❶ 我國高爐煉鐵水平如何提升
在科學技術迅猛發展的今天，由於鑄造成形工藝的特殊優勢，有些復雜結構件目前尚無其他製造工藝可替代。鑄造工藝仍是最經濟且便捷的金屬成形工藝。隨著全球經濟一體化，在國際間的合作日益密切、競爭日趨激烈之時，中國汽車鑄造業應更充分地發揮鑄造資源優勢，發展自己的鑄造工業。
在科學技術迅猛發展的今天，由於鑄造成形工藝的特殊優勢，有些復雜結構件目前尚無其他製造工藝可替代。鑄造工藝仍是最經濟且便捷的金屬成形工藝。隨著全球經濟一體化，在國際間的合作日益密切、競爭日趨激烈之時，中國汽車鑄造業應更充分地發揮鑄造資源優勢，發展自己的鑄造工業。
1. 中國鑄造業現狀
中國是當今世界上最大的鑄件生產國家，據資料介紹，我國鑄造產品的產值在國民經濟中約佔1%左右。最近幾年，鑄件進出口貿易增長較悄顫臘快，鑄件的產量已達到9%左右。我國鑄造廠點多達2萬多個，鑄造行業從業人員達120萬之多。「長三角」地區的鑄件產量佔全國的1/3，該地區主要以民營企業為主，汽車和汽車零部件行業的發展有力地拉動了鑄造行業的發展。萬豐奧特是亞洲最大的鋁合金車輪企業，年產值超過10億元，出口額達6 000美元。崑山富士和機械有限公司生產汽車發動機和制動系統的鑄件，年產量達4萬t，銷售收入5.5億元。華東泰克西是一個先進的現代化氣缸體鑄件生產企業，具有年產1 00萬件
轎車氣缸體鑄件能力。山西是鑄造資源大省，有豐富的生鐵、煤炭、鋁鎂、電力、勞力資源、使山西的鑄造產業有得天獨厚的優勢，具有500個鑄造企業，80%為民營企業。山西國際、河津山聯、山西華翔年產量分別達4萬t、2萬t、12萬t。「東三省」有一汽集團、哈飛集團等骨幹汽車企業帶動了汽車鑄件產量的增長。一汽集團鑄造公司，已經形成40萬t鑄件的生產能力。遼寧北方曲軸有限公司，到「十一五」末將形成年產15萬台發動機、100萬件曲軸、產值20億的曲軸生產基地。「珠江三角洲」壓鑄行業發達，有700多個壓鑄企業，年產量達20萬t。東風日產、廣州本田、廣州豐田和零部件企業有力帶動了壓鑄業的發展，轎車氣缸體、氣缸蓋的壓鑄件產量逐年增長。
2. 國外鑄造業現狀
近幾年來，全球鑄造業持續增長，2004年鑄件產量比上一年度增長8.4%，中國生產鑄件2242萬t，全球排名第一，比上一年增長23.6%。全球十大鑄件生產國的產量與增長率見表1。從表1可見，2004年中國的鑄件產量約佔全球鑄件產量的1/4。巴西鑄件產量增長最快，達到25.8%。增長率超過2位數的國家有巴西、中國、墨西哥、印度，都是發展中國啟滑家。而發達國家的鑄件增長率普遍較低。美國鑄件產量自2000年以來，已經退居到第2位。2004年美國鑄件總產量為1231萬t，其中灰鐵件佔35%、球鐵件佔33%、鑄鋼件佔8.4%、鋁合金件佔16%。從需求上看，球鐵鑄件和鋁鑄件的需求在增長。2003年進口鑄件占總需求的1 5%，進口鑄件的價格比美國國內低20%～50%。近年來因鑄造環保要求高、能源消耗大、勞動力昂貴等原因，美國大型汽車公司生產普通汽車鑄件的鑄造廠紛紛關閉，逐步將鑄件的生產轉向中國、印度、墨西哥、巴西等發展中國家。日本的鑄造業不景氣，其從業人員在減少。2004年日本鑄件總產量為639萬t，其中灰鐵件佔42%、球鐵件佔30%、鑄鋼件佔4%、鋁合金件佔21%。從需求上看，球鐵鑄件和鋁鑄件的需求在增長。日本鑄造界在技術創新方面作了大量工作，開發了球型低膨脹鑄造砂、高減振鑄鐵材料、中硅耐熱球鐵等材料。其真空壓鑄的鑄件能焊接和熱處理，半固態鑄造生產用於汽車鋁輪轂，提高了強度和伸長率。鎂合金壓鑄進一步發展，並取代重力鑄造，其性能提高，成本降低。
3. 汽車鑄造技術的發展方向
汽車技術正向輕量化、數值化、環保化方面發展。據有關資料報道，汽車自重每減少10%，油耗可減少5.5%，燃料經濟性可提高3%-5%，同時降低排放10%左右。鑄件輕量化主要有兩個途徑。一是採用鋁、鎂等非鐵合金鑄件，美國2003年統計有2/3的鋁鑄件用於汽車上，每車達到107 kg。二是減小鑄件壁厚、設計多零件組合鑄件，生產薄壁高強度復合鑄件，並減洞巧少加工餘量，生產近終形鑄件。隨著汽車技術的快速發展，為縮短鑄件生產准備周期和降低新產品開發的風險，要求採用快速制模技術、計算機模擬模擬、三維建模、數控技術。而清潔生產、廢物再生是鑄造業的發展趨勢，降低能耗是其持續發展的主題。我國汽車鑄造業必須走高效、節能、節材、環保和綠色鑄造之路，因為國家和社會要求嚴厲管控汽車鑄造業的能源消耗大戶和污染大戶，以利改善鑄造業熱、臟、累的勞動密集型行業員工的勞動環境。
4. 汽車鑄造技術發展趨勢
國內外汽車鑄造技術發展趨勢很多，現僅簡介一些在汽車行業大量流水線生產中的鑄件技術及發展趨勢。
4.1 砂型鑄造成形技術
潮模造型經過手工緊實一震擊+壓實緊實→高壓+微震緊實→氣沖緊實→靜壓緊實幾個發展階段。靜壓造型技術的實質是「氣中預緊實+壓實」，其有以下優點：鑄型輪廓清晰，表面硬度高且均勻，拔模斜度小，型板利用率高，工藝裝備磨損小，鑄型表面粗糙度低，鑄型型廢率低。因此，是目前最新、最先進的造型工藝，並已成為當今的主流緊實工藝。目前，高壓造型和單一氣沖造型已逐漸被靜壓造型所替代，原先高壓造型線和氣沖造型線的主機已逐漸更新為靜壓造型主機，新建鑄造廠均首選採用靜壓造型技術。當前，國外比較有名的製造靜壓造型設備的廠家有德國的KW公司、HWS公司和義大利薩威力公司。國內汽車鑄造廠家大都選用 HWS公司或KW公司製造的設備，如一汽鑄造公司、東風汽車鑄造廠、上海聖德曼鑄造公司、華東泰克西、山西三聯、廣西玉柴、無錫柴油機廠等。
4.2 近凈形技術
（1）消失模鑄造成形工藝
消失模鑄造也稱氣化模鑄造、實型鑄造、無型腔鑄造。該工藝尺寸精度高達0.2 mm以內，表面粗糙度可達Ra5μm～Ra6μm，被鑄造界譽之為「21世紀的鑄造新技術」、「鑄造的綠色工程」。該工藝方法是採用無粘結劑干砂加抽真空技術。據2003年統計，我國有150家企業用該工藝生產箱體類、管件閥體類、耐熱耐磨合金鋼類等三大類鑄件，總產量超過10萬t。國內汽車鑄造廠，有的採用國產鑄造生產線：有的採用簡易生產線或單機生產；有的採用國外引進鑄造生產線生產。一汽集團公司1993年從美國福康公司引進造型用振動台，生產 EPS模的預發泡機和成型機等設備，生產汽車進氣管。長沙發動機總廠從義大利引進自動化鑄造線生產鋁合金氣缸體、氣缸蓋鑄件。合肥叉車集團用4段泡沫模片粘結成整體的工藝生產復雜箱體鑄件，尺寸精度可達到 CT7-CT8級，產品出口美國。成都成工集團，用8塊泡沫模片粘結成整體的工藝生產裝載機變速器，鑄件質量達320 kg，與砂型鑄造比較，毛坯減重15%，成品率達95%以上。消失模工藝近幾年在美國有較大的發展，通用汽車公司投資建造了6條消失模鑄造生產線，大批量生產鋁合金氣缸體、氣缸蓋鑄件。今後，該工藝將大量採用快速制模技術和模擬模擬技術，以縮短生產准備周期，實現鑄件的快捷生產。未來的發展方向必定是質量好、復雜、精密、壽命長的高檔模具。提高該技術的模具材料、成形工藝、塗料技術、工裝設備的技術水平，使EPS鑄件獲得更廣闊的發展前景。
（2）熔模精密鑄造成形工藝
我國汽車熔模精密鑄造技術有了長足的發展，採用近凈形技術可以生產出無餘量的鑄造產品。熔模精密鑄造工藝有水玻璃制殼工藝、復合制殼工藝、硅溶膠制殼工藝。汽車產品材料有碳素鋼、合金鋼、有色合金與球墨鑄鐵。國外有高合金鋼、超合金材料。熔煉設備國內採用普通、快速中頻爐；國外採用真空爐、翻轉爐、高頻爐技術。採用硅溶膠制殼工藝的零件表面粗糙度可達Ra1.6μm、尺寸精度可達CT4級，最小壁厚可達0.5～1.5mm。歐、美、日等國家開始關注精鑄件在汽車業的應用與拓展。我國汽車用精鑄件的市場需求量也在不斷快速增長和發展，2003年精鑄件的產量為60萬t，產值達到110億元。東風汽車精密鑄造有限公司採用硅溶膠+水玻璃復合型制殼工藝，生產高技術含量、高附加值產品，將原來鑄件、鍛件、機加工及多件組裝結構設計製造成一個整體精密鑄件，顯著降低了製造成本。
熔模精密鑄造成形工藝將來的發展趨勢是鑄件產品越來越接近零部件產品，傳統的精鑄件只作為毛坯，已經不適應市場的快速應變。零部件產品的復雜程度和質量檔次越來越高，研發手段越來越強，專業化協作開始顯現，CAD、CAM、 CAE的應用成為零部件產品開發的主要技術。東風汽車公司、一汽集團公司的精鑄企業作為中國精鑄行業的領軍者，一定能憑強大的研發實力和先進的技術快速發展。
4.3 制芯技術
目前，國內外汽車鑄造制芯有3種制芯工藝，在現代汽車鑄造中常並行採用的主要工藝有熱芯盒制芯、殼芯制芯、冷芯盒制芯等，傳統的合脂或油砂制芯已被淘汰。冷芯盒技術工藝有兩個特點：一是硬化速度快，初始強度高，生產率高；二是砂芯尺寸精度高，可滿足生產薄壁高強度鑄件的砂芯。因此，制芯工藝技術有以冷芯盒技術為主的發展趨勢。一汽鑄造公司、東風汽車鑄造廠、上海聖德曼鑄造公司、華東泰克西、山西國際鑄造公司等均採用冷芯盒制芯技術。當代先進的110L冷芯盒制芯機見圖1。
最先進的制芯工藝是結合鎖芯（Key Core）和冷芯盒等技術的制芯中心，整個射芯、取芯、修整毛刺、多個芯子定位組合成一體、上塗料、烘乾等工序，全部用一台或多台制芯機與機械手自動化完成。國外比較有名的制芯中心生產廠有西班牙LORMENDl公司、德國 Laempe公司和Hottinger公司、義大利的FA公司等。東風汽車鑄造廠、一汽鑄造公司、上海聖德曼鑄造公司、華東泰克西、上海柴油機、洛拖二鐵、濰柴、江西五十鈴等均採用冷芯盒制芯中心技術。
4.4 鑄鐵熔煉技術
目前，國內外鑄鐵熔煉技術有兩種主要方式：一是採用大型熱風除塵沖天爐與工頻保溫爐雙聯熔煉工藝；二是採用中頻感應電爐熔煉工藝技術。美國因達公司和彼樂公司生產的中頻爐技術開始越來越受到重視，該技術日益成熟，其清潔、環保、節能、高效、安全的優勢突出，是今後發展的方向。
因此，鑄鐵則由過去用工頻爐熔煉逐步過渡到用高效省電的中頻電爐熔化。一、汽鑄造公司、東風汽車公司採用因達公司和彼樂公司生產的中頻爐和保溫爐技術，已經開發應用球化劑、孕育劑、蠕化劑和其他各種添加劑產品，形成商品化、標准化、規格化、系列化。鑄鐵孕育多用帶光電控制的隨流孕育機。新開發出的喂絲球化方法及其與
現代化檢測技術相結合的SINTER CASTZ藝是鑄鐵球化及蠕化處理的一種很有優勢的工藝，應用者日益增多。國外金屬爐料經過破碎、凈化、稱量，大大提高熔化效率和鐵水質量。國內的天津豐田、天津勤美達、蘇州勤美達等鑄造廠已對爐料採用破碎處理工藝。
4.5 鋁合金氣缸體、氣缸蓋壓鑄成形技術
鋁合金是汽車上應用最快和最廣的輕金屬，因為鋁合金本身的性能已經達到質量輕、強度高、耐腐蝕的要求。最初，鋁合金僅用於一些不受沖擊的部件。後來，通過強化合金元素，鋁合金的強度大大提高，由於質輕、散熱性好等特性，可以滿足發動機活塞、氣缸體、氣缸蓋在惡劣環境下工作的要求。鋁合金氣缸體、氣缸蓋壓鑄成形核心技術可以提高凈化、精煉、細化、變質等材質質量控制，使得鋁鑄件質量達到一致性和穩定性。隨著我國汽車業的發展，特別是家用轎車的快速增加和汽車零部件出口量的增大，汽車鋁鑄件將有很大的增長。我國2003年鑄件總產量為1 987萬t，其中鋁鎂合金為117萬t，占總產量的5.8%。豐田汽車希望在近兩年將鋁制氣缸體由現在的35%提高到50%。日產汽車計劃在2010年以前，70%的汽油機轎車的氣缸體採用鋁制材料，近100%的氣缸蓋及變速器殼體採用鋁制材料。本田汽車公司早在1994年，將汽油發動機氣缸體全部換成鋁制氣缸體。鋁合金氣缸體、氣缸蓋等有色金屬則多採用壓鑄（包括真空壓鑄）、低壓壓鑄、高壓壓鑄、金屬型重力鑄造以及很有發展前途的半固態壓鑄成形技術。東風本田發動機公司、東風日產發動機分公司鋁壓鑄車間採用2500t壓鑄機生產鋁氣缸體，並實現了國產化。鋁氣缸蓋成形工藝主要有兩種，一是以歐美為代表的重力鑄造成形工藝，上海皮爾博格、南京泰克西等公司選用義大利法塔公司重力鑄造機生產鋁氣缸蓋；二是以日韓為代表的低壓鑄造成形工藝，東風日產發動機分公司鋁壓鑄車間、廣東肇慶鑄造公司、天津豐田鑄造公司都選用日本新東等公司的低壓鑄造機生產鋁氣缸蓋。
4.6 鎂合金成形技術
鎂合金的比強度和比剛度高i優於鋼和鋁合金，遠大於工程塑料。鎂合金還具有耐高溫、抗腐蝕和抗蠕變性能。鎂是目前汽車工業中應用的最輕的金屬，它比鋁輕1/3，比鋼鐵輕3/4，比非金屬的塑料還輕1/5。因此，鎂合金是汽車減輕質量的理想材料，鎂合金壓鑄件可以代替一些復雜的結構件，如儀錶板骨架幾十個鋼部件經沖壓、焊接而成，一質量約10 kg，若改為鎂合金壓鑄件，一次壓鑄成形，質量僅為4 kg，生產成本大大降低。隨著、鎂合金新材料的不斷開發和加工技術的完善，鎂合金在汽車市場中將不斷拓寬和持續穩定增長。鎂合金生產以壓鑄為主的成形技術，一直是汽車工業關注的焦點，鎂合金壓鑄件需求量佔到汽車工業對鎂合金需求量的80%，汽車用鎂合金壓鑄材料，除滿足耐高溫和抗蠕變性能外，還必須充分考慮設計、加工、表面處理及相關壓鑄成形工藝。由於壓鑄鎂合金有可鑄造性的突出優勢.鑄造壁厚可以達到1～1.5 mm，拔模斜度1°-2°盡管鎂合金鑄造的重點仍放在壓力壓鑄方面，但仍面臨壓鑄鎂合金的性能與成本問題。因此，一種新型工藝——鎂合金的半固態加工技術出現。該技術工藝已經主要用於生產一體化的鎂、鋁合金鑄件。國外鎂合金在汽車上應用前景廣闊，歐、美國家鎂合金壓鑄件產量以每年25%的速度增長。 Audi A6轎車變速器殼體為鎂合金壓鑄件，質量僅為14.2 kg，奧迪公司最早將鎂鑄件用於儀錶板骨架。福特汽車公司用鎂合金生產座椅骨架，取代鋼制骨架，使座椅質量從4 kg減為1 kg。福特公司正在研究用鎂合金生產氣缸體。日本三菱公司與澳大利亞科技部合作開發一種質量僅為7.5 kg的超輕質量的鎂合金發動機。寶馬公司直列六缸鎂合金氣缸體已經批量投產。美國通用生產鎂壓鑄件進氣岐管。雷諾公司已生產出鎂合金車輪鑄件。東風汽車鑄造廠已經批量生產鎂合金壓鑄件，目前東風汽車公司和一汽鑄造公司正在開發承擔國家科技部的重點科技攻關項目、，如變速器殼、齒輪室罩蓋、氣門室罩蓋、轉向盤骨架等鎂合金壓鑄件。上海乾通汽車附件有限公司率先生產出轎車鎂合金變速器外殼壓鑄件。近幾年，國內還相繼建立了一些大型的外資鎂壓鑄企業，如上海鎂鎂、蘇州GF等公司。
4.7 半固態壓鑄成形技術
半固態技術發源於美國，在美國這一技術已經基本成熟並處於全球領先地位。此技術被稱之為21世紀最有前途的材料成形技術。Alumax公司率先將該技術轉化為生產力，生產的鋁合金汽車制動總泵體毛坯尺寸接近零件尺寸，加工量占鑄件質量的13%，同樣的金屬型鑄件的加工餘量則占鑄件質量的40%。20世紀80年代以來，歐洲等國在半固態應用方面作了大量研究和應用工作。義大利是半固態加工技術應用最早的國家之一，Stampal-saa公司用該技術為 Ford汽車公司生產齒輪箱蓋和搖臂零件。目前，日本的Speed Star Wheel公司已經利用該技術生產重約5 kg的鋁合金輪轂鑄件。我國半固態金屬加工技術起步較晚，始於20世紀70年代後期。與國外相比，我國在半固態金屬成形技術領域的研究還很落後。就目前我國的研究現狀來看，該技術發展動向是金屬觸變成形技術已經基本成熟，而流變成形技術的發展緩慢。因此，今後將有更多的研究人員轉向流變成形理論和應用方面的研究。目前，半固態金屬成形技術主要應用於鋁、鎂、鉛等低熔點金屬的成形，對高熔點黑色金屬的應用較少，這是今後研究的方向。目前，國內外學者已經開發出了半固態成形過程數值模擬軟體，但是還有不足，需要加強應用計算機技術。
4.8 鑄鐵材質
（1）薄壁高強度灰鑄鐵件技術
我國2003年鑄件總產量為1987萬t，其中灰鑄鐵件為1049萬t，占總產量的53%。灰鑄鐵件在汽車上的大量應用是由於該材料具有較低的成本和良好的鑄造性能優勢。隨著汽車技術輕量化要求，灰鑄鐵的增長和發展將受到一定的影響，因此其發展趨勢是加強薄壁高強度氣缸體、氣缸蓋鑄件技術的開發與應用。薄壁高強度氣缸體、氣缸蓋鑄件技術的難點是使最薄壁厚僅為3-5 mm的本體斷面硬度差<40HBS，組織細密均勻。轎車氣缸體和大功率柴油機氣缸體、氣缸蓋鑄件的硬度、珠光體量、碳化物含量、石墨形態等金相組織的技術要求高。如大功率柴油機氣缸體、氣缸蓋要求本體硬度分別為1 70～228 HBS、179～235HBS，強度和尺寸要求高，表面粗糙度Ra<50 pm。灰鑄鐵的材質牌號在不斷提高，HT300已用於氣缸體、氣缸蓋的生產，有的產品可能要達到HT350。國內汽車鑄造廠在材料工藝、熔煉工藝、造型工藝、制芯工藝、模具製造工藝、檢測技術等方面作了大量工作，並將這些技術應用在轎車氣缸體和大功率柴油機氣缸體、氣缸蓋等鑄件上。
（2）蠕墨鑄鐵技術
蠕墨鑄鐵具有球墨鑄鐵的強度，與灰鑄鐵相比又有類似的防振、導熱能力及鑄造性能.有好的塑性和耐熱疲勞性能，可以解決大功率氣缸蓋的熱疲勞裂紋問題。鐵素體機體蠕鐵的工作溫度可達到700℃；高硅鉬蠕鐵的工作溫度可達870℃。蠕墨鑄鐵不會取代球墨鑄鐵，也不會取代灰鑄鐵。蠕墨鑄鐵廣泛應用的巨大潛在市場是汽車業，其主要產品則是發動機氣缸體和大功率柴油機氣缸蓋。隨著汽車輕量化和比功率（功率/排量）的提高，氣缸體和氣缸蓋的工作溫度越來越高，許多部位的工作溫度超過200℃，在此溫度下，鋁合金的強度大幅度下降，而蠕鐵則具有很大的優勢。它將成為唯一能滿足技術、環保和性能要求的先進的汽車發動機材料。因為蠕墨鑄鐵具有強度高、壁薄的特點，可以減輕質量。歐寶公司的研究表明，同樣功率的發動機氣缸體如果採用蠕鐵，壁厚可以由原來的7 mm減為3 mm，鑄件質量可減輕25%。
蠕墨鑄鐵的蠕化處理范圍很窄，核心技術是採用合適的生產技術與相應的蠕化劑。國外寶馬汽車公司、戴姆勒一克萊斯勒汽車公司、達夫公司的發動機氣缸體用蠕墨鑄鐵生產。福特（Ford）公司與辛特（Sinter）合作，於1999年在巴西每年生產10萬件氣缸體。德國Halberg鑄造廠，從1 991年開始為奧迪生產V8蠕鐵氣缸體，壁厚3.5 mm，147 kW的氣缸體質量僅74 kg。東風汽車公司鑄造廠，於1 984年5月正式在流水線上批量生產蠕墨鑄鐵排氣管，成為我國第一家在流水線上批量生產蠕墨鑄鐵件的工廠。在20世紀90年代初，又先後成功開發了蠕鐵變速器殼體和上海大眾桑塔納轎車排氣管。一汽鑄造公司無錫柴油機分公司於20世紀80年{BANNED}始大批量生產蠕鐵氣缸蓋。上海聖德曼鑄造有限公司為上海大眾生產中硅鉬蠕鐵排氣管。
（3）球墨鑄鐵技術
球墨鑄鐵由於具有高強度、高韌性和低價格.所以在汽車市場上仍有很大發展。我國球鐵產量也在持續增長，2003年產量占總產量的24%，同時制定許多球鐵標准，研究開發了適應球鐵在流水線上大量生產的先進工藝，如搖包、氣動脫硫，型內、蓋包球化，多種瞬時孕育，音頻、超聲、熱分析檢測技術。當前，在工業發達國家中，球墨鑄鐵件的產量在鑄件總產量中佔25%以上，美國2003年球鐵產量占鑄件總產量的33%。汽車鑄造業球鐵產品技術工藝的發展趨勢有以下4個方面。
一是鑄態珠光體、高強度（QT700-2、QT740-3）的載貨車和轎車曲軸，鑄態鐵素體、高伸長率（QT400—18、QT440-10）的汽車排氣管和橋殼底盤類鑄件。更高牌號QT800-2、QT900-2也在開發應用之中。
二是保安類鑄件，鑄態生產轎車轉向節的材質技術條件十分嚴格，要求鑄件零缺陷，100%的無損檢測，目前已有3項自動檢測技術用於生產。
三是耐熱球鐵件，即高硅鉬、中硅鉬、高鎳球鐵，該材質生產的排氣管件，有很好的抗高溫性能：目前國內汽車公司鑄造廠已經生產出鑄態中硅鉬鐵素體球鐵排氣管件。
四是奧貝球鐵，該材料特有的材質性能成為鑄造業的焦點，這是一種很有開發應用潛力的材料，主要用於生產曲軸等產品。
除上述外，汽車鑄造廠已經生產出鑄態球鐵冷激凸輪軸。
4.9 鑄造過程計算機應用技術
隨著汽車鑄造技術的快速發展，為縮短鑄件生產准備周期和降低新產品開發的風險，採用快速原型技術、計算機模擬模擬、三維建模、數控技術的應用越來越廣。快速原型技術在鑄造生產中的應用有了很大的發展。它除了應用開發新產品試制用的模具及熔模鑄造的蠟模外，還可以製做酚醛樹脂殼型、殼芯，可以直接用來裝配成砂型。國外公司在接到客戶提供三維CAD數據後，根據不同的產品結構，最快可在3周時間內為客戶提供鑄件。模擬造型過程正在成為國際汽車鑄造關注的前沿領域之一，清華大學、日本新東工業等對濕型砂緊實過程進行模擬。值得注意的是，德國亞琛工業大學、清華大學正在對射芯過程進行數據模擬。國內汽車鑄造業CAD-CAM-CAE一體化設計開發得到充分應用，特別是CAE凝固模擬虛擬技術，應用Magma、華鑄軟體對新產品的鑄件充型、凝固的溫度場和流動場模擬分析處理，預測和分析鑄件的缺陷。鑄造專家系統得到進一步應用，如型砂質量管理、鑄造缺陷分析、壓鑄工藝參數設計及缺陷診斷。
4.10 鑄造檢測技術
鑄造檢測技術是保證鑄件質量的關鍵手段。鑄件尺寸檢查，有常用的檢查卡具、卡板，有專用的檢測夾具。對於氣缸體、氣缸蓋等復雜件，採用三坐標儀自動測量鑄件尺寸和超聲波儀檢測鑄件的壁厚。無損檢測技術的應用越來越廣，對重要件時常採用熒光磁粉檢測表面裂紋；採用超聲波或音頻檢測球鐵的球化率；採用渦流檢測鑄件的基體組織（珠光體含量）。為滿足重要件的檢測要求，可將上述3項檢測儀器組合成一條自動檢測線。採用X射線檢測鑄件內部的縮孔與縮松缺陷，日本本田對球鐵轉向節鑄件100%用X射線探傷：採用工業內窺鏡檢測鑄件內腔質量，氣密性滲漏檢測。化學成分檢測，真空直讀光譜儀和碳硫測定儀在爐前、爐後鐵水質量上得到普遍應用.微量元素和氣體元素N、O、H的分析得到重視：爐前快速熱分析得到推廣應用，快速預報鑄鐵的碳硅當量、孕育效果、基體組織和力學性能。
4.11 綠色鑄造技術
「綠色鑄造」是使鑄造產品從設計、製造、包裝、運輸、使用到報廢處理整個產品的生命周期中，對環境的負面影響最小，資源效率最高。鑄造行業歷來被認為是高能耗、高污染的行業，要不斷開發新的節能、清潔、低排放、低污染的鑄造材料以投入生產使用。對於樹脂，要想辦法降低游離甲醛和游離酚等有害物質的含量；逐步加大冷芯盒技術應用，以減少樹脂砂對環境的影響，實現達標排放：降低熱芯盒、殼芯砂的固化溫度，制芯工藝由熱芯盒法向溫芯盒法轉變，以節約能源。我國汽車鑄造廠每年消耗新砂近千萬噸，舊砂排放的污染，以及新砂資源大量的耗費，不堪重負，因此舊砂的再生利用技術勢在必行。先進工業國家廢砂排放量降到10%以下，在歐洲、日本等地區舊砂的再生利用技術得到廣泛應用。哈爾濱東安汽車發動機公司引進義大利的熱法再生設備，已在生產中應用。一汽鑄造公司引進日本技術，熱法再生和機械再生結合，處理芯砂和型、芯砂混合砂已在生產中得到應用。目前，東風汽車公司也正在加速舊砂再生技術開發應用工作。加大廢鋼及回爐料的利用，以減少新生鐵和鋁資源的耗費。汽車鑄造業面向循環經濟的鑄造技術，要以循環經濟3R為行業准則，即以減量化（Rece）、再利用（Reuse）、再循環（Recycle）來開展工作。
5. 我國汽車鑄造業面臨的問題
我國汽車鑄造業在經過「計劃經濟」轉入「市場經濟」的過程中，經歷了起步、穩定、發展、成熟4個階段，取得了令世人矚目的成績。但是，我們必須清醒地認識汽車鑄造業的歷史重任及與發達國家的現實差距，牢牢把握國內外鑄造技術的發展趨勢，適時適宜地採用先進的鑄造技術，實施鑄造業的可持續發展戰略，目前汽車鑄造業主要有以下問題。
鑄造企業平均規模與經濟規模和國外比有較大差距。我國的鑄件產量雖然已經連續5年位居世界首位，有一批產量較高的大中型企業，但大多數鑄造企業規模偏小。就整個鑄造行業而言.其現狀仍然是廠點散（鑄造廠點達2萬多個），從業人員多（達120萬人之多），效益低下（廠均鑄件僅為500 t/年），只相當於美、日、德、法、意等工業發達國家的1/9-1/4。
鑄造企業整體技術裝備水平和國外比有較大差距。企業間技術裝備水平差距較大，少數企業的個別生產車間的技術裝備水平，已接近或達到國際先進水平，但是整體水平不高。據統計，我國已從國外進口自動造型線210多條，還有國產造型生產線250多條，這些生產線主要集中在汽車內燃機件的大批量生產企業中。
❷ DT4C如何提高強度
但當純鐵中含有一定量的碳後，就變成我們在各方面使用的鋼鐵了。純鐵中含碳在0.02%以上就變成硬度較低的能拔鐵絲、軋制薄白鐵板等用的低碳鋼。鐵中含碳量0.25%至0.6%的范圍內的鋼叫中碳鋼，其硬度中等，可軋成建築鋼材，鋼板、鐵釘等製品。鐵中含碳量0.6%至2.0%時神慎鋒就成為硬度很高游晌的、可制刀槍、模具等的高碳鋼了。低、中、高碳鋼合在一起孝老就叫「碳素鋼」。如果鐵中碳含量超過2.0%就變成又硬又脆的可鑄鐵鍋、暖氣片、犁等的生鐵了。一般生鐵含碳量為3.5%—5.5%。所以純鐵、鋼和生鐵的區別主要就在於鐵中的含碳量的不同。工業純鐵是鋼的一種，其化學成分主要是鐵，含量在99.50%－99.90%，含碳量在0.04%以下，其他元素愈少愈好。因為它實際上還不是真正的純鐵，所以稱這一種接近於純鐵的鋼為工業純勿。一般工業純鐵質地特別軟，韌性特別大，電磁性能很好。常見的有兩種規格，一種是是作為深沖材料的，可以沖壓成極復雜的形狀；另一種是作為電磁材料的，有高的感磁性的低的抗磁性廣泛用於電子電工，電器元件，磁性材料，非晶體製品，繼電器，感測器，汽車制動器，紡機，電表電磁閥等等產品。
❸ 鐵，怎樣才能讓它更硬
主要是三大類措施：
可以加入碳,工業上就變成了鋼， 含碳2.1~4.3%為生鐵,特點堅硬,脆,可鑄造不可鍛造 。含碳0.03~2.1%為鋼,特點堅硬,有韌性.可鑄造和鍛造。
進行適當的壓力加工，如鍛造、擠壓、軋制等。
進行適當的熱處理。如淬火
淬火在金屬材料加工、金屬熱處理等學術領域和行業內均讀音：zhàn。起源於工藝處理的方法，因為淬火就是把加熱到一定程度的熱工件蘸一下介質，以達到要求，過去工匠們形象的稱謂淬火為蘸火，淬火工藝應用很廣，讀法也隨之流傳開來。淬火是將材料加熱到臨界溫度Ac3（亞共析）或Ac1（過共析）以上溫度，保溫一段時間，使之全部或部分奧氏體1化，然後以大於臨界冷卻速度的冷速快冷到Ms以下（或Ms附近等溫）進行馬氏體（或貝氏體）轉變的熱處理工藝。通常也將鋁合金、銅合金、鈦合金、鋼化玻璃等材料的固溶處理或帶有快速冷卻過程的熱處理工藝稱為淬火。
淬火的目的是使過冷奧氏體進行馬氏體或貝氏體轉變，得到馬氏體或貝氏體組織，以大幅提強度、硬度。若配合以不同溫度的回火，還能大幅提高耐磨性、疲勞強度以及韌性等。也可以通過淬火滿足某些特種鋼材的鐵磁性、耐蝕性等特殊的物理、化學性能。
常用的淬冷介質有鹽水、水、礦物油、空氣等。淬火可以提高金屬工件的硬度及耐磨性，因而廣泛用於各種工、模、量具慧亮爛及要求表面耐磨的零件（如齒輪、軋輥、滲碳零件等）。通過淬火與不同溫度的回火配合，可以大幅度提高金屬的強度、韌性及疲勞強度，並可獲得這些性能之間的配合（綜合機械性能）以滿足不同的鍵姿使用要求。另外淬火還可使一些特殊性能的鋼獲得一定的物理化學性能，如淬火使永磁鋼增強其鐵磁性、不銹鋼提高其耐蝕性等。淬火工藝主要用於鋼件。常用的鋼在加熱到臨界溫度以上時，原有在室溫下的組織將全部或大部轉變為奧氏體。隨後將鋼浸入水或油中快速冷卻，奧氏體即轉變為前漏馬氏體。與鋼中其他組織相比，馬氏體硬度最高。淬火時的快速冷卻會使工件內部產生內應力，當其大到一定程度時工件便會發生扭曲變形甚至開裂。為此必須選擇合適的冷卻方法。根據冷卻方法，淬火工藝分為單液淬火、雙介質淬火、馬氏體分級淬火和貝氏體等溫淬火4類。
❹ 可以通過哪些途徑對金屬進行強化
金屬的強化
strengthening of metals
通過合金化、塑性變形和熱處理等手段提高金屬材料的強度，稱為金屬的強化。所謂強度是指材料對塑性變形和斷裂的抗力，用給定條件下材料所能承受的應力來表示。隨試驗條件不同，強度有不同的表示方法，如室溫准靜態拉伸試驗所測定的屈服強度、流變強度、抗拉強度、斷裂強度等（見金屬力學性能的表徵）；壓縮試驗中的抗壓強度；彎曲試驗中的抗彎強度；疲勞試驗中的疲勞強度（見疲勞）；高溫條件靜態拉伸所測的持久強度（見蠕變）。每一種強度都有其特殊的物理本質，所以金屬的強化不是籠統的概念，而是具體反映到某個強度指標上。一種手段對提高某一強度指標可能是有效的，而對另一強度指標未必有效。影響強度的因素很多。最重要的是材料本身的成分、組織結構和表面狀態；其次是受力狀態，如加力快慢、載入方式，是簡單拉伸還是反復受力，都會表現出不同的強度；此外，試樣幾何形狀和尺寸及試驗介質也都有很大的影響，有時甚至是決定性的，如超高強度鋼在氫氣氛中的拉伸強度可能成倍地下降（見應力腐蝕斷裂和氫脆）。
在本文中，強化一般是指金屬材料的室溫流變強度，即光滑試樣在大氣中、按給定的變形速率、室溫下拉兄斗滲伸時所能承受應力的提高。應強調指出：提高強度並不是改善金屬材料性能惟一的目標，即使對金屬結構材料來說，除了不斷提高強度以外，也還必須注意材料的綜合性能，即根據使用條件，要有足夠的塑性和韌性以及對環境與介質的適應性。
強化的理論基礎 從根本上講，金屬強度來源於原子間結合力。如果一個理想晶體，在切應力作用下沿一定晶面和晶向發生滑移形變，根據計算，此時金屬的理論切變強度一般是其切變模量的1/10～1/30。而金屬的實際強度只是這個理論強度的幾十分之一，甚至幾千分之一羨脊。例如,純鐵單晶的室溫切變強度約為5kgf/mm2,而按鐵的切變模量(5900kgf/mm2)來估算,其理論切變強度應達650kgf/mm2。造成這樣大差異的原因曾是人們長期關注的課題。直到1934年，奧羅萬(E.Orowan)、波拉尼(M.Polanyi)和泰勒 (G.I.Taylor)分別提出晶體位錯的概念；位錯理論的發展揭示了晶體實際切變強度（和屈服強度）低於理論切變強度的本質。在有位錯存在的情況下，切變滑移是通過位錯的運動來實現的，所涉及的是位錯線附近的幾列原子。而對於無位錯的近完整晶體，切變時滑移面上的所有原子將同時滑移，這時需克服的滑移面上下原子之間的鍵合力無疑要大得多。金屬的理論強度與實際強度之間的巨大差別，為金屬的強化提供了可能性和必要性（見形變和斷裂）。可以認為實測的純金屬單晶體在退火狀態下的臨界分切應力表示了金屬的基礎強度，是材料強度的下限值；而估算的金屬的理論強度是經過強化之後所能期望達到的強度的上限。
強化途徑 金屬材料的強化途徑不外兩個，一是提高合金的原子間結合力，提高其理論強度，並製得無缺陷的完整晶體，如晶須。已知鐵的晶須的強度接近理論值，可以認為這是因為晶須中沒有位錯，或者只包含少量在形變過程中不能增殖的位錯。可惜當晶須的直徑較大時(如大於5μm)，強度會急劇下降。有人解釋為大直徑晶須在生長過程中引入了可動位錯，一旦有可動位錯存在，強度就急劇下降了。從自前來看，只有少數幾種晶須作為結構材料得到了應用。另一強化途徑是向晶體內引入大量晶體缺陷，如位錯、點缺陷、異類原子、晶界、高度彌散的質點或不均勻性（如偏聚）等，這些缺陷阻礙位錯運動，也會明顯地提高金屬強度。事實證明，這是提高金屬強度最有效的途徑。對工程材料來說，一般是通過綜合的強化效應以達到較好的綜合性能。具體方法有固溶強化、形變強化、沉澱強化和彌散強化、細化晶粒強化、擇優取向強化、復相強化、纖維強化和相變強化等,這些方法往往是共存的。材料經過輻照後,也會產生強化效應，但一般不把它作為強化手段。
固溶強化 結構用的金屬材料很銷盯少是純金屬,一般都要合金化。合金化的主要目的之一是產生固溶強化，另外，也可能產生沉澱強化、細化晶粒強化、相變強化和復相強化等，這要看合金元素的作用和熱處理條件而定。合金元素對基體的固溶強化作用決定於溶質原子和溶劑原子在尺寸、彈性性質、電學性質和其他物理化學性質上的差異，此外，也和溶質原子的濃度和分布有關（見合金相）；固溶強化的實現主要是通過溶質原子與位錯的交互作用。這些交互作用可分為四種：
①溶質原子與位錯的彈性交互作用 在固溶體中,無論是固溶原子或是位錯，在其周圍都存在著應力和點陣畸變，兩個應力場之間的作用就屬於彈性交互作用。這種彈性交互作用力代表固溶原子所提供的阻礙位錯運動的力。其最大值取決於溶質原子的大小、濃度和分布，特別是使點陣發生畸變的對稱程度。
在代位固溶體中，固溶原子與溶劑原子的尺寸差異（原子尺寸錯配）愈大，固溶原子與位錯的彈性交互作用就愈大，強化作用也愈顯著，如鎢在鋼中的強化作用比鉬要高，就是因為鎢原子和鐵原子尺寸的差異要比鉬與鐵原子的差異大。在間隙固溶體中，填隙原子會引起晶胞體積的改變（晶胞體積錯配），如果填隙原子引起了非對稱性點陣畸變，象碳、氮原子溶入體心立方點陣金屬時那樣，則固溶原子與位錯的作用特別強，因而強化作用格外明顯；而當填隙原子引起對稱畸變時，如碳、氮在具有面心立方點陣的γ-Fe或鎳中,所引起的交互作用要弱得多，強化作用也就不明顯。
彈性交互作用還可因固溶元素與溶劑金屬在彈性模量上存在差異（模量錯配）而引起。即用一種彈性模量不同的原子去置換原來的溶劑原子會引起固溶原子與位錯所組成的系統的能量改變，從而產生交互作用能並導致交互作用力。計算表明，這種彈性模量錯配所引起的交互作用力的最大值和原子尺寸錯配所引起的彈性交互作用力大致相近，但其作用力是近程的，隨溶質原子與滑移面的距離增大，衰減較快。
②電學交互作用 晶體中的自由電子分布對應力有敏感性,電子會較多地集中到受張應力的區域。例如,在刃位錯的受脹區，電子濃度較高,具有電負性；相反,在受壓地區，濃度較低，具有電正性。由於電子濃度分布不均而使刃位錯相當於電學上的一個電偶極子。這種電偶極子與溶質原子的電荷產生靜電作用，從而引起溶質原子與位錯的交互作用而產生強化。一般來說，電學交互作用比彈性交互作用要弱，如銅在鋅、鎵、鍺或砷中固溶後,電學交互作用能最多隻有彈性交互作用能的1/6～1/3。但在某些情況下,電學交互作用也可以是主要的，如銀溶於鋁中，點陣變化很小，但銀對鋁的強化作用卻是可觀的，反映出此時電學交互作用成為決定性的因素。
③化學交互作用 在密排點陣金屬晶體中，經常出現堆垛層錯。層錯邊界為不全位錯，層錯的寬度和數目由層錯能的大小來決定。在層錯能較低的金屬中層錯數目多，層錯的寬度大。層錯結構與基體不同，在面心立方點陣中，層錯為密排六方排列；密排六方點陣中，層錯為面心立方排列。一般來說，固溶原子在兩種不同的密排點陣結構中的溶解度不相同；在熱力學平衡狀態下，溶質原子在層錯區和正常基體中的濃度也不一樣。當晶體發生滑移時，不管是沿著這些層錯擴張的平面，或者是這些層錯發生束集和截割，都要打破平衡狀態；也就是說，位錯運動要求外界提供更大的能量，從而表現出強化作用。
④幾何交互作用 固溶體中的溶質原子有時會出現有序化現象，當存在短程序時，塑性變形將改變原來的有序排列而增加勢能，表現為短程序強化作用。
在有長程序的固溶體中，位錯傾向於兩兩相隨地通過晶體。第一個位錯通過時，使有序結構中跨越滑移面的不同類原子對A-B改變為同類原子對A-A和B-B,引起能量升高；當後隨的一個位錯經過時，A-A和B-B原子對又恢復為A-B對,能量又降下來。在前後相隨的兩個位錯之間的這段距離上，A-A和B-B原子對尚未恢復，形成所謂反相疇界(antiphase boundary)。為減少反相疇界的能量，兩相隨位錯傾向於盡量靠近；但是當兩個同號位錯靠近時，它們之間的斥力急劇上升。在這兩個因素的共同作用下，兩個位錯間有一個平衡距離，它與兩個不全位錯間存在的層錯很相似。在塑性變形過程中，有序合金的反相疇界的面積不斷增加，從而提高了體系的能量，表現為長程序引起的強化作用。
此外，無論是代位原子或是填隙原子，在條件合適的情況下，都可能發生原子偏聚而形成氣團。對代位點陣來說，當溶質原子比溶劑原子的直徑大時，溶質原子有富集在刃位錯受脹區的趨向,反之,富集於受壓區。填隙原子則總是向受脹區富集。這種靠擴散在位錯附近富集的現象,稱為柯氏氣團(Cottrell atmosphere)。柯氏氣團對位錯有釘扎作用，特別是填隙原子，對位錯的釘扎作用更為強烈，由此成功地解釋了低碳鋼的屈服現象，因為填隙原子比代位原子容易擴散，所以填隙原子氣團的形成溫度也較低。
在位錯應力場的作用下，引起晶體的非對稱點陣畸變而使填隙原子產生有序化的排列稱為斯氏氣團Snoekatmosphere。例如碳原子在α-Fe中就形成這種應力感生有序化，即當沿c軸方向有拉伸應力時,碳原子處於體心立方點陣與c軸平行的各晶胞棱邊的一半處,引起晶胞沿c軸方向膨脹而產生強化作用。因為碳原子的擴散距離較短，而且是在應力作用下進行的，因此斯氏氣團的形成溫度比柯氏氣團更低一些。
形變強化 隨著塑性變形（或稱范性形變）量增加，金屬的流變強度也增加，這種現象稱為形變強化或加工硬化。形變強化是金屬強化的重要方法之一，它能為金屬材料的應用提供安全保證，也是某些金屬塑性加工工藝所必須具備的條件（如拔制）。
金屬的形變強化可通過應力- 應變曲線來描述。對多晶金屬來說，應力-應變曲線可以經驗地表示為：
Image:308-01.gif
式中σ表示室溫拉伸真應力，φε與ε分別為拉伸過程中的真實面積收縮率和真實延伸率,K為形變強化系數，n為形變強化指數。可以證明，在拉伸過程中，縮頸開始發生時的最大均勻形變數在數值上就等於材料的「形變強化指數」。同時，人們把開始形成縮頸時的強度命名為抗拉強度，也就是材料在塑性失穩時的流變強度。
形變強化是位錯運動受到阻礙的結果。目前對金屬單晶體的形變強化機制已有一定了解，特別對面心立方純金屬研究較為深入。多晶金屬情況比較復雜，除晶界以外，晶粒取向也多種多樣，對其形變強化的細節至今還不很清楚。
面心立方金屬單晶的典型應力-應變曲線見圖1。可以看出，它分為三個階段。單晶所受應力達到臨界分切應力(τ0)時，發生屈服。隨著切變數的增加，流變強度緩慢上升，其形變強化率，μ為切變模量, 這就是形變強化的第一階段，一般稱為易滑移階段。這個階段的主要特徵是單系滑移，在試樣表面可觀察到滑移線，這些滑移線的間距和長度不變，只是隨著應變數的增加，台階高度變大, 如Cu和Ni-Co合金便是如此。在階段Ⅰ。位錯的分布形式主要是位錯偶帶。臨界切應力的大小(τ0)，與晶體的取向，材料和純度有關。在階段Ⅰ的後期, 曲線的斜率增大，直到又變為一條直線而繼續升高,這就是形變強化的第Ⅱ階段,其強化率(θⅡ)最大，典型Image:308-03.gif的數值為Image:308-04.gif，比Image:308-06.gif大幾十倍。從結構變化來看，向階段Ⅱ的過渡是從次系滑移的出現開始的。在階段Ⅱ新形成的滑移線的長度越來越短，也就是由一個位錯源產生的「位錯圈」越來越小，位錯圈與晶體表面交截部位越來越短，螺位錯平均運動距離越來越小，或者說晶體中阻止位錯運動的障礙在不斷增加，同時流變強度在不斷提高。在階段Ⅱ的初期，由主系位錯偶帶和聯結它們的少數次系位錯形成位錯柵欄。隨著形變數的增加，平行於主滑移面出現了一些位錯密度較高的區域稱為位錯席。如果形變數再提高，晶體中便全形成胞狀組織。
為了說明形變強化的物理實質，必須了解在形變過程中位錯的產生、分布和運動與流變強度的關系。階段Ⅰ的強化可以認為是通過形成位錯偶使大量位錯受到羈絆而阻滯，但是偶中正負號位錯的長程應力場在很大程度上互相抵銷，因而位錯偶只提供很小的阻止位錯運動的應力場，導致階段Ⅰ的強化效應微弱。階段Ⅱ的強化模型很多，如位錯塞積群長程應力強化模型(1952)，位錯林強化模型(1959),位錯割階強化模型(1960),網眼長度強化模型(1962)，流變應力統計強化模型(1966)以及高位錯密度區強化模型(1967)等等，每一種模型都解釋一部分實驗現象，但也存在不少問題。其中以西格(A.See-ger)根據莫特(F.Mott)所提出的位錯塞積群長程應力強化模型比較經典，可得出流變強度與位錯密度的線性關系式,同時推算的Image:308-05.gif和實驗結果也比較符合。形變強化的第Ⅲ階段應力-應變曲線呈拋物線形,亦即強化效應逐漸下降，這是因為在高形變數下出現大量交滑移及異號位錯兼並的緣故。由於應力的提高，有些位錯可能繞過障礙前進，這些都減少強化效應。也就是說，在階段Ⅲ有動態回復出現。 在多晶金屬的加工硬化過程中，階段Ⅱ強化起決定性作用。為了保持多晶體塑性變性的連續性和協調性,每個晶粒發生變形時，必須有五個以上的滑移系統同時開動；所以，在多晶體里實際上不存在象單晶那樣的階段Ⅰ單系滑移和強化。
總之，形變強化決定於位錯運動受阻，因而強化效應與位錯類型、數目、分布、固溶體的晶型、合金化情況、晶粒度和取向及沉澱顆粒大小、數量和分布等有關。溫度和受力狀態有時也是決定性的因素。
一般來說，退火單晶的位錯密度為106cm-2，變形量很大的金屬可在1012cm-2以上。層錯能低的金屬比層錯能高的金屬加工硬化更為顯著。細晶粒、有澱澱相、高速形變和低溫形變都表現出較高的形變強化效應。
沉澱強化與彌散強化 過飽和固溶體隨溫度下降或在長時間保溫過程中（時效）發生脫溶分解。時效過程往往是很復雜的,如鋁合金在時效過程中先產生GP區,繼而析出過渡相（θ"及θ'）,最後形成熱力學穩定的平衡相(θ)。細小的沉澱物分散於基體之中,阻礙著位錯運動而產生強化作用，這就是「沉澱強化」或「時效強化」。為了提高金屬，特別是粉末冶金材料的強度，往往人為地加入一些堅硬的細質點，彌散於基體中，稱為彌散強化。從彌散質點引起強化這一點來說，沉澱強化與彌散強化並沒有大區別。但是,前一情況是內生的沉澱相,後一情況為外加質點；而且，在時效前期，沉澱相和基體之間往往保持共格或半共格關系，在每個細小沉澱物附近存在著一個較大范圍的應力場（圖2），與位錯發生交互作用，產生十分顯著的強化作用。如果時效溫度提高或時間延長，則出現非共格產物，強化效應下降，以致於合金強度降低，稱為「過時效」；最後產生平衡相。因為沉澱引起合金元素的貧化，此時合金材料的強度甚至低於固溶體狀態。彌散強化時，外加的質點在高溫使用過程中也會聚集、長大以減少顆粒的表面能，同樣會引起軟化。
晶體中的位錯在外力作用下產生運動，在運動過程中首先遇到的是第二相質點周圍的應力場（如果有這種應力場存在的話），對其產生阻礙作用，它屬於長程作用。繼而有兩種可能，一種是位錯切割質點而過，一種是位錯以某種方式繞過質點（圖3），兩者都需作功，因而產生強化效應。前者功耗方式主要有:①位錯切過質點,使基體和質點之間的界面增大，增加表面能（圖3a）；②改變第二相結構，第二相具有長程有序結構時（如高溫合金中的(γ'相)，位錯通過後增加了反相疇界，對無序系統來說，有可能改變層錯寬度；③析出相和基體之間切變模量不同，也會引起強化作用。位錯繞過質點的方式是多種多樣的：位錯可以發生彎曲（弓彎機理）從質點間通過，在質點周圍留下位錯圈而進一步強化（圖3b）；位錯可以交滑移進入另外的滑移面，繞過質點；在溫度較高時，位錯也可以通過攀移繞過質點等等。這些都是當位錯靠近第二相質點之後發生的，屬於近程作用。
上述質點強化隨質點大小、分布、數量和質點性質而不同。研究結果指出，在以切割機理強化時，因強化而產生的剪切屈服應力τ的增加，與質點半徑r,質點體積分數f的關系為Δτ∝f(1～1/3)r1/2,f冪次隨合金中質點結構的不同，取不同數值（1～1/3）。在以弓彎機理強化時,Δτ∝f1/2r-1。由此可以看出,在質點半徑很小時，位錯以切割質點的方式通過，此時的強度取決於切割機理。在時效(脫溶)的初期,隨f和r不斷增加，合金強度相應地升高。當脫溶接近完成時，f增長變緩,但r繼續增大，這時合金強度仍有提高，而強化的趨勢下降。隨著時效進一步發展，質點進一步增大，位錯主要繞過或按弓彎機理越過質點；第二相質點繼續變大，強度相應明顯下降，這就是合金的過時效階段。
細化晶粒強化 從位錯塞積或其他模型可以推導出多晶金屬的屈服強度（σy）與晶粒直徑(d)的關系,表示為：
σy＝σ0＋kyd劇?/center>
稱為霍耳-派赤（Hall-Petch）關系式。式中σ0、ky均為材料常數。對α-Fe來說,ky值與位錯釘扎情況有關,位錯被釘扎得愈牢, ky值愈大；在嚴重釘扎情況下，ky可達2kgf/mm2。據此進行計算,低碳鋼的晶粒度每提高兩級(即晶粒直徑減少一半)，屈服強度可提高約2.8kgf/mm2。如果低碳鋼的晶粒度從ASTM標準的0級細化到12級,即其平均直徑由0.359mm降至0.00561mm，則屈服強度可提高16kgf/mm2左右。而且，隨著晶粒的細化,斷裂強度比屈服強度有更大幅度的提高,同時沖擊韌性也得到改善,如同屬體心立方金屬的低碳鋼和鉬，晶粒每細化一級，韌性－脆性轉變溫度可分別降低10～20℃及24℃。
在所有金屬強化方法中，細化晶粒是目前唯一可以做到既提高強度，又改善塑性和韌性的方法。所以近年來細化晶粒工藝受到高度重視和廣泛應用。當前正在發展中的快冷微晶合金便是其中一例。有上述優異性能的原因可以從兩方面考慮：①晶界所佔比例較大，晶界結構近似非晶態，在常溫下具有比晶粒更高的強度；②細小晶粒使位錯塞積所產生的正應力隨之降低，不容易產生裂紋，從而表現為提高強度而不降低塑性。但細晶粒金屬的高溫強度下降，這是因為在高溫下晶界強度降低了，特別在變形速度很低的情況下（蠕變），這種效應更為突出。
相變強化 通過相變而產生強化效應也是常見的金屬強化方法。相變的種類很多，上述的沉澱相的形成和析出就是其中之一。現以應用最普遍的馬氏體相變強化為例，說明相變強化機理。
馬氏體相變是一種以剪切方式進行的非擴散型相變，相變產物與基體間保持共格或半共格聯系，在其周圍也存在很大的內應力，甚至使周圍的奧氏體發生形變而出現形變強化。
從馬氏體本身來看，其結構有兩種類型：一種常見於低碳鋼和18-8不銹鋼中,主要是板條馬氏體(或稱位錯馬氏體)。這種馬氏體中存在大量位錯，其密度在1011～1012cm-2,與經過大量冷加工的金屬的位錯密度相近。另一種常見於高碳和Fe-Ni-C合金中,主要是針狀馬氏體（或稱孿晶馬氏體），馬氏體針由大約100┱大小的孿晶所構成。這種孿晶組織隨碳含量而增加，當鐵中的碳含量為0.1％時,沒有孿晶組織,碳為0.8％時,孿晶達100％。馬氏體中的位錯或孿晶的出現，與相變過程中的形變數和溫度有關。一般來說，由於馬氏體相變而產生的局部形變數可高達10％。這種形變如發生於較高溫度(即Ms高時),則增殖位錯以緩和內應力；如發生在較低溫度（即Ms低時）,再加形變速度又高，就會產生孿晶。碳含量愈高，相變應力愈大，孿晶量也愈多。細小的孿晶相當於晶粒的細化，產生強化效應。
鋼中馬氏體相變強化的另一個主要原因是碳原子在相變過程中的有序化，即碳原子轉移到體心立方Image:310-01.gif的0位置使其沿一個方向(c)伸長而成為體心正方結構。碳原子所引起的強化作用，可用下式表示：
σ＝2.1×102(％C)1/2 (kgf/mm2)
鋼經形變熱處理後，強度進一步提高，而韌性卻不下降,這主要是因為奧氏體在Ms點以上形變後，馬氏體針更為細小；同時，馬氏體點(Ms)明顯下降，馬氏體中的孿晶大幅度增加，從而使鋼在形變熱處理後的強度明顯提高，而韌性卻不下降，這是細化晶粒強化的效應。此外，如含碳量為0.48％的鋼在形變熱處理後全部是孿晶馬氏體，經一般熱處理的同一鋼種卻只有一半孿晶馬氏體。如前所述，含碳量為0.8％的鋼,經一般熱處理後，才可使孿晶達100％。根據這個情況,碳含量低的鋼在形變熱處理後強度的提高比高碳鋼更為明顯，主要是因為後者孿晶增加的幅度不大。
纖維強化 根據斷裂力學觀點，高強度材料可容許存在的臨界裂紋尺寸很小,一旦出現裂紋就很快擴展,容易發生斷裂。而將細纖維排在一起，粘結起來，可免除上述缺點，是解決脆性高強材料用於實際結構的一個重要途徑。因為經過復合之後，不但解決了纖維的脆性問題，也提高了材料的比強度、比模量和疲勞性能。纖維強化復合材料，是當前很有發展前途的一類材料。
纖維強化的復合材料的力學性質，可根據纖維和基體（粘合劑）的體積分數計算出來,如彈性模量（E），
Ec＝EfVf＋EmVm
其中Ec、En和Em分別為復合材料、纖維和基體的彈性模量, Vn和Vm為兩相的體積分數。由於纖維和基體的泊松比不同,可引起的誤差達百分之幾。對抗拉強度來說,也可得出類似方程。但由於纖維和基體的強度和塑性不同，其間的結合力也不一樣，還有其他許多影響因素使問題復雜化。關於復合材料的強度問題，已形成專門的學問。
在高溫下使用的纖維強化復合材料，必須要考慮纖維和基體間的熱穩定性;因在高溫、長期工作過程中,兩相發生互擴散，最後纖維被溶解，失去強化作用。目前改善的途徑有二：①在纖維與基體間塗上一層防擴散層，如鉑、鉭等；②採用定向共晶生長，使纖維在熱力學平衡狀態生長出來，增加熱穩定性。這種途徑受合金系統的限制，局限性很大。
擇優取向強化 金屬在凝固過程、冷加工或退火過程中都會發生晶體的擇優取向，力學性質因取向不同而有區別。金屬可以利用擇優取向而得到較高的強度，這在工業上已得到應用，但不如利用磁性能的擇優取向硅鋼片那樣普遍。
輻照強化 由於金屬在強射線條件下產生空位或填隙原子,這些缺陷阻礙位錯運動,從而產生強化效應（見金屬的輻照損傷和輻照效應）。
參考書目
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❺ 我們想像中鐵都是很堅硬的,可是為什麼有的鐵這么軟呢那為什那麼鐵純和其他種
純鐵的硬度比較低，但工業上基本上沒有使用純鐵的，大多數情況使用的其實是鐵合金，一般叫做鋼，最早的鋼主要是鐵碳合金，後來又發張出合金鋼（合金鋼 alloy steel 鋼里除鐵、碳外，加入其他的合金元素，就叫合金鋼。 在普通碳素鋼基礎上添加適量的一種或多種合金元素而構成的鐵碳合金。根據添加李脊元素的不同首擾枯，並採取適當的加工工藝，可獲得高強度、高韌性、耐磨、耐腐蝕、者洞耐低溫、耐高溫、無磁性等特殊性能。）、不銹鋼。除了在鐵元素中添加其它元素，這些鋼材在加工過程中的處理工藝（例如鍛造、淬火等等）對它們的硬度、強度影響也很大。
❻ 熱處理，退火、正火、悴火、回火…提高鋼的強度、硬度、脆性
退火，降低鋼的硬度，強度也會降低，脆性中螞肯定就會沒有了反而韌性還很高；
正火，稍微增加鋼的硬度，強度也比退火稍高點，高合金鋼若正火後脆性也會有的，但不會很大；
淬火，也就是硬度、強度很高，脆性很大，但會通過回火可以裂凳調整的。
金屬熱處理是機械製造中的重要工藝之一，與其他加工工藝相比，熱處理一般不改變工件的形狀和整體的化學成分，而是通過改變工件內部的顯微組織，或改變工件表面的化學成分，賦予或改善工件的使用性能。其特點是改善工件的內在質量，而這一般不是肉眼所能看到的。
為使金屬工件具有所需要的力學性能、物理性能和化學性能，除合理選用材料和各種成形工藝外，熱處理工藝往往是必不可少的。鋼鐵是機械工業中應用最廣的材料，鋼鐵顯微組織復雜，可以通過熱處理予以控制，所以鋼鐵的熱處理是金屬熱處理的主要內容。另外，鋁、銅、鎂、鈦等及其合金也都可以通過熱處理改變其力賣源埋學、物理和化學性能，以獲得不同的使用性能。