技术交流丨镍在铸造中的作用
镍具有良好的机械性能、物理性能和化学性能，添加适当元素可提高其抗氧化性能、抗腐蚀性能、高温强度，改善某些物理性能。
镍在铸铁中的作用
镍在铸铁中起石墨化剂的作用，与硅一样有助于碳化物的分解。它对降低激冷层深度和消除碳化物硬点、激冷棱和点蚀区非常有效。它能降低白口铸铁形成的倾向，但不会产生因硅添加量过大而引起的石墨组织粗化和强度降低。加入0.1-1.0%的少量镍往往能有效地细化晶粒和石墨尺寸，但当加入量超过1%时，往往需要调整硅含量。
在灰铁铸件的制造中，镍可以代替硅或补充硅的不足。从减少白口铸层深度的角度来看，一般2份镍约等于1份硅，但当硅含量低于1%时，这一比例几乎是3比1或4比1。在许多情况下，添加镍比添加硅更可取，因为增加硅含量往往会导致物理性能下降、晶粒粗化以及收缩和内部收缩趋势增加。
镍除了能减少或消除游离碳化物外，还能稍微降低珠光体中结合碳的含量，当镍达到1.5%左右时，这种作用尤为显著。碳含量则缓慢增加，直至共析量的0.8%左右。
镍对铸铁性能的影响
灰铸铁中镍含量通常在0.25%-2.00%范围内，如果不调整镍的石墨化能力，即使加入镍到1.5%左右，其强度也不会有太大的变化，达到该值之后，随着硬度的逐渐提高，强度还会略有提高。通过调整铸铁的成分，特别是调整硅含量，加入0.50%-5.00%的镍，可使灰铸铁的强度提高10%-15%。不加镍而增加硅含量也可以提高强度，但这种做法加剧了厚、薄段之间的硬度差异，带来薄段和边缘难加工的不良后果。这样既可以获得高强度的优点，又不会导致边缘变硬、难加工。
镍熔入铸铁的铁素体或珠光体基体的固溶体中，并逐渐转变为屈氏体，当添加量超过5%时甚至转变为马氏体，因此镍使铸铁基体逐渐硬化。
冲击韧性镍也能显著提高铸铁的冲击韧性，这是通过弯曲挠度或其他方法测量的。在较薄的部分添加1.0%-5.0%的镍具有显著的效果。
热膨胀随镍添加量的变化而变化，镍对灰铸铁的膨胀特性有一定的影响。
添加镍的铸件与普通灰铸件相比，在加工性能相同的情况下，其硬度更高、强度更大、组织更优良；若其硬度、强度、组织与普通铸铁相同，则更易于加工。
耐热、耐蚀性：当铁中加入镍量增加到10%-22%时，其组织将逐渐转变为无磁性的奥氏体铁，性能也随之发生显著变化。一些以耐热、耐蚀、膨胀性能为主要要求的部位，应选用镍含量较高的铸铁。
铸造性能在灰铸铁中添加镍和适量的硅有助于获得没有缩孔和内缩松的健全铸件。这对截面差异大的铸件尤其有效。这也是降低硅含量的结果。在大型铸件中，缩孔和缩松的发生往往与硅含量较高有关。当硅含量为1.00%-1.50%时，镍防止硬边的作用是减少缩孔的间接作用。
镍及其他合金元素对铸铁性能的影响
可以添加十余种合金元素来增强在不同环境下的耐腐蚀性能，以及起到固溶强化或沉淀强化的作用。在综合碳含量为0.60%-0.80%的珠光体灰铸铁中，添加镍可以充分发挥其作用，因此，在添加镍时最好同时添加一些其它有提高综合碳倾向的合金元素，因为单独添加镍，特别是添加量低于1.5%时，一般达不到预期的效果。要达到这个目的，在一些实际应用中，要求充分降低碳含量或硅含量或两者兼而有之。但更有效的方法是将镍和铬或镍和钼或镍和两者兼而有之，常常一起添加，特别是对于较大截面的铸件。也可以采用其它碳化物形成元素如钒。
加入铬是为了增加铸铁的硬度。通常加入镍和碳化物形成元素的方法是按能相互中和石墨化和白口效应的比例加入。当单独与铬一起使用时，其成分一般为镍不超过3.00%，铬不超过1.00%。1.0%-6.0%镍和0.5%-2.5%铬的复合合金已用于冷硬铸铁或白口铸铁铸件。冷硬铸件或砂型铸件的白口部分比普通冷硬铸件或白口铸铁铸件的相应部分具有更高的硬度、韧性和强度。
有时用钼来全部或部分代替铬，特别是对于需要最大强度和韧性并易于加工的零件。根据规定，镍与钼的比例为镍不超过2.00％，钼不超过1.00％-1.25％。但在厚截面中，该比例为1份镍对1份钼。所得的合金铸铁将具有与不含钼的普通铸铁相同的白化趋势，并且这种合金铸铁比普通铸铁具有更高的硬度，更易于加工。个别合金元素将保留其细化晶粒和强化硬化基体的作用，这些性能将反映在合金铸铁的组织中。
铜镍复合合金大量用于奥氏体耐腐蚀铸铁，其中约含14%的镍、6%的铜和约2%的铬。
镍在铸钢中的作用
镍与钢能无限溶解。镍能扩大钢的奥氏体区，是形成和稳定奥氏体的主要合金元素。镍与碳不形成碳化物。镍能降低临界转变温度。镍能降低共析珠光体的碳含量，其作用仅次于氮，比锰强。其降低马氏体转变温度的作用约为锰的一半。
镍对钢机械性能的影响
镍能强化铁素体，细化和增加珠光体，从而提高钢的强度，对钢的塑性影响不大。含镍钢可适当降低碳含量，从而提高韧性和塑性。镍改善钢的疲劳性能，降低钢对缺口的敏感性。由于镍对提高钢的淬透性和回火稳定性的作用不是很强，所以对调质钢意义不大。
镍对钢的物理、化学和加工性能的影响
镍能大大降低钢的热导率和电导率，镍质量分数小于30%的钢呈现顺磁性(即无磁性钢)，镍质量分数大于30%的铁镍合金是重要的精密软磁材料。镍含量为15%-20%及以上的钢对硫酸、盐酸有较高的耐蚀性，但对硝酸的耐蚀性较差，一般含镍钢对酸、碱和大气均有一定的耐蚀性。钢的耐蚀性有所提高。焊接镍含量较高的钢时应采用奥氏体焊条，以防止产生裂纹。含镍钢易产生带状组织、白斑缺陷，生产过程中应防止产生。
镍在钢中的应用
纯镍钢只有在对冲击韧性有特别高的要求或对工作温度有非常低的要求时才使用。机械制造中使用的镍铬或镍铬钼钢，经热处理后，能获得具有良好强度和韧性的综合力学性能。含镍钢特别适用于需要表面渗碳的零件。镍是高合金奥氏体不锈耐热钢中的奥氏体化元素，能提供良好的综合性能，主要是NiCr钢。镍是一种相对稀缺但重要的战略物资，只有在使用其他合金元素无法达到性能要求时才使用。一般应尽量少用或不用镍作为钢中的合金元素。
作者简介：张艳（），西藏博宇金属有限公司湖南分公司销售经理。该公司是我国唯一一家从事有色金属及钢炉材料集中采购与配送的全国性连锁商贸集团。
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