球墨铸铁中所含的化学成分及其含量对性能的影响

球墨铸铁简介：

球墨铸铁是通过球化和孕育处理得到球状石墨，有效地提高了铸铁的机械性能，特别是提高了塑性和韧性，从而得到比碳钢还高的强度。球墨铸铁是20世纪五十年代发展起来的一种高强度铸铁材料，其综合性能接近于钢，正是基于其优异的性能，已成功地用于铸造一些受力复杂，强度、韧性、耐磨性要求较高的零件。球墨铸铁已迅速发展为仅次于灰铸铁的、应用十分广泛的铸铁材料。所谓“以铁代钢”，主要指球墨铸铁。

析出的石墨呈球形的铸铁。球状石墨对金属基体的割裂作用比片状石墨小，使铸铁的强度达到基体组织强度的70～90％，抗拉强度可达120kgf/mm2，并且具有良好的韧性。球墨铸铁除铁外的化学成分通常为：含碳量 3.6～3.8％，含硅量2.0～3.0％，含锰、磷、硫总量不超过1.5％和适量的稀土、镁等球化剂。

制造步骤：

（一）严格要求化学成分，对原铁液要求的碳硅含量比灰铸铁高，降低球墨铸铁中锰，磷，硫的含量

（二）铁液出炉温度比灰铸铁更高，以补偿球化，孕育处理时铁液温度的损失（三）进行球化处理，即往铁液中添加球化剂

（四）加入孕育剂进行孕育处理

（五）球墨铸铁流动性较差，收缩较大，因此需要较高的浇注温度及较大的浇注系统尺寸，合理应用冒口，冷铁，采用顺序凝固原则

（六）进行热处理

球墨铸铁中所含的化学成分及其含量对性能的影响

球墨铸铁化学成分主要包括碳、硅、锰、硫、磷五种元素。对于一些对组织及性能有特殊要求的铸件，还包括少量的合金元素。为保证石墨球化，球墨铸铁中还须含有微量的残留球化元素。以下就球墨铸铁中所含的化学成分及其含量对性能的影响做详细的阐述：

1、碳的作用和影响：

碳是球墨铸铁的基本元素，碳高有助于石墨化。由于石墨呈球状后石墨对机械性能的影响已减小到最低程度，球墨铸铁的含碳量一般较高，在3.5～3.9%之间，碳当量在4.1～4.7%之间。铸件壁薄、球化元素残留量大或孕育不充分时取上限；反之，取下限。将碳当量选择在共晶点附近不仅可以改善铁液的流动性，对于球墨铸铁而言，碳当量的提高还会由于提高了铸铁凝固时的石墨化膨胀提高铁液的自补缩能力。但是，碳含量过高，会引起石墨漂浮。

2、硅的作用和影响

在球墨铸铁中，硅是第二个有重要影响的元素，它不仅可以有效地减小白口倾向，增加铁素体量，而且具有细化共晶团，提高石墨球圆整度的作用。但是，硅提高铸铁的韧脆性转变温度，降低冲击韧性，因此硅含量不宜过高，尤其是当铸铁中锰和磷含量较高时，更需要严格控制硅的含量。

3、硫的作用和影响

硫是一种反球化元素，它与镁、稀土等球化元素有很强的亲合力，硫的存在会大量消耗铁液中的球化元素，形成镁和稀土的硫化物，引起夹渣、气孔等铸造缺陷。球墨铸铁中硫的含量一般要求小于0.06%。

4、磷的作用和影响

磷是一种有害元素。它在铸铁中溶解度极低，当其含量小于0.05%时，固溶于基体中，对力学性能几乎没有影响。当含量大于0.05%时，磷极易偏析于共晶团边界，形成二元、三元或复合磷共晶，降低铸铁的韧性。磷提高铸铁的韧脆性转变温度，当含磷量增加时，韧脆性转变温度就会提高。

5、锰的作用和影响

球墨铸铁中锰的作用就主要表现在增加珠光体的稳定性，帮助形成炭化锰、炭化铁。这些碳化物偏析于晶界，对球墨铸铁的韧性影响很大。锰也会提高铁素体球墨铸铁的韧脆性转变温度，锰含量每增加0.1%，脆性转变温度提高10～12℃。因此，球墨铸铁中锰含量一般是愈低愈好，即使珠光体球墨铸铁，锰含量也不宜超过0.4～0.6%。一般都是遵循这一规律的。

合金元素的成分和含量的多少对球墨铸铁的性能有着极其重要的影响，在使用铸铁时，就应该对其合金元素的含量进行精准的化验分析

选择球墨铸铁件化学成分应考虑：

1，铸件性能的要求；

2，铸件基本组织类型

3，铸件重量、模数以及铸件的冷却条件；

4，是否铸态使用。

球墨铸铁的化学成分表

•球化剂REMgSiFe:RE7%,Mg8%,Si40%,加入量1.2％～1.4％.

•球化剂REMgSiFe:RE5.7%,Mg9.2%,Si43%,Ca1.4%，加入量1.5％.

球墨铸铁组织成分及其牌号是按力学性能指标划分的，国际GB/T1348——1988《球墨铸铁件》中单铸试块球墨铸铁牌号，见表

单铸试块的球墨铸铁牌号

(球墨铸铁金相组织分析仪)球墨铸铁中常见的石墨形态有球状、团状、开花、蠕虫、枝晶等几类。其中，最具代表性的形态是球状。在光学显微镜下观察球状石墨，低倍时外形近似圆形;高倍时，为多边形，呈辐射状，结构清晰。经深腐蚀的试样在SEM中观察，球墨表面不光滑，起伏不平，形成一个个泡状物。经热氧腐蚀或离子轰击后的试样在SEM中观察，球墨呈年轮状纹理。且被辐射状条纹划分为多个扇形区域;经应力腐蚀(即向试样加载应力)后观察，呈现年轮状撕裂和辐射状开裂。球磨是垂直(0001)面向各个方向成长的，从而形成很多个从核心向外辐射的角锥体(二维为扇形区域)，(0001)面即成年轮状排列。在SEM中看到的年轮状及辐射状条纹(或裂纹)，就是球墨晶体学特征的反映。

球墨铸铁一般为过共晶成分，因此球状石墨的长大，应包括两个阶段;①先共晶结晶阶段，球墨核心形成后，在铁液及贫碳富铁的奥氏体晕圈中长大。②共晶结晶阶段，球墨周围形成奥氏体外壳外，即球墨-奥氏体共晶团。此时，球墨是在奥氏体壳包围下长大的。虽然球墨在共晶阶段的长大速度比在碳液阶段迟缓，但球墨的大部分是在共晶

阶段长大的。球墨铸铁的共晶团逼灰铸铁的共晶团细小，其数量约为灰铸铁的50~200倍。还应说明，球墨铸铁的共晶结晶一种变态共晶，即球墨和奥氏体均可在单独、互不依存的情况下长大。

球化剂和孕育剂的选择