❶ 我国高炉炼铁水平如何提升
在科学技术迅猛发展的今天，由于铸造成形工艺的特殊优势，有些复杂结构件目前尚无其他制造工艺可替代。铸造工艺仍是最经济且便捷的金属成形工艺。随着全球经济一体化，在国际间的合作日益密切、竞争日趋激烈之时，中国汽车铸造业应更充分地发挥铸造资源优势，发展自己的铸造工业。
在科学技术迅猛发展的今天，由于铸造成形工艺的特殊优势，有些复杂结构件目前尚无其他制造工艺可替代。铸造工艺仍是最经济且便捷的金属成形工艺。随着全球经济一体化，在国际间的合作日益密切、竞争日趋激烈之时，中国汽车铸造业应更充分地发挥铸造资源优势，发展自己的铸造工业。
1. 中国铸造业现状
中国是当今世界上最大的铸件生产国家，据资料介绍，我国铸造产品的产值在国民经济中约占1%左右。最近几年，铸件进出口贸易增长较悄颤腊快，铸件的产量已达到9%左右。我国铸造厂点多达2万多个，铸造行业从业人员达120万之多。“长三角”地区的铸件产量占全国的1/3，该地区主要以民营企业为主，汽车和汽车零部件行业的发展有力地拉动了铸造行业的发展。万丰奥特是亚洲最大的铝合金车轮企业，年产值超过10亿元，出口额达6 000美元。昆山富士和机械有限公司生产汽车发动机和制动系统的铸件，年产量达4万t，销售收入5.5亿元。华东泰克西是一个先进的现代化气缸体铸件生产企业，具有年产1 00万件
轿车气缸体铸件能力。山西是铸造资源大省，有丰富的生铁、煤炭、铝镁、电力、劳力资源、使山西的铸造产业有得天独厚的优势，具有500个铸造企业，80%为民营企业。山西国际、河津山联、山西华翔年产量分别达4万t、2万t、12万t。“东三省”有一汽集团、哈飞集团等骨干汽车企业带动了汽车铸件产量的增长。一汽集团铸造公司，已经形成40万t铸件的生产能力。辽宁北方曲轴有限公司，到“十一五”末将形成年产15万台发动机、100万件曲轴、产值20亿的曲轴生产基地。“珠江三角洲”压铸行业发达，有700多个压铸企业，年产量达20万t。东风日产、广州本田、广州丰田和零部件企业有力带动了压铸业的发展，轿车气缸体、气缸盖的压铸件产量逐年增长。
2. 国外铸造业现状
近几年来，全球铸造业持续增长，2004年铸件产量比上一年度增长8.4%，中国生产铸件2242万t，全球排名第一，比上一年增长23.6%。全球十大铸件生产国的产量与增长率见表1。从表1可见，2004年中国的铸件产量约占全球铸件产量的1/4。巴西铸件产量增长最快，达到25.8%。增长率超过2位数的国家有巴西、中国、墨西哥、印度，都是发展中国启滑家。而发达国家的铸件增长率普遍较低。美国铸件产量自2000年以来，已经退居到第2位。2004年美国铸件总产量为1231万t，其中灰铁件占35%、球铁件占33%、铸钢件占8.4%、铝合金件占16%。从需求上看，球铁铸件和铝铸件的需求在增长。2003年进口铸件占总需求的1 5%，进口铸件的价格比美国国内低20%～50%。近年来因铸造环保要求高、能源消耗大、劳动力昂贵等原因，美国大型汽车公司生产普通汽车铸件的铸造厂纷纷关闭，逐步将铸件的生产转向中国、印度、墨西哥、巴西等发展中国家。日本的铸造业不景气，其从业人员在减少。2004年日本铸件总产量为639万t，其中灰铁件占42%、球铁件占30%、铸钢件占4%、铝合金件占21%。从需求上看，球铁铸件和铝铸件的需求在增长。日本铸造界在技术创新方面作了大量工作，开发了球型低膨胀铸造砂、高减振铸铁材料、中硅耐热球铁等材料。其真空压铸的铸件能焊接和热处理，半固态铸造生产用于汽车铝轮毂，提高了强度和伸长率。镁合金压铸进一步发展，并取代重力铸造，其性能提高，成本降低。
3. 汽车铸造技术的发展方向
汽车技术正向轻量化、数值化、环保化方面发展。据有关资料报道，汽车自重每减少10%，油耗可减少5.5%，燃料经济性可提高3%-5%，同时降低排放10%左右。铸件轻量化主要有两个途径。一是采用铝、镁等非铁合金铸件，美国2003年统计有2/3的铝铸件用于汽车上，每车达到107 kg。二是减小铸件壁厚、设计多零件组合铸件，生产薄壁高强度复合铸件，并减洞巧少加工余量，生产近终形铸件。随着汽车技术的快速发展，为缩短铸件生产准备周期和降低新产品开发的风险，要求采用快速制模技术、计算机仿真模拟、三维建模、数控技术。而清洁生产、废物再生是铸造业的发展趋势，降低能耗是其持续发展的主题。我国汽车铸造业必须走高效、节能、节材、环保和绿色铸造之路，因为国家和社会要求严厉管控汽车铸造业的能源消耗大户和污染大户，以利改善铸造业热、脏、累的劳动密集型行业员工的劳动环境。
4. 汽车铸造技术发展趋势
国内外汽车铸造技术发展趋势很多，现仅简介一些在汽车行业大量流水线生产中的铸件技术及发展趋势。
4.1 砂型铸造成形技术
潮模造型经过手工紧实一震击+压实紧实→高压+微震紧实→气冲紧实→静压紧实几个发展阶段。静压造型技术的实质是“气中预紧实+压实”，其有以下优点：铸型轮廓清晰，表面硬度高且均匀，拔模斜度小，型板利用率高，工艺装备磨损小，铸型表面粗糙度低，铸型型废率低。因此，是目前最新、最先进的造型工艺，并已成为当今的主流紧实工艺。目前，高压造型和单一气冲造型已逐渐被静压造型所替代，原先高压造型线和气冲造型线的主机已逐渐更新为静压造型主机，新建铸造厂均首选采用静压造型技术。当前，国外比较有名的制造静压造型设备的厂家有德国的KW公司、HWS公司和意大利萨威力公司。国内汽车铸造厂家大都选用 HWS公司或KW公司制造的设备，如一汽铸造公司、东风汽车铸造厂、上海圣德曼铸造公司、华东泰克西、山西三联、广西玉柴、无锡柴油机厂等。
4.2 近净形技术
（1）消失模铸造成形工艺
消失模铸造也称气化模铸造、实型铸造、无型腔铸造。该工艺尺寸精度高达0.2 mm以内，表面粗糙度可达Ra5μm～Ra6μm，被铸造界誉之为“21世纪的铸造新技术”、“铸造的绿色工程”。该工艺方法是采用无粘结剂干砂加抽真空技术。据2003年统计，我国有150家企业用该工艺生产箱体类、管件阀体类、耐热耐磨合金钢类等三大类铸件，总产量超过10万t。国内汽车铸造厂，有的采用国产铸造生产线：有的采用简易生产线或单机生产；有的采用国外引进铸造生产线生产。一汽集团公司1993年从美国福康公司引进造型用振动台，生产 EPS模的预发泡机和成型机等设备，生产汽车进气管。长沙发动机总厂从意大利引进自动化铸造线生产铝合金气缸体、气缸盖铸件。合肥叉车集团用4段泡沫模片粘结成整体的工艺生产复杂箱体铸件，尺寸精度可达到 CT7-CT8级，产品出口美国。成都成工集团，用8块泡沫模片粘结成整体的工艺生产装载机变速器，铸件质量达320 kg，与砂型铸造比较，毛坯减重15%，成品率达95%以上。消失模工艺近几年在美国有较大的发展，通用汽车公司投资建造了6条消失模铸造生产线，大批量生产铝合金气缸体、气缸盖铸件。今后，该工艺将大量采用快速制模技术和模拟仿真技术，以缩短生产准备周期，实现铸件的快捷生产。未来的发展方向必定是质量好、复杂、精密、寿命长的高档模具。提高该技术的模具材料、成形工艺、涂料技术、工装设备的技术水平，使EPS铸件获得更广阔的发展前景。
（2）熔模精密铸造成形工艺
我国汽车熔模精密铸造技术有了长足的发展，采用近净形技术可以生产出无余量的铸造产品。熔模精密铸造工艺有水玻璃制壳工艺、复合制壳工艺、硅溶胶制壳工艺。汽车产品材料有碳素钢、合金钢、有色合金与球墨铸铁。国外有高合金钢、超合金材料。熔炼设备国内采用普通、快速中频炉；国外采用真空炉、翻转炉、高频炉技术。采用硅溶胶制壳工艺的零件表面粗糙度可达Ra1.6μm、尺寸精度可达CT4级，最小壁厚可达0.5～1.5mm。欧、美、日等国家开始关注精铸件在汽车业的应用与拓展。我国汽车用精铸件的市场需求量也在不断快速增长和发展，2003年精铸件的产量为60万t，产值达到110亿元。东风汽车精密铸造有限公司采用硅溶胶+水玻璃复合型制壳工艺，生产高技术含量、高附加值产品，将原来铸件、锻件、机加工及多件组装结构设计制造成一个整体精密铸件，显着降低了制造成本。
熔模精密铸造成形工艺将来的发展趋势是铸件产品越来越接近零部件产品，传统的精铸件只作为毛坯，已经不适应市场的快速应变。零部件产品的复杂程度和质量档次越来越高，研发手段越来越强，专业化协作开始显现，CAD、CAM、 CAE的应用成为零部件产品开发的主要技术。东风汽车公司、一汽集团公司的精铸企业作为中国精铸行业的领军者，一定能凭强大的研发实力和先进的技术快速发展。
4.3 制芯技术
目前，国内外汽车铸造制芯有3种制芯工艺，在现代汽车铸造中常并行采用的主要工艺有热芯盒制芯、壳芯制芯、冷芯盒制芯等，传统的合脂或油砂制芯已被淘汰。冷芯盒技术工艺有两个特点：一是硬化速度快，初始强度高，生产率高；二是砂芯尺寸精度高，可满足生产薄壁高强度铸件的砂芯。因此，制芯工艺技术有以冷芯盒技术为主的发展趋势。一汽铸造公司、东风汽车铸造厂、上海圣德曼铸造公司、华东泰克西、山西国际铸造公司等均采用冷芯盒制芯技术。当代先进的110L冷芯盒制芯机见图1。
最先进的制芯工艺是结合锁芯（Key Core）和冷芯盒等技术的制芯中心，整个射芯、取芯、修整毛刺、多个芯子定位组合成一体、上涂料、烘干等工序，全部用一台或多台制芯机与机械手自动化完成。国外比较有名的制芯中心生产厂有西班牙LORMENDl公司、德国 Laempe公司和Hottinger公司、意大利的FA公司等。东风汽车铸造厂、一汽铸造公司、上海圣德曼铸造公司、华东泰克西、上海柴油机、洛拖二铁、潍柴、江西五十铃等均采用冷芯盒制芯中心技术。
4.4 铸铁熔炼技术
目前，国内外铸铁熔炼技术有两种主要方式：一是采用大型热风除尘冲天炉与工频保温炉双联熔炼工艺；二是采用中频感应电炉熔炼工艺技术。美国因达公司和彼乐公司生产的中频炉技术开始越来越受到重视，该技术日益成熟，其清洁、环保、节能、高效、安全的优势突出，是今后发展的方向。
因此，铸铁则由过去用工频炉熔炼逐步过渡到用高效省电的中频电炉熔化。一、汽铸造公司、东风汽车公司采用因达公司和彼乐公司生产的中频炉和保温炉技术，已经开发应用球化剂、孕育剂、蠕化剂和其他各种添加剂产品，形成商品化、标准化、规格化、系列化。铸铁孕育多用带光电控制的随流孕育机。新开发出的喂丝球化方法及其与
现代化检测技术相结合的SINTER CASTZ艺是铸铁球化及蠕化处理的一种很有优势的工艺，应用者日益增多。国外金属炉料经过破碎、净化、称量，大大提高熔化效率和铁水质量。国内的天津丰田、天津勤美达、苏州勤美达等铸造厂已对炉料采用破碎处理工艺。
4.5 铝合金气缸体、气缸盖压铸成形技术
铝合金是汽车上应用最快和最广的轻金属，因为铝合金本身的性能已经达到质量轻、强度高、耐腐蚀的要求。最初，铝合金仅用于一些不受冲击的部件。后来，通过强化合金元素，铝合金的强度大大提高，由于质轻、散热性好等特性，可以满足发动机活塞、气缸体、气缸盖在恶劣环境下工作的要求。铝合金气缸体、气缸盖压铸成形核心技术可以提高净化、精炼、细化、变质等材质质量控制，使得铝铸件质量达到一致性和稳定性。随着我国汽车业的发展，特别是家用轿车的快速增加和汽车零部件出口量的增大，汽车铝铸件将有很大的增长。我国2003年铸件总产量为1 987万t，其中铝镁合金为117万t，占总产量的5.8%。丰田汽车希望在近两年将铝制气缸体由现在的35%提高到50%。日产汽车计划在2010年以前，70%的汽油机轿车的气缸体采用铝制材料，近100%的气缸盖及变速器壳体采用铝制材料。本田汽车公司早在1994年，将汽油发动机气缸体全部换成铝制气缸体。铝合金气缸体、气缸盖等有色金属则多采用压铸（包括真空压铸）、低压压铸、高压压铸、金属型重力铸造以及很有发展前途的半固态压铸成形技术。东风本田发动机公司、东风日产发动机分公司铝压铸车间采用2500t压铸机生产铝气缸体，并实现了国产化。铝气缸盖成形工艺主要有两种，一是以欧美为代表的重力铸造成形工艺，上海皮尔博格、南京泰克西等公司选用意大利法塔公司重力铸造机生产铝气缸盖；二是以日韩为代表的低压铸造成形工艺，东风日产发动机分公司铝压铸车间、广东肇庆铸造公司、天津丰田铸造公司都选用日本新东等公司的低压铸造机生产铝气缸盖。
4.6 镁合金成形技术
镁合金的比强度和比刚度高i优于钢和铝合金，远大于工程塑料。镁合金还具有耐高温、抗腐蚀和抗蠕变性能。镁是目前汽车工业中应用的最轻的金属，它比铝轻1/3，比钢铁轻3/4，比非金属的塑料还轻1/5。因此，镁合金是汽车减轻质量的理想材料，镁合金压铸件可以代替一些复杂的结构件，如仪表板骨架几十个钢部件经冲压、焊接而成，一质量约10 kg，若改为镁合金压铸件，一次压铸成形，质量仅为4 kg，生产成本大大降低。随着、镁合金新材料的不断开发和加工技术的完善，镁合金在汽车市场中将不断拓宽和持续稳定增长。镁合金生产以压铸为主的成形技术，一直是汽车工业关注的焦点，镁合金压铸件需求量占到汽车工业对镁合金需求量的80%，汽车用镁合金压铸材料，除满足耐高温和抗蠕变性能外，还必须充分考虑设计、加工、表面处理及相关压铸成形工艺。由于压铸镁合金有可铸造性的突出优势.铸造壁厚可以达到1～1.5 mm，拔模斜度1°-2°尽管镁合金铸造的重点仍放在压力压铸方面，但仍面临压铸镁合金的性能与成本问题。因此，一种新型工艺——镁合金的半固态加工技术出现。该技术工艺已经主要用于生产一体化的镁、铝合金铸件。国外镁合金在汽车上应用前景广阔，欧、美国家镁合金压铸件产量以每年25%的速度增长。 Audi A6轿车变速器壳体为镁合金压铸件，质量仅为14.2 kg，奥迪公司最早将镁铸件用于仪表板骨架。福特汽车公司用镁合金生产座椅骨架，取代钢制骨架，使座椅质量从4 kg减为1 kg。福特公司正在研究用镁合金生产气缸体。日本三菱公司与澳大利亚科技部合作开发一种质量仅为7.5 kg的超轻质量的镁合金发动机。宝马公司直列六缸镁合金气缸体已经批量投产。美国通用生产镁压铸件进气岐管。雷诺公司已生产出镁合金车轮铸件。东风汽车铸造厂已经批量生产镁合金压铸件，目前东风汽车公司和一汽铸造公司正在开发承担国家科技部的重点科技攻关项目、，如变速器壳、齿轮室罩盖、气门室罩盖、转向盘骨架等镁合金压铸件。上海干通汽车附件有限公司率先生产出轿车镁合金变速器外壳压铸件。近几年，国内还相继建立了一些大型的外资镁压铸企业，如上海镁镁、苏州GF等公司。
4.7 半固态压铸成形技术
半固态技术发源于美国，在美国这一技术已经基本成熟并处于全球领先地位。此技术被称之为21世纪最有前途的材料成形技术。Alumax公司率先将该技术转化为生产力，生产的铝合金汽车制动总泵体毛坯尺寸接近零件尺寸，加工量占铸件质量的13%，同样的金属型铸件的加工余量则占铸件质量的40%。20世纪80年代以来，欧洲等国在半固态应用方面作了大量研究和应用工作。意大利是半固态加工技术应用最早的国家之一，Stampal-saa公司用该技术为 Ford汽车公司生产齿轮箱盖和摇臂零件。目前，日本的Speed Star Wheel公司已经利用该技术生产重约5 kg的铝合金轮毂铸件。我国半固态金属加工技术起步较晚，始于20世纪70年代后期。与国外相比，我国在半固态金属成形技术领域的研究还很落后。就目前我国的研究现状来看，该技术发展动向是金属触变成形技术已经基本成熟，而流变成形技术的发展缓慢。因此，今后将有更多的研究人员转向流变成形理论和应用方面的研究。目前，半固态金属成形技术主要应用于铝、镁、铅等低熔点金属的成形，对高熔点黑色金属的应用较少，这是今后研究的方向。目前，国内外学者已经开发出了半固态成形过程数值模拟软件，但是还有不足，需要加强应用计算机技术。
4.8 铸铁材质
（1）薄壁高强度灰铸铁件技术
我国2003年铸件总产量为1987万t，其中灰铸铁件为1049万t，占总产量的53%。灰铸铁件在汽车上的大量应用是由于该材料具有较低的成本和良好的铸造性能优势。随着汽车技术轻量化要求，灰铸铁的增长和发展将受到一定的影响，因此其发展趋势是加强薄壁高强度气缸体、气缸盖铸件技术的开发与应用。薄壁高强度气缸体、气缸盖铸件技术的难点是使最薄壁厚仅为3-5 mm的本体断面硬度差<40HBS，组织细密均匀。轿车气缸体和大功率柴油机气缸体、气缸盖铸件的硬度、珠光体量、碳化物含量、石墨形态等金相组织的技术要求高。如大功率柴油机气缸体、气缸盖要求本体硬度分别为1 70～228 HBS、179～235HBS，强度和尺寸要求高，表面粗糙度Ra<50 pm。灰铸铁的材质牌号在不断提高，HT300已用于气缸体、气缸盖的生产，有的产品可能要达到HT350。国内汽车铸造厂在材料工艺、熔炼工艺、造型工艺、制芯工艺、模具制造工艺、检测技术等方面作了大量工作，并将这些技术应用在轿车气缸体和大功率柴油机气缸体、气缸盖等铸件上。
（2）蠕墨铸铁技术
蠕墨铸铁具有球墨铸铁的强度，与灰铸铁相比又有类似的防振、导热能力及铸造性能.有好的塑性和耐热疲劳性能，可以解决大功率气缸盖的热疲劳裂纹问题。铁素体机体蠕铁的工作温度可达到700℃；高硅钼蠕铁的工作温度可达870℃。蠕墨铸铁不会取代球墨铸铁，也不会取代灰铸铁。蠕墨铸铁广泛应用的巨大潜在市场是汽车业，其主要产品则是发动机气缸体和大功率柴油机气缸盖。随着汽车轻量化和比功率（功率/排量）的提高，气缸体和气缸盖的工作温度越来越高，许多部位的工作温度超过200℃，在此温度下，铝合金的强度大幅度下降，而蠕铁则具有很大的优势。它将成为唯一能满足技术、环保和性能要求的先进的汽车发动机材料。因为蠕墨铸铁具有强度高、壁薄的特点，可以减轻质量。欧宝公司的研究表明，同样功率的发动机气缸体如果采用蠕铁，壁厚可以由原来的7 mm减为3 mm，铸件质量可减轻25%。
蠕墨铸铁的蠕化处理范围很窄，核心技术是采用合适的生产技术与相应的蠕化剂。国外宝马汽车公司、戴姆勒一克莱斯勒汽车公司、达夫公司的发动机气缸体用蠕墨铸铁生产。福特（Ford）公司与辛特（Sinter）合作，于1999年在巴西每年生产10万件气缸体。德国Halberg铸造厂，从1 991年开始为奥迪生产V8蠕铁气缸体，壁厚3.5 mm，147 kW的气缸体质量仅74 kg。东风汽车公司铸造厂，于1 984年5月正式在流水线上批量生产蠕墨铸铁排气管，成为我国第一家在流水线上批量生产蠕墨铸铁件的工厂。在20世纪90年代初，又先后成功开发了蠕铁变速器壳体和上海大众桑塔纳轿车排气管。一汽铸造公司无锡柴油机分公司于20世纪80年{BANNED}始大批量生产蠕铁气缸盖。上海圣德曼铸造有限公司为上海大众生产中硅钼蠕铁排气管。
（3）球墨铸铁技术
球墨铸铁由于具有高强度、高韧性和低价格.所以在汽车市场上仍有很大发展。我国球铁产量也在持续增长，2003年产量占总产量的24%，同时制定许多球铁标准，研究开发了适应球铁在流水线上大量生产的先进工艺，如摇包、气动脱硫，型内、盖包球化，多种瞬时孕育，音频、超声、热分析检测技术。当前，在工业发达国家中，球墨铸铁件的产量在铸件总产量中占25%以上，美国2003年球铁产量占铸件总产量的33%。汽车铸造业球铁产品技术工艺的发展趋势有以下4个方面。
一是铸态珠光体、高强度（QT700-2、QT740-3）的载货车和轿车曲轴，铸态铁素体、高伸长率（QT400—18、QT440-10）的汽车排气管和桥壳底盘类铸件。更高牌号QT800-2、QT900-2也在开发应用之中。
二是保安类铸件，铸态生产轿车转向节的材质技术条件十分严格，要求铸件零缺陷，100%的无损检测，目前已有3项自动检测技术用于生产。
三是耐热球铁件，即高硅钼、中硅钼、高镍球铁，该材质生产的排气管件，有很好的抗高温性能：目前国内汽车公司铸造厂已经生产出铸态中硅钼铁素体球铁排气管件。
四是奥贝球铁，该材料特有的材质性能成为铸造业的焦点，这是一种很有开发应用潜力的材料，主要用于生产曲轴等产品。
除上述外，汽车铸造厂已经生产出铸态球铁冷激凸轮轴。
4.9 铸造过程计算机应用技术
随着汽车铸造技术的快速发展，为缩短铸件生产准备周期和降低新产品开发的风险，采用快速原型技术、计算机仿真模拟、三维建模、数控技术的应用越来越广。快速原型技术在铸造生产中的应用有了很大的发展。它除了应用开发新产品试制用的模具及熔模铸造的蜡模外，还可以制做酚醛树脂壳型、壳芯，可以直接用来装配成砂型。国外公司在接到客户提供三维CAD数据后，根据不同的产品结构，最快可在3周时间内为客户提供铸件。模拟造型过程正在成为国际汽车铸造关注的前沿领域之一，清华大学、日本新东工业等对湿型砂紧实过程进行模拟。值得注意的是，德国亚琛工业大学、清华大学正在对射芯过程进行数据模拟。国内汽车铸造业CAD-CAM-CAE一体化设计开发得到充分应用，特别是CAE凝固模拟虚拟技术，应用Magma、华铸软件对新产品的铸件充型、凝固的温度场和流动场模拟分析处理，预测和分析铸件的缺陷。铸造专家系统得到进一步应用，如型砂质量管理、铸造缺陷分析、压铸工艺参数设计及缺陷诊断。
4.10 铸造检测技术
铸造检测技术是保证铸件质量的关键手段。铸件尺寸检查，有常用的检查卡具、卡板，有专用的检测夹具。对于气缸体、气缸盖等复杂件，采用三坐标仪自动测量铸件尺寸和超声波仪检测铸件的壁厚。无损检测技术的应用越来越广，对重要件时常采用荧光磁粉检测表面裂纹；采用超声波或音频检测球铁的球化率；采用涡流检测铸件的基体组织（珠光体含量）。为满足重要件的检测要求，可将上述3项检测仪器组合成一条自动检测线。采用X射线检测铸件内部的缩孔与缩松缺陷，日本本田对球铁转向节铸件100%用X射线探伤：采用工业内窥镜检测铸件内腔质量，气密性渗漏检测。化学成分检测，真空直读光谱仪和碳硫测定仪在炉前、炉后铁水质量上得到普遍应用.微量元素和气体元素N、O、H的分析得到重视：炉前快速热分析得到推广应用，快速预报铸铁的碳硅当量、孕育效果、基体组织和力学性能。
4.11 绿色铸造技术
“绿色铸造”是使铸造产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理整个产品的生命周期中，对环境的负面影响最小，资源效率最高。铸造行业历来被认为是高能耗、高污染的行业，要不断开发新的节能、清洁、低排放、低污染的铸造材料以投入生产使用。对于树脂，要想办法降低游离甲醛和游离酚等有害物质的含量；逐步加大冷芯盒技术应用，以减少树脂砂对环境的影响，实现达标排放：降低热芯盒、壳芯砂的固化温度，制芯工艺由热芯盒法向温芯盒法转变，以节约能源。我国汽车铸造厂每年消耗新砂近千万吨，旧砂排放的污染，以及新砂资源大量的耗费，不堪重负，因此旧砂的再生利用技术势在必行。先进工业国家废砂排放量降到10%以下，在欧洲、日本等地区旧砂的再生利用技术得到广泛应用。哈尔滨东安汽车发动机公司引进意大利的热法再生设备，已在生产中应用。一汽铸造公司引进日本技术，热法再生和机械再生结合，处理芯砂和型、芯砂混合砂已在生产中得到应用。目前，东风汽车公司也正在加速旧砂再生技术开发应用工作。加大废钢及回炉料的利用，以减少新生铁和铝资源的耗费。汽车铸造业面向循环经济的铸造技术，要以循环经济3R为行业准则，即以减量化（Rece）、再利用（Reuse）、再循环（Recycle）来开展工作。
5. 我国汽车铸造业面临的问题
我国汽车铸造业在经过“计划经济”转入“市场经济”的过程中，经历了起步、稳定、发展、成熟4个阶段，取得了令世人瞩目的成绩。但是，我们必须清醒地认识汽车铸造业的历史重任及与发达国家的现实差距，牢牢把握国内外铸造技术的发展趋势，适时适宜地采用先进的铸造技术，实施铸造业的可持续发展战略，目前汽车铸造业主要有以下问题。
铸造企业平均规模与经济规模和国外比有较大差距。我国的铸件产量虽然已经连续5年位居世界首位，有一批产量较高的大中型企业，但大多数铸造企业规模偏小。就整个铸造行业而言.其现状仍然是厂点散（铸造厂点达2万多个），从业人员多（达120万人之多），效益低下（厂均铸件仅为500 t/年），只相当于美、日、德、法、意等工业发达国家的1/9-1/4。
铸造企业整体技术装备水平和国外比有较大差距。企业间技术装备水平差距较大，少数企业的个别生产车间的技术装备水平，已接近或达到国际先进水平，但是整体水平不高。据统计，我国已从国外进口自动造型线210多条，还有国产造型生产线250多条，这些生产线主要集中在汽车内燃机件的大批量生产企业中。
❷ DT4C如何提高强度
但当纯铁中含有一定量的碳后，就变成我们在各方面使用的钢铁了。纯铁中含碳在0.02%以上就变成硬度较低的能拔铁丝、轧制薄白铁板等用的低碳钢。铁中含碳量0.25%至0.6%的范围内的钢叫中碳钢，其硬度中等，可轧成建筑钢材，钢板、铁钉等制品。铁中含碳量0.6%至2.0%时神慎锋就成为硬度很高游晌的、可制刀枪、模具等的高碳钢了。低、中、高碳钢合在一起孝老就叫“碳素钢”。如果铁中碳含量超过2.0%就变成又硬又脆的可铸铁锅、暖气片、犁等的生铁了。一般生铁含碳量为3.5%—5.5%。所以纯铁、钢和生铁的区别主要就在于铁中的含碳量的不同。工业纯铁是钢的一种，其化学成分主要是铁，含量在99.50%－99.90%，含碳量在0.04%以下，其他元素愈少愈好。因为它实际上还不是真正的纯铁，所以称这一种接近于纯铁的钢为工业纯勿。一般工业纯铁质地特别软，韧性特别大，电磁性能很好。常见的有两种规格，一种是是作为深冲材料的，可以冲压成极复杂的形状；另一种是作为电磁材料的，有高的感磁性的低的抗磁性广泛用于电子电工，电器元件，磁性材料，非晶体制品，继电器，传感器，汽车制动器，纺机，电表电磁阀等等产品。
❸ 铁，怎样才能让它更硬
主要是三大类措施：
可以加入碳,工业上就变成了钢， 含碳2.1~4.3%为生铁,特点坚硬,脆,可铸造不可锻造 。含碳0.03~2.1%为钢,特点坚硬,有韧性.可铸造和锻造。
进行适当的压力加工，如锻造、挤压、轧制等。
进行适当的热处理。如淬火
淬火在金属材料加工、金属热处理等学术领域和行业内均读音：zhàn。起源于工艺处理的方法，因为淬火就是把加热到一定程度的热工件蘸一下介质，以达到要求，过去工匠们形象的称谓淬火为蘸火，淬火工艺应用很广，读法也随之流传开来。淬火是将材料加热到临界温度Ac3（亚共析）或Ac1（过共析）以上温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体1化，然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms以下（或Ms附近等温）进行马氏体（或贝氏体）转变的热处理工艺。通常也将铝合金、铜合金、钛合金、钢化玻璃等材料的固溶处理或带有快速冷却过程的热处理工艺称为淬火。
淬火的目的是使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变，得到马氏体或贝氏体组织，以大幅提强度、硬度。若配合以不同温度的回火，还能大幅提高耐磨性、疲劳强度以及韧性等。也可以通过淬火满足某些特种钢材的铁磁性、耐蚀性等特殊的物理、化学性能。
常用的淬冷介质有盐水、水、矿物油、空气等。淬火可以提高金属工件的硬度及耐磨性，因而广泛用于各种工、模、量具慧亮烂及要求表面耐磨的零件（如齿轮、轧辊、渗碳零件等）。通过淬火与不同温度的回火配合，可以大幅度提高金属的强度、韧性及疲劳强度，并可获得这些性能之间的配合（综合机械性能）以满足不同的键姿使用要求。另外淬火还可使一些特殊性能的钢获得一定的物理化学性能，如淬火使永磁钢增强其铁磁性、不锈钢提高其耐蚀性等。淬火工艺主要用于钢件。常用的钢在加热到临界温度以上时，原有在室温下的组织将全部或大部转变为奥氏体。随后将钢浸入水或油中快速冷却，奥氏体即转变为前漏马氏体。与钢中其他组织相比，马氏体硬度最高。淬火时的快速冷却会使工件内部产生内应力，当其大到一定程度时工件便会发生扭曲变形甚至开裂。为此必须选择合适的冷却方法。根据冷却方法，淬火工艺分为单液淬火、双介质淬火、马氏体分级淬火和贝氏体等温淬火4类。
❹ 可以通过哪些途径对金属进行强化
金属的强化
strengthening of metals
通过合金化、塑性变形和热处理等手段提高金属材料的强度，称为金属的强化。所谓强度是指材料对塑性变形和断裂的抗力，用给定条件下材料所能承受的应力来表示。随试验条件不同，强度有不同的表示方法，如室温准静态拉伸试验所测定的屈服强度、流变强度、抗拉强度、断裂强度等（见金属力学性能的表征）；压缩试验中的抗压强度；弯曲试验中的抗弯强度；疲劳试验中的疲劳强度（见疲劳）；高温条件静态拉伸所测的持久强度（见蠕变）。每一种强度都有其特殊的物理本质，所以金属的强化不是笼统的概念，而是具体反映到某个强度指标上。一种手段对提高某一强度指标可能是有效的，而对另一强度指标未必有效。影响强度的因素很多。最重要的是材料本身的成分、组织结构和表面状态；其次是受力状态，如加力快慢、加载方式，是简单拉伸还是反复受力，都会表现出不同的强度；此外，试样几何形状和尺寸及试验介质也都有很大的影响，有时甚至是决定性的，如超高强度钢在氢气氛中的拉伸强度可能成倍地下降（见应力腐蚀断裂和氢脆）。
在本文中，强化一般是指金属材料的室温流变强度，即光滑试样在大气中、按给定的变形速率、室温下拉兄斗渗伸时所能承受应力的提高。应强调指出：提高强度并不是改善金属材料性能惟一的目标，即使对金属结构材料来说，除了不断提高强度以外，也还必须注意材料的综合性能，即根据使用条件，要有足够的塑性和韧性以及对环境与介质的适应性。
强化的理论基础 从根本上讲，金属强度来源于原子间结合力。如果一个理想晶体，在切应力作用下沿一定晶面和晶向发生滑移形变，根据计算，此时金属的理论切变强度一般是其切变模量的1/10～1/30。而金属的实际强度只是这个理论强度的几十分之一，甚至几千分之一羡脊。例如,纯铁单晶的室温切变强度约为5kgf/mm2,而按铁的切变模量(5900kgf/mm2)来估算,其理论切变强度应达650kgf/mm2。造成这样大差异的原因曾是人们长期关注的课题。直到1934年，奥罗万(E.Orowan)、波拉尼(M.Polanyi)和泰勒 (G.I.Taylor)分别提出晶体位错的概念；位错理论的发展揭示了晶体实际切变强度（和屈服强度）低于理论切变强度的本质。在有位错存在的情况下，切变滑移是通过位错的运动来实现的，所涉及的是位错线附近的几列原子。而对于无位错的近完整晶体，切变时滑移面上的所有原子将同时滑移，这时需克服的滑移面上下原子之间的键合力无疑要大得多。金属的理论强度与实际强度之间的巨大差别，为金属的强化提供了可能性和必要性（见形变和断裂）。可以认为实测的纯金属单晶体在退火状态下的临界分切应力表示了金属的基础强度，是材料强度的下限值；而估算的金属的理论强度是经过强化之后所能期望达到的强度的上限。
强化途径 金属材料的强化途径不外两个，一是提高合金的原子间结合力，提高其理论强度，并制得无缺陷的完整晶体，如晶须。已知铁的晶须的强度接近理论值，可以认为这是因为晶须中没有位错，或者只包含少量在形变过程中不能增殖的位错。可惜当晶须的直径较大时(如大于5μm)，强度会急剧下降。有人解释为大直径晶须在生长过程中引入了可动位错，一旦有可动位错存在，强度就急剧下降了。从自前来看，只有少数几种晶须作为结构材料得到了应用。另一强化途径是向晶体内引入大量晶体缺陷，如位错、点缺陷、异类原子、晶界、高度弥散的质点或不均匀性（如偏聚）等，这些缺陷阻碍位错运动，也会明显地提高金属强度。事实证明，这是提高金属强度最有效的途径。对工程材料来说，一般是通过综合的强化效应以达到较好的综合性能。具体方法有固溶强化、形变强化、沉淀强化和弥散强化、细化晶粒强化、择优取向强化、复相强化、纤维强化和相变强化等,这些方法往往是共存的。材料经过辐照后,也会产生强化效应，但一般不把它作为强化手段。
固溶强化 结构用的金属材料很销盯少是纯金属,一般都要合金化。合金化的主要目的之一是产生固溶强化，另外，也可能产生沉淀强化、细化晶粒强化、相变强化和复相强化等，这要看合金元素的作用和热处理条件而定。合金元素对基体的固溶强化作用决定于溶质原子和溶剂原子在尺寸、弹性性质、电学性质和其他物理化学性质上的差异，此外，也和溶质原子的浓度和分布有关（见合金相）；固溶强化的实现主要是通过溶质原子与位错的交互作用。这些交互作用可分为四种：
①溶质原子与位错的弹性交互作用 在固溶体中,无论是固溶原子或是位错，在其周围都存在着应力和点阵畸变，两个应力场之间的作用就属于弹性交互作用。这种弹性交互作用力代表固溶原子所提供的阻碍位错运动的力。其最大值取决于溶质原子的大小、浓度和分布，特别是使点阵发生畸变的对称程度。
在代位固溶体中，固溶原子与溶剂原子的尺寸差异（原子尺寸错配）愈大，固溶原子与位错的弹性交互作用就愈大，强化作用也愈显着，如钨在钢中的强化作用比钼要高，就是因为钨原子和铁原子尺寸的差异要比钼与铁原子的差异大。在间隙固溶体中，填隙原子会引起晶胞体积的改变（晶胞体积错配），如果填隙原子引起了非对称性点阵畸变，象碳、氮原子溶入体心立方点阵金属时那样，则固溶原子与位错的作用特别强，因而强化作用格外明显；而当填隙原子引起对称畸变时，如碳、氮在具有面心立方点阵的γ-Fe或镍中,所引起的交互作用要弱得多，强化作用也就不明显。
弹性交互作用还可因固溶元素与溶剂金属在弹性模量上存在差异（模量错配）而引起。即用一种弹性模量不同的原子去置换原来的溶剂原子会引起固溶原子与位错所组成的系统的能量改变，从而产生交互作用能并导致交互作用力。计算表明，这种弹性模量错配所引起的交互作用力的最大值和原子尺寸错配所引起的弹性交互作用力大致相近，但其作用力是近程的，随溶质原子与滑移面的距离增大，衰减较快。
②电学交互作用 晶体中的自由电子分布对应力有敏感性,电子会较多地集中到受张应力的区域。例如,在刃位错的受胀区，电子浓度较高,具有电负性；相反,在受压地区，浓度较低，具有电正性。由于电子浓度分布不均而使刃位错相当于电学上的一个电偶极子。这种电偶极子与溶质原子的电荷产生静电作用，从而引起溶质原子与位错的交互作用而产生强化。一般来说，电学交互作用比弹性交互作用要弱，如铜在锌、镓、锗或砷中固溶后,电学交互作用能最多只有弹性交互作用能的1/6～1/3。但在某些情况下,电学交互作用也可以是主要的，如银溶于铝中，点阵变化很小，但银对铝的强化作用却是可观的，反映出此时电学交互作用成为决定性的因素。
③化学交互作用 在密排点阵金属晶体中，经常出现堆垛层错。层错边界为不全位错，层错的宽度和数目由层错能的大小来决定。在层错能较低的金属中层错数目多，层错的宽度大。层错结构与基体不同，在面心立方点阵中，层错为密排六方排列；密排六方点阵中，层错为面心立方排列。一般来说，固溶原子在两种不同的密排点阵结构中的溶解度不相同；在热力学平衡状态下，溶质原子在层错区和正常基体中的浓度也不一样。当晶体发生滑移时，不管是沿着这些层错扩张的平面，或者是这些层错发生束集和截割，都要打破平衡状态；也就是说，位错运动要求外界提供更大的能量，从而表现出强化作用。
④几何交互作用 固溶体中的溶质原子有时会出现有序化现象，当存在短程序时，塑性变形将改变原来的有序排列而增加势能，表现为短程序强化作用。
在有长程序的固溶体中，位错倾向于两两相随地通过晶体。第一个位错通过时，使有序结构中跨越滑移面的不同类原子对A-B改变为同类原子对A-A和B-B,引起能量升高；当后随的一个位错经过时，A-A和B-B原子对又恢复为A-B对,能量又降下来。在前后相随的两个位错之间的这段距离上，A-A和B-B原子对尚未恢复，形成所谓反相畴界(antiphase boundary)。为减少反相畴界的能量，两相随位错倾向于尽量靠近；但是当两个同号位错靠近时，它们之间的斥力急剧上升。在这两个因素的共同作用下，两个位错间有一个平衡距离，它与两个不全位错间存在的层错很相似。在塑性变形过程中，有序合金的反相畴界的面积不断增加，从而提高了体系的能量，表现为长程序引起的强化作用。
此外，无论是代位原子或是填隙原子，在条件合适的情况下，都可能发生原子偏聚而形成气团。对代位点阵来说，当溶质原子比溶剂原子的直径大时，溶质原子有富集在刃位错受胀区的趋向,反之,富集于受压区。填隙原子则总是向受胀区富集。这种靠扩散在位错附近富集的现象,称为柯氏气团(Cottrell atmosphere)。柯氏气团对位错有钉扎作用，特别是填隙原子，对位错的钉扎作用更为强烈，由此成功地解释了低碳钢的屈服现象，因为填隙原子比代位原子容易扩散，所以填隙原子气团的形成温度也较低。
在位错应力场的作用下，引起晶体的非对称点阵畸变而使填隙原子产生有序化的排列称为斯氏气团Snoekatmosphere。例如碳原子在α-Fe中就形成这种应力感生有序化，即当沿c轴方向有拉伸应力时,碳原子处于体心立方点阵与c轴平行的各晶胞棱边的一半处,引起晶胞沿c轴方向膨胀而产生强化作用。因为碳原子的扩散距离较短，而且是在应力作用下进行的，因此斯氏气团的形成温度比柯氏气团更低一些。
形变强化 随着塑性变形（或称范性形变）量增加，金属的流变强度也增加，这种现象称为形变强化或加工硬化。形变强化是金属强化的重要方法之一，它能为金属材料的应用提供安全保证，也是某些金属塑性加工工艺所必须具备的条件（如拔制）。
金属的形变强化可通过应力- 应变曲线来描述。对多晶金属来说，应力-应变曲线可以经验地表示为：
Image:308-01.gif
式中σ表示室温拉伸真应力，φε与ε分别为拉伸过程中的真实面积收缩率和真实延伸率,K为形变强化系数，n为形变强化指数。可以证明，在拉伸过程中，缩颈开始发生时的最大均匀形变量在数值上就等于材料的“形变强化指数”。同时，人们把开始形成缩颈时的强度命名为抗拉强度，也就是材料在塑性失稳时的流变强度。
形变强化是位错运动受到阻碍的结果。目前对金属单晶体的形变强化机制已有一定了解，特别对面心立方纯金属研究较为深入。多晶金属情况比较复杂，除晶界以外，晶粒取向也多种多样，对其形变强化的细节至今还不很清楚。
面心立方金属单晶的典型应力-应变曲线见图1。可以看出，它分为三个阶段。单晶所受应力达到临界分切应力(τ0)时，发生屈服。随着切变量的增加，流变强度缓慢上升，其形变强化率，μ为切变模量, 这就是形变强化的第一阶段，一般称为易滑移阶段。这个阶段的主要特征是单系滑移，在试样表面可观察到滑移线，这些滑移线的间距和长度不变，只是随着应变量的增加，台阶高度变大, 如Cu和Ni-Co合金便是如此。在阶段Ⅰ。位错的分布形式主要是位错偶带。临界切应力的大小(τ0)，与晶体的取向，材料和纯度有关。在阶段Ⅰ的后期, 曲线的斜率增大，直到又变为一条直线而继续升高,这就是形变强化的第Ⅱ阶段,其强化率(θⅡ)最大，典型Image:308-03.gif的数值为Image:308-04.gif，比Image:308-06.gif大几十倍。从结构变化来看，向阶段Ⅱ的过渡是从次系滑移的出现开始的。在阶段Ⅱ新形成的滑移线的长度越来越短，也就是由一个位错源产生的“位错圈”越来越小，位错圈与晶体表面交截部位越来越短，螺位错平均运动距离越来越小，或者说晶体中阻止位错运动的障碍在不断增加，同时流变强度在不断提高。在阶段Ⅱ的初期，由主系位错偶带和联结它们的少数次系位错形成位错栅栏。随着形变量的增加，平行于主滑移面出现了一些位错密度较高的区域称为位错席。如果形变量再提高，晶体中便全角成胞状组织。
为了说明形变强化的物理实质，必须了解在形变过程中位错的产生、分布和运动与流变强度的关系。阶段Ⅰ的强化可以认为是通过形成位错偶使大量位错受到羁绊而阻滞，但是偶中正负号位错的长程应力场在很大程度上互相抵销，因而位错偶只提供很小的阻止位错运动的应力场，导致阶段Ⅰ的强化效应微弱。阶段Ⅱ的强化模型很多，如位错塞积群长程应力强化模型(1952)，位错林强化模型(1959),位错割阶强化模型(1960),网眼长度强化模型(1962)，流变应力统计强化模型(1966)以及高位错密度区强化模型(1967)等等，每一种模型都解释一部分实验现象，但也存在不少问题。其中以西格(A.See-ger)根据莫特(F.Mott)所提出的位错塞积群长程应力强化模型比较经典，可得出流变强度与位错密度的线性关系式,同时推算的Image:308-05.gif和实验结果也比较符合。形变强化的第Ⅲ阶段应力-应变曲线呈抛物线形,亦即强化效应逐渐下降，这是因为在高形变量下出现大量交滑移及异号位错兼并的缘故。由于应力的提高，有些位错可能绕过障碍前进，这些都减少强化效应。也就是说，在阶段Ⅲ有动态回复出现。 在多晶金属的加工硬化过程中，阶段Ⅱ强化起决定性作用。为了保持多晶体塑性变性的连续性和协调性,每个晶粒发生变形时，必须有五个以上的滑移系统同时开动；所以，在多晶体里实际上不存在象单晶那样的阶段Ⅰ单系滑移和强化。
总之，形变强化决定于位错运动受阻，因而强化效应与位错类型、数目、分布、固溶体的晶型、合金化情况、晶粒度和取向及沉淀颗粒大小、数量和分布等有关。温度和受力状态有时也是决定性的因素。
一般来说，退火单晶的位错密度为106cm-2，变形量很大的金属可在1012cm-2以上。层错能低的金属比层错能高的金属加工硬化更为显着。细晶粒、有淀淀相、高速形变和低温形变都表现出较高的形变强化效应。
沉淀强化与弥散强化 过饱和固溶体随温度下降或在长时间保温过程中（时效）发生脱溶分解。时效过程往往是很复杂的,如铝合金在时效过程中先产生GP区,继而析出过渡相（θ"及θ'）,最后形成热力学稳定的平衡相(θ)。细小的沉淀物分散于基体之中,阻碍着位错运动而产生强化作用，这就是“沉淀强化”或“时效强化”。为了提高金属，特别是粉末冶金材料的强度，往往人为地加入一些坚硬的细质点，弥散于基体中，称为弥散强化。从弥散质点引起强化这一点来说，沉淀强化与弥散强化并没有大区别。但是,前一情况是内生的沉淀相,后一情况为外加质点；而且，在时效前期，沉淀相和基体之间往往保持共格或半共格关系，在每个细小沉淀物附近存在着一个较大范围的应力场（图2），与位错发生交互作用，产生十分显着的强化作用。如果时效温度提高或时间延长，则出现非共格产物，强化效应下降，以致于合金强度降低，称为“过时效”；最后产生平衡相。因为沉淀引起合金元素的贫化，此时合金材料的强度甚至低于固溶体状态。弥散强化时，外加的质点在高温使用过程中也会聚集、长大以减少颗粒的表面能，同样会引起软化。
晶体中的位错在外力作用下产生运动，在运动过程中首先遇到的是第二相质点周围的应力场（如果有这种应力场存在的话），对其产生阻碍作用，它属于长程作用。继而有两种可能，一种是位错切割质点而过，一种是位错以某种方式绕过质点（图3），两者都需作功，因而产生强化效应。前者功耗方式主要有:①位错切过质点,使基体和质点之间的界面增大，增加表面能（图3a）；②改变第二相结构，第二相具有长程有序结构时（如高温合金中的(γ'相)，位错通过后增加了反相畴界，对无序系统来说，有可能改变层错宽度；③析出相和基体之间切变模量不同，也会引起强化作用。位错绕过质点的方式是多种多样的：位错可以发生弯曲（弓弯机理）从质点间通过，在质点周围留下位错圈而进一步强化（图3b）；位错可以交滑移进入另外的滑移面，绕过质点；在温度较高时，位错也可以通过攀移绕过质点等等。这些都是当位错靠近第二相质点之后发生的，属于近程作用。
上述质点强化随质点大小、分布、数量和质点性质而不同。研究结果指出，在以切割机理强化时，因强化而产生的剪切屈服应力τ的增加，与质点半径r,质点体积分数f的关系为Δτ∝f(1～1/3)r1/2,f幂次随合金中质点结构的不同，取不同数值（1～1/3）。在以弓弯机理强化时,Δτ∝f1/2r-1。由此可以看出,在质点半径很小时，位错以切割质点的方式通过，此时的强度取决于切割机理。在时效(脱溶)的初期,随f和r不断增加，合金强度相应地升高。当脱溶接近完成时，f增长变缓,但r继续增大，这时合金强度仍有提高，而强化的趋势下降。随着时效进一步发展，质点进一步增大，位错主要绕过或按弓弯机理越过质点；第二相质点继续变大，强度相应明显下降，这就是合金的过时效阶段。
细化晶粒强化 从位错塞积或其他模型可以推导出多晶金属的屈服强度（σy）与晶粒直径(d)的关系,表示为：
σy＝σ0＋kyd剧?/center>
称为霍耳-派赤（Hall-Petch）关系式。式中σ0、ky均为材料常数。对α-Fe来说,ky值与位错钉扎情况有关,位错被钉扎得愈牢, ky值愈大；在严重钉扎情况下，ky可达2kgf/mm2。据此进行计算,低碳钢的晶粒度每提高两级(即晶粒直径减少一半)，屈服强度可提高约2.8kgf/mm2。如果低碳钢的晶粒度从ASTM标准的0级细化到12级,即其平均直径由0.359mm降至0.00561mm，则屈服强度可提高16kgf/mm2左右。而且，随着晶粒的细化,断裂强度比屈服强度有更大幅度的提高,同时冲击韧性也得到改善,如同属体心立方金属的低碳钢和钼，晶粒每细化一级，韧性－脆性转变温度可分别降低10～20℃及24℃。
在所有金属强化方法中，细化晶粒是目前唯一可以做到既提高强度，又改善塑性和韧性的方法。所以近年来细化晶粒工艺受到高度重视和广泛应用。当前正在发展中的快冷微晶合金便是其中一例。有上述优异性能的原因可以从两方面考虑：①晶界所占比例较大，晶界结构近似非晶态，在常温下具有比晶粒更高的强度；②细小晶粒使位错塞积所产生的正应力随之降低，不容易产生裂纹，从而表现为提高强度而不降低塑性。但细晶粒金属的高温强度下降，这是因为在高温下晶界强度降低了，特别在变形速度很低的情况下（蠕变），这种效应更为突出。
相变强化 通过相变而产生强化效应也是常见的金属强化方法。相变的种类很多，上述的沉淀相的形成和析出就是其中之一。现以应用最普遍的马氏体相变强化为例，说明相变强化机理。
马氏体相变是一种以剪切方式进行的非扩散型相变，相变产物与基体间保持共格或半共格联系，在其周围也存在很大的内应力，甚至使周围的奥氏体发生形变而出现形变强化。
从马氏体本身来看，其结构有两种类型：一种常见于低碳钢和18-8不锈钢中,主要是板条马氏体(或称位错马氏体)。这种马氏体中存在大量位错，其密度在1011～1012cm-2,与经过大量冷加工的金属的位错密度相近。另一种常见于高碳和Fe-Ni-C合金中,主要是针状马氏体（或称孪晶马氏体），马氏体针由大约100┱大小的孪晶所构成。这种孪晶组织随碳含量而增加，当铁中的碳含量为0.1％时,没有孪晶组织,碳为0.8％时,孪晶达100％。马氏体中的位错或孪晶的出现，与相变过程中的形变量和温度有关。一般来说，由于马氏体相变而产生的局部形变量可高达10％。这种形变如发生于较高温度(即Ms高时),则增殖位错以缓和内应力；如发生在较低温度（即Ms低时）,再加形变速度又高，就会产生孪晶。碳含量愈高，相变应力愈大，孪晶量也愈多。细小的孪晶相当于晶粒的细化，产生强化效应。
钢中马氏体相变强化的另一个主要原因是碳原子在相变过程中的有序化，即碳原子转移到体心立方Image:310-01.gif的0位置使其沿一个方向(c)伸长而成为体心正方结构。碳原子所引起的强化作用，可用下式表示：
σ＝2.1×102(％C)1/2 (kgf/mm2)
钢经形变热处理后，强度进一步提高，而韧性却不下降,这主要是因为奥氏体在Ms点以上形变后，马氏体针更为细小；同时，马氏体点(Ms)明显下降，马氏体中的孪晶大幅度增加，从而使钢在形变热处理后的强度明显提高，而韧性却不下降，这是细化晶粒强化的效应。此外，如含碳量为0.48％的钢在形变热处理后全部是孪晶马氏体，经一般热处理的同一钢种却只有一半孪晶马氏体。如前所述，含碳量为0.8％的钢,经一般热处理后，才可使孪晶达100％。根据这个情况,碳含量低的钢在形变热处理后强度的提高比高碳钢更为明显，主要是因为后者孪晶增加的幅度不大。
纤维强化 根据断裂力学观点，高强度材料可容许存在的临界裂纹尺寸很小,一旦出现裂纹就很快扩展,容易发生断裂。而将细纤维排在一起，粘结起来，可免除上述缺点，是解决脆性高强材料用于实际结构的一个重要途径。因为经过复合之后，不但解决了纤维的脆性问题，也提高了材料的比强度、比模量和疲劳性能。纤维强化复合材料，是当前很有发展前途的一类材料。
纤维强化的复合材料的力学性质，可根据纤维和基体（粘合剂）的体积分数计算出来,如弹性模量（E），
Ec＝EfVf＋EmVm
其中Ec、En和Em分别为复合材料、纤维和基体的弹性模量, Vn和Vm为两相的体积分数。由于纤维和基体的泊松比不同,可引起的误差达百分之几。对抗拉强度来说,也可得出类似方程。但由于纤维和基体的强度和塑性不同，其间的结合力也不一样，还有其他许多影响因素使问题复杂化。关于复合材料的强度问题，已形成专门的学问。
在高温下使用的纤维强化复合材料，必须要考虑纤维和基体间的热稳定性;因在高温、长期工作过程中,两相发生互扩散，最后纤维被溶解，失去强化作用。目前改善的途径有二：①在纤维与基体间涂上一层防扩散层，如铂、钽等；②采用定向共晶生长，使纤维在热力学平衡状态生长出来，增加热稳定性。这种途径受合金系统的限制，局限性很大。
择优取向强化 金属在凝固过程、冷加工或退火过程中都会发生晶体的择优取向，力学性质因取向不同而有区别。金属可以利用择优取向而得到较高的强度，这在工业上已得到应用，但不如利用磁性能的择优取向硅钢片那样普遍。
辐照强化 由于金属在强射线条件下产生空位或填隙原子,这些缺陷阻碍位错运动,从而产生强化效应（见金属的辐照损伤和辐照效应）。
参考书目
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❺ 我们想象中铁都是很坚硬的,可是为什么有的铁这么软呢那为什那么铁纯和其他种
纯铁的硬度比较低，但工业上基本上没有使用纯铁的，大多数情况使用的其实是铁合金，一般叫做钢，最早的钢主要是铁碳合金，后来又发张出合金钢（合金钢 alloy steel 钢里除铁、碳外，加入其他的合金元素，就叫合金钢。 在普通碳素钢基础上添加适量的一种或多种合金元素而构成的铁碳合金。根据添加李脊元素的不同首扰枯，并采取适当的加工工艺，可获得高强度、高韧性、耐磨、耐腐蚀、者洞耐低温、耐高温、无磁性等特殊性能。）、不锈钢。除了在铁元素中添加其它元素，这些钢材在加工过程中的处理工艺（例如锻造、淬火等等）对它们的硬度、强度影响也很大。
❻ 热处理，退火、正火、悴火、回火…提高钢的强度、硬度、脆性
退火，降低钢的硬度，强度也会降低，脆性中蚂肯定就会没有了反而韧性还很高；
正火，稍微增加钢的硬度，强度也比退火稍高点，高合金钢若正火后脆性也会有的，但不会很大；
淬火，也就是硬度、强度很高，脆性很大，但会通过回火可以裂凳调整的。
金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其他加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的。
为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。钢铁是机械工业中应用最广的材料，钢铁显微组织复杂，可以通过热处理予以控制，所以钢铁的热处理是金属热处理的主要内容。另外，铝、铜、镁、钛等及其合金也都可以通过热处理改变其力卖源埋学、物理和化学性能，以获得不同的使用性能。