important effect to modify the eutectoid transformation and to strengthen the ferrite matrix；the Nb （C，N） precipitating in solidification process could obviously increase wear resistance；the Nb （C，N） precipitating in the austenite temperature interval at the crystal boundaries could effectively retard the grains growth. Appropriate composition design and process measures could give full play to the effect of niobium. Key words: cast iron；niobium；niobium carbonitride；solubility product；pearlite transformation
wNb-[Nb] = ANb wx-[X] AX
（4）
式中 X 表示 C 或 N，A、B 为 NbX 相在铁液
中的溶度积公式的相应常数，wNb、wX 分别为 Nb、
X 元素在铁液中的含量（质量百分数），ANb、AX 分
别为 Nb、X 元素的原子量。
而由下式可计算出 MX 的全溶解温度 TAS：
发生铌铁未完全溶解及未完全均匀化的情况。因
和 NbN 的熔点均很高，远高于 Fe 的熔点，其化
学稳定性很强，故需要考虑他们的液析问题。
NbC 和 NbN 在铁液中的溶度积公式为[2]：
log{[Nb]·[C]}L=3.73-4 840/T
（1）
16 现代铸铁 2011 / 2
Study and Application of Niobium-containing Cast Irons 含
w（N）量通常均在 0.008%以下，比 w（C）量低 2.5 NbC 和 NbN 在奥氏体中的固溶度积也相差不
个数量级以上，故 NbN 基本不会发生液析。
大，因而二者将会相互溶解形成碳氮化物 Nb
液析的一次 NbC 是在各向同性的匀质液相 （CxN1-x）。确定温度下平衡固溶的[Nb]、[C]、[N]及
（7）
1 130 ℃ 时 Nb 的 最 大 平 衡 溶 解 量 为 0.636% ~
lg{[Nb]·[C]}γ=3.555-8800/T（热力学计算法）[5]
0.561%；对高铌铸铁，[Nb]、[C]的乘积可能超出最
（8）
低凝固温度下的溶度积限值，从而发生 NbC液
lg{[Nb]·[N]}γ=3.70-10800/T（相分析法）[6]（9）
Nb 在铸铁和铸钢生产中有重要的作用，西
收稿日期：2010－01－06
修定日期：2010－02－01
作者简介：雍岐龙（1953-），男，汉族，重庆人，教授，主要从事金
属材料专业的教学与科研工作。
欧、北美、日本等早在上世纪 60 年代就进行了大 量的基础研究工作。Nb 对铸件的耐磨性、耐热 性、耐蚀性、表面性状、尺寸稳定性以及力学性能 等均有明显的有利作用。深入研究 Nb 对铸铁和 铸钢性能的影响规律，探索其基础原理，扩大 Nb 的应用范围，提高 Nb 的用量，对我国铸件生产行 业乃至高端装备制造业的发展均具有重要意义[1]。
由于钢中 w（C）量较低，钢液温度在 1 600 影响，才能得到适合于该化学成分的钢铁材料中
℃左右，实际凝固温度较高（略低于 1 500 ℃）； 的准确的溶度积公式。
铁液熔化温度在 1 400 ℃左右，实际最低凝固温 1.3 Nb 在奥氏体中的固溶与 Nb（C，N）的析出
度略低于共晶相变温度（略低于 1 150 ℃）。由式
1 Nb 在铁基体中的存在形式
1.1 Nb 的加入
工 业 生 产 中 加 Nb 是 通 过 在 铁 液 中 加 入
w （Nb） 量为66%的铌铁合金实现的，铌铁中的
Nb/Fe
原子比为
0.66 92.9064
/
0.34 55.847
=1.17，接近于
1，故铌铁的性质接近于 NbFe 金属间化合物，性
脆、易于破碎，容易制取得到炉料所需要的块度。
析；而通常的低铌铸铁则仅在发生严重的 Nb和C
在奥氏体状态下的不同温度，NbC 和 NbN
的枝晶间偏析条件下才有可能发生 NbC 液析。 的析出溶解行为可以用固溶度积公式进行相关